The application of the 2D/3D electrical resistivity tomography (ERT) method in investigating the carbonate karst of the Zakrzówek Horst
DOI:
https://doi.org/10.7494/geol.2022.48.3.319Keywords:
2D/3D ERT methods, karst structures, Zakrzówek Horst, Jasna CaveAbstract
A characteristic features of the geological structure of the Krakow area are tectonic horsts and grabens. The Zakrzówek Horst is one of the seven horst structures within the Krakow area, located in the south-western part of the area. It is built of Upper Jurassic limestones, where numerous karst caves have been developed. The caves of the Zakrzówek Horst probably form a system of interconnected caves. This hypothesis has been tested in the western region of the Zakrzówek Horst using the electrical resistivity tomography (ERT) method. The investigations were conducted in the parallel profile configuration as well as with the data processing procedure based on the 2D and 3D inversion. The results of these studies are an attempt to locate additional voids as well as fractured zones in the carbonate rock mass. The studies confirmed the hypothesis that the Jasna Cave is probably only a fragment of a vast cave system developed within the Zakrzówek Horst. As a result of the research carried out with the ERT method, the most prospective directions for future speleological research have been determined.
Downloads
References
Aizebeokhai A.P., 2010. 2D and 3D geoelectrical resistivity imaging: Theory and field design. Scientific Research and Essays, 5(23), 3592–3605. https://academicjournals. org/journal/SRE/article-abstract/FCF7A6116235 [access: 1.09.2022].
Aizebeokhai A.P. & Singh V.S., 2013. Field evaluation of 3D geo-electrical resistivity imaging for environmental and engineering studies using parallel 2D profiles. Current Science Association, 105(4), 504–512. https://www.jstor.org/stable/24098005.
Amanatidou E., Vargemezis G. & Tsourlos P., 2022. Combined application of seismic and electrical geophysical methods for karst cavities detection: A case study at the campus of the new University of Western Macedonia, Kozani, Greece. Journal of Applied Geophysics, 196, 104499. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2021.104499.
Chávez R.E., Cifuentes-Nava G., Tejero A., Hernández-Quintero J.E. & Vargas D., 2014. Special 3D electric resistivity tomography (ERT) array applied to detect buried fractures on urban areas: San Antonio Tecómitl, Milpa Alta, México. Geofísica Internacional, 53(4), 425–434. https://doi.org/10.1016/S0016-7169(14)70076-5.
Dahlin T. & Zhou B., 2004. A numerical comparison of 2D resistivity imaging with ten electrode arrays. Geophysical Prospecting, 52(5), 379–398. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.2004.00423.x.
Everett M.E., 2013. Near-Surface Applied Geophysics. Cambridge University Press, Cambridge. https://doi.org/10.1017/CBO9781139088435.
Felisiak I., 1992. Osady krasowe oligocenu i wczesnego miocenu oraz ich znaczenie dla poznania rozwoju tektoniki i rzeźby okolic Krakowa. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 62(2), 173–207.
Górny A., Molenda R., Motyka J. & Słobodzian B., 1997. Warunki hydrogeologiczne i zjawiska krasowe zrębu Zakrzówka. [in:] Baryła J. & Gradziński M. (red.), Materiały 31. Sympozjum Speleologicznego: Ojców, 17–19.10.1997, Sekcja Speleologiczna Polskiego Towarzystwa Przyrodniczego, 29–38.
Gradziński R., 1962. Rozwój podziemnych form krasowych w południowej części Wyżyny Krakowskiej. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 32(4), 429–497.
Gradziński R., 1972. Przewodnik geologiczny po okolicach Krakowa. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
Hung Y.Ch., Lin Ch.-P., Lee Ch.-T. & Weng K.-W., 2019. 3D and boundary effects on 2D electrical resistivity tomography. Applied Sciences, 9, 2963. https://doi.org/10.3390/app9152963.
Jędrys J. & Krajewski M., 2002. Poszukiwania jaskiń na Zakrzówku metodą georadarową. Jaskinie, 4(29), 28–31.
Kidanu S.T., Varnavina A.V., Anderson N. & Torgashov E., 2020. Pseudo-3D electrical resistivity tomography imaging of subsurface structure of a sinkhole – A case study in Greene County, Missouri. AIMS Geosciences, 6(1), 54–70. https://doi.org/10.3934/geosci.2020005.
Krajewski M., 2001. Upper Jurassic chalky limestones in the Zakrzówek Horst, Kraków, Kraków-Wieluń Upland (South Poland). Annales Societatis Geologorum Poloniae, 71(1), 43–51.
Krajewski M. & Olchowy P., 2021. Upper Jurassic bedded limestones and early diagenetic dolomitized limestones in the light of mineralogical, geochemical and sedimentological studies; Kraków area, Poland. Minerals, 11(5), 462. https://doi.org/10.3390/min11050462.
Krajewski M., Matyszkiewicz J. & Jędrys J., 2016. Karta Dokumentacyjna Geostanowiska 792: Wapienie jurajskie w skałach Twardowskiego w Krakowie. Centralny Rejestr Geostanowisk Polski. http://geostanowiska. pgi.gov.pl/gsapp_v2/ObjectDetails.aspx?id=0792 [access: 1.09.2022].
Lapenna V. & Perrone A. 2022. Time-Lapse Electrical Resistivity Tomography (TL-ERT) for landslide monitoring: recent advances and future directions. Applied Sciences, 12(3), 1425. https://doi.org/10.3390/app12031425.
Loke M.H., 2010. Rapid 2D resistivity & IP inversion using least-squares method. Tutorial Geotomo Software. http://www.geotomosoft.com/downloads.php [access: 1.09.2022].
Loke M.H., Ackworth I. & Dahlin T., 2003. A comparison of smooth and blocky inversion methods in 2D electrical imaging surveys. Exploration Geophysics, 34(3), 182–187. https://doi.org/10.1071/EG03182.
Loke M.H., Dahlin T. & Rucker D.F., 2014. Smoothness-constrained time-lapse inversion of data from 3-D resistivity surveys. Near Surface Geophysics, 12(1), 5–24. https://doi.org/10.3997/1873-0604.2013025.
Matyszkiewicz J., 1993. Geologia zrębu Zakrzówka – pomysł ścieżki dydaktycznej. [in:] Paulo A. (red.), Sozologia na obszarze antropopresji – przykład Krakowa: Przewodnik III Konferencji Sozologicznej, Kraków 23–24 kwietnia 1993, AGH, Kraków, 73–75.
Migała P., 2001. Jaskinia Twardowskiego. Krakowski Klub Taternictwa Jaskiniowego (KKTJ). https://kktj.pl/Szkice-techniczne/ArtMID/441/ArticleID/82/Jaskinia-Twardowskiego [access: 1.09.2022].
Motyka J. & Postawa A., 1998. Zróżnicowanie przestrzenne stężenia jonu chlorkowego w wodach z wycieków w kamieniołomie w Zakrzówku (okolice Krakowa, S Polska). Kras i Speleologia, 9(18), 105–117.
Motyka J. & Postawa A., 2004. Wody podziemne zrębu Zakrzówka (Wyżyna Krakowsko-Częstochowska). Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 412, 71–129.
Motyka J., Czop M. & Polak K., 2003. Wpływ warunków wodnych w kamieniołomie „Zakrzówek” w Krakowie na jego funkcję rekreacyjną. [in:] Środulska-Wielgus J., Wielgus K. & Panek R. (red.), Kształtowanie krajobrazu terenów poeksploatacyjnych w górnictwie: Międzynarodowa Konferencja Naukowa: Kraków, 10, 11, 12 grudnia 2003 r., Biuro Usług Komputerowych Stanisław Smaga, Dębica – Kraków, 208–219.
Naborczyk J. & Wacławski M., 2002. Uwarunkowania geologiczne i hydrogeologiczne budowy tuneli dla komunikacji podziemnej w Krakowie. [in:] Biliński W., Ciesielski R., Niedźwieński S., Starowicz W. & Żurowska J. (red.), Problemy podziemnej komunikacji miejskiej w Krakowie: materiały Konferencji Naukowo-Technicznej, Kraków, 26–27 listopada 2002, Komitet Naukowy i Organizacyjny Konferencji, Kraków, 189–197.
Okafor I.U., Anakwuba E.K., Okpara A.O., Udegbunam I.E., Onyebum T. & Aniwetalu E.U., 2021. Investigation of karst features at Ogbunike area, south-eastern Nigeria using 3D resistivity and GIS methods. Journal of Environmental Geology, 5(5), 1–7.
Pasierb B., 2015. Numerical evaluation of 2D electrical resistivity tomography for subsoil investigations. Technical Transactions. Environmental Engineering, 2-Ś(24), 101–113. https://doi.org/10.4467/2353737XCT.15.230.4616.
Pasierb B., 2021. Badania metodą tomografii elektrooporowej 2/3D nad Jaskinią Jasną w Krakowie. [in:] Urban J. (red.), Materiały 55. Sympozjum Speleologicznego, Bartkowa 14–17.10.2021, Sekcja Speleologiczna Polskiego Towarzystwa Przyrodników im. M. Kopernika, Kraków, 70–71.
Pasierb B., Porzucek S. & Urban J., 2020. Wiślica, geofizyczne metody badań krasu gipsowego, kopuły gipsowe jako unikatowe formy rzeźby gipsowej. [in:] Urban J. (red.), Materiały 54. Sympozjum Speleologicznego, Krzyżanowice Dolne 15–18.10.2020, Sekcja Speleologiczna Polskiego Towarzystwa Przyrodników im. M. Kopernika, Kraków, 29–31.
Polska.geoportal2.pl. https://polska.geoportal2.pl/map/www/mapa.php?mapa=polska [access: 1.09.2022].
Reynolds J.M., 2011. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. 2nd ed. Wiley, Hoboken.
Sermet E. & Rolka G., 2013. Pogórniczy spadek na zrębie Zakrzówka. [in:] Zagożdżon P.P. & Madziarz M. (red.), Dzieje górnictwa: element europejskiego dziedzictwa kultury. 5, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 329–338.
Singh U. & Sharma P.K., 2022. Seasonal groundwater monitoring using surface NMR and 2D/3D ERT. Environmental Earth Sciences, 81, 198. https://doi.org/10.1007/s12665-022-10325-9.
Szalai S., Novak A. & Szarka L., 2009. Depth of investigation and vertical resolution of surface geoelectric arrays. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 14(1), 15–23. https://doi.org/10.2113/JEEG14.1.15.
Szelerewicz M. & Górny A., 1986. Jaskinie Wyżyny Krakowsko-Wieluńskiej. PTTK „Kraj”, Kraków – Warszawa.
Szelerewicz M. & Górny A., 2013. Jaskinia Jasna. [in:] Jaskinie Polski, Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy. http://jaskiniepolski.pgi.gov.pl/Details/Information/2082 [access: 1.09.2022].
Tejero-Andrade A., Cifuentes G., Chávez R.E., López-González A.E. & Delgado-Solórzano C., 2015. L- and CORNER-arrays for 3D electrical resistivity tomography: an alternative for geophysical surveys in urban zones. Near Surface Geophysics, 13(4), 355–367. https://doi.org/10.3997/1873-0604.2015015.
Torrese P., 2020. Investigating karst aquifers: Using pseudo 3-D electrical resistivity tomography to identify major karst features. Journal of Hydrology, 580, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124257.
Van Hoorde M., Hermans T., Dumont G., & Nguyen F., 2017. 3D electrical resistivity tomography of karstified limestone using cross-line measurements. Engineering Geology, 220, 123–132. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.01.028.
Verdet C., Sirieix C., Marache A., Riss J. & Portais J., 2020. Detection of undercover karst features by geophysics (ERT) Lascaux cave hill. Geomorphology, 360, 107177. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107177.
Zonge K.L, 1972. Electrical Parameters of Rocks as Applied to Geophysics. The University of Arizona [Ph.D. thesis].
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors have full copyright and property rights to their work. Their copyrights to store the work, duplicate it in printing (as well as in the form of a digital CD recording), to make it available in the digital form, on the Internet and putting into circulation multiplied copies of the work worldwide are unlimited.
The content of the journal is freely available according to the Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
