geofizyczne metody badań osadów dennych

8
25 Geofizyczne metody badań osadów dennych Wprowadzenie Geofizyka jest nauką postrzegającą Ziemię jako obiekt fizyczny, a jej przedmiotem badań są fizyczne właści- wości Ziemi. Zajmuje się ona głównie magnetyzmem ziem- skim, oddziaływaniami grawitacyjnymi oraz rozchodze- niem się fal sejsmicznych w środowisku ziemskim. Do me- tod geofizycznych zaliczamy nieinwazyjne, zdalne metody, które wykorzystują podstawowe prawa fizyki. Wśród metod geofizycznych wyróżnia się następujące ich rodzaje: grawimetryczne (analiza anomalii pola grawitacyjnego); magnetometryczne (analiza zmian pola magnetycznego); geoelektryczne (analiza zmian właściwości elektrycznych skał); jądrowe (wykorzystanie rozpadów promieniotwórczych); radarowe (wykorzystanie odbitych fal radiowych); sejsmiczne (identyfikacja form geologicznych na podst. refleksów fal sejsmicznych); akustyczne (identyfikacja form geologicznych na podst. refleksów fal akustycznych). Tylko niektóre z tych metod mogą być zastosowane z powodzeniem w badaniach dna zbiorników wodnych. Ze względu na duże tłumienie w wodzie niemal całego spektrum fal elektromagnetycznych, metody, które wykorzystują mikro- fale (radary), fale widzialne i podczerwień (lasery i radiome- try) praktycznie nie nadają się do badań dna zbiorników wod- nych. Można je stosować jedynie w szczególnych przypadkach, dla bardzo płytkich akwenów o dużej przeźroczystości wody (Stepnowski 2001). W badaniach dna zbiorników wodnych stosowane są niekiedy metody magnetometryczne, szczegól- nie w poszukiwaniach pogrzebanych w osadach obiektów o dużej podatności magnetycznej, np. wraków. Najbardziej przydatne w badaniach dna akwenów i ich osadów są różnego typu urządzenia, które jako nośnik infor- macji wykorzystują fale akustyczne. Fale akustyczne są naj- lepszym środkiem penetracji środowiska wodnego, gdyż są one stosunkowo słabo tłumione przez wodę. Mogą być dzię- ki temu dobrym nośnikiem informacji o strukturze dna zbior- ników wodnych, gdyż pozwalają poprzez analizę procesu ich rozproszenia na różnych obiektach podwodnych, na ich obra- zowanie oraz wydobywanie informacji o ich wielkości, kształ- cie, a w przypadku dna o jego teksturze (Stepnowski 2001). Podstawowymi rodzajami urządzeń akustycznych, a właściwie hydroakustycznych, które mogą wykorzysty- wanych w badaniach dna różnych akwenów są: echosondy (ang. echosounder), echosondy wielowiązkowe (ang. multi- beam echosounder), sonary boczne (ang. side-scan sonar), profilografy osadów (ang. sub-bottom profiler). Echosondy Najprostszym urządzeniem hydroakustycznym, dzięki któremu możemy uzyskać informację o głębokości akwenu jest echosonda. Istota pracy echosondy polega na emisji w kierunku dna impulsów akustycznych o wysokiej częstotliwości, czyli ultradźwięków (zwykle od 50 kHz do 200 kHz). Impulsy odbijają się od dna i powracają po pew- nym czasie, który zależy od głębokości i prędkości rozcho- dzenia się dźwięku w wodzie. Prędkość to zależy od gęsto- ści wody, a więc od jej temperatury i zasolenia, i wynosi w przybliżeniu 1500 m/s. Kiedy znana jest prędkość, to doko- nując pomiaru czasu powrotu sygnału akustycznego może- my określić głębokość akwenu (ryc. 1) Ale echosonda może dostarczać informacji nie tyl- ko o głębokości. Przy ciągłej rejestracji możemy śledzić jak zmienia się ukształtowanie dna. W echosondach starego typu był to zapis na specjalnej taśmie papierowej. Obecnie możemy obserwować zmienność morfologii dna na moni- torze echosondy (ryc. 2). Współczesne echosondy dają możliwość rejestracji wyników pomiarów na dysku komputera. Dzięki temu ze- brane dane można wykorzystać do sporządzenia mapy ba- tymetrycznej badanego akwenu. Dokładność takiej mapy będzie oczywiście zależała od gęstości wykonanych echo- sondaży. Mapa w postaci cyfrowej daje możliwość wykre- ślania dowolnych przekrojów batymetrycznych, a przy wy- korzystaniu odpowiedniego oprogramowania, pozwala na przestrzenną wizualizację danych batymetrycznych. Geofizyczne metody badań osadów dennych Andrzej Osadczuk Uniwersytet Szczeciński, Instytut Nauk o Morzu, Zakład Geomorfologii Morskiej, ul. Felczaka 3c, 71-412 Szczecin; [email protected] Studia Limnologica et Telmatologica (Stud. Lim. et Tel.) 1 1 25-32 2007

Upload: phamcong

Post on 11-Jan-2017

234 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Geofizyczne metody badań osadów dennych

25Geofizyczne metody badań osadów dennych

WprowadzenieGeofizyka jest nauką postrzegającą Ziemię jako

obiekt fizyczny, a jej przedmiotem badań są fizyczne właści-wości Ziemi. Zajmuje się ona głównie magnetyzmem ziem-skim, oddziaływaniami grawitacyjnymi oraz rozchodze-niem się fal sejsmicznych w środowisku ziemskim. Do me-tod geofizycznych zaliczamy nieinwazyjne, zdalne metody, które wykorzystują podstawowe prawa fizyki. Wśród metod geofizycznych wyróżnia się następujące ich rodzaje:• grawimetryczne (analiza anomalii pola grawitacyjnego);• magnetometryczne (analiza zmian pola magnetycznego);• geoelektryczne (analiza zmian właściwości elektrycznych

skał);• jądrowe (wykorzystanie rozpadów promieniotwórczych);• radarowe (wykorzystanie odbitych fal radiowych);• sejsmiczne (identyfikacja form geologicznych na podst.

refleksów fal sejsmicznych);• akustyczne (identyfikacja form geologicznych na podst.

refleksów fal akustycznych).Tylko niektóre z tych metod mogą być zastosowane

z powodzeniem w badaniach dna zbiorników wodnych. Ze względu na duże tłumienie w wodzie niemal całego spektrum fal elektromagnetycznych, metody, które wykorzystują mikro-fale (radary), fale widzialne i podczerwień (lasery i radiome-try) praktycznie nie nadają się do badań dna zbiorników wod-nych. Można je stosować jedynie w szczególnych przypadkach, dla bardzo płytkich akwenów o dużej przeźroczystości wody (Stepnowski 2001). W badaniach dna zbiorników wodnych stosowane są niekiedy metody magnetometryczne, szczegól-nie w poszukiwaniach pogrzebanych w osadach obiektów o dużej podatności magnetycznej, np. wraków.

Najbardziej przydatne w badaniach dna akwenów i ich osadów są różnego typu urządzenia, które jako nośnik infor-macji wykorzystują fale akustyczne. Fale akustyczne są naj-lepszym środkiem penetracji środowiska wodnego, gdyż są one stosunkowo słabo tłumione przez wodę. Mogą być dzię-ki temu dobrym nośnikiem informacji o strukturze dna zbior-ników wodnych, gdyż pozwalają poprzez analizę procesu ich

rozproszenia na różnych obiektach podwodnych, na ich obra-zowanie oraz wydobywanie informacji o ich wielkości, kształ-cie, a w przypadku dna o jego teksturze (Stepnowski 2001).

Podstawowymi rodzajami urządzeń akustycznych, a właściwie hydroakustycznych, które mogą wykorzysty-wanych w badaniach dna różnych akwenów są: echosondy (ang. echosounder), echosondy wielowiązkowe (ang. multi-beam echosounder), sonary boczne (ang. side-scan sonar), profilografy osadów (ang. sub-bottom profiler).

EchosondyNajprostszym urządzeniem hydroakustycznym,

dzięki któremu możemy uzyskać informację o głębokości akwenu jest echosonda. Istota pracy echosondy polega na emisji w kierunku dna impulsów akustycznych o wysokiej częstotliwości, czyli ultradźwięków (zwykle od 50 kHz do 200 kHz). Impulsy odbijają się od dna i powracają po pew-nym czasie, który zależy od głębokości i prędkości rozcho-dzenia się dźwięku w wodzie. Prędkość to zależy od gęsto-ści wody, a więc od jej temperatury i zasolenia, i wynosi w przybliżeniu 1500 m/s. Kiedy znana jest prędkość, to doko-nując pomiaru czasu powrotu sygnału akustycznego może-my określić głębokość akwenu (ryc. 1)

Ale echosonda może dostarczać informacji nie tyl-ko o głębokości. Przy ciągłej rejestracji możemy śledzić jak zmienia się ukształtowanie dna. W echosondach starego typu był to zapis na specjalnej taśmie papierowej. Obecnie możemy obserwować zmienność morfologii dna na moni-torze echosondy (ryc. 2).

Współczesne echosondy dają możliwość rejestracji wyników pomiarów na dysku komputera. Dzięki temu ze-brane dane można wykorzystać do sporządzenia mapy ba-tymetrycznej badanego akwenu. Dokładność takiej mapy będzie oczywiście zależała od gęstości wykonanych echo-sondaży. Mapa w postaci cyfrowej daje możliwość wykre-ślania dowolnych przekrojów batymetrycznych, a przy wy-korzystaniu odpowiedniego oprogramowania, pozwala na przestrzenną wizualizację danych batymetrycznych.

Geofizyczne metody badań osadów dennych

Andrzej Osadczuk

Uniwersytet Szczeciński, Instytut Nauk o Morzu, Zakład Geomorfologii Morskiej, ul. Felczaka 3c, 71-412 Szczecin; [email protected]

Studia Limnologica et Telmatologica (Stud. Lim. et Tel.)

1 1 25-32 2007

Page 2: Geofizyczne metody badań osadów dennych

26 A. Osadczuk 27Geofizyczne metody badań osadów dennych

Stosując echosondy emitujące fale akustyczne o ni-skiej częstotliwości (np. 28 kHz) możemy dodatkowo uzy-skać informacje o wewnętrznej strukturze dna. Fale aku-styczne o niskiej częstotliwości są na tyle słabo tłumione przez miękkie, słabo skonsolidowane osady, takie jak np. gytie, że mogą je przenikać i docierać do stropu osadów o znacznie większej gęstości. Różnice w gęstości osadów, a tym samym znaczne różnice w ich twardości akustycz-nej, powodują, że powierzchnia graniczna pomiędzy takimi osadami staje się dobrym horyzontem refleksyjnym dla fal dźwiękowych. Na granicy osadów powstaje wyraźne echo ujawniające ukształtowanie stropu osadów podścielających. Dzięki temu na echogramie można obserwować, jak zmie-nia się morfologia stropu utworów stanowiących podłoże miękkich osadów organicznych (ryc. 3).

Echosondy mają jednak w tym względzie ograni-czone możliwości. Znacznie lepsze rezultaty w śledzeniu wgłębnej budowy dna można uzyskać dzięki metodom wy-sokorozdzielczej sejsmiki refleksyjnej, zwanymi powszech-nie sejsmoakustycznymi.

Ryc. 1. Schemat ilustrujący zasadę pracy echosondy

Ryc. 2. Echogram na monitorze echosondy 200 kHz

Ryc. 3. Echogram 28 kHz, na którym widoczny jest refleks ujawniający paleorelief dna jeziora Drawsko, zamaskowany osadami gytii.

Page 3: Geofizyczne metody badań osadów dennych

26 A. Osadczuk 27Geofizyczne metody badań osadów dennych

SonaryInnym typem urządzenia akustycznego jest sonar

boczny. O ile w echosondzie szerokość wiązki akustycz-nej powinna być jak najmniejsza, to w przypadku sona-ru zależy nam na tym, aby jej szerokość była jak najwięk-sza. Wiązka impulsów akustycznych, emitowana przez ele-ment sonaru zwany „tow fish”, który holowany jest w pew-nym zanurzeniu, omiata szeroko powierzchnię dna, ale nie dociera wszędzie, omijając m.in. martwe pole bezpośrednio pod statkiem. Nie dociera on także za przeszkody na dnie. Mamy wtedy do czynienia z cieniem akustycznym. Można to porównać do fotografii lotniczej powierzchni lądu, wy-konanej pod pewnym kątem, gdy słońce jest nisko nad ho-ryzontem i z tyłu za aparatem fotograficznym (ryc. 4).

Kiedy powierzchnia dna jest zróżnicowana litolo-gicznie, teksturalnie lub strukturalnie, to uzyskujemy ob-raz sonarowy będący rezultatem zróżnicowanego odbi-cia dźwięku od dna. Pozwala to na opracowanie sonaro-wej mapy dna, potocznie zwanej mozaiką. Różni się ona od surowego zapisu sonarowego tym, że po przeprowadze-niu geometrycznej korekcji sygnału i weryfikacji pliku na-wigacyjnego, każdy z pikseli rastra mapy ma ściśle przy-porządkowane współrzędne. Sonary mogą być dzięki temu wykorzystywane przy rozpoznawaniu typu dna i jego form strukturalnych, taki jak np. ripplemarki, odsypy muszlowe, głazy, etc. Sonary ułatwiają także poszukiwanie obiektów antropogenicznych, takich jak np. wraki.

Dzięki sonarom otrzymujemy akustyczny obraz po-wierzchni dna, ale nie uzyskujemy informacji o głęboko-ściach, na których występują obiekty widoczne na obrazie sonarowym. Aby uzyskać taką informację, konieczne jest zastosowanie echosondy.

Sonary mogą być pomocne przy znajdowaniu pod-wodnych osuwisk. Na ryc. 5 przedstawiono przykład z jezio-ra Drawsko, gdzie dzięki badaniom sonarowym udało się od-kryć podwodne osuwisko w rejonie Czaplinka (Osadczuk A. i Osadczuk K. w druku). Na obrazie sonarowym dna jezio-ra Drawsko widać zaburzenia dna, w obrębie, których moż-na dostrzec zarysy prostokątnego obiektu. Profilowania echo-sondażowe potwierdziły osuwiskowy charakter tych zaburzeń. Mamy w tym przypadku do czynienia z osuwiskiem, które po-wstało przeszło 200 lat temu, gdy na dno jeziora osunął się wojskowy plac ćwiczeń pułku pruskich huzarów, który stacjo-nował nad brzegiem jeziora pod koniec XVIII wieku.

Echosondy wielowiązkoweRozwiązaniem, które łączy w sobie zalety sonaru i

echosondy jest echosonda wielowiązkowa. W tym wypadku urządzenie wysyła wiele niezależnych wiązek pod różnymi kątami (ryc. 4). Odbierana jest taka sama ilość niezależnych sygnałów echa, a każdy z nich dostarcza informacji o cha-rakterze dna i jego głębokości. W efekcie uzyskujemy mapę rzeźby dna z informacjami o głębokościach (ryc. 6).

Ryc. 4. Skanowanie powierzchni dna przez sonar (A) i echosondę wielowiązkową (B)

Systemy akustycznego rozpoznawania osadówOprócz pomiarów głębokości, echosondy dają tak-

że możliwość oceny rodzaju dna. Wygląd echa, zależy od intensywności odbicia dźwięku. Inaczej dźwięk odbija się od twardego dna, inaczej od miękkiego. Duża część ener-gii fali akustycznej ulega rozproszeniu na miękkim muli-stym dnie. Właściwość ta wykorzystywana jest do konstru-owania specjalnych urządzeń bazujących na echosondach, których zadaniem jest identyfikacja typu dna i pokrywają-cych go osadów.

Podstawy teoretyczne dla metody akustycznego roz-poznawania typu dna dostarczyły badania prowadzone przez Orłowskiego (1980, 1984). Badania akustycznych właściwo-ści osadów dennych związane były głównie z szukaniem tych parametrów osadów, które w istotny sposób wpływa-ją na straty odbicia od dna. Zdaniem Orłowskiego (1980), współczynnik odbicia dźwięku jest odwrotnie proporcjo-nalny do porowatości osadów, co oznacza, że im drobniejsze cząstki tworzą osad, tym słabsze są jego właściwości odbija-jące. Własność ta została wykorzystana w opracowanej przez niego metodzie akustycznego rozpoznawania typu dna z za-stosowaniem pomiaru energii ech wielokrotnych (Orłowski 1984).

Page 4: Geofizyczne metody badań osadów dennych

28 A. Osadczuk 29Geofizyczne metody badań osadów dennych

Ryc. 5. Obraz sonarowy dna jeziora Drawsko w rejonie Czaplinka

Ryc. 6. Rzeźba dna z informacją o głębokościach

Page 5: Geofizyczne metody badań osadów dennych

28 A. Osadczuk 29Geofizyczne metody badań osadów dennych

W tego typu urządzeniach wyko-rzystuje się zjawisko odbić wielokrotnych, którego rezultatem jest powstawanie kil-ku ech. Pierwsze echo powstaje gdy dźwięk odbija się od dna i dociera bezpośrednio do echosondy. Kiedy jednak dźwięk odbija się od nierówności dna a następnie od lustra wody i ponownie od dna, to powstaje echo wtórne. Analizując charakterystyki obu ech, można określić rodzaj osadów (Chivers i in. 1990) (ryc. 7).

Jednym z takich urządzeń, które po-zwalają na akustyczne rozpoznawanie ro-dzaju dna, jest system RoxAnn Groundma-ster, brytyjskiej firmy Stenmar Sonavision. W skład tego systemu wchodzi echosonda (lub 2 echosondy, np. 200 kHz i 28 kHz), procesor przetwarzający sygnały ech, GPS oraz kom-puter z odpowiednim oprogramowaniem. System analizuje właściwości pierwszego oraz drugiego z powstających ech i na tej podstawie oblicza 2 wskaźniki: E1 – będący miarą nierównomierności dna oraz wskaź-nik E2 – będący miarą twardości dna.

W identyfikacji rodzaju dna wyko-rzystywany jest diagram, w którym przedzia-łom wartości E1 i E2 odpowiadają określone typy osadów. Każdy pomiar lokuje się w któ-rymś z pól diagramu, informując na bieżąco o typie osadu. Wynik rozpoznania jest wy-świetlany na ekranie komputera w postaci mapy pokazującej ślad rejsu statku, którego kolorystyka odpowiada barwom pól w dia-gramie RoxAnn (ryc. 8). Szczególnie dobre rezultaty można uzyskać łącząc wynik roz-poznania dna przez system RoxAnn z obra-zem sonarowym.

Ryc. 7. Idea rozpoznawania dna przez system RoxAnn: A – schemat wyjaśniający powstawanie I i II echa; B – diagram klasyfikacyjny

Ryc. 8. Rezultat rozpoznania osadów przez system RoxAnn (jezioro Wigry)

A B

Page 6: Geofizyczne metody badań osadów dennych

30 A. Osadczuk 31Geofizyczne metody badań osadów dennych

Niewątpliwą zaletą systemu RoxAnn jest jego duża mobilność, która wynika z niewielkich gabarytów poszcze-gólnych elementów systemu, niezależnego zasilania akumu-latorowego oraz łatwości zainstalowania na każdej, nawet niewielkiej jednostce pływającej. Stwarza to szansę wyko-rzystania aparatury w rozpoznaniu dna licznych jezior Pol-ski, zarówno pod kątem geologicznym, jak i z punktu wi-dzenia środowiska życia flory i fauny bentonicznej (Osad-czuk 2005). Szczególne dobrze system może sprawdzać się w rozpoznawaniu podwodnych łąk glonowych oraz iden-tyfikowaniu skupisk malakofauny. Wskazują na to, mię-dzy innymi, prace Greenstreet i in. (1997), Caddell i Servi-ce (1998), Sorensen i in. (1998), Siwabessy i in. (1999), Roob (2000) oraz Brown i in. (2003).

Metody ciągłego profilowania sejsmicznego o wy-sokiej rozdzielczości

Do poznania wgłębnej budowy dna akwenu stosu-je się metody ciągłego profilowania sejsmicznego. Stosowane są urządzenia o różnej częstotliwości i mocy fal akustycznych, z różnymi sposobami wzbudzenia tych fal (air gun, boomer, sparker, pinger, chirp). Dużą głębokość penetracji osadów po-zwalają nam uzyskać urządzenia emitujące fale akustyczne o dużej mocy i niskiej częstotliwości (0,1-1 kHz). Jednak wraz ze zmniejszaniem częstotliwości zmniejsza się rozdzielczość po-miaru. Chcąc rozpoznać drobniejsze struktury należy stoso-wać urządzenia emitujące fale o wyższych częstotliwościach (3,5-15 kHz).

W badaniach różnych akwenów najczęściej wykorzy-stywana jest metoda wysokorozdzielczej sejsmiki refleksyjnej, w Polsce powszechnie nazywana sejsmoakustyką. Granice po-między warstwami osadów są horyzontami refleksyjnym, od których odbija się dźwięk. Im większa jest różnica w gęstości warstw osadowych, tym wyraźniejszy jest refleks. Stosowane w tej metodzie urządzenia najczęściej określane są jako „subbot-tom profiler”. Ich zadaniem jest emisja i odbiór pojedynczych impulsów akustycznych o niskiej częstotliwości. Zwykle są to częstotliwości rzędu 3-7 kHz.

Interpretacja rejestracji sejsmoakustycznych polega na wyznaczeniu horyzontów refleksyjnych, rozdzielających poszczególne jednostki litologiczne budujące dno akwenu. Im bardziej jednostki różnią się pod względem litologicz-nym, tym wyraźniejsze są na sejsmogramach refleksy po-wstające na granicy jednostek. Szczególne istotna jest różni-ca w twardości akustycznej, która zależy od gęstości objęto-ściowej osadów (Jamrozik i in. 1978). Gdy na granicy osadów występuje skokowa zmiana ich gęstości, to na sejsmogramie przejawia się to powstaniem wyraźnego refleksu, będącego rezultatem odbicia fal akustycznych od powierzchni granicz-nej pomiędzy osadami.

Interpretując sejsmogramy należy jednak zdawać so-bie sprawę z różnego rodzaju zakłóceń lub niekorzystnych efektów wynikających ze specyfiki rozchodzenia się dźwięku

w wodzie i osadach. Mogą pojawiać się one w trakcie rejestra-cji i utrudniać interpretację sejsmogramów. Jest szereg czynni-ków, które mogą takie niekorzystne efekty wywoływać. Część z nich związana jest ze środowiskiem wodnym, które przeno-si falę akustyczną, a część wiąże się z odbiciem, rozpraszaniem i pochłanianiem fali akustycznej w osadach (Hampton 1973, Przezdziecki 2005). W konsekwencji, nie wszystkie pojawiają-ce się refleksy są odzwierciedleniem budowy geologicznej dna akwenu.

Jednym z niekorzystnych efektów, wynikających z fi-zyki rozchodzenia się fal akustycznych, są wielokrotne reflek-sy od dna akwenu. Obrazują one kilkukrotne odbicie fali aku-stycznej od dna i powierzchni wody. Na sejsmogramie przeja-wia się to obecnością kilku refleksów na głębokościach, odpo-wiadających wielokrotnościom odległości dna od powierzchni wody. Refleksy te nakładają się na refleksy obrazujące budowę geologiczną dna, utrudniając jej właściwą interpretację. Stwa-rza to problemy szczególnie w płytkich akwenach, gdyż wtór-ny refleks pojawia się bardzo blisko pierwotnego i może całko-wicie zamaskować faktyczne refleksy związane z budową geo-logiczną dna.

Innym zjawiskiem, które może utrudniać interpreta-cję zapisów, jest ekranowanie warstw niżej ległych przez war-stwy wyżej leżące, silnie pochłaniające lub rozpraszające ener-gię fali akustycznej. W efekcie, nie uzyskujemy refleksów od warstw leżących poniżej warstwy silnie ekranującej. Ekrano-wanie najczęściej powodują warstwy piaszczyste i żwirowe oraz osady przesycone gazami (Przezdziecki 2001). W przy-padku piasków, które silnie pochłaniają energię fali akustycz-nej, obserwuje się rozjaśnienie zapisu poniżej. Z kolei, silne od-bijanie i rozpraszanie energii akustycznej przez osady żwirowe, przejawia się pociemnieniem zapisu poniżej. Dodatkowo efekt ten wzmacnia dyfrakcja fali akustycznej na otoczakach żwi-ru. Charakter ekranowania przez osady nasycone gazami zale-ży od stopnia ich nasycenia przez gazy. Jeśli osady nie są całko-wicie przesycone osadami, to pęcherzyki gazów, działające jak pojedyncze rezonatory, mogą wzmacniać efekt rozchodzenia się dźwięku. W przypadku osadów umiarkowanie nasyconych gazami, obserwuje się na sejsmogramach silne wzmocnienie słabych refleksów w górnej części warstwy i osłabienie lub wręcz zanik refleksów w dolnej części. Osady przesycone gaza-mi całkowicie pochłaniają energię akustyczną, przez co na sej-smogramach nie obserwuje się refleksów (Przezdziecki 2001).

Analizując zapisy sejsmoakustyczne należy mieć na uwadze, że nie przedstawiają one rzeczywistej geometrii struktur geologicznych, lecz jedynie obraz przebiegu fal aku-stycznych po najkrótszej drodze pomiędzy nadajnikiem, po-wierzchnią odbijającą i odbiornikiem. Szczególnie duże de-formacje rzeczywistych granic geologicznych występują przy stromo nachylonych warstwach.

Mimo wspomnianych wyżej szeregu problemów w in-terpretacji zapisów, metody sejsmoakustyczne mogą być przy-datne zarówno w badaniach sedymentologicznych jak i pale-ogeograficznych różnych akwenów, także jeziornych. Ułatwia-

Page 7: Geofizyczne metody badań osadów dennych

30 A. Osadczuk 31Geofizyczne metody badań osadów dennych

ją one wybór miejsc poboru rdzeni osadów oraz umożliwiają śledzenie zmienności paleorelie-fu dna badanego akwenu. Na korzyści wynika-jące ze stosowania metod sejsmoakustycznych w badaniach jezior zwrócił uwagę m.in. Ru-dowski (2005). Także wyniki badań dna jezio-ra Wigry (Rutkowski i in. 2002, 2005) oraz jezio-ra Ostrowite (Kowalewski 2005), pokazują przy-datność tego typu metod w rozpoznaniu geolo-gicznym jezior. Licznych przykładów wykorzy-stania metod sejsmoakustycznych w badaniach jezior dostarczają też publikacje zagraniczne (m. in. D’Agostino i in. 2002, Dobson i in. 1995, Gil-bert 2003).

Profilowanie sejsmoakustyczne okaza-ło się niezwykle pomocne przy rekonstrukcji ukształtowania doliny dawnej Odry na obsza-rze dzisiejszego Zalewu Szczecińskiego. Ujaw-niły one relikty koryt pra-Odry ukryte pod warstwą gytii o zmiennej miąższości (Osadczuk i Borówka 2001; Osadczuk 2003; Borówka i in. 2005).

Metody sejsmoakustyczne dają jeszcze lepsze rezulta-ty w badaniach głębokich akwenów, o czym świadczą wyniki badań jeziora Wigry (Rutkowski i in. 2002, 2005 a, b) oraz je-zior Drawsko i Miedwie (Osadczuk i in. w druku). W przypad-ku jeziora Drawsko, analiza zapisów sejsmoakustycznych po-zwoliła na prześledzenie paleoreliefu pierwotnego dna jezio-ra ukrytego pod warstwami osadów holoceńskich, z wychod-niami plejstoceńskiego podłoża (ryc. 9). W jeziorze Wigry i Drawsko zapisy sejsmoakustyczne ujawniły podwodne osuwi-ska (Król i in. 2005, Osadczuk i in. w druku).

Badania sejsmoakustyczne prowadzone w jeziorze Miedwie wykazały odmienną budowę jego dna w porówna-niu z jeziorem Drawsko (Osadczuk, w druku). Dno jeziora Miedwie pokrywa kompleks osadów z wyraźnie zaznaczają-cymi się w zapisie wewnętrznymi refleksami, najczęściej o po-ziomym przebiegu, wskazującymi na obecność szeregu rów-noległych warstw o miąższości kilku metrów. Całkowita miąż-szość kompleksu osadów warstwowanych przekracza niekiedy 30 metrów (ryc. 10).

PodsumowanieRóżnego rodzaju metody hydroakustyczne pozwa-

lają na stosunkowo szybkie i nieinwazyjne pozyskanie in-formacji o rodzaju osadów, morfologii i wgłębnej budo-wie dna jeziora. Metody te dają dobre rezultaty szczególnie wtedy, gdy wzajemnie się uzupełniają. Dysponując porów-nawczym materiałem osadowym, pobranym w miejscach ściśle wyznaczonych na podstawie wcześniejszych profi-lowań (echosondażowych, sejsmoakustycznych, sonaro-wych), można dość szybko rozpoznać nawet duże zbiorniki wodne. Dlatego też, różnego rodzaju metody akustyczne, a więc takie, w których nośnikiem informacji jest fala dźwię-kowa, powinny znajdować coraz powszechniejsze zastoso-wanie w badaniach geologicznych jezior. Metody te stwa-rzają nadzieję na rozpoznanie dna wielu niezbadanych do dziś polskich jezior. Ze względu na szybkość uzyskiwania informacji, mogą być szczególne przydatne w pracach kar-tograficznych, których celem jest opracowanie map osadów dennych. Dzięki zastosowaniu na szerszą skalę metod hy-droakustycznych, może nabrać rozmachu w najbliższych la-

Ryc. 10. Fragment rejestracji sejsmoakustycznej (5 kHz) z jeziora Miedwie

Ryc. 9. Przekrój sejsmoakustyczny (5 kHz) przez fragment dna jeziora Drawsko

Page 8: Geofizyczne metody badań osadów dennych

32 A. Osadczuk

tach kartografia geologiczna jezior Polski. Mapy osadów je-ziornych mogłyby stać się dzięki temu cennym uzupełnie-niem arkuszy Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski, na których jeziora wciąż stanowią białe plamy.

LiteraturaBorówka R.K., Osadczuk A., Witkowski A., Wawrzyniak-Wydrow-

ska B., Duda T. 2005. Late Glacial and Holocene depositional sequences in the eastern part of the Szczecin Lagoon (Great Lagoon) basin – NW Poland. Quaternary International 130: 87-96.

Brown C., Golding N., Mitchell A., Limpenny D., Robertson M., Service M. 2003. Mapping seabed habitats in UK waters. Practical Acoustic Ground Discrimination Workshop 6-11 September. Workshop Report. Scottish Association for Marine Science.

Caddell S.E., Service M. 1998. Acoustic mapping of shellfish habitats. Proc. 5th ematic Conference on Remote Sensing and Coastal Environments, San Diego, California, 5-7 October: 332-338.

Chivers R.C., Emerson N., Burns D. 1990. New Acoustic Processing for Underway Surveying, Hydrographic Journal 56: 9-17.

D’Agostino K., Seltzer G., Baker P., Fritz S., Dunbar R. 2002. Late-Quaternary lowstands of Lake Titicaca: evidence from high-resolution seismic data. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 179, 1-2: 97-111.

Dobson D.M., Moore T.C.Jr., Rea1 D.K. 1995. e sedimentation history of Lake Huron and Georgian Bay: results from analysis of seismic reflection profiles. Journal of Paleolimnology 13, 3: 231-249.

Gilbert R. 2003. Spatially irregular sedimentation in a small, morphologically complex lake: implications for paleo-environmental studies. Journal of Paleolimnology 29, 2: 209-220.

Greenstreet, S.P.R., Tuck, I.D., Grewar, G.N., Armstrong, E., Reid, D.G. and Wright, P.J. 1997. An assessment of the acoustic survey technique, RoxAnn, as a means of mapping seabed habitat. ICES Journal of Marine Science 54: 939-959.

Hampton L. (red.) 1973. Physics of Sound in Marine Sediments. New York: 1-530.

Jamrozik J., Makojnik Z., Patyk M. 1978. Geofizyka. Metody sejsmicz-ne. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa: 1-274.

Kowalewski G. 2005. Wstępne rozpoznanie osadów dennych jeziora Ostrowite (Park Narodowy Bory Tucholskie) na podstawie pro-filowania sejsmoakustycznego i wierceń podwodnych. W: A.T. Jankowski, M. Rzętała (red.) Jeziora i sztuczne zbiorniki wodne – procesy przyrodnicze oraz znaczenie społeczno-gospodarcze. Sosnowiec: 115-123.

Król K., Rutkowski J., Pietsch K. 2005. Osuwiska podwodne w jeziorze Wigry w świetle badań sejsmicznych wysokiej rozdzielczości. W: A. Kotarba, K. Krzemień (red.) Współczesna ewolucja rzeźby Pol-ski. VII Zjazd Geomorfologów Polskich, Kraków: 241-246.

Orłowski A. 1980. Wykorzystanie pomiarów ech wielokrotnych do oceny typu dna morskiego. Praca doktorska, Politech. Gdańska.

Orłowski A. 1984. Application of multiple echoes energy measure-ments for evaluation of seabottom type. Oceanologia 19: 61-78.

Osadczuk A. 2003. Zastosowanie metod akustycznych w rozpozna-waniu środowiska sedymentacyjnego Zalewu Szczecińskiego. W:R.K.Borówka i A.Witkowski (red.) Człowiek i środowisko przy-rodnicze Pomorza Zachodniego, T. II Środowisko abiotyczne. Oficyna InPlus: 29-35.

Osadczuk A. 2005. Możliwości wykorzystania akustycznego syste-mu zdalnej identyfikacji typu dna „RoxAnn” w geologicznych i ekologicznych badaniach zbiorników śródlądowych. W: W. Flo-rek (red.) Geologia i Geomorfologia Pobrzeża i Południowego Bałtyku 6.

Osadczuk A. w druku. Wstępne wyniki badań akustycznych i sejsmo-akustycznych dna jeziora Miedwie. Quaestiones Geographicae, Adam Mickiewicz University Press, Poznań.

Osadczuk A., Borówka R.K. 2001. Sejsmoakustyczny zapis zmian w obrębie holoceńskiej pokrywy osadowej Zalewu Szczecińskiego. W: W. Florek (red.) Geologia i Geomorfologia Pobrzeża i Połu-dniowego Bałtyku 4: 35-46.

Osadczuk A., Osadczuk K. w druku. Odmienność budowy geologicz-nej dna polodowcowych jezior Drawsko i Miedwie w świetle ba-dań akustycznych i sejsmoakustycznych. W: W. Florek (red.) Geo-logia i Geomorfologia Pobrzeża i Południowego Bałtyku 7.

Przezdziecki P. 2001. Sejsmostratygrafia osadów czwartorzędowych w polskiej części Bałtyku. Praca doktorska, PIG.

Przezdziecki P. 2005. Sejsmostratygrafia osadów czwartorzędowych w polskiej części Bałtyku. Biuletyn PIG 413.

Roob R. 2000. Mapping of Victoria’s Nearshore Marine Benthic Environment. W: L.W. Ferns, D. Hough (eds.) Environ-mental Inventory of Victoria’s Marine Ecosystems – Stage 3 (2nd Edition), Chapter 2, Department of Natural Resources and Environment, East Melbourne, Australia.

Rudowski S. 2005. Application of the seismoacoustic profiling to the detailed studies of the bottom structure of the lakes, rivers and marine nearshore. [w:] Peribalticum IX. Z problematyki pobrzeży i pojezierzy bałtyckich, Gołębiewski R. (red.), Gdańsk: 139-146.

Rutkowski J., Rudowski S., Pietsch K., Król K., Krzysztofiak L. 2002. Sediments of Lake Wigry (NE Poland) in the light of high – resolution seismic (seismoacoustic) survey. Limnol. Rev. 2: 363-371.

Rutkowski J., Król K., Pietsch K. 2005. Podstawowe facje sejsmiczne w jeziorze Wigry. W: A. Kotarba, K. Krzemień (red.) Współczesna ewolucja rzeźby Polski. VII Zjazd Geomorfologów Polskich, Kra-ków: 409-414.

Rutkowski J., Pietsch K., Król K., Rudowski S., Krzysztofiak L. 2005. High-resolution seismic survey in the Wigry lake (NE Poland). W: R. Gołębiewski (red.) Peribalticum IX. Z problematyki po-brzeży i pojezierzy bałtyckich, Gdańsk: 147-162.

Siwabessy J., Penrose J., Kloser R., Fox D. 1999. Seabed habitat classification. Shallow Survey ‘99 – International Conference on High Resolution Surveys in Shallow Water. Sydney, Australia.

Sorensen P.S., Madsen K.N., Nielsen A.A., Schultz N., Conradsen K., Oskarsson O. 1998. Mapping of the benthic communities com-mon mussel and neptune grass by use of hydroacoustic meas-urements. Proc. 3rd European Marine Science and Technology Conference, 26 May 1998, Lisbon, Portugal.

Stepnowski A. 2001. Systemy akustycznego monitoringu środowiska morskiego. Gdańskie Towarzystwo Naukowe.