Studijní oddělení, doktorské studium UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta PRAHA2 Albertov 6

Transcription

1 Doc. RNDr. Roman Pašteka, PhD. UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE, PRÍRODOVEDECKÁ FAKULTA Katedra aplikovanej a environmentálnej geofyziky Mlynská dol., pav. G, Bratislava Studijní oddělení, doktorské studium UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta PRAHA2 Albertov 6 Vec: Posudok oponenta dizertačnej práce Názov práce: Complex interpretation of gravity data focused on tectonic structure assessment and environmental projects Autor práce: RNDr. František Mantlík Úvod Predložená dizertačná práca pozostáva z metodickej časti (str. 3 až 55) a štyroch príloh, ktoré tvoria: dva publikované vedecké články (časopisy Journal of Geophysics and Engineering a Comptes Rendus Geosciences), jeden podaný rukopis vedeckého článku (časopis Geophysics) a manuál vlastného softvéru Blue Whale Geophysical Processing Software. Skutočnosť, že autor dizertačnej práce predkladá ako súčasť práce tri články publikované v impaktových časopisoch plne dokladuje to, že prezentované výsledky sú originálne a že práca spĺňa predpoklady na pripustenie ku obhajobe pred komisiou v študijnom programe Aplikovaná geológia, študijný odbor Aplikovaná geológia so zameraniami. Zároveň vysoko hodnotím skutočnosť, že autor predkladá ako súčasť práce jeho vlastný softvér na spracovanie gravimetrických dát. Kriticky však hodnotím metodickú časť práce (str. 3 až 55), ktorá je svojou úrovňou priemerná a obsahuje viacero nedostatkov (tieto skutočnosti budú vydokladované neskôr v tomto posudku). Aktuálnosť témy a úroveň jej spracovania Tému predloženej dizertačnej práce hodnotím z môjho osobného pohľadu ako aktuálnu, oblasť komplexnej interpretácie gravimetrických dát v sebe neustále nesie mnohé výzvy na hľadanie nových riešení a vylepšovanie existujúcich postupov. Veľmi kladne hodnotím skutočnosť, že autor dizertačnej práce prezentuje vlastný softvér na spracovanie 1

2 a vizualizáciu výsledkov gravimetrických meraní (Blue Whale Geophysical Processing Software). Na druhej strane však žiaľ musím konštatovať, že metodická časť práce je z môjho osobného pohľadu svojou vedeckou úrovňou priemerná a znižuje tak celkovú úroveň dizertačnej práce - podľa mňa autor dostatočne nevyužil všetky dostupné možnosti na vypracovanie solídneho rešeršu aktuálnych poznatkov z nosných článkov a štandardných (aktuálnych) učebníc aplikovanej gravimetrie (detaily uvediem neskôr v tomto posudku). Napriek tejto slabšej stránke práce konštatujem, že vedecký obsah pripojených príloh (A až D) predstavuje prínos do oblasti metodiky spracovania a interpretácie terénnych gravimetrických meraní. Pripomienky ku dizertačnej práci K práci mám nasledujúce konkrétne pripomienky a poznámky: Kladne hodnotím celkový prístup autora o sumarizačný pohľad na problematiku zberu dát, ich spracovania a interpretácie v gravimetrii. Sumarizáciu výhod a nevýhod gravimetrie, podanú autorom na str. 7 a 8, považujem za dobre spracovanú. Nie som si osobne istý, či je vhodné používať v prípade prístrojov typu Scintrex Autograv CG3, CG3M a CG5 označenie digital zero-length spring gravimeters, nakoľko koncepcia ZLS platí pre mechanický pružinový systém gravimetrov LaCoste and Romberg a súčasného ZLS Burris (osobne som označenie koncepcie ZLS našiel v literatúre iba v spojení s týmito posledne menovanými prístrojmi). Túto otázku ponechávam otvorenú do diskusie počas obhajoby práce. Autorom stanovenú (pracovnú) úroveň vonkajšej presnosti moderných digitálnych gravimetrov typu Autograv (z dielne Scintrex) vo výške 5 µgal považujem za rozumnú a dosiahnuteľnú pri mikrogravimetrických a aj niektorých detailných gravimetrických meraniach (bez presunu prístroja za pomoci dopravných prostriedkov). Koncepciu samostatného výpočtu slapových opráv (napríklad v rámci použitia softvéru Blue Whale Geophysical Processing Software) považujem za veľmi dobrú, nakoľko priame opravy zavádzané tesne po meracom procese v rámci gravimetrov typu Scintrex Autograv sú pre niektoré aplikácie nepostačujúce (v komunite existuje viacero upozornení od odborníkov na slapy, že pri týchto opravách dochádza ku chybám, napr. aj z nesprávneho zaokrúhľovania). V časti metodického úvodu, opisujúcej prvotné spracovanie terénnych gravimetrických údajov (2.1.2 Data acquisition stage) mi chýba podrobnejší opis výpočtu strednej chyby meraného tiažového zrýchlenia na základe vzorky meraní na kontrolných bodoch. 2

3 V prípade úlohy topokorekcií v procese výpočtu Bouguerovej anomálie autor zvolil koncepciu ich definovania ako záporných hodnôt (str. 12, tab. 2.1 a str. 15) pre prípad, že sú ako ostatné redukcie odpočítavané od opravovanej hodnoty tiažového zrýchlenia. Toto je dobrý prístup (motivovaný požiadavkou zjednotenia aplikovaných korekcií) a je v texte aj správne opísaný. Na druhej strane však tvrdenie, že topokorekcie sú vždy záporné (str. 12, tab. 2.1, slovo always ); explicitne vyjadrené na str. 15 tvrdením, že... každá nerovnosť terénu, negatívna či pozitívna, znižuje tiažové zrýchlenie... ; podľa môjho názoru nie je správne, nakoľko nezohľadňuje príspevok od vzdialených a kvôli zakriveniu povrchu Zeme zanorených pozitívnych tvarov terénu. Príspevok od vzdialených zón môže pri určitých konšteláciách [výška výpočtového bodu] vs. [vzdialený pozitívny tvar terénu] viesť ku zmene znamienka vypočítanej topokorekcie (zanorený kopec pod horizontálnu rovinu, prechádzajúcu bodom výpočtu, prispieva do výpočtu účinkom s opačným znamienkom v porovnaní s kopcom, ktorý sa nachádza nad horiz. rovinou) platí to najmä pre výpočtové body s nižšími výškami. Celkovo je z môjho pohľadu časť venovaná topokorekciám opísaná príliš stručne z textu nie je zrejmé viacero skutočností: 1. Do akej maximálnej vzdialenosti od bodu výpočtu sú topokorekcie zavádzané (štandardne a autorom) (v prílohe D. je na str. 33 uvedená hodnota 120 km, neviem však či platí a či ju môže užívateľ prípadne zmeniť?); 2. Či je autorom pri aproximácii pravouhlými hranolmi výpočtové okolie bodu delené na viaceré zóny, ako je tomu napr. pri Hammerovej metóde (ak áno, tak v akých vzdialenostiach sú ich hranice a ako sú ošetrované prechody medzi nimi?); 3. Či geometria pravouhlých hranolov zohľadňuje zakrivenie Zeme (napr. vo sférickej aproximácii)?. Okrem delenia okolia výpočtového bodu na zóny podľa Hammera (1939) nie sú spomenuté ďalšie veľmi dôležité delenia výpočtového okolia bodu, ktoré boli a aj sú používané vo svete (Hayford and Bowie, 1912), v bývalom Československu (Pick a kol., 1973; Bližkovský a kol., 1976; uvedené v skratke aj v Mareš a kol., 1990), ako aj a v okolitých stredoeurópskych štátoch (napr.: Meurers et al., 2001; Pepel et al., 2001; Grand et al., 2004). Vo vzťahu pre výpočet Bouguerovej anomálie (str. 15) chýba Bullardov člen (je použitá iba rovinná Bouguerova korekcia), ktorý zohľadňuje sféricitu a useknutie dosky (na vzdialenosti cca km, t.j. Hayford-Bowieho O 2 zóny), ktorej gravitačný účinok je v rámci zavádzania korekcií odpočítaný. Chcel by som sa spýtať, či je výpočet Bullardovho člena zapojený do výpočtu Bouguerovej anomálie v rámci algoritmu softvéru Blue Whale Geophysical Processing Software? 3

4 Na str. 24 nesúhlasí konštatovanie o pokračovaní nahor s tvarom rovnice (2.21) (ak teda správne chápem, že spektrálna premenná u je tam uvedená v absolútnej hodnote), pri uvedenom tvare spektrálnej charakteristiky znamená kladná hodnota z príspevok do nárastu danej exponenciálnej funkcie a tým do tvorby vysoko-pásmového filtra (a nie nízko-pásmového, ako je to uvedené v práci). Na str. 25, na začiatku kap. 2.3 Gravity models sa nachádza nesprávna definícia obrátenej úlohy gravimetrie je tam uvedené: The computation of values of a geophysical field from known distribution of sources is called inverse problem. Táto definícia platí pre priamu úlohu. V časti D gravity models mi chýba akákoľvek zmienka o koncepcii, využívajúcej gravitačné účinky 3D mnohostenov (polyédrov) (napr.: Götze and Lahmeyer, 1988; Pohánka, 1988; Holstein, 2002), ktoré sú dnes top prístupom v tejto oblasti a súčasťou viacerých profesionálnych (napr.: IGMAS+) alebo univerzitných 3D modelovacích softvérov (napr. Mod3D). Prístupy založené na koncepcii 2.5D a 2.75D modelovania sú síce stále v praxi používané, z pohľadu korektnosti je však prístup pomocou 3D polyédrov v súčasnosti najlepší a aj najmodernejší. V kap Transformations, ako aj v rámci kap Gravity field tectonic structures indicators (v strede str. 31) sú uvedené a spomínané iba výpočty horizontálnych a vertikálnych derivácií interpretovaných potenciálových polí. Škoda, že autor nepoužil v rámci jeho interpretáciách aj ďalšie vyššie transformácie, ktoré vychádzajú z týchto základných derivácií a v poslednom čase sú predmetom mnohých štúdií a publikácií (najmä v magnetometrii, ale niektorí autori ich využívajú aj v gravimetrii): ako napr. tiltová derivácia (Miller and Singh, 1994; Verduzco et al., 2004), TDX derivácia (Cooper and Cowan, 2006), theta derivácia (Wijns et al., 2005), generalizovaná derivácia (Cooper and Cowan, 2011) a TDXAS transformácia (Stampolidis and Tsokas, 2012). Nerozumiem tiež celkom dobre konštatovaniu na str. 48 (v strede), týkajúceho sa interpretácie horizontálnych gradientov v príkladovej štúdii z Aveiro basin v Portugalsku (článok z časopisu Comptes Rendus Geoscience), a síce, že sekundárne štruktúry v NNW-SSE smere nemohli byť rozpoznané, nakoľko nie sú v smere počítaných gradientov v E-W a N-S smeroch. Prečo nebol z týchto základných derivácií v ortogonálnych smeroch E-W a N-S konštruovaný totálny horizontálny gradient? Možno sa mýlim, ale v ňom by sa tieto sekundárne štruktúry v NNW-SSE smere mohli prejaviť (?). Ako inovatívny a dobre zvolený postup považujem spôsob definovania regionálneho poľa na interpretovanom gravimetrickom profile na základe charakteru poľa na profile, ktorý 4

5 bol zmeraný mimo ťažiskovú interpretovanú oblasť (použité v štúdii z lokality Ilhavo v Portugalsku - článkok z časopisu Geophys. Eng. v prílohe A.). Celkovo mám osobné výhrady k použitej literatúre okrem známej (a vynikajúcej) učebnice Blakely (1995) nie sú citované (a predpokladám, že ani neboli použité) ďalšie významné učebnice z oblasti aplikovanej gravimetrie, najmä tie, ktoré boli publikované v ostatných rokoch: Fajklewicz (2007), Jacoby and Smilde (2009), LaFehr and Nabighian (2012), Hinze et al. (2013) (posledne uvedená však asi vyšla až po termíne odovzdania dizertačnej práce). Okrem toho mi veľmi chýbajú odvolávky na fundamentálne práce v oblasti štandardizácie výpočtu Bouguerovej anomálie (napr.: LaFehr, 1991; Chapin 1996; Švancara, 1996; Hinze et al., 2005; Li et al., 2006; Keller et al., 2006) poznatky z týchto prác by podľa môjho názoru mohli autorovi pomôcť pri vylepšení state práce na tému definície výpočtu Bouguerovej anomálie. Na záver už iba drobná technická poznámka zaviazané prílohy B. a C. v práci sú pravdepodobne prehodené, nakoľko sú na nich prehodené odvolávky v texte (str. 39, 42, 45) a aj ich stručný opis v zozname na str. 61. Záver a celkové hodnotenie práce Na záver tohto posudku by som chcel zdôrazniť, že napriek všetkým mojim kritickým postojom konštatujem, že posudzovaná práca dosahuje úroveň, ktorá je kladená na dizertačné práce v oblasti aplikovanej geofyziky. Z tohto hľadiska odporúčam, aby bola práca prijatá k obhajobe a aby v prípade jej kladného výsledku bol RNDr. Františkovi Mantlíkovi udelený akademický titul philosophie doktor (Ph.D.) doc. RNDr. Roman Pašteka, PhD. V Bratislave, Zoznam použitej literatúry v posudku Chapin, D.A., 1996, The theory of the Bouguer gravity anomaly: A tutorial: The Leading Edge, 15, Cooper G.R.J., Cowan D.R., 2006: Enhancing potential field data using filters based on the local phase. Computers and Geosciences 32,

6 Cooper G.R.J., Cowan D.R., 2011: A generalized derivative operator for potential field data. Geophysical Prospecting 59, Bližkovský M., Bednář J., Klečka K., Odstrčil J., 1976: Instrukce pro gravimetrické mapováni v mĕřítku 1: Český geologický úřad Praha. Fajklewicz Z., 2007: Grawimetria stosowana. AGH Kraków. Grand T., Pašteka R., Šefara J., 2004: New version of terrain correction in the Slovak regional gravity database. Contrib. Geophys. Geod., 34, 4, Götze H.J., Lahmeyer B., 1988: Application of three-dimensional interactive modeling in gravity and magnetics. Geophysics, 53, Hayford J.F., Bowie W., 1912: The effect of topography and isostatic compensation upon the intensity of gravity: U.S. Coast and Geodetic Survey, Special Publication No. 10. Hinze W.J., Aiken C., Brozena J., Coakley B., Dater D., Flanagan G., Forsberg R., Hildenbrand T., Keller G.R., Kellogg J., Kucks R., Li X., Mainville A., Morin R., Pilkington M., Plouff D., Ravat D., Roman D., Urrutia-Fucugauchi J., Véronneau M., Webring M., Winester D., 2005: New standards for reducing gravity data: The North American gravity database. Geophysics, Vol. 70, No. 4, P Hinze W.J., B. von Freese, R.R., Saad A.H., 2013: Gravity and magnetic exploration: Principes, Practices and Applications. Cambridge University Press. Holstein H., 2002: Gravimagnetic similarity in anomaly formulas for uniform polyhedra. Geophysics, Vol. 67, Jacoby W., Smilde P.L., 2009: Gravity interpretation Fundamentals and application of gravity inversion and geological interpretation. Springer, Berlin-Heidelberg. Keller, G.R., Hildebrand, T.G., Hinze, W.J., Li, X., Ravat D., Webring M., 2006: The quest for the perfect gravity anomaly: Part 2 mass effects and anomaly inversion. SEG Technical Program Expanded Abstracts 2006, LaFehr T.R., 1991: Standardization in gravity reduction: Geophysics, 56, LaFehr T.R., Nabighian M.N., 2012: Fundamentals of gravity exploration. SEG Tulsa. Li, X., Hildebrand, T.G., Hinze, W.J., Keller, G.R., Ravat D., Webring M., 2006: The quest for the perfect gravity anomaly: Part 1 new calculation standards. SEG Technical Program Expanded Abstracts 2006, Mareš S., Gruntorád J., Hrách S., Karous M., Marek F., Matolín M., Skopec J., 1990: Úvod do užtié geofyziky. SNTL, Praha. Meurers B., Ruess D., Graf, J., 2001: A program system for high precise Bouguer gravity determination. Proc. 8th Int. Meeting on Alpine Gravimetry, Leoben 2000, Österr. Beitr. Met. Geoph.,

7 Miller H.G., Singh V., 1994: Potential Field Tilt a new concept for location of potential field sources: Journal of Applied Geophysics, 32, Pepel A., Sedlák J., Szalaiová V., Szczypa S., 2001: New gravity map of Carpathians. Slovak Geological Magazine, 7, 2, Pick M., Pícha J., Vyskočil V., 1973: Úvod ke studiu tíhového pole Země. Academia, Praha. Pohánka V., 1988: Optimum expression for computation of the gravity field of a homogeneous polyhedral body. Geophys. Prospecting, 36, Stampolidis A., Tsokas G.N., 2012: Use of edge delinating methods in interpreting magnetic archaeological prospecting data.archaeological Prospection 19, Švancara J., 1996: Nová definice Bouguerovy anomálie explicitní tvar. Zpráva za úkol: Databanka geofyzikálních prací II, registr gravimetrie, etapa , MS Geofyzika Brno. Verduzco B., Fairhead J.D., Green C.M., MacKenzie C., 2004: New Insights into Magnetic Derivatives for Structural Mapping: The Leading Edge, 23, Wijns C., Perez C., Kowalczyk P., 2005: Theta map: Edge detection in magnetic data. Geophysics 70,