Budowa modelu sejsmo- geologicznego

Konstrukcja modelu sejsmo - geologicznego wymaga równoczesnego uwzględnienia informacji geologicznych oraz geofizycznych. Rekonstrukcję geologiczną profilu otworowego przeprowadzono na podstawie obserwowanych zwiercin oraz pozycji świdra względem powierzchni. Profile prędkości otrzymano na podstawie czasów przyjścia fali bezpośredniej, objaśnionych w podrozdziale 4.1. W celu powiązania obu typów danych dokonano zestawienia wspomnianych wyników na rysunku 7.4 - 1. Czerwonymi, liniami zaznaczono kontynuację granic litologicznych na tle zestawionych rozkładów prędkości. Punktami A, B , C i D oznaczono pozycje granic geologicznych na zestawionych wynikach profilowania prędkości. Przedstawiona korelacja ukazuje brak zgodności badań otworowych z przedstawionym profilem geologicznym. Wyjątek stanowi warstwa glin, która na rozkładzie prędkości fali poprzecznej stanowi strefę o prędkości 685 m/s. Rozkład fali podłużnej wykazuje wyraźnie dwudzielny rozkład, odznaczający się wzrostem wartości prędkości na głębokości 20 m (ok. 106 m. n. p. m.). Nie wskazuje on obecności warstwy iłu. Jest to konsekwencja słabego zróżnicowania wartości prędkości pomiędzy piaskami w strefie saturacji oraz wkładkami ilastymi. Poniżej 126 metra wysokości nad poziomem morza rozkład fali poprzecznej posiada stałą wartość prędkości równą 441 m/s. Podobnie jak w poprzednim rozkładzie warstwa iłu nie jest obecna w obrazie prędkości fali S. Przyczyną tego zjawiska jest niski stopień sprężystości postaciowej warstwy ilastej, która geomechanicznie nie wyróżnia się na tle mieszaniny piaszczysto żwirowej. Bezpośrednie powiązanie pola prędkości Vp i Vs z geologią strefy przypowierzchniowej nie jest możliwe. Istnieje zatem potrzeba użycia dodatkowych parametrów fizycznych, których rozkłady będą posiadały bardziej jednoznaczną interpretację geologiczną. Dyskusję na temat opracowania metody wspomagającej analizę geologiczną, rozpoczęto od ekspozycji wyników wielokanałowej analizy fal powierzchniowych i tomografii refrakcyjnej. Przedstawiono je na ilustracji 7.4 - 2, odpowiednio w części A i B. Dokonano na nich wydzielenia granic geofizycznych, związanych ze zmianami wartości prędkości. Model tomograficzny posiada, wyraźny dwu warstwowy układ (Rys. 7.4 – 2 - B). Zaznaczony poziom refraktora jest zróżnicowany morfologicznie. Posiada układ trzech wyniesień. Średnia wartość prędkości w modelu wynosi 1800 m/s w podłożu i 700 m/s w nadkładzie. Wartość 1800 m/s jest charakterystyczna dla warstw o podwyższonej kompakcji w strefie aeracji jak również dla piasków słabo

183 skonsolidowanych w strefie saturacji. Powoduje to trudności w określeniu jej reprezentacji geologicznej.

Rys. 7.4 - 1 Zestawienie profilu litologicznego otworu OT - 1 wraz z rozkładami prędkości fali poprzecznej i podłużnej.

Na eksponowanym modelu tomograficznym zróżnicowanie elewacji nie wskazuje na bezpośrednie powiązanie refraktora z warstwą wodonośną. Z tego względu interpretacja postaci sedymentów nieskonsolidowanych powinna być podparta metodą MASW. Rozkład fali poprzecznej ukazuje obraz konsolidacji gruntu, który jest niezależny od obecności wody (Rys. 7.4 – 2 - A). Struktury zaobserwowane na obrazie tomograficznym mają swoje uzasadnienie w obrazie fali S. Fala poprzeczna ukazuje bardziej skomplikowany model ośrodka. Zarys struktur jest wyraźniejszy a same cechy podłoża wstępują płycej niż to ma miejsce w rozkładzie fali P. Właściwa interpretacja modelu, utworów polodowcowych wymaga połączenia właściwości obu pól. W tym celu skonstruowano rozkłady stosunku Vp/Vs i współczynnika Poissona i (Rys. 7.4 - 2 - C i - D). W ten sposób chciano uwzględnić aspekt geomechaniczny i hydrogeologiczny badanych sedymentów. Powstałe rozkłady - podobnie jak modele fali P i S, wykazują dwudzielny obraz. Różnią się morfologia pseudo - podłoża i postacią nadkładu. W centralnej części rozkładu współczynnika Poissona zaobserwowano silne wypiętrzenie.

184 Rys. 7.4 - 2 Interpretacja modeli prędkości (A i B) i uogólniony rozkład współczynnika Poissona i Vp/Vs (C i D), zestawione z interpretacją geologiczną E. W sposób graficzny

185 Część północna charakteryzuje się płaskim wykształceniem warstwy podłoża, łagodnie wznoszącym się w centralnej części modelu. Wyniesienia obserwowane w pierwotnej strukturze modelu tomograficznego i MASW zyskały pokreślenie swoich konturów. Ich nachylenie jest zgodne z kierunkiem działalności lodowca. Podłoże charakteryzuje średnia wartość współczynnika Poissona, równa 0.43, natomiast zdeformowana warstwa ponad jego powierzchnią posiada wartość 0.33. Wielkość 0.43 określa typ sedymentu, którego właściwości można określić jako plastyczne, bądź pół plastyczne. Podobne właściwości w kontekście geologicznym można przypisać warstwom iłów bądź glin w strefie saturacji. Wartość 0.33 określa mieszankę piaszczystą, zbitą w strefie aeracji. Model współczynnika Poissona przedstawia układ fałdów obalonych w południowej części modelu oraz poprzedzające je wyciśnięcie materiału ku powierzchni. Jego południowa cześć jest zbieżna z typowym modelem deformacyjnym plateau kemowego, przedstawionym w podrozdziale drugim. Interpretację rozkładu współczynnika Poissona wsparto rozkładem stosunku prędkości fali podłużnej i poprzecznej. Wskazuje on miejsca anomalne, związane z nagłym przyrostem stosunku prędkości Vp/Vs = 5.5 na tle dominującej wartości 2.5. Anomalie występują w postaci ciał zawieszonych. Określenie ostatecznej formy osadów przypowierzchniowych dokonano przez uwzględnienie cech strukturalnych modelu współczynnika Poissona jak i Vp/Vs. Model geologiczny, widoczny na rysunku 7.4 - 2 - E powstał przez naniesienie granic modelu współczynnika Poissona na obraz współczynnika Vp/Vs. Różnice obu modeli utożsamiono z obecnością warstwy ilastej. Uzasadnia ona obecność strefy saturacji o zwierciadle napiętym, której forma jest uwarukowana warstwą uszczelniającą i jednocześnie kształtującą jej strop. Posiada ona nieregularny przebieg. W miejscu posadowienia otworu dochodzi do przerwania jej ciągłości. Tworzy ona piętro deformacyjne, posiadające wychodnię na 1200 metrze profilu. Kolejnym etapem budowy modelu sejsmo - geologicznego było powiązanie wyników tomografii refrakcyjnej i MASW z rezultatem przetwarzania danych refleksyjnych. Wymagało to przeprowadzenia konwersji głębokościowej obliczonych sekcji czasowych fali odbitej. Do tego celu wykorzystano wyniki analiz prędkości, które posłużyły do obliczenia miąższości interwałowych w rozdziale szóstym. Ich estymację oparto o funkcję prędkości interwałowych Vint, prezentującą uśrednioną postać 8 punktów estymacyjnych (punktów kumulacji pokrycia) pola prędkości ukazanego na rysunku 6.4 - 5. Oznaczono ją niebieską, ciągłą linią na rysunku 7.4 - 3. W ten sposób wyznaczono poziomy zalegania granic odbijających (miąższości interwałowe warstw, Rys. 7.4 - 3). Zestawiono ją z wycinkiem sumy sejsmicznej oraz danymi geologicznymi. Wspomniany fragment sumy wyizolowano w pozycji otworu OT - 1. Tworzy go 5 tras po

186 składaniu. Oznaczono je numerami kolekcji CMP- od 38 do 41. Każda z nich zawiera informacje o fali odbitej, zebrane z 10 - ciu metrów powierzchni odbijającej. Wycinek sumy jest reprezentacją horyzontów fali odbitej. W niniejszej korelacji pełni rolę sejsmogramu syntetycznego. Liniami przerywanymi dowiązano go do modelu geologicznego oraz profilu otworowego. Przez wspomniany zabieg opracowano bazę interpretacji opartą o powiązanie granic sejsmicznych z warstwami geologicznymi. Model utworów polodowcowych przedstawiony w niniejszej pracy oparto o tzw. model hybrydowy sejsmiki przypowierzchniowej, zdefiniowanym w publikacjach Frey i in. 2012 (Rys. 7.4 - 4 i Rys. 7.4 - 5). Zakłada on połączenie przypowierzchniowego modelu tomograficznego wraz z obrazem sekcji czasowych fali odbitej. Przyjęty schemat interpretacji stosowany jest głównie dla sedymentów o niskim zróżnicowaniu impedancji akustycznych na granicach warstw geologicznych. W odróżnieniu od techniki stosowanej przez Frey’a nie przeprowadzono etapu składania danych refleksyjnych przy użyciu pola prędkości fali refrakcyjnej. Decyzję podjęto, w oparciu o obserwowaną, niską wartość prędkości składania w porównaniu do prędkości fali podłużnej w refraktorze. Cechą, która łączy poniższe eskpozycje z koncepcją Frey’a jest połączenie sekcji refleksyjnych z otrzymanymi modelami fali S i P. Przedstawione, hybrydowe zestawienia sekcji refleksyjnych oraz pól prędkości miało na celu powiązanie cech wspólnych opracowanych wyników. Lokalne podobieństwo w zasięgach metod, posłużyło do bezpośredniego porównania niektórych elementów strukturalnych wymienionych rezultatów. Dla potrzeb ekspozycji wyników skonstruowano trójwymiarową bryłę, uwzględniającą obraz powierzchni pomiarowej. Na każdej z sekcji naniesiono zestaw barwnych markerów, odnoszących się do poszczególnych granic geologicznych. W celu podniesienia czytelności wykonanej interpretacji, przedstawiono ich układ na jednolitym tle 7.4 - 4 - A i 7.4 - 5 - A. Sekcje sejsmiczne na rysunku 7.4 - 4 - B i 7.4 - 5 - B przedstawiają regularną postać horyzontu refleksyjnego na głębokości 40 m. Jest on zbieżny z wolno zmiennymi cechami podłoża, określonymi na podstawie wyników MASW i tomografii refrakcyjnej (Rys. 7.4 - 2 - A i - B). W centralnej części opisywanej granicy refleksyjnej znajduje się wyniesienie, które jest cechą wspólną wszystkich omawianych modeli. Jest to argument przemawiający za właściwie dobraną ścieżką analizy danych. Potwierdzenie jego obecności podkreśla złożoność strefy przypowierzchniowej. Po południowej stronie wspomnianego wyniesienia, zaobserwowano nieckowate zagłębienie, którego cechą charakterystyczną jest redukcja amplitud granic odbijających. Znajduje ono swoje odzwierciedlenie w przedstawionych polach prędkości na rysunku 7.4 - 2 - A i - B.

187 Rys. 7.4 - 3 Baza interpretacyjna modelu sejsmo- geologicznego.

188 Rys. 7.4 - 4 Rysunek przedstawia zestawienie wyników metody refleksyjnej wraz wynikami

189 Rys. 7.4 - 5 Zestawienie wyników metody refleksyjnej wraz wynikami MASW.

190 Rys. 7.4 - 6 Interpretacja sejmo – facjalna.

191 W jego zasięgu zaobserwowano anomalny przyrost wartości prędkości fali podłużnej i poprzecznej. Odbywa się to w części sedymentów występujących ponad strukturą fałdową z nasunięcia (Rys. 7.4 - 4). Opisane przerwania ciągłości warstw mioceńskich znajduje się dokładnie w miejscu zmiany elewacji warstw łupków, udokumentowanej w objaśnieniach do arkusza Nadarzyce (Rys. 2.1 - 3). Jest to pierwotna strefa kumulacji naprężeń, które przyczyniły do kompakcji osadów ponad nieciągłością. Ukształtowały one ostateczną postać stropu wspomnianej warstwy łupków. Piaski zailone uległy wypiętrzeniu przez oparcie o fałd w stropie łupków oligoceńskich. Ciągłość warstw piasków wodnolodowcowych oraz iłów zastoiskowych została przerwana. Oddziela je zdezintegrowana masa glin zwałowych, których częścią stropową jest wcześniej wspomniane nieckowate zagłębienie. Wyraźna granica refleksyjna o kształcie misy została oznaczona czerwoną, przerywaną linią. Jest to granica erozyjna pomiędzy plejstoceńskim a mioceńskimi piętrem osadowym. Ze względu na jej poligenetyczne cechy rysuje się ona bardzo mocno w zapisie sejsmicznym. Wyznacza ona przejście pomiędzy nadkładem a osadem pierwotnym. W części północnej przedstawionych sum sejsmicznych kartowanie warstw geologicznych oparto o ciągłość fazową granic odbijających. W centralnej części sekcji warstwa glin zwałowych przerywa ich kontynuację. Problem stanowiło wykonanie interpretacji poza strefą deformacyjną w południowej sum refleksyjnych. Wstępne określenie geometrii granic przeprowadzono w oparciu o podobny poziom zlegania horyzontów refleksyjnych pomiędzy południową i północną częścią modelu. Dodatkowo, skorzystano z definicji form sejsmo - facjalnych, przedstawionych w podrozdziale 7.3. Wykonano dodatkową interpretację. Przedstawia ją rysunek 7.4 - 6. Opracowany model można podzielić na dwie części. Pierwszą jest odcinek od północnego skraju profilu do formy zdefiniowanej jako wyniesienie strukturalne osadów polodowcowych. Pojawia się w niej nagromadzenie horyzontów refleksyjnych o wyraźnych fazach. Ich postać jest bardziej regularna w stosunku do pozostałej części sekcji na rysunku 7.4 - 6. Podobna charakterystyka osadów rysuje się w południowej części sekcji refleksyjnej, jednak w tym przypadku postać fazowa granic odbijających nie jest równie wyraźna. W części centralnej dochodzi do redukcji amplitudy sygnału refleksyjnego co zgodnie z interpretacją sejsmo - facjalną jest spowodowane wzrostem domieszki glin lub bezładnych mieszanin piaszczysto żwirowych. W głębszych partiach sumy sejsmicznej wytłumienie faz powiązano z warstwami ilastymi. Ostatnim etapem budowy modelu sejsmo - geologicznego jest konstrukcja obrazu geologicznego w strefie przejściowej pomiędzy 120 i 100 metrem nad poziomem morza.

192 Rys. 7.4 - 7 Interpretacja sejsmo - geologiczna w strefie zbieżności głębokościowej rezultatów

193 Rys. 7.4 - 8 Interpretacja sejsmo - geologiczna.

194 Uprzednią interpretację rozkładów fali poprzecznej (Rys. 7.4 - 7 - A) i podłużnej (Rys. 7.4 - 7 - B) złożono z fragmentem sumy refleksyjnej (Rys. 6.5 - 1 - C) po konwersji głębokościowej. Na każdą z wymieniowych ekspozycji nałożono otworowy profil geologiczny. Pierwotną interpretację geologiczną, widoczną na rysunku 7.4 - 2 uzupełniono o układ wkładek ilastych (Rys. 7.4 - 7 - C). Wariant refleksyjny potwierdził istnienie warstwy ilastej w granicy 29 metra pod powierzchnia gruntu, czego nie udało się osiągnąć w trakcie pomiaru prędkości w otworze. Na postawie wszystkich kroków zawartych w niniejszym podrozdziale opracowano ostateczną postać modelu sejsmo - geologicznego. Wynik ukazano na rysunku 7.4 - 8 - B. Zestawiono go z fragmentem sumy głębokiej, który posłużył do dokładniejszej interpretacji cech morfologicznych podłoża. Linią białą oznaczono warstwę iłówców (Rys. 7.4 - 8 - A) w obrazie sejsmiki prospekcyjnej. Granice warstw geologicznych określono na podstawie otrzymanych rezultatów sejsmicznych oraz interpretacji sejsmo - facjalnej. Każdej z nich przyporządkowano typ utworów polodowcowych na podstawie danych otworowych oraz dokumentacji geologicznej. Zostały one wypisane w legendzie do rysunku 7.4 - 8 - B.