ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ

Παρουσίαση με θέμα: "ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ
ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ- ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ Ανδρέας Τζάνης, PhD Αναπληρωτής Καθηγητής

2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Ι
H ειδική αντίσταση ρ είναι θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης Επί κυλινδρικού στερεού μήκους L m και διατομής Α m2 και αντίστασης R Ω H ειδική αγωγιμότητα σ (Siemens/m) είναι η αντίστροφη ειδική αντίσταση.

3 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙ
Με εφαρμογή εξωτερικού πεδίου (Ε), τα΄φορτία εντός του μέσου κινούνται και διεγείρεται ρεύμα. n = αριθμός φορτίων ανά μονάδα q = το μέγεθος του φορτίου. Ένα φορτίο θα επιταχύνεται μέχρις ότου προσκρούσει σε ένα εμπόδιο ή σε άλλο φορτίο. Έτσι θα κινείται με μέση ταχύτητα ολίσθησης v Η ευκολία με την οποία ένα φορτίο μπορεί να μετακινηθεί περιγράφεται από την κινητικότητα Μ η οποία ορίζεται ως ταχύτητα ολίσθησης ανά μονάδα ηλεκτρικού πεδίου, Μ = v/E Σε χρόνο Δt, τα φορτία καλύπτουν απόσταση Δx = vΔt. Που αντιστοιχεί σε όγκο φορτίων AvΔt Το ολικό φορτίο που αφήνει τον κύλινδρο είναι Δq = nqAvΔt Εξ ορισμού, το ρεύμα είναι:

4 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙΙ
Ως Πυκνότητα Ρεύματος ορίζεται ο αριθμός nq φορτίων ανά μονάδα όγκου, διερχόμενος ανά μονάδα επιφανείας Η ειδική αγωγιμότητα σ είναι ανάλογη της πυκνότητας και κινητικότητας των ελεύθερων φορτίων. Τα υλικά γενικά διακρίνονται σε : Αγωγούς : 105 < σ < 108 S/m (Μέταλλα) Ημιαγωγούς : 10-7 < σ < 105 S/m (Μη μεταλλικά υλικά) Μονωτές : σ < 10-7 S/m (Συνήθη πετρογενενετικά ορυκτά)

5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ
Οφείλεται σε ελεύθερα ηλεκτρόνια εντός του κρυσταλλικού πλέγματος και κυριαρχεί σε μεταλλικούς αγωγούς Αξιόλογη ηλεκτρονική αγωγιμότητα ορυκτών υπάρχει μόνον σε εξαιρετικές περιπτώσεις ή κάτω από ειδικές συνθήκες: Μεταλλοφορία στον ανώτερο φλοιό Διαστρώσεις γραφίτη στον κατώτερο φλοιό.

6 ΙΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Ι (ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ)
Οφείλεται σε ιονικές διεργασίες εντός κρυστάλλων ιονικών δεσμών λόγω συγγενών ή θερμικώς επαγομένων ατελειών του κρυσταλλικού πλέγματος. ΕΞΑΡΘΡΩΣΗ ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΕΙΑ ΑΝΩΜΑΛΙΑ FRENKEL ΑΝΩΜΑΛΙΑ SCHOTTKY

7 ΙΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ)
ΙΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ) 1. Στις Χαμηλές θερμοκρασίες (μέχρι 700 °C) Προκαλείται από χαλαρά συγκρατούμενες ανομοιογένειες και/ή εξαρθρώσεις του κρυσταλλικού πλέγματος. Είναι συνάρτηση της κρυσταλλικής δομής του δεδομένου δείγματος και της θερμικής του ιστορίας, Είναι δυνάμει μεταβλητή για το αυτό υλικό 2. Στις Υψηλές θερμοκρασίες Προκαλείται από μετατόπιση ιόντων από το πλέγμα λόγω θερμικών ταλαντώσεων. Είναι εγγενής ιδιότητα του εκάστοτε υλικού, μεταβάλλεται ελάχιστα από δείγμα σε δείγμα. Τ η θερμοκρασία σε °Κ k η σταθερά Boltzmann (= 1.38x10-23 J/°Κ) U η ενέργεια διέγερσης σε eV (1eV=1.6x10-19 J) σ2 >> σ1 , πράγμα που εξηγεί την ταχεία αύξηση της αγωγιμότητας σε υψηλές θερμοκρασίες.

8 ΙΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ)
ΙΟΝΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΙΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ)

9 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ
Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι ηλεκτρικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών εξαρτώνται αμέσως και μόνον από την δυνατότητά να συγκρατούν νερό (πορώδες), από τον όγκο του περιεχομένου νερού (ποσοστό κορεσμού του πορώδους) και από την θερμοκρασία. Η ρευστή φάση υπό μορφή εξαιρετικά αγωγίμων αλμών είναι πανταχού παρούσα στον φλοιό. Τα πραγματικά πετρώματα είναι ηλεκτρολυτικοί αγωγοί. Παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική αντίσταση των διαλυμάτων : Κινητικότητα (τερματική ταχύτητα ιόντος υπό επίδραση σταθερού ηλεκτρικού πεδίου). Λαμβάνει τιμές της τάξης x10-8 (M/s)/(V/m). Αλατότητα (συγκέντρωση % κατά βάρος προς όγκο) Θερμοκρασία (επηρεάζει αμφότερους τους ανωτέρω).

10 Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΑRCHIE Η ειδική αντίσταση ενός πορώδους πετρώματος εξαρτάται από το ποσοστό και γεωμετρία του πορώδους, τον βαθμό πλήρωσης του πορώδους με ρευστό και την ειδική αντίσταση του ρευστού ρe η δραστική ειδική αντίσταση του πετρώματος ρw η ειδική αντίσταση του πορικού ρευστού. φ ο συντελεστής ενεργού πορώδους (πραγματικός κλασματικός όγκος πλήρης ρευστού) α, m εμπειρικές σταθερές χαρακτηριστικές του εκάστοτε πετρώματος. Κυμαίνονται 0.5  α  2.5, και 1.3  m  2.5 Μορφολογία των πόρων: Ακανόνιστος χώρος μεταξύ των ακανόνιστων κόκκων τω ιζημάτων. Γραμμικά θραυσιγενή στοιχεία (μικροδιαρρήξεις, διακλάσεις και μικρορωγμές). Υγρά εγκλείσματα κρυσταλλοσχιστωδών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Πομφόλυγες και βακουόλες, όπως στα έκχυτα εκρηξιγενή πετρώματα. Για δεδομένο πορώδες και ποσοστό πορικού ρευστού: Ο τύπος (2) θα δώσει τις πλέον μεγάλες αγωγιμότητες, Ο τύπος (4) θα δώσει τις πλέον μικρές διότι οι πόροι δεν επικοινωνούν (π.χ. κίσσηρις).

11 Ο ΠΑΡΑΓΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ Ηφαιστειακά Ιζηματογενή Κρυσταλλικά
Ο λόγος ονομάζεται παράγων σχηματισμού. Η κατανομή του παράγοντα σχηματισμού με το πορώδες έχει μορφοκλασματική (fractal) γεωμετρία, χαρακτηριστική του εκάστοτε υλικού. Παράγων Σχηματισμού Ενεργό Πορώδες (%) Κρυσταλλικά Ηφαιστειακά Ιζηματογενή Γενική σχέση μεταξύ του πορώδους και του παράγοντα σχηματισμού για τις τρεις βασικές κατηγορίες πετρωμάτων

12 Ο ΠΑΡΑΓΩΝ ΣΥΝΟΧΗΣ m Τυπικές τιμές:
για συνεκτικούς ψαμμίτες, μέχρι 1.3 για μη συνεκτικές άμμους. Οι επιμήκεις πόροι διασυνδέονται αποτελεσματικότερα από τους σφαιροειδείς πόρους και σχηματίζουν ηλεκτρικό δίκτυο σε χαμηλότερο πορώδες.

13 Θραυσιγενές γραμμικό πορώδες και τρόποι κυκλοφορίας ηλεκτρολυτών

14 ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΠΟΡΩΔΕΣ ΣΕ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟ ΠΕΤΡΩΜΑ

15 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ - ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ
Το πορικό ρευστό αλληλεπιδρά με τα πετρογενετικά ορυκτά του πετρώματος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα η αλληλεπίδραση ύδατος - αργιλικών ορυκτών, η οποία ελευθερώνει μεγάλο αριθμό ιόντων μέσω υδρολύσεως. Τα ιόντα που διατίθενται στον ηλεκτρολύτη θέτουν ένα κατώφλι αγωγιμότητας για κάθε πορώδες πέτρωμα, ώστε ακόμη και η παρουσία καθαρού (απεσταγμένου) ύδατος να το καθιστά μετρίως αγώγιμο. Επίδραση της αλατότητας που προστίθεται από ορυκτά των αργίλων σε υδάτινο ηλεκτρολύτη εντός πετρώματος<

16 ΜΕΤΑΛΛΟΦΟΡΙΑ (ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΓΩΓΙΜΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ)
Λιγότερο γνωστές από τις αντίστοιχες ιδιότητες των ηλεκτρολυτικών αγωγών. Η γεωμετρία της κατανομής των αγωγίμων ορυκτών διαδραματίζει σημαίνοντα ρόλο . Υπάρχει εξάρτηση από την μορφή και περιβολή των αγώγιμων κρυστάλλων Ακόμη και μικρές συγκεντρώσεις γραφίτη καθιστούν ένα πέτρωμα πολύ αγώγιμο, διότι σχηματίζει συνεχή λεπτά φύλλα κατά μήκος των ορίων των κόκκων. Γενικά απαιτείται σημαντική συγκέντρωση αγώγιμων ορυκτών, πριν το πέτρωμα γίνει αισθητά αγώγιμο. Η κατανομή των αγώγιμων ορυκτών είναι μορφοκλασματική και υπακούει νόμο ανάλογο με τον νόμο του Archie. Σχέσεις μεταξύ αγωγιμότητας του πετρώματος και της συγκέντρωσης αγωγίμων ορυκτών εντός αυτού. Parkhomenko: Εργαστηριακές μετρήσεις πυριτικών πετρωμάτων σε υψηλές θερμοκρασίες (200°C). Anderson: Μετρήσεις διάβροχων δειγμάτων μεταλλοφορίας εντός γάββρου. Οι άλλες δύο μελέτες αναφέρουν αποτελέσματα από in situ μετρήσεις σε πορφυριτικά κοιτάσματα χαλκού.

17 ΕΙΔΙΚΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΓΕΩΥΛΙΚΩΝ
Από όλες τις φυσικές ιδιότητες των γεωλογικών μονάδων, η ηλεκτρική αγωγιμότητα παρουσιάζει την μεγαλύτερη (ως ακραία) διακύμανση, ακόμη και για το αυτό υλικό αναλόγως των συνθηκών. Η γεωφυσική εθιμικά ακολουθεί μία πρακτική ταξινόμηση : Καλοί αγωγοί : Ωm. (Μέταλλα, γραφίτης, σουλφίδια, αρσενίδια και θειο-αρσενίδια, αντομονιούχα, τελλουρίδια και μερικά οξείδια όπως ο μαγνησίτης, μαγγανίτης, πυρολουσίτης και ιλμενίτης). Αγωγοί : Ειδ. αντίσταση Ωm. (Τα περισσότερα οξείδια, μεταλλεύματα και ένυδρα πορώδη πετρώματα). Πτωχοί αγωγοί :  107 Ωm (Τα κοινώτερα πετρογενετικά ορυκτά, πυριτικά, φωσφορικά και τα ανθρακικά, νιτρικά θειικά, βορικά κ.λ.π.)

18 Η ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΓΗΣ
Στην ενότητα αυτή θα εξετασθούν οι ωμικές ηλεκτρικές ιδιότητες της Γής, όπως αυτές έχουν προκύψει από : Άμεσες μετρήσεις, Έμμεσες μετρήσεις (γεωφυσική διασκόπηση βασισμένη στην φυσική ηλεκτρομαγνητική επαγωγή) Εργαστηριακές μετρήσεις Οι ηλεκτρομαγνητικές γεωφυσικές διασκοπήσεις (μεθοδολογία και πρακτική) θα εξετασθούν πληρέστερα σε οικεία κεφάλαια.

19 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΩΚΕΑΝΩΝ Σχετικά εύκολο να προσδιοριστεί:
Διατίθενται παγκόσμιας κάλυψης χάρτες βαθυμετρίας. Η αγωγιμότητα του θαλάσσιου ύδατος είναι καλά προσδιορισμένη συνάρτηση της θερμοκρασίας και αλατότητας.. Ηλεκτρική δομή των πρώτων 1000m του θαλασσίου νερού σε μία τοποθεσία του Ειρηνικού ωκεανού. Η επιφάνεια του νερού είναι θερμή και η αγωγιμότητα > 5 S/m. Θερμοκρασία και αγωγιμότητα ελαττώνονται ταχέως κάτω από το θερμοκλινές, εν προκειμένω κάτω από τα 70 m περίπου. Στο βάθος των m, η αγωγιμότητα προσεγγίζει αυτή του πυθμένα. Η αγωγιμότητα των ωκεανών είναι κατά μέσο όρο 3,3 – 3,5 S/m. Η παραεπιφανειακή αγωγιμότητα είναι περίπου 5 S/m. Βαθυθερμογράφημα ληφθέν στον Ειρηνικό Ωκεανό, κοντά στην ράχη σε πλάτος 9N. Η κατανομη θερμοκρασίας έχει μετατραπεί σε κατανομή αγωγιμότητας. Τα σύμβολα «o»’ δείχνουν τις αντίστοιχες τιμές θερμοκρασίας και αγωγιμότητας κοντά στον πυθμένα και σε βάθη – m.

20 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΩΚΕΑΝΕΙΟΥ ΦΛΟΙΟΥ Ι
Η αγωγιμότητα του ωκεάνιου φλοιού είναι επίσης εύκολη να προσδιορισθεί διότι κατά το μεγαλύτερο μέρος του, ο ωκεάνιος φλοιός σχηματίζεται ομογενώς και οι κατοπινές μεταμορφικές διεργασίες απλές. Υπάρχουν δεδομένα πληθώρας γεωτρήσεων χιλιομετρικού βάθους· υπάρχουν θαλάσσιες ΗΜ διασκοπήσεις προσφέρουσες in situ μετρήσεις της αγωγιμότητας· υπάρχει συσσωρεμένη γνώση της γεωλογίας του ωκεάνειου πυθμένα από πάμπολλες μελέτες οφιολιθικών ακολουθιών και δειγμάτων πετρωμάτων ανασυρθέντων με ωκεανογραφικές δράγες· ο συνδυασμός των οποίων επιτρέπει την κατασκευή αξιόπιστων μοντέλων της ηλεκτρικής δομής του ωκεάνιου φλοιού. Μακράν των μεσωκεάνιων ράχεων, η αγωγιμότητα βασικά εξαρτάται από το πορώδες των πυριγενών και ηφαιστειακών πετρωμάτων του απαρτίζουν τον φλοιό. Πλησίον των ράχεων, η αγωγιμότητα αυξάνεται δραστικά λόγω της παρουσίας μάγματος και υδροθερμικών ρευστών.

21 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΟΜΗ ΩΚΕΑΝΙΟΥ ΦΛΟΙΟΥ ΙΙ
Γενικά χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής δομής του ωκεάνιου φλοιού, όπως έχει προσδιορισθεί με συνδυασμό δεδομένων από γεωτρήσεις και ΗΜ διασκοπήσεις πλησίον (ερυθρά γραμμή) και μακράν (μαύρη γραμμή) μεσωκεάνιων ράχεων. Γεωηλεκτρική δομή μεσωκεάνιας ράχης από μαγνητοτελλουρικές διασκοπήσεις. Ειρηνικός ωκεανός, κοντά στις 9N (Key and Constable, 2002, GRL, 29, /2002GL016035) . Μακράν των ράχεων, μέχρι 10km, από τον άξονα, η ειδ. αντίσταση του κατώτερου φλοιού αυξάνεται σε τιμές της τάξης 1000 – Ωm. Κάτω από τις ράχεις, ο μαγματικός θάλαμος είναι προφανής λόγω των χαμηλών ειδ. αντιστάσεων (<10 Ωm). Περιοχές αυξημένης αγωγιμότητας πλησίον του πυθμένα στις παρειές της ράχης και άνωθεν του μαγματικού θαλάμου είναι ενδεικτικές υδροθερμικής δραστηριότητας.

22 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΕΡΕΟΥ ΦΛΟΙΟΥ
Σε έντονη αντίθεση με τον ωκεάνιο φλοιό, η γεωηλεκτρική δομή του ηπειρωτικού φλοιού (και ηπειρωτικών υφαλοκρηπίδων) είναι πολύ πιο περίπλοκη, εν μέρει διότι είναι λεπτομερέστερα μελετημένη από τον ωκεάνιο φλοιό, αλλά, κυρίως διότι η γεωλογική του ιστορία είναι πολύ πιο σύνθετη και η πλευρική μεταβολή του περιεχομένου στα πετρώματα νερού (και αλατότητας) πολύ μεγαλύτερη. Δεδομένα για την μελέτη της λιθοσφαιρικής αγωγιμότητας προέρχονται κυρίως από μαγνητοτελλουρικές διασκοπήσεις ευρέος φάσματος, μεγάλης κλίμακας ΗΜ διακοπήσεις ελεγχόμενης πηγής και γεωηλεκτρικές διασκοπήσεις σταθερού ρεύματος (dc).

23 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΩΤΕΡΟ ΦΛΟΙΟ (1)
Προφανώς στα ιζήματα, αναλόγως του πορώδους (συνεκτικότητας).

24 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΩΤΕΡΟ ΦΛΟΙΟ (2)
ΣΤΗΝ ΣΧΙΖΟΣΦΑΙΡΑ: Τα ενεργά ρήγματα συνηθέστατα συσχετίζονται με επιμήκεις αγωγούς γύρω και παράλληλα προς την παράταξή τους Οι διαρρήξεις παράγουν υδροπερατά πετρώματα είτε άμεσα (τρίμματα, μυλωνίτες κ.λπ.), είτε συνεπεία διαδοχικών κύκλων μηχανικής φόρτισης/ εκφόρτισης και ελαστο-πλαστικής παραμόρφωσης. ΕΛΑΣΤΟ-ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ  Σχηματισμός Μικρορωγμών. Αξονικές εφελκυστικές ευθυγραμμισμένες παράλληλα προς τον άξονα κανονικής τάσης σ1 (συμπίεση) Διατμητικές, παράλληλες προς το επίπεδο διάρρηξης – διατμητική εξεργασία πριν από την τελική θραύση. ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΘΡΑΥΣΗ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΒΑΣΑΛΤΙΚΗΣ ΛΑΒΑΣ

25 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΩΤΕΡΟ ΦΛΟΙΟ (3)
Γύρω από τα ενεργά ρήγματα η τεκτονικά επαγόμενη περατότητα είναι αποτέλεσμα διασύνδεσης ρωγμών μικρο- και μεσο-σκοπικής κλίμακας. Διάχυση νερού μέσω του πλέγματος διασυνδεδεμένων ρωγμών δημιουργεί αγώγιμη άλω γύρω από το ρήγμα. Διασυνδεδεμένες άλω πολλαπλών διαρρήξεων σχηματίζουν εκτεταμένες αγώγιμες ζώνες κατά την οριζόντια και κατακόρυφο διάσταση. ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ ΣΧΕΣΗ ΜΗΚΟΥΣ ΡΗΓΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΕΥΡΟΥΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΜΕΝΗΣ ΖΩΝΗΣ

26 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΩΤΕΡΟ ΦΛΟΙΟ (4)
ΣΤΗΝ ΣΧΙΖΟΣΦΑΙΡΑ: Διεργασίες θεραπείας ρωγμών καταστρέφουν την διασύνδεσή τους και ελαττώνουν την αγωγιμότητα του πετρώματος, εκτός εάν οι ρωγμές διατηρούνται ανοικτές λόγω σύγχρονης τεκτονικής δραστηριότητας (σεισμικής ή ασεισμικής) και συσσώρευσης της παραμόρφωσης. Γενικά: Η αγωγιμότητα είναι εντονότερη κοντά στο ρήγμα και εξασθενίζει συναρτήσει της απόστασης από αυτό. Όσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση των πετρωμάτων, τόσο υψηλότερη είναι η αγωγιμότητά τους. Η αγωγιμότητα μεταβάλλεται συναρτήσει του χρόνου αποκρινόμενη σε αντίστοιχες μεταβολές του ρυθμού παραμόρφωσης (τεκτονική δραστηριότητα) και παροχής νερού (κλίμα;)

27 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 Μαγνητοτελλουρικές μελέτες έδειξαν ότι οι αντίστοιχες ρηξιγενείς ζώνες χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλές αγωγιμότητες. Οι αγωγιμότητες είναι υψηλότερες στην άμεση γειτονία των ρηγμάτων (ζώνη υψηλής καταπόνησης) και ελαττώνονται συναρτήσει της απόστασης. Στις ζώνες αυτές τo υπεδαφικό νερό είναι πολύ αλμυρό, παραπλήσιο του θαλασσίου. Ρήγμα Αγίου Ανδρέα ( Unsworth et al, 1997)

28 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 (ΣΥΝΕΧΕΙΑ) San Andreas Fault, Parkfield, California
Deep Fluids ? Evidence for a conductive channel from the lower crust to the eastern conductor This has been inferred to represent a pathway for mantle fluids into the SAF. Interestingly, He ratios from drilling mud gas samples show enhanced mantle signature EAST of the SAF but not within the fault zone. Also, anomolously high pore pressures are only found to the east of the fault. (Becken et al., 2008)

29 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 - ΝΙΣΥΡΟΣ

30 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3 - ΜΕΘΑΝΑ

31 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟΝ ΑΝΩΤΕΡΟ ΦΛΟΙΟ (5)
ΣΤΗΝ ΨΑΘΙΡΗ – ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΜΕΤΑΒΑΣΗ η οποία αποτελεί ευρεία ζώνη όπου μικροσκοπικά συνυπάρχουν πλαστική και ψαθιρή παραμόρφωση που οδηγούν σε ελατή μακροσκοπική συμπεριφορά – π.χ. Κατακλαστική Ροή. Διεργασίες ταυτόχρονες με μεταμόρφωση χαμηλού βαθμού, η οποία περιλαμβάνει ρευστή φάση (άλμες) και μπορεί να αυξήσει την αγωγιμότητα εφόσον υπάρχει διασύνδεση. Οι άλμες συνιστούν σπουδαίες ρευστές φάσεις των μεταμορφωμένων πετρωμάτων και έχουν παρατηρηθεί σ’ αμφότερες τις βαθιές λιθοσφαιρικές γεωτρήσεις (χερσονήσου Κόλα στην Ρωσσία και Μέλανα Δρυμού στην Γερμανία). ΣΕ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΚΑΙ ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ: Οφείλεται στο ρευστό κλάσμα του διασυνδεδεμένου πορώδους και εξαρτάται από την αλατότητα των πορικών ρευστών, την θερμοκρασία και την παρουσία αργιλικών ορυκτών. Τα αργιλικά αυξάνουν την αλατότητα κατά αρκετές τάξεις μεγέθους (υδρόλυση). Το ρευστό κλάσμα αυξάνει στις περιοχές κυκλοφορίας και ταμίευσης ρευστών (όπως επίσης και η περιεκτικότητα σε αργιλικά λόγω υδροθερμικής εξαλλοίωσης). Σε γεωθερμικά συστήματα που ελέγχονται από σύγχρονη ή παρελθούσα τεκτονική δραστηριότητα, ο ρηξιγενής ιστός ταυτίζεται με τους αγωγούς κυκλοφορίας μέσω των οποίων κυκλοφορούν τα γεωθερμικά ρευστά.

32 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΝ ΣΤΕΡΕΟ ΦΛΟΙΟ (1)
Παραλείποντας λεπτομέρειες και αγνοώντας τις ασυνήθως χαμηλές αλλά ογκομετρικά περιορισμένες αγωγιμότητες λόγω μεταλλοφορίας, γεωθερμικής δραστηριότητας κ.λπ. που γενικά έχουν οικονομικό ενδιαφέρον, οι εξής γενικεύσεις είναι δυνατές: Ηπειρωτικές ασπίδες: 103 – 106 Ωm Ηπειρωτικά ιζήματα: 10 – 100 Ωm Θαλάσσια ιζήματα: 1 – 100 Ωm Οι Everett et al. (2003: GJI, 153, p. 277) τυποποίησαν αυτήν την γενίκευση για να κατασκευάσουν χάρτη της παγκόσμιας κατανομής ολικής αγωγιμότητας, χρησιμοποιώντας τον παγκόσμιο χάρτη πάχους ιζημάτων 1×1, των Laske and Masters (Trans. AGU, 78, F483, 1997).

33 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΝ ΣΤΕΡΕΟ ΦΛΟΙΟ (2)
ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΝ ΣΤΕΡΕΟ ΦΛΟΙΟ (2) Ο κόσμος διαιρέθηκε σε τρεις περιοχές με βάση την τοπογραφία: Ωκεάνιες λεκάνες και ηπειρωτικές υφαλοκρηπίδες κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Το θαλάσσιο νερό έλαβε ειδ. αγωγιμότητα 3.2 S/m (0.3 Ωm)· τα ανώτερα δύο στρώματα ιζημάτων (πάχους μέχρι 7 km) ειδ. αγωγιμότητα 0.8 S/m (1.25 Ωm)· τα βαθέα (> 7km) ιζήματα ειδ. αγωγιμότητα 0.02 S/m (50 Ωm). Παράκτια πεδία και χαμηλές ηπειρωτικές ιζηματογενείς λεκάνες κείμενες σε υψόμετρα μεταξύ 0 και 100 m. Ολόκληρη η στρωματογραφική τομή έλαβε ειδ. αγωγιμότητα 0.5 S/m (2 Ωm). Ηπειρωτικές εδοχώρες και υψίπεδα κείμενα άνω των 100 m. Ολόκληρη η λιθοστρωματογραφική τομή έλαβε ειδ. αγωγιμότητα 0.03 S/m (33 Ωm). Η δομή μέχρι βάθους 50 km, αντιπροσωπεύουσα ωκεάνια και ηπειρωτικά πυριγενή, ηφαιστειακά και μεταμορφωμένα πετρώματα έλαβε S/m (1000 Ωm).

34 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΝ ΣΤΕΡΕΟ ΦΛΟΙΟ (3)
ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΝ ΣΤΕΡΕΟ ΦΛΟΙΟ (3) Η τυποποίηση είναι αναμφιβόλως αυθαίρετη και μπορεί να βελτιωθεί με τον καιρό, αλλά μπορεί και να αποτελέσει βάση για συζήτηση καλύτερη από τους απλούς μέσους όρους που χρησιμοποιούνταν μέχρι το 2003. Σε γενικές γραμμές, οι ιζηματογενείς τομές που ορίσθηκαν με αυτό τον τρόπο συνεισφέρουν μόνο 10% της ολικής επιφανειακής αγωγιμότητας, αλλά σε περιοχές όπως ο Κόλπος του Μεξικο, η Μεσόγειος, η Κασπία ο Αρκτικός Ωκεανός και ο Εύξεινος Πόντος, τα σωρευμένα ιζήματα έχουν ολική αγωγιμότητας συγκρίσιμη με αυτή των ωκεανών και τροποποιούν δραστικά την μορφή της αλληλεπίδρασης ηπείρων/ωκεανών.

35 ΜΑΝΔΥΑΣ – ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ
Ολιβίνης (Mg1−xFex)2SiO4 όπου x=0,1. Wadsleyite και ringwoodite (σπινέλιοι (Ολιβίνης β και γ). Γρανάτες (garnets), X3Al2Si3O12, όπου X μπορεί να είναι Mg (πυρωπό), δισθενής σίδηρος (αλμανδίνης), Mn (σπεσαρτίνης) και Ca (γροσσουλάριος). Ματζορίτης (majorite), φάση υψηλής πίεσης του γρανάτη (Mg,Fe)SiO3. Ορθοπυρόξενοι, (Mg1−xFex)SiO3. Κλινοπυρόξενοι, Ca(Mg,Fe,Mn)Si2O6.. Μαγνησιοβουστίτης (Magnesiowuestite), (Mg1−xFex)O Στισοβίτης (stishovite), υψηλής πίεσης φάση του SiO2 Περοβσκίτης (perovskite), υψηλής πίεσης κυβική μορφή του, Mg1−xFexSiO3.

36 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΕΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΜΑΝΔΥΑ
Τα περισσότερα ορυκτά έχουν ενέργειες διέγερσης μεταξύ 0.5 και 2 eV . Τα ορυκτά του ανώτερου μανδύα έχουν ενέργειες διέγερσης γύρω στο 1.5 eV. Τα ορυκτά του κατώτερου μανδύα (μαγνησιο-βουρστίτης και πυριτικός περοβσκίτης) έχουν ενέργεια διέγερσης 0.7 eV. Ο κατώτερος μανδύας θα είναι αρκετά ομοιόμορφος! Εργαστηριακές μελέτες ηλεκτρικής αγωγιμότητας ορυκτών του μανδύα: Περοβσκίτης, Xu et al, 1998, Science, 280 p Ματζορίτης, Kavner et al., 1995; GRL 22, p Ολιβίνης, SEO3 από τον Constable, 2006, GJI 166 p Βουστίτης, Dobson and Brodholt 2000, GRL 105 p Τα υπόλοιπα στοιχεία από τους Xu and Shankland, 1999, GRL 26 p

37 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΜΑΝΔΥΑ Ι ΕΜΜΕΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕ ΜΕΛΕΤΕΣ ΗΜ ΕΠΑΓΩΓΗΣ
Αριστερά : Semenov, A., Global 3-D imaging of mantle electrical conductivity based on inversion of c-responses, PhD Thesis, ETH Zuerich. Δεξιά: A. Kelbert, G. Egbert, and A. Schultz, A nonlinear conjugate 3-D inversion of global induction data. Resolution studies. Geophys. J. Int., 173:365–381, 2008.

38 ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΜΑΝΔΥΑ ΙI ΕΜΜΕΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕ ΜΕΛΕΤΕΣ ΗΜ ΕΠΑΓΩΓΗΣ
Αριστερά : Semenov (2011). Δεξιά: Kelbert et al, (2008)