روشهاي الكتريكي
اين روشها كه از متنوع‌ترين روشهاي ژئوفيزيك اكتشافي محسوب مي‌شوند، اطلاعات بسيار مفيدي در مورد توزيع جانبي يا عمقي خواص الكتريكي مواد زيرسطح زمين فراهم مي‌نمايند؛ كه اين اطلاعات بطور مستقيم يا غيرمستقيم مي‌تواند به منظور اكتشاف موادمعدني و يا اهداف ديگر مورد استفاده قرار گيرد. چشمه يا منبع انرژي در روشهاي الكتريكي مي‌تواند طبيعي يا مصنوعي باشد.
الف-
روشهاي الكتريكي با چشمه طبيعي
برخي از مهمترين اين روشها عبارتند از:
-
روش پتانسيل خودزا
در حدود دهه 1910 اولين بار شلومبرژه دريافت كه با قرار دادن دو الكترود به فواصل معين از يكديگر، اختلاف پتانسيل يا ولتاژي طبيعي بين دو سر الكترودها ايجاد مي‌گردد؛ اين پديده به نام پتانسيل خودزا ناميده شد. پس از مدتي، از اين روش براي اكتشاف كانه‌هاي سولفيدي كه در اعماق كم واقع شده‌اند؛ استفاده شد. در آن زمان اين روش به علت سهولت اجرا، سرعت بالا و هزينه‌هاي اندك محبوبيت زيادي بين ژئوفيزك‌دانان داشت. اما امروزه به علت كشف ذخايرنزديك به سطح زمين، استفاده از آن براي تشخيص كانسارهاي عمقي به علت محدوديت‌هاي اين روش، عملاً محدود شده است. اندازه‌گيري آنوماليهاي پتانسيل‌خودزا به منظور اكتشاف منابع زمين‌گرمايي نيز از اواخر دهه 1970 مورد توجه قرار گرفت.
روش پتانسيل خودزا همانطور كه از نام آن پيداست، بر پايه اندازه‌گيري اختلاف پتانسيل طبيعي كه در داخل زمين وجود دارد، بنيان نهاده‌شده است. بخشي از اين اختلاف پتانسيل ثابت و بخشي متغير (پلاريزاسيون‌القايي) است. در عمل اختلاف پتانسيل ثبت شده مربوط به بخش ثابت است كه به علت واكنشهاي الكتروشيميايي با مكانيزم‌هاي مختلف شكل مي‌گيرد.
مقدار پتانسيل‌خودزاي ثبت شده در سطح زمين از كمتر از يك ميلي‌ولت تا صدها ميلي‌ولت متغير است. مقادير بالاي پتانسيل‌خودزا بر روي توده‌هاي سولفيدي، گرافيتي، مگنتيت و چند كاني هادي ديگر مثل زغالسنگ و منگنز قابل اندازه‌گيري است.
-
روش تلوريك
جريانهاي تلوريك به جريانهايي گفته مي‌شود كه در زيرسطح زمين وجود دارند. چشمه ايجاد اين جريانات در خارج از كره زمين قرار دارد. تغييرات دوره‌اي و ناگهاني با تغييرات روزانه ميدان مغناطيسي زمين ارتباط دارد و علت آنها تشعشعات خورشيدي، شفق قطبي و ... مي‌باشد. اين فعاليتها تاثير مستقيمي روي جريانهاي يونسفري داشته و گمان مي‌رود جريانهاي تلوريك در زمين به وسيله جريانهاي يونسفري القا مي‌شود.
وجود جريانهاي زميني طبيعي در مقياس‌هاي بزرگ اولين بار توسط بارلو در سال 1847 طي يك سري مطالعه روي سيستم تلگراف كشور انگلستان شناسايي شد. اندازهگيريهاي طولاني مدت جريانهاي تلوريك در گرينويچ، پاريس و برلين در اواخر قرن نوزدهم انجام شد.
با اندازهگيريهاي تلوريك مي‌توان به شناسايي گنبدهاي نمكي، تاقديسها و ناوديسهايي كه در قاعده آنها سنگ با مقاومت ويژه بالا وجود دارد، پرداخت. چرا كه سنگ فوق‌الذكر باعث انحراف جريانهاي تلوريك در محور ساختارهاي مذكور مي‌شود. اين روش همچنين در شناسايي ناهمواري‌هاي سنگ بستر نيز كاربرد دارد.
-
روش مگنتوتلوريك
روش مگنتوتلوريك شامل مقايسه بين دامنه‌ها و فازهاي ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي مرتبط با جريانهاي تلوريك مي‌باشد. در روش تلوريك هدف اندازه‌گيري ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي ناشي از اين جريانهاست. اندازه‌گيري ميدان الكتريكي (روش تلوريك) نسبتاً‌آسان است. اما اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي مشكل‌تر و پيچيده‌تر است چرا كه با فركانس‌هاي كمتر از 001/0 هرتز تا بالاي 10كيلوهرتز سروكار داريم.
به علت ضعيف بودن چشمه انرژي طبيعي در داخل زمين، سيگنال‌هاي اندازه‌گيري شده در اين روش ضعيف است و به طور عمده تحت تاثير پارازيت قرار مي‌گيرد. با اين حال عمق پي‌جويي در اين روش نسبت به روشهاي ديگر الكتريكي بيشتر است و حتي به چندين كيلومتر هم مي‌رسد. اين روش به دنبال توسعه تئوريهاي الكترومغناطيس و روش تلوريك شناسايي شده و گسترش يافت (اواخر دهه 1940).
تفسير داده‌هاي مگنتوتلوريك اولين بار توسط كانيارد در سال 1953 با استفاده از منحني‌هاي استاندارد مطرح شد.
اين روش در اكتشاف ذخاير هيدروكربوري، سولفيدهاي توده‌اي (ماسيوسولفيدها)، فلزات پايه و قيمتي و منابع انرژي ژئوترمال كاربرد دارد. به علاوه در بررسيهاي زمين‌شناسي ساختماني، سنگ‌شناسي (به خصوص مطالعه پوسته و گوشته بالايي زمين)، زيست‌محيطي و ژئوتكنيك نيز كاربرد دارد.
ب-
روشهاي الكتريكي با چشمه مصنوعي
برخي از مهمترين اين روشها عبارتند از:
-
روش مقاومت‌سنجي
اين روش كه در كشور ما به غلط به نام روش ژئوالكتريك مصطلح است، از قديمي‌ترين روشهاي الكتريكي است.
در روش مقاومت‌سنجي هدف ثبت اختلاف پتانسيل ايجاد شده ناشي از ارسال جريان مستقيم يا متناوب با فركانس بسيار پايين به داخل زمين است. براي ثبت اين اختلاف پتانسيل از آرايش‌هاي مختلف الكترودي استفاده مي‌شود. اندازهگيريهاي انجام شده با استفاده از روابط ساده رياضي به مقاومت ويژه الكتريكي سنگها تبديل مي‌شود و در نهايت اطلاعات بدست آمده تعبير و تفسير مي‌شوند.
اين روش در اوايل دهه 1900 توسعه داده شد؛ اما با دسترسي به كامپيوتر براي پردازش و آناليز داده‌ها، از دهه 1970 كاربرد وسيعي يافت.
به طور عمده از اين روش براي اكتشاف موادمعدني (خصوصاً فلزات)، شناسايي منابع آبهاي زيرزميني، بررسيهاي مهندسي به منظور شناسايي حفره‌ها، گسلها، شكافها، يخچالها، تونلهاي زيرزميني، باستان‌شناسي خصوصاً براي شناسايي ساختمان‌هاي قديمي و بناهاي مدفون و ... استفاده مي‌شود.
-
روش پلاريزاسيون‌القايي
مشابه روش مقاومت‌سنجي در اين روش نيز جريان مصنوعي با آرايش‌هاي مشابه روش مقاوت‌سنجي به داخل زمين ارسال مي‌گردد و اختلاف پتانسيل ايجاد شده بعد از قطع جريان ارسالي به داخل زمين، اندازه‌گيري مي‌شود. اندازهگيريهاي انجام شده در دو قلمرو فركانس و زمان قابل ثبت است.
پديده پلاريزاسيون‌القايي براي اولين بار توسط كنراد شلومبرژه در سال 1912 شناسايي شد. از آن زمان اين روش مورد استفاده قرار گرفت تا اواخر دهه1940. تا اينكه اين روش در طي جنگ جهاني دوم توسط ويليام كك و ديويد بليل كه در يكي از پروژه‌هاي نيروي دريايي امريكا جهت شناسايي مين‌هاي دريايي مشغول فعاليت بودند؛ توسعه يافت. در دهه 1980 پيشرفت‌هاي قابل ملاحظه‌اي در بخش دستگاهي و روشها ايجاد شد؛ مثل ابداع روش پلاريزاسيون‌القايي طيفي توسط پلتون و همكارانش در سال 1978.
كاربردهاي ويژه اين روش در اكتشاف فلزات افشان مانند مس پرفيري، سرب و روي افشان، گرافيت، منابع شيل و رس، اكتشافات نفتي، منابع زمين‌گرمايي، بررسي آبهاي زيرزميني و مطالعات زيست محيطي است.
-
روش اتصال به جرم
در اين روش يك الكترود جريان به توده كانساري هادي داراي رخنمون متصل مي‌شود و الكترود جريان ديگر در فاصله دور از الكترود اول قرار داده‌مي‌شود؛ آنگاه پتانسيل الكتريكي در چند نقطه روي سطح زمين يا درون گمانه‌ها پس از حذف پتانسيل‌خودزا اندازه‌گيري مي‌شود.
كاربرد ويژه اين روش در تشخيص اندازه و حجم توده‌هاي كاني‌سازي هادي داراي رخنمون است. به عبارت ديگر مي‌توان با استفاده از اين روش دريافت كه اولاً چند توده زيرسطحي وجود دارد؛ ثانياً وجود يا عدم وجود كاني‌سازي در اعماق زمين نيز قابل تشخيص است.
-
روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه
در اين روش جريان مستقيم الكتريكي از طريق دو الكترود با فواصل نسبتاً زياد از يكديگر، به داخل زمين تزريق مي‌شود. آنگاه رسانندگي آنومالي زيرسطحي در وسط دو الكترود فرستنده جريان با كمك ميدان مغناطيسي ثانويه ناشي از عبور جريان به داخل زمين، توسط يك مغناطيس‌سنج بسيار حساس با پارازيت كم كه عمود بر خط واصل بين دو الكترود قرار گرفته، اندازه‌گيري مي‌شود.
تئوري اين روش در سال 1933 توسط جاكوسكي شناسايي شد ولي به طور عملي از سال 1974توسط ادوارد بكارگرفته شد.
از اين روش براي شناسايي توده‌هاي هادي زيرسطحي و شناسايي گسل‌هاي هادي استفاده مي‌شود.
-
روش پلاريزاسيون‌القايي مغناطيسي
اين روش تشابه زيادي با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه دارد؛ مشابهت اين دو روش به يكديگر همانند مشابهت روش پلاريزاسيون‌القايي به روش مقاومت‌سنجي است. اين روش نيز در دو قلمرو زمان و فركانس قابل اندازه‌گيري است. در اين روش دو كميت ثبت مي‌شود. يكي از مولفه‌هاي ميدان مغناطيسي ناشي از عبور جريان مستقيم نيز بكار گرفته مي‌شود. در قلمرو فركانس، ابتدا ميدان مغناطيسي اوليه نرماليزه و سپس مقدار مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه اندازه‌گيري مي‌شود. اما در قلمرو زمان، بارپذيري ميانگين در فواصل زماني معين با تقسيم بر ميدان مغناطيسي اوليه، نرماليزه شده، سپس ثبت مي‌شود.
اين روش همزمان با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه و در سال 1974، توسط سيگل ابداع شد.
كاربرد ويژه اين روش در شناسايي كانسارهاي زيرسطحي هادي خصوصاً فلزي و كانسارهاي افشان و پرفيري است.
-
روش تشديد مغناطيسي هسته‌اي
اساس اين روش پديده فيزيكي تشديد مغناطيس هسته‌اي است؛ كه توسعه يافته روش طيف‌سنجي نور با فركانس‌هاي مايكروويو (تقريباً هزار تا صدهزار مگا هرتز) و راديويي (تقريباً ده كيلوهرتز تا صد مگارهرتز) مي‌باشد. در اين بازه‌هاي فركانسي نور جذب شده و به وسيله همان فرايندها در طول موج‌هاي ديگر طيف الكترومغناطيسي منتشر مي‌شود. فلسفه اصلي اين روش بر اساس اين واقعيت است كه هسته بسياري از اتمها از جمله پروتون‌هاي آب به دليل وجود ذرات باردار درحال چرخش، داراي يك گشتاور دوقطبي غيرصفر مي‌باشد.
اين روش اولين بار توسط دانشمندان روسيه ابداع شد. وسيله اندازه‌گيري در اين روش هيدروسكوپ ناميده مي‌شود.
كاربرد عمده اين روش در بررسي كيفيت و اكتشاف منابع آبهاي زيرزميني است.
o
روشهاي الكترومغناطيسي
امروزه روشهاي الكترومغناطيسي در بين روشهاي ژئوفيزيكي به استثناي روش مغناطيسي بيشترين كاربرد را در اكتشاف موادمعدني دارد. اين روشها براي اكتشاف نفت مناسب نيستند چرا كه بهترين پاسخ در اين روشها مربوط به توده‌هاي هادي واقع در اعماق كم زيرسطح است. در فعاليتهاي مهندسي هم اين روشها خيلي استفاده نشده‌اند. با اينحال گاهي براي شناسايي لوله‌ها و كابلهاي مدفون، آشكارسازي مين‌ها و به منظور بررسي آلودگيهاي واقع در اعماق كم بكار برده مي‌شوند.
همانطور كه از نام اين روشها پيداست، اين روشها شامل انتشار ميدانهاي الكترومغناطيس موج مداوم يا گذرا بالاي سطح زمين يا در اعماق آن مي‌باشند. در اين روشها فرستنده، گيرنده و توده هادي مدفون، در يك تقابل سه‌جانبه با ميدان الكترومغناطيسي قرار دارند و جريانهاي الكتريكي در داخل توده هادي به همراه القاي الكترومغناطيس، بطور همزمان به وجود مي‌آيند. عموماً در اين روشها چشمه انرژي از طريق القا در داخل زمين ايجاد مي‌شود؛ هرچند در چند مورد از روشهاي زميني الكترومغناطيس، اين چشمه در تماس مستقيم با زمين قرار دارد. روشهايي مانند مگنتوتلوريك نيز كه چشمه انرژي آنها طبيعي است، بعضاً جز روشهاي الكترومغناطيس مطرح مي‌شوند. گيرنده نيز پاسخ را توسط القا دريافت مي‌كند.
روش زميني الكترومغناطيس در دهه 1920 در كشورهاي اسكانديناوي، ايالات متحده امريكا و كانادا كه ذخاير فلزي پايه در آنها در داخل سنگ ميزبان مقاوم و عموماً با روباره كم‌ضخامت وجود دارد؛ بكار گرفته شد.
روشهاي هوابرد الكترومغناطيس نيز 30 سال بعد (در دهه 1950) بكار گرفته شد. تا اوايل دهه 1960 تجهيزات الكترومغناطيس اعم از فرستنده و گيرنده طوري ساخته شده بودند كه ارسال و دريافت پاسخ به طور همزمان و در يك فركانس صورت مي‌گرفت. اين روش، روش الكترومغناطيس قلمرو فركانس ( FDEM يا FEM ) خوانده مي‌شود. اگرچه تلاشهاي چندي در دهه 1930 براي فرستادن پالسهاي گذرا و دريافت پاسخ زمين در زمان قطع جريان صورت گرفت؛ اما اولين كاربردهاي موفق اين تلاش‌ها تا سال 1962 به نتيجه نرسيد.
[HTML]http://forum.p30world.com/editpost.php?do=editpost&postid=2443933[/HTML]
روش الكترومغناطيس در قلمرو زمان ( TDEM يا TEM ) اولين بار در سال 1962 و در كشور شوروي سابق، به صورت هوابرد ابداع و بكار گرفته شد. از اوايل دهه 1970 رشد فزاينده‌اي در توسعه و كاربرد روشهاي الكترومغناطيس قلمرو زماني رخ داده‌است. تقريباً همه مجموعه ميدانهاي الكترومغناطيس شامل يك چشمه انرژي قابل حمل مي‌باشند. با اينحال تاكنون استفاده از فرستنده‌‌‌هاي انرژي در فركانس‌هاي بين 100 كيلوهرتز تا 10 مگاهرتز (فركانس راديويي) و بخصوص در دامنه بسيار پايين (VLF)، (15تا25 كيلوهرتز) بسيار محدود بوده‌است.
البته در روش ديگري به نام روش ميدان مغناطيسي با فركانس شنوايي (AFMAG) كه جزو روشهاي الكترومغناطيس شناخته مي‌شود، از انرژي جوي ناشي از رعد وبرق استفاده مي‌كند.
-
روش رادار نفوذي به زمين
اين روش كه عمده صاحبنظران آنرا جزو روشهاي الكترومغناطيس محسوب مي‌نمايند؛ عبارتست از انتشار امواج الكترومغناطيسي با فشار بالا به منظور بررسيهاي زيرسطحي كه اين موضوع به تحقيقات هولس مير در سال 1904 برمي‌گردد. درصورتي كه اولين منابع راجع به امكان استفاده از پالسهاي الكترومغناطيس به دهه 1920 توسط شركت آلماني سايزموس (1923) و آقاي هولسنبك (1926) برمي‌گردد. اما هيچ يك از اين فعاليتها منتهي به ابداع يك سيستم پايدار براي بررسيهاي زميني با امواج الكترومغناطيس فركانس بالا تا اختراع رادار نشد.
رادار يك سيستم استفاده از پالسهاي الكترومغناطيس با دوره تناوب كوتاه است كه اولين بار توسط وزارت دفاع انگلستان به منظور شناسايي هواپيماهاي دشمن در طي جنگ جهاني دوم بكار گرفته شد. گو اينكه چندين سيستم مشابه قبل از اين جنگ در فرانسه، آلمان، امريكا و حتي انگلستان وجود داشت.
بجز كاربردهاي بسيار متنوع نظامي و مهندسي، رادار امروزه يك وسيله بسيارمهم در بررسيهاي زيرسطحي است. با توجه به فركانس زياد مورد استفاده در اين روش، عمق نفوذ در زمين بسيار كم است لذا در اكتشافات موادمعدني جز براي مواد نزديك به سطح كاربرد ديگري ندارد. اما در بسياري از فعاليتهاي مهندسي خصوصاً ژئوتكنيك، بررسي خاك، بررسيهاي زمين‌شناسي، شناسايي حفره‌ها، بررسيهاي باستان‌شناسي، بررسي منابع آبهاي زيرزميني كم‌عمق و آلودگيهاي زيرسطحي كاربردهاي گسترده‌اي دارد.
