دانلود مقاله اصول و کاربردهای روش مگنتو تلوریک در اکتشافات نفت و ژئوترمال

روش های تلوریک ومگنتونلوریک

اصول وخصوصیات میدان های مگتونلوریک و جریان تلوریک

وجود جریانات بزرگ مقیاس در زمین، نخستین بار « » در سال 1847 در هنگام مطالعه روی سیستم های تلگراف مشخص شد.

ثبت کننده های جریانات تلوریک در قرن 19 ،پاریس وبرلین قرار داشتند.

اما امروزه درنقاط مختلف دنیا این ثبت کننده درنقاط مختلف وجود دارند.

منشا جریان های تلوریک درخارج از کره ی زمین قرار دارد توفان های خورشیدی وشفق های قطبی یکسری نوسانات دوره ای وگذرا را ایجاد می کنند که باعث ایجاد نوساناتی در میدان مغناطیسی زمین می شوند، این نوسانات میدان مغناطیسی بر روی جریانات یونوسفر زمین تاثیر می گذارند ویکسری جریانات را در آن القا می کنند.

و جریانات یونوسفریک نیز به نوبه ی خود جریانات تلوریک را در درون زمین القا می کند.

میدان های مغناطیسی دوره ای ایجاد شده توسط جریانات یونوسفریک، در حد فاصل بین یونوسفر و سطح زمین به مقدار جزئی دچار تضعیف وترقیق می شوند.

اما قسمتی که به داخل زمین نفوذ می کند جریانات تلوریک را ایجاد می کند.

این حلقه های بسیار بزرگ جریان، میلیون ها کیلومتر مربع از سطح زمین را می پوشانند ونکته ی جالب اینکه این حلقه های جریان نسبت به خورشید ثابت اند و بصورت یکی در میان ساعتگرد و پادساعتگرد هستند.

درعرض های جغرافیایی متوسط این جریانات دوتا ماکزیمم ودو مینی موم در طول روز دارند.

در عرض های جغرافیایی پایین وتردیک استوا، این جریانات فقط یک ماکزیمم ویک مینی موم در طول روز دارند ودامنه ی این جریانات نیز به طور قابل ملاحظه ای کوچکتر است.

میدان های الکتریکی ناشی از این جریانات تا بیش از  و میدان های مغناطیسی آن ها نیز در حدود چند میلی کاما هستند.

بطور کلی ، میدان های مغناطیسی ناشی از جریانات تلوریک نوساناتی هستند که شدتشان با آشفتگی های الکتریکی در یونوسفر زمین متغیر است.

این نوسانات میدان مغناطیسی در فرکانس هایی به بزرگی 100 کیلومتر هرتز اتفاق می افتند ولی اکثر این نوسانات فرکانسی کمتر از این مقدار را دارند.

یک منبع فرکانس بالا برای نوسانات طوفانی های الکتریکی ( مانند رعد وبرق) اگر چه محل وقوع این طوفان های الکتریکی تصادفی است اما بیش تر این طوفان ها در مناطق استوایی مانند برزیل، آفریقای مرکزی ومالایا اتفاق می افتد.

بخشی از انرژی این رعد و برق ها به نوسانات الکترومغناطیسی تبدیل می شود که در فضای بین یونوسفر و زمین منتشر می شود جریانات القا شده بوسیله ی این میدان های الکترومغناطیسی در زیر زمین در اکتشافات تلوریک ومگنتو تلوریک مفید هستند به خصوص به این دلیل که این جریانات قله های دامنه ای در چندین فرکانس مجزای 8 و 14 و 760 هرتز دارند.

برای بررسی تغییرات سالیانه ی جهت و دامنه ی سیگنال های تلوریک و مگنتوتلوریک در فرکانس های 1 و 8 و 145 و 3000 هرتز، چهار گیرنده ی تلوریک که با چهار جفت الکترود مرتبط هستند را در یک محلی که دور از خطوط انتقال جریان باشد، قرار می دهند.

فاصله ی بین هر جفت الکترود در حدود 30 متر است.

جهت این 4 جفت الکترودها نیز تحت زاویای 343 و 28 و 73 و 118 درجه نسبت به جهت شمال است.

سیگنال 3000 هرتزی بطور ناگهانی در هنگام طلوع و غروب خورشید درهر 4 جهت به ترتیب افزایش و کاهش پیدا می کند.

تجهیزات صحرایی مورد نیاز:

الف) تجهیزات صحرایی مورد نیاز برای جریان تلوریک : بدلیل آنکه اندازه گیری مستقیم جریان تلوریک ممکن نیست ما شیب پتانسیل بین الکترودهای قرا گرفته روی زمین را اندازه گیری می کنیم.

همانند روش sp در اینجا نیز برای اندازه گیری شیب پتانسیل ناشی از جریانات تلوریک از الکترودهای غیر پلاریزه استفاده می شود.

صفحات سربی که از لحاظ شیمیایی غیر فعال هستند برای این کار مناسب اند.

الکترودها به یک تقویت کننده وتقویت کننده به یک مثبت کننده متصل است.

اگر فرکانس های خاصی مورد توجه باشند فیلترهایی را در بخش تقویت کننده قرار می دهند.

بدلیل وجود تغییرات بزرگ در دامنه ی سیگنال نسبت به زمان دو گسترش الکترودی مورد نیاز است یک جفت الکترود در ایستگاه مبنا یا BOSE قرار می گیرد جفت الکترود دیگر بعنوان جفت الکترود متحرک استفاده می شود.

همچنین از آنجائیکه جهت سیگنال های جریان های تلوریک با زمان تغییر می کند، هم در ایستگاه مبنا و هم در ایستگاه صحرایی ازدو جفت الکترود عمود بر هم که یکی شمالی- جنوبی و دیگری شرقی- غربی است استفاده می کنند.

با استفاده از این تجهیزات ما می توانیم تغییرات مولفه ی افقی میدان الکتریکی را از لحاظ دامنه به فاز و فرکانس در دو ایستگاه مبنا و ایستگاه صحرایی با یکدیگر مقایسه کنیم و از آن جهت اکتشافات نفتی وکانه استفاده کنیم. 

فواصل الکترودی برای مطالعات ساختاری وسوندینگ عمیق جهت اکتشافات نفتی بطور معمول بین 100 تا 600 متر است و برای جستجوی کافی ممکن حدود 30 متر یا کمتر باشد.

ب) تجهیزات صحرایی لازم جهت مگنتوتلوریک: تجهیزات MT پیچیده تر از تجهیزات جریان تلوریک است.

در هر ایستگاه دو مولفه اندازه گیری می شود اما هیچ ایستگاه مبنایی مورد نیاز نیست.

اگر دوره ی تناوب جریان ها طولانی باشد می توان میدان مغناطیسی را با یک مگنتومتر فلاکس گیت اندازه گیری کرد.

اما در بیشتر موارد دوره ی تناوب کوتاه تر از این است و از یک سنسور استفاده می شود که این سنسور شامل یک سیم پیچ با تعداد زیادی دور سیم روی یک قاب بزرگ یا یک سلونوئید دراز با یک فریت است که در هسته ی آن قرار گرفته است.

سه مولفه مغناطیسی در هر ایستگاه MT اندازه گیری می شود دو تا افقی و یک عمودی.

تجهیزات MT برای فرکانس هایی در محدوده ی 1 هرتز تا 10 کیلوهرتز طراحی شده اند.

سیم پیچ مورد نیاز در کار MT لازم است که در یک گودال کم عمق نصب شود تا از هر گونه حرکتی بدور باشد چرا که کوچکترین حرکت نونیزهایی را در ولتاژ اندازه گیری شده ایجاد می کند.

روش مگنتوتلوریک در اکتشافات نفتی: مقدمه: انعکاس لرزه ای برای دهه ی متوالی ابزار استانداردی برای اکتشافات نفت و گاز بوده است.

و تقریباً تمام ذخایر با استفاده از روش لرزه ای اکتشافات شده اند.

در مورد هدف های اکتشافی دشوار که روش لرزه ای موفقیت کمی داشته محققان به فکر استفاده از دیگر روش های ژئوفیزیکی افتاده یکی از این روش های ژئوفیزیکی MT است توانایی حل ساختارهای زمین شناسی را دارد که روش لرزه ای در آن ها موفقیت کمی داشته است.

مثلاً در مواردی که یک پوشش بازالتی یا وکلانیک با سرعت عبورموج بالا روی سنگهای زیرین را می پوشاند و یا در مورد ساختارهای راندگی که روش های لرزه ای نتیجه ی خوبی نمی دهد می توان از MT استفاده کرد.

اصول روش MT: روش مگنتوتلوریک یک عمل سوندینگ EM در حوزه ی فرکانسی است که برای مشخص کردن ساختارهای الکتریکی در زیر سطح زمین استفاده می شوند.

این روش از میدان های الکترومگنیک طبیعی که در یک محدوده ای از HZ 001/0 تا KHZ10 هستند استفاده می کند.

این میدان های اولیه، میدان های الکتریکی و مغناطیسی ثانویه را در زمین رسانا ایجاد می کنند.

تغییرات گذرای میدان های الکتریکی و مغناطیسی ثبت شده در سطح زمین، خصوصیات الکتریکی زمین از قبیل مقاومت ویژه و رسانایی را مشخص می کند.

جریانات الکتریکی بوجود آمده در زمین در اثر تغییرات میدان مغناطیسی، جریانات تلوریک نامیده می شوند.

که در اینجا مگنتوتلوریک نامیده شده اند.

امواج الکترومغناطیسی که سیگنال های MT را می سازند.

دو منشأ دارند: 1- رعد و برق که سیگنال های بالای یک هرتز را می سازند 2- جریانات الکتریکی شارش یافته در یونوسفر زمین که سیگنال های زیر HZ1 را می سازند.

روش MT کاربردهای گسترده ای دارد از اکتشافات کم عمق مانند ژئوتکنیک، آب زیر زمینی، زیست محیطی گرفته تا اکتشافات عمیق که شامل منابع کافی ژئوترمال ونفت است.

که نوع استفاده از MT بستگی به باند فرکانس مورد استفاده دارد.

اما در اکتشافات ژئوترمال بدلیل حساسیت بالای MT به زون های رسانا با دمای بالا می توان از آن به خوبی استفاده کرد.

معادلات ماکسول روابط بنیادین بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی را بیان می کند.

معادله ی انتشار امواج الکترومغناطیسی در یک ماده ی هموژن نشان دهنده ی کاهش نمائی دامنه ی این امواج با عمق نفوذ است.

در این مورد Skin Depth عمقی که در آن دامنه ی امواج به مقدار دامنه ی لوپه اش می رسد تعریف می شود.

Skin Depth بصورت معادله ی زیر خلاصه می شود.

کهP مقاومت ویژه و T زمان تناوب است .این معادله نشان می دهد که تضعیف کندتر امواج الکترومغناطیس برای دوره ی تناوب طولانی تر و مقاومت ویژه ی بالاتر اتفاق می افتد.

بنابراین Skin Depth با عمق نفوذ امواج EM مرتبط می شود.

همچنین Skin Depth اصول سوندینگ مگنتوتلوریک را توصیف می کند، تغییرات مقاومت ویژه با عمق با ثبت سیگنال های MT با پهنه ای از فرکانس ها مختلف مشخص می شود.

مدل پاسخ توزیع مقاومت ویژه در زیر زمین بوسیله ی حل معادله ی انتشار موج الکترومغناطیس در یک تا 2 بعد ماده بدست می آید.

رابطه ی بین امپدانس و مقاومت ویژه ی ظاهری و همچنین رابطه ی بین امپدانس و زاویه ی فاز بصورت زیر خلاصه می شود.

نسبت بین میدان های الکتریکی ومغناطیسی برابر با امپدانس (z) است.

منحنی های سویزینگ MT بصورت لگاریتم مقاومت ویژه ی ظاهری در برابر لگاریتم دوره و فاز در برابر لگاریتم دوره هستند.

3- جمع آوری اطلاعات MT وتجهیزات MT تغییرات میدان های الکترومغناطیسی نسبت به زمان با استفاده از سیم پیچ های مگنتومترها ( برای اندازه گیری تغییرات میدان مغناطیسی با زمان) و الکترودهای غیر پلاریزه ( برای اندازه گیری تغییرات میدان الکتریکی با زمان) اندازه گیری می شود.

دو مولفه ی افقی از میدان الکتریکی یعنی EX و Ey و سه مولفه از میدان مغناطیسی یعنی Hx و Hy و Hz ثبت می شوند.

سیگنال های الکتریکی ومغناطیسی در یک واحد آنالوگ جهت تقویت و فیلتره شدن جمع آوری می شوند در حالیکه عمل ثبت در یک واحد دیجیتال که شامل یک آنالوگ چند کاناله برای تبدیلات دیجیتال و ذخیره ی اطلاعات است، انجام می گیرد.

بصورت تیپک فرکانس های بین 0.003 تا KHZ 1 به سه بخش تقسیم می شوند که این سه بخش با یکدیگر همپوشانی دارند: 1- فرکانس بالا که از 48 تا 1024 هرتز است.

2- تغییرات فرکانس های بالا ومتوسط اول ثبت می شوند و به دنبال آن فرکانس های پایین و خیلی پایین با زمان ثبت طولانی تر، ثبت می شوند.

در هر باند فرکانسی، کنترل کیفی اطلاعات بوسیله ی آنالیز منحنی های سونرینگ خامی که از پردازش اطلاعات در واحد گیرنده به دست آمده اند.

انجام می شود با بکارگیری فیلترهای آنالوگ وتقویت کننده ها، اطلاعات غیر مفید حذف شده و نسبت به سیگنال به نویز افزایش می یابد.

از زمانی که از سنسورهای خیلی حساس برای اندازه گیری تغییرات میدان الکترو مغناطیسی خیلی کوچک استفاده می شود.

در نویزها به حداقل رسیده اند.

سیگنال های MT در دو زمان از شبانه روز کیفیت خوبی دارند یکی بعد از نیمه شب و دیگری درست قبل از غروب خورشید.

اگر چه رعد وبرق منبع مهمی برای تولید سیگنال های الکترومغناطیسی در کارهای MT است اما باران سنگین و رعد و برقی که در محل و یا نزدیکی سایت اندازه گیری اتفاق می افتد باعث ایجاد نویز در اطلاعات می شود.

و گاهی اوقات باعث به تعویض افتادن اندازه گیری ها می شود.

بطور معمول یک تا دو روز برای ثبت کامل اطلاعات MT در هر ایستگاه زمان مورد نیاز است.

این مدت زمان صدف جابجایی ونصب تجهیزات در صبح و جمع آوری سیگنال های MT از ظهر تا صبح روز بعد برداشت تجهیزات و حرکت به سمت ایستگاه بعدی است.

در مناطق دشوار اندازه گیری ها بوسیله کمپ در حال پرواز انجام می گیرد.

پردازش داده های MT هارد دیسک یا فلاش موجود در گیرنده قابلیت ذخیره ی اطلاعات چندین سایت یا چندین روز اندازه گیری را دارد.

اطلاعات سری های زمانی به یک کامپیوتر شخصی جهت پردازش اولیه ی اطلاعات منتقل می شوند در حوزه ی فرکانسی مولفه های افقی میدان های الکتریکی ومغناطیسی بوسیله ی معادله ی زیر با یکدیگر مرتبط می شوند.

که هر مولفه تابعی از فرکانس یا دوره ی تناوب است.

پردازش اطلاعات MT اصولاً تحلیل طیفی سری های زمانی میدان های الکتریکی ومغناطیسی است که در آن تابع تبدیل یا تانسور امپدانس (Z) تخمین زده می شود.

تانسور امپدانس بدست