دانلود مقاله کاربرد الکترومغناطیس در ژئوفیزیک

هدفهای یک برداشت ژئوفیزیکی عبارتند از تعیین محل ساختارها یا اجسام زمین‌ساختی زیرزمینی و در صورت امکان اندازه گیری ابعاد و ویژگیهای فیزیکی مربوط به آنها د راکتشاف نفت اطلاعات ساختاری مورد توجه است زیرا نفت با عوارض خاص چون تاقدیس در سنگهای رسوبی ارتباط دارد.

در ژئوفیزیک معدن تاکید بر آشکارسازی و تعیین ویژگهیای فیزیکی می شود.

هر چند کانسارهای معدنی نشانه های ژئوفیزیکی متمایز و قابل اندازه گیری از خود بروز می دهند ولی اغلب شکل نامنظم دارند و در سنگهایی با ساختار پیچیده روی می دهند که تفسیبر کمی دقیق را دشوار یا غیرممکن می سازد.

در بررسیهای اولیه ساختگاه ممکن است هم ساختار و هم ویژگیهای فیزیکی مورد توجه مهندسان باشد.

در محل ساختمانهای بزرگ اغلب تغییرات عمقی سنگ کف مودر نیاز است ووقتی که تحمل بارهای سنگین مورد لزوم باشد ویژگیهای مکانیکی روبار ممکن است اهمیت پیدا کند.

یک برداشت ژئوفیزیکی شامل مجموعه ای از اندازه گیریهاست که معمولا با طرحی نظم دار بر روی سطح زمین دریا یا هوا به طور قائم در داخل چاه آزمایشی انجام می شود.

این اندازه گیریها ممکن است از تغییرات فضایی میدانهای نیروی ایستا باشد(گرادیان های پتانسیل الکتریکی گرانشی یا مغناطیسی ) یا از سرشتیهای میدانهای موج بخصوص از زمان سیر امواج کشسان (لرزه ای و واپیچش ) دامنه و فاز امواج الکتور مغناطیسی .

این میدانهای نیرو و موج تحت تاثیر ویژگیهای فیزیکی و ساختار سنگهای زیرزمینی قرار می گیرد.

از آنجا که ویژگیهای فیزیکی اغلب مربوط به مرزهای زمینشناختی است و لذا هر گونه مساله ساختاری به تفسیر این میدانها در روی زمین بر حسب این ناپیوستگی ها بر می گردد.

آسانی انجام این کار به عوامل بسیار بسته است که از آن میان پیچیدگی ساختار و درجه تباین ویژگیهای فیزیکی سنگهای سازنده آن ساختار اهمیت خاص دارند.

واضح است که در انتخاب تکنیک ژئوفیزیکی که باید مطالعه مساله ای بکار رود تباین ویژگیهای سنگهای زیر زمینی وهمگنی آنها در یک سازند خاص از عوامل مهمی است که باید مورد توجه قرار گیرند.

ویژگیهایی از سنگها که بیش از همه در اکتشافات ژئوفیزیکی از آنها استفاده می شود عبارتند از کشسانی ، رسانندگی الکتریکی ، چگالی ، خودپذیری مغناطیسی و قطبش پذیری باقمیانده والکتریکی .

ویژگیهای دیگری چون درجه رادیواکتیویته نیز تا حد کمی به کار می روند.

همه مواد اثر گرانشی دارند ولذا تغییرات جانبی چگالی در داخل زمین تغییراتی کوچک ولی غلب قابل اندازه گیری در گرانی بر روی زمین بوجود می آورد.

همین طور بسیاری از سنگها محتوی مقادیر کوچکی از ککانیهای مغناطیسی می باشند ولذا تا حدی از خودپذیری مغناطیسی یا مغناطیدگی دائم آنهاست سبب تغییرات محلی در میدان مغناطیسی منتجه می شود که باز هم بر روی سطح زمین قابل اندازه گیری است.

از روی شکل میدانهای گرانشی یا مغناطیسی منتجه می شود که باز هم بر روی سسطح زمین قابل اندازه گیری است .

از روی شکل میدانهای گرانشی یا مغناطیسی منتجه می شود که با زهم بر روی سطح زمین قابل اندازه گیری است .

از روی شکل میدانهای گرانشی یا مغناطیسی سطح زمین میتوان استنتاجهایی از ساختار زیرزمینی بدست آورد هر چند به لحاظ ابهام دروانزادی در این روشهای میدان پتانسیل اگر بخواهیم به حلهای قابل استفاده برسیم به اطلاعات زمینشناسی یا اطلاعات ژئوفیزیکی دیگر نیاز داریم.

در اندازه گیریهای گرانشی و مغناطیسی از میدانهای طبیعی نیرو استفاده می شود.

در بیشتر روشهای لرزه ای و الکتریکی (شامل الکترومغناطیسی ) که با ویژگیهای کشسان و الکتریکی سنگها سرکار ودارند لازم است که به زمین انرژی داده شود.

از ا“جا که چشمه تحت کنترل است فاصله چشمه تا آشکارساز می تواند متغیر باشد.

این باعث می شود که تفسیر نتایج با ابهامی خیلی کمتر از موقعی صورت می گیرد که میدانهای گرانی و مغناطیسی بکار گرفته می شوند.

در بعضی از روشهای الکتریکی جریان مستقیم یا جریان با فرکانس خیلی کم از طریق الکترودهایی به زمین داده می شود.

شکل میدان الکتریکی در سطح زمین به ترتیب الکترودها و توزیع رسانندگی الکتریکی در زیرزمین ارتباط دارد.

آنچه انداهز گیری می شود همین میدان سطحی است.

وقتی جریان مستقیم یا جریان متناوب کم فرکانس مستقیما به زمین داده شود اندازه گیری در اصل همان گرادیان پتانسیل است (یعنی اختلاف پتانسیل بین دو الکترود اندازه گیری) ولی این اندازه گیری ممکن است در دستگاه مربوطه به صورت مقاومت نشان داده شود.

وقتی جریان مستقیم در داخل زمین عبور می کند بعضی کانه های فلزی از خود قطبش الکتریکی بروز می دهند.

این کانه ها از لحاظ الکتریکی باردار می شوند و وقتی که جریان قطع شود یک تخلیه گذرا به مدت چند ثانیه در آنها مشاهده میگردد.

روش قطبش القایی از این اثر استفاده میکند.همچنین ممکن است انرژی را به صورت القایی با استفاده از یک پیچه که جریان متناوب با فرکانس حدود 1000 سیکل در ثانیه را در خود دارد به زمین ترزیق کرد در حالی که هیچگونه تماس الکتریکی با زمین وجود ندارد.

در این روشها که به روشهای الکترومغناطیسی معروفند میدان مغناطیسی متناوب حاصل از پیچه فرستنده به رساناهای خوب زمین جریانهای پیچکی القا می کند لذا بر روی سطح زمین به صورت میدانهای ثانوی ظاهر شده و میتوان با یک پیچه جوینده آنها را اندازه گیری کرد.

دوتکنیک لرزه ای مجزا و جود دارد یکی از بازتاب و دیگری از شکست امواج کشسان در سنگها استفاده میکند.

روش بازتاب که عموما در نفت یابی کاربرد دارد پیشرفته ترین روش اکتشافی است و اگر در محلی قابل اجرا باشد بیشترین اطلاعات را کسب می کند.

ازآنجا که سنگهای زمین چگالیها و ویژگیهای کشسانی متفاوت دارند امواج کشسان (صوتی) با سرعتهای متفاوت در داخل ا“ها انتشار یافته و در سطح مشترکها که ویژگیها تغییر می کند بازتابیده و شکسته می شوند.

لذا وقتی در یک توالی رسوبی از انفجاری در سطح زمین موجی کشسان انتشار می یابد جزئی از آن توسط سطح مشترکهای مختلف بازتابیده و جزئی شکسته (شکست مرزی-م) و به سطح زمین بر می گردد.

از روی زمان عبور موج تا شماری از نقطه ها بر روی سطح زمین شکل و ابعاد ساختار زیرزمینی را میتوان محاسبه کرد.

در انتخاب روش برای یک برداشت خاص عوامل زیادی چون زمینشناختی اقتصادی،‌لجستیکی (مربوط به تدارکات، ترابری و افراد) و ژئوفیزیکی دخالت دارند.

برای به نقشه دراوردن ساختار سنگهای رسوبی در عمقهای چند هزارفوتی (1ft-30/5 cm) هیچ روشی جای لرزه نگاری بازتابی ران خواهد گرفت .

این روش تا آنجا پیشرفت کرده است که امروزه این امکان وجود دارد که تصویر دقیق و بسیار کاملی از زیر زمین بدست آید حتی اگر این تصویر بسیار پیچیده باشد.

در مسائل کوچک مقیاس همچون آنهایی که در کارهای مهندسی عمران یا هیدروژئولوژی با آنها روبرو می شویم انتخاب روش بین روش شکست مرزی لرزه ای و روش مقاومت ویژه الکرتیکی خواهد بود.

در ژئوفیزیک معدن که در جستجوی کانه های فلزی است معمولا زمینشناسی برای استفاده از تکنیکهای لرزه ای بسیار پیچیده است .

در اینجا تباین فیزیکی مشخص بین کانه ها و سنگهای میزبان روشهای الکترومغناطیسی ، مغناطیسی و گاهی حتی گرانشی را قابل اجرا می سازد.

ولی تفسیر فقط نیمه کمی است زیرا این گونه اجسام از لحاظ شکل وناهمگنی نامنظم هستند.

با وجود این شواهدی از اندازه عمق و کیفیت را میتوان کسب کرد.

در بسیاری از موارد در یک برداشت زمینی بیش از یک روش بکار گرفته می شود.

نفت یابی ممکن است با کارهای گرانی و مغناطیس هوابرد آغاز شود.

این کار مقدمه ای است بر کارهای لرزه ای در محلهایی که بر اساس تفسیر برداشتهای منطقه ای قبلی انتخاب شده اند.

ترکیب داده های الکترومغناطیسی ، مغناطیسی و گرانی ممکن است این امکان را به وجود اورد که معلوم شود آیا بعضی نشانه ها ارزش کانه فلزی بودن را دارند یا صرفا تمرکزی از کانیهای غیراقتصادیند.

پس از انتخاب روش یا روشها و دستگاهها طرح بندی برداشت می یابست تعیین شود .

این موضوع بیشتر به طرح ریزی ایستگاهها وخطهای اندغازه گیری و شلوغی آنها ارتباط می یابد.

برای یک تفسیر مناسب چقدر لازم است؟

پاسخ تا حدودی به وضع اقتصادی ارتباط دارد .

برای مثال اگر اجسام کانه ای کم عمق باید آشکارسازی شوند لازم است که خطوط اندازه گیری از روی آنها عبور کنند یا حداقل نزدیک آنها باشند.

واضح است که حداقل فاصله خطهای مورد استفاده به مقدار زیادی تحت تاثیر اندازه و مقدار کانه می باشد زیرا وقتی فاصله خطها را کاهش دهیم احتمال پیداکردن یک جسم کانه با ارزش افزایش می یابد ولی مخارج بالا می رود.

مساله اساسی تری به نام نوفه نیز باید مورد توجه قرا رگیرد.

گذشته از محدودیتهای کاملا دستگای هر اندازه گیری تحت تاثیر تغییرات محلی پیشا در ویژگیهای زیرزمینی می باشد.

اگر لازم است که بی هنجاری با دقت کافی برداشت شود می باید هر چه این نوفه در مقایسه با بزرگی آشفتگی یا بی هنجاری حاصل از جسم مورد نظر بزرگتر است فاصله داده ها به هم نزدیکتر باشد.

بنابراین آنچه قابلیت آشکارسازی را کنترل می کند محدودیتهای نوفه زمین است نه محدودیتهای دستگاهی.

این نوفه اغلب حضور دارد و به همین دلیل تفسیرهای مبتنی بر پیمایشهای تک یا با فاصله های گسترده می تواند خیلی مشکوک باشد.

در برخی موارد ممکن است ناهمگنی آنچنان زیاد باشد که تفسیر بدون ابهام غیرممکن شود.

در نظر اول ممکن است تعیین عمق یک پر سنگ نسبتا سخت در زیر رولایه ماسه ای مساله ساده ای باشد.

این ظاهرا نمونه ای است از یک سطح مشترک بین دو محیط بارسانندگی الکتریکی بسیار متفاوت.

ولی این کار ممکن است به لحاظ طبیعت ناهمگن رو لایه غیرممکن باشد زیرا تغییرات در محتوای رس اندازه دانه ها و محتوای آب تغییرات مشخصی در رسانندگی تولید می کند.

لذا مساله از حالت تنها یک سطح مشترک خارج می شود.

در این صورت سطح مشترکهای زیادی داریم که بعضی از آنها به طور جانبی ماندگار نیستند.

بنابراین تفسیر مبتنی بر فرض ساده تک سطح مشترک اعتباری ندارد و این پیچیدگی ممکن است به گونه ای باشد که مساله غیرممکن شود.

التکبته هیچ رولایه ای واقعا یکنواخت نیست ولی همه تکنیک های تفسیر در این خصوص کمی آزادی عمل دارند و اگر انحراف از همگنی زیاد نباشد کار خواهند کرد.

دشواری کار در این است که می باید ترجیحا از ابتدا تشخیص دهیم که آنچه ظاهرا ساده به نظر می آید در واقع پیچیده است .همچنین باید به خاطر داشته باشیم که در بسیاری از زمینه های ژئوفیزیکی حتی وقتی پیشرفته ترین روشها را به کار می بریم تفسیرهای رضایتبخش تنها موقعی بدست می آید که ساختارها نسبتا ساده باشند.

آخرین مرحله تصمیم گیری در کاوشها و بررسیهای ساختگاههای آن است که حفاری انجام گیرد یا نه و چه وقت.

در مهندسی عمران که عمقهای بررسی کم و دقت زیاد لازم است ممکن است از ژئوفیزیک صرفنظ ر شود و از آغاز حفاری بعمل آید.

وقتی عمقها یا فاصله هایی که باید پوشش داده شوند افزایش می یابد بویژه اگر زمین شناسی ساده باشد ژئوفیزیکی به طور افزاینده ای بکار گرفته می شود در حالی که چاههای آزمایشی دور از هم ولی مناسب این کار را کنترل می کند.

در کاوشهای نفتی ساختارهایی که باید کشف شوند در عمق زیاد خوابیده اند به طوری که حفاری قبل از برداشت ژئوفیزیکی در مقایس بزرگ غیر ممکن است.

به هر حال تکنیک های لرزه شناسی بازتابی آنچنان پبشرفته اند که این کار کاملا غیرضروری خواهد بود.

به طور کلی در تصمیم گیری مربوط به یک برنامه حفاری باید هر دو عامل اقتصادی و علمی مورد نظر قرار گیرد.

هزینه حفاری برای به نقشه در آوردن دقیق سطح موجدار سنگ کف در یک ساختگاه ممکن است نسبت به هزینه به کارگیری ژئوفیزیک بسیار سنگین باشد ولی اگر تاوان اقتصادی حاصل از بی دقتی زیاد باشد حفاری ممکن است ارزانتر تمام شود.

از طرف دیگر وقتی پهنه بزرگی می باید با تفصیل پوشش یابد ولی دقت زیاد مورد نظر نیست ژئوفیزیک می تواندپاسخ بدیهی باشد.

روش لرزه ای کلیات در روش لرزه ای یک تپ (پالس) کشسان یا به عبارت بهتر یک ارتعاش کشسان را در عمق کم ایجاد وحرکت حاصله را در نقاط نزدیک بر روس سطح زمین با یک لرزه سنج کوچک یا ژئوفون آشکارسازی می نمایند.

اندازه گیری زمان عبور این پالس تاژئوفون هایی که در فاصله های مختلف قرا ردارند سرعت انتشارپالس را در زمین در اختیار می گذارد.

زمین عموما از لحاظ ویژگیهای کشسان همگن نیست و لرا این سرعت هم با عمق و هم به طور جانبی تغییر می کند.

هر جا که ساختار زمین ساده باشد مقادیر سرعت موج کشسان و موقعیت مرزهای بین مناطق با سرعتهای متفاوت از روی فاصله زمانی اندازه گیری شده میتوان محاسبه کرد.

مرزهای سرعتی عموما با مرزهای زمینشناختی مطابقت دارند ولذا سطح مقطعی که برروی آن سطح مشترکهای سرعتی رشم شده باشد ممکن است با سطح مقطع زمینشناختی شباهت داشته باشد هر چند که این دو لزوما یکی نیستند.

کاربرد این روش به طور