VedecJan Vozar
Názov projektuMulti-dimenzionálne integrované geofyzikálno-petrologické modelovanie kôry a vrchného plášťa v regióne strednej Európy pomocou štrukturálnej joint inverzie - CRITHON3D
Hostiteľská organizáciaÚstav vied o Zemi Slovenskej akadémie vied
Dĺžka projektu01.03.2016 - 31.12.2018

Abstrakt
Geofyzikálny prieskum, významne prispieva k porozumeniu a skúmaniu procesov spojených so strategickými energetickými a nerastnými zdrojmi a to najmä pomocou geoelektrických metód. Kombinácia rôznych geofyzikálnych metód v jednom inverznom nástroji znižuje nejednoznačnosť inverzných problémov a výsledných modelov. Integrované geofyzikálne a petrologické modelovanie, spolu s inverznými problémami, predstavujú najzaujímavejšie témy výskumu v geofyzike. Modelovací balík LitMod3D, ktorý modeluje geofyzikálne dáta, na základe topografickej výšky a tepelného toku a petrologických informácií, plánujem rozšíriť o štruktúrne viazaný model kôry vytvorený v joint inverznom softvérovom balíku pre súčasné inverzné modelovanie gravimetrických, seizmických a magnetotelurických (MT) dát. Nový názov balíčka s kôrovým modulom bude LitMod 3Dic. Pôvodný LitMod balíček vypočítava realistické rozloženie teploty a tlaku v hornom plášti a charakterizuje parametre chemického zloženia minerálov, ako aj obsah vody, čo nám umožňuje definovať modely jednotlivých geofyzikálnych parametrov vo vrchnom plášti a vypočítať syntetické geofyzikálne dáta na povrchu Zeme. Implementácia kôrového inverzného modulu bude prebiehať v dvoch krokoch: a) rozšírenie LitMod balíčka o MT kód pre geoelektrické modelovanie kôry a plášťa; aj s optimalizáciou implementovaného MT kódu, pretože 3D MT inverzný kód je výpočtovo aj časovo najnáročnejšia časť b) do LitMod-u bude začlenený kôrový inverzný kód založený na joint inverznom softvérovom balíku, čo rozšíri kôrové modely o modely hustoty a seizmických rýchlostí. Výsledný rozšírený LitMod3Dic balíček bude použitý na vykonanie multi-dimenzionálno, tepelno a petrologicky-riadeného modelovania kombinujúceho MT, gravimetrické a seizmické dáta v inverznom modelovaní kôry a plášťa v Karpatsko-panónskej oblasti. Nasledujúce štúdie sa zamerajú na zmapovanie neo-vulkanických oblastí, sub-čadičovýchštruktúr a tepelných parametrov na východnom a strednom Slovensku.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

V  projekte skúmame multidisciplinárny geofyzikálno-geologický modelovací prístup s cieľmi rozdelenými do dvoch nadväzujúcich fáz riešenia: 1) vypracovanie nového modelovacieho nástroja s názvom LitMod3Dic, kde magnetotelurická (MT) metóda a JIF3D kód, ktorý vykonáva súčasnú multiparametrickú inverziu (tzv. „joint inverzia“), budú implementované do LitMod3D nástroja (s vnútorne konzistentným termodynamickým modelovacím prístupom); a 2) použitie nového kombinovaného LitMod3Dic kódu na modelovanie geologických štruktúr zemskej kôry a plášťa.

V prvej fáze projektu sme sa zamerali na vývoj metodiky a na úpravy kompatibilného 3-D magnetotelurického modulu pre priamu a inverznú úlohu, ktorý bude implementovaný do LitMod3D balíčka. Tento proces realizácie viedol k dvom skupinám výstupov projektu.

Prvá skupina výstupov je priamo spojená s 3-D MT kódom pre priamu a obrátenú úlohu a s posúdením jeho aplikovateľnosti na riešenie rôzno-škálových problémov. Dôraz bol kladený predovšetkým na rozlíšenie a presnosť vypočítaných elektromagnetických odoziev na použitom gridovom systéme pre rôzne numerické metódy na výpočet MT úlohy. Kódy prešli testovaním na efektívnu rýchlosť výpočtu a presnosť topografických efektov v záverečných vypočítaných prenosových funkciách. V druhej skupine výstupov sme s cieľom unifikovať geografickú pozíciu nameraných dát vyvinuli skript na konverzie medzi najpoužívanejšími zemepisnými mapovými projekčnými systémami. Skript ďalej umožňuje konverziu zo štyroch rôznych geoelektrických modelových formátov do modelového formátu LitMod3D balíka a aj opačným smerom. Tento prístup zachováva flexibilitu MT modulu pre budúcich používateľov, ktorí by sa rozhodli použiť iný MT modul.

Efektívnosť JIF3D joint inverzného balíčka a jeho väzobné metódy boli testované na reálnych geofyzikálnych dátach (gravitačných a MT). Výsledky modelovania vykazujú zlepšenie rozlíšenia v oboch modeloch (hustotných i vodivostných). Priestorové pozície a zistené hodnoty vodivostí a hustôt boli potvrdené informáciami z in situ vrtov a tiež zo seizmických reflexných profilov. Boli pripravené vstupné databázy a parametre pre integrované modelovanie plánované pre druhú fázu projektu.