-
انواع روشهای ژئوفیزیک اکتشافی
-
روش گرانی سنجی
-
انواع روشهای ژئوفیزیک کاربردی
-
روش مغناطیس سنجی
-
کاربردهای روش مغناطیس سنجی
-
روش لزره نگاری
-
روش پتانسیل خودزا (SP)
-
کاربردهای روش پتانسیل خودزا (SP)
-
روش مقاومت ویژه الکتریکی
-
کاربردای روش مقاومت ویژه الکتریکی
-
روش پلاریزاسیو القایی
-
روشهای الکترومغناطیسی
-
کاربردهای روش الکترومغناطیسی
-
چاه پیمایی
-
کاربرد چا نگاری و اهمیت آن در اکتشاف
انواع روشهای ژئوفيزيک اکتشافی
ژئوفيزيك چیست در این تعریف آمده است که، استفاده از اصول و قوانين فيزيک براي مطالعه پديدههاي وابسته به زمين، فضاي اطراف آن، ماه و سيارات، موضوع علم ژئوفيزيك ميباشد. این علم به مطالعه زمين میپردازد. براي اجتناب از پيچيدگي، كاربرد فيزيك در مطالعه درون زمين (از سطح زمين تا هسته داخلي)، Geophysics Earth Solid ناميده شده و خود به دو زيرگروه تقسيم ميشود:
- Global (ژئوفيزيك محض يا Geophysics Pure ) که كل كره زمين يا قسمت اعظم آن را مطالعه ميكند.
- Applied (ژئوفيزيك كاربردي) كه پوسته و نزديك سطح زمين را براي اهداف كاربردي و اقتصادي مورد مطالعه قرار ميدهد. اصول علمي حاكم بر ژئوفيزيك كاربردي و محض يكسان است.
روشهاي ژئوفيزيكي براي افزايش كارايي اكتشافات زيرسطحي مورد استفاده قرار ميگيرند.
در خصوص ژئوفیزیک چیست باید گفت روشهای ژئوفيزيكی مختلف در پاسخ به خصوصيات فيزيكی محيط مورد مطالعه (سنگها، رسوبات، آب، حفرهها، و غيره) به كار گرفته میشوند. به طوركلی میتوان روشهای ژئوفيزيكی را به دو گروه عمده تقسيم كرد:
روشهاي چشمه طبيعي كه تغييرات ميدانهاي طبيعي زمين را اندازهگيري ميكنند مانند روش گراني سنجي، مغناطيس سنجي، پتانسيل خودزا و … .
روشهاي چشمه مصنوعي كه در آنها سيگنالهايي كه به طور مصنوعي توليد شدهاند به درون زمين ارسال ميشوند. سپس سيگنالهاي تغيير يافته توسط گيرندههاي مناسب اندازهگيري ميشوند. از جمله اين روشها ميتوان به روش مقاومت ويژه، اكتشافات لرزهنگاري و غيره اشاره كرد.
انواع روشهاي ژئوفيزيك كاربردي
- گراني سنجي (Gravitational)
- مغناطيس سنجي (Magnetic)
- لرزه اي (Seismic)
- الكتريكي (Electrical) (روش مقاومت ويژه؛ روش پتانسيل خودزا؛ روش پلاريزاسيون القايي)
- الكترومغناطيسي (Electromagnetic)
- چاه پيمايي(Well logging)
روش گرانی سنجی
برداشتهاي گراني سنجي شامل اندازهگيري تغييرات ميدان گراني زمين ميباشد. هدف، تعيين تودههاي با چگالي كمتر و يا بيشتر نسبت به محيط اطراف ميباشد. حاصل تفسير نتايج گراني، تعيين چگالي سنگها و درنتيجه ساختارهاي زمينشناسي و جنس سنگهاست.
به دلیل اینکه زمین یک کره کاملا همگن نیست، شتاب گرانشی در سطح زمین یکسان نمیباشد و مقدار گراني به پنج عامل بستگي دارد: عرض جغرافيايي، ارتفاع، نقشه توپوگرافي زمينهاي اطراف، جذر و مدهاي زمين، و تغييرات چگالي در زير سطح.
هدف از اكتشافات گراني، بررسي آنوماليهاي ناشي از عامل آخر ميباشد بنابراین در برداشتهای گرانیسنجی تصحیحاتی در موارد فوق انجام میشود.
کاربردهای روش گرانی سنجی
در اوايل قرن بيستم، برداشتهاي گراني كاربرد فراواني در اكتشاف نفت و گاز داشته است. امروزه اين روش علاوه بر كاربرد گسترده در اكتشاف هيدروكربن ها، كاربردهاي متنوع ديگري نيز دارد. برداشتهاي ميكروگراويته در مقياسهاي بسيار كوچك (حدود چند صد مترمربع) انجام گرفته و قابليت تعيين حفرههاي زيرزميني تا قطر ١متر و در محدوده عمقي ٥ متر را دارند. خلاصهاي از كاربرد روش گراني سنجي به صورت زير است:
- اكتشاف ذخاير هيدروكربني؛
- مطالعات زمين شناسي ناحيهاي؛
- مطالعات ايزوستازي؛
- اكتشاف و تعيين توزيع جرم تودههاي معدني؛
- تعيين حفرههاي زيرزمين (ميكروگراني)؛
- تعيين محل درههاي سنگي مدفون
- تعيين ضخامت يخچالها؛
- مطالعات باستان شناسي (ميكروگراني)، به عنوان مثال در تعيين محل مقبرهها؛
- تعيين شكل زمين (ژئودزي)
روش مغناطيس سنجي
روشهاي گراني سنجي و مغناطيس سنجي بسيار مشابه هستند، اما روش مغناطيس سنجي پيچيدهتر بوده و تغييرات ميدان مغناطيسي نيز محلي و نابهسامان ميباشد. علت آن
1- بخشي به دليل اختلاف ذاتي بين ميـدان مغناطيسـي دوقطبي و ميدان تك قطبي گراني؛
2- بخشي به دليل جهت متغير ميـدان مغناطيسـي (درحـاليكـه ميـدان گرانـي هميشه در جهت قايم به سمت مركز زمين است)، و
3- بخشي نيز به دليل وابسـتگي ميـدان مغناطيسـي بـه زمـان (درحاليكه ميدان گراني با صرف نظر كردن از تغييرات جزيي جزر و مد، تغييـر ات زمـاني نـدارد) مـيباشـد. معمـولا برداشتهاي مغناطيس سنجي از اكثر روشهاي ژئوفيزيكي سادهتر و سريعتر انجام ميشوند.
كاربردهاي روش مغناطيس سنجي
تعيين محل:
- لولهها، كابلها و اجسام فلزي؛
- وسايل نظامي مدفون (مين، بمب و …)؛
- بشكههاي فلزي مدفونِ حاوي باطلههاي سمي و يا مضر؛
- تونلها و چاههاي معدني پنهان.
نقشهبرداري:
- بقاياي باستان شناسي؛
- دايكهاي آذرين بازي پنهان؛
- مرزهاي زمينشناسي بين ساختارهاي ليتولوژيكي با تباين مغناطيسي، از جمله گسلها؛
- رگههاي فلزي؛
- ساختارهاي زمين شناسي بزرگ مقياس.
روش لرزه نگاري
روش لرزه نگاري مهمترين روش ژئوفيزيكي مورد استفاده توسط متخصصين مـيباشـد. اساس اكتشافات لرزهاي بر توليد امواج لرزهاي و اندازهگيري زمان لازم براي رسيدن موج از منبع تا يكسري ژئوفـون استوار ميباشد. با اطلاع از زمانهاي انتشار و سرعت سير امواج ميتوان مسير امـواج لـرزهاي را شـبيهسـازي كـرد. اطلاعات دررابطه با ساختار زمين اساسا از مسيرهايي كه در دو گروه اصلي زير قـر ار مـيگيرنـد بـه دسـت مـيآيـد:
مسيرهاي انكساري كه در آنها بخش اصلي مسير درطـول فصـل مشـترك دو لايـه بـوده و تقريبـا افقـي اسـت.
مسيرهاي انعكاسي كه در آنها امواج ابتدا به سمت پايين منتشر شده و سپس در يك نقطه به سطح منعكس ميشوند و درنتيجه مسير به طوركلي عمودي ميباشد.
براي هر دو نوع مسير مذكور، زمان انتشار امواج بـه خصوصـيات فيزيكي سنگها و وضعيت لايهها بستگي دارد. هدف از اكتشافات لرزهاي نيز كسب اطلاعات در رابطه با سـنگهـا و به ويژه وضعيت لايهها براساس زمانهاي مشاهده شده و (به ميزان كمتر) تغييرات دامنه، فركانس، فاز و شكل مـوج ميباشد.
روش پتانسيل خودزا (SP)
در روش SP اختلاف پتانسيل ناشي از پتانسيلهاي طبيعي زمين بين دو نقطه در سطح زمين اندازهگيري ميشود. بزرگي اين پتانسيلها از كمتر از يك ميلي ولت تا بيش از يك ولت متغير بوده و علامت آن (مثبت يا منفي) نقش بسيار مهمي در تفسير آنومالي هاي SP دارد. پتانسيلهاي خودزا درنتيجه يكسري منابع طبيعي ايجاد ميشوند، البته فرآيندهاي فيزيكي دقيقي كه برخي از اين پتانسيلها را ايجاد ميكنند به درستي شناخته نشدهاند.
پتانسيلهاي طبيعي زمين داراي دو مولفه هستند، يك مولفه ثابت و تك جهته و يك مولفه كه نسبت به زمان متغير است. مولفه ثابت اساسا درنتيجه فرآيندهاي الكتروشيميايي توليد ميشود، و مولفه متغير نيز دراثر فرآيندهاي متفاوتي (از جريانهاي متناوب القا شده دراثر طوفانها و تغييرات ميدان مغناطيسي زمين گرفته تا تاثير بارشهاي سنگين) ايجاد ميشود. در اكتشاف مواد معدني، مولفههاي فوق به ترتيب پتانسيل كاني شدگي و پتانسيل زمينه ناميده ميشوند. عليرغم تعريف فوق، پتانسيلهاي زمينه در بررسيهاي ژيوترمال و هيدروژيولوژيكي به عنوان آنوماليهاي اصلي اندازهگيري ميشوند.
كاربردهاي روش پتانسیل خودزا (SP)
- ژيوترمال
- تعيين محل تودههاي سولفيدي متراكم
- هيدروژيولوژي
- محلهاي انباشت باطله (Landfills)
روش مقاومت ويژه الكتريكي
روشهاي الكتريكي با آشكارسازي اثرهاي سطحي حاصل از عبور جريان الكتريكي درداخل زمين سروكار دارند. اين روشها، از روشهاي متنوع و گوناگوني تشكيل شدهاند كه در آنها هم از ميدانهاي طبيعي موجود در زمين استفاده ميشود (روشهاي پتانسيل خودزا، تلوريك، مگنتوتلوريك) و هم از تزريق ميدانهاي مصنوعي (روش مقاومت ويژه، روشهاي الكترومغناطيسي و …). تنوع اين روشها، امكان مطالعات فراواني را فراهم ميآورد.
هدف اصلي عمده روشهاي الكتريكي، اندازهگيري مقاومت ويژه الكتريكي زمين است. در اين روشها، براي اينكه يك ويژگي زيرزميني مشخص شود، بايد مقاومت ويژه الكتريكي آن به طور بارزي متفاوت از محيط اطرافش باشد.
كاربردهاي روش مقاومت ويژه الكتريكي
از مهمترين كاربردهاي روش مقاومت ويژه ميتوان به موارد زير اشاره كرد:
• تعيين محل ذخاير شن و ماسه؛
• تعيين عمق آبهاي زيرزميني و لايههاي آبدار؛
• تعيين عمق سنگ بستر/ ضخامت خاك؛
• تعيين تغييرات محلي در لايههاي خاك (به عنوان مثال شن/ ماسه در مقابل رس)؛
• تعيين كانالهاي رودخانهاي مدفون؛
• تعيين آنوماليهاي ژئوترمال؛
• تعيين فصل مشترك سفرههاي آب شور و شيرين؛
• تعيين مناطق گسلي؛
• اكتشاف و تعيين محل نهشتههاي معدني؛
• تعيين زونهاي زيرزميني آلوده؛
• مطالعات باستان شناسي؛
• تخمين مقاومت سنگ.
روش پلاريزاسيون القايي
در صورت قطع جريان الكتريكي ارسالي به درون زمين، ولتاژ بين الكترودهاي پتانسيل بلافاصله به صفر نميرسد. به جاي آن، ولتاژ پس از گذشت چند ثانيه (و يا چند دقيقه) واهليده ميشود كه اين واهلش از يك مقدار اوليه كه بخش كوچكي از ولتاژ موجود (V) در زمان شارش جريان ميباشد، شروع ميشود (شکل الف). اين پديده پلاريزاسيون القايي (IP) ناميده ميشود.
همانطور كه در شكل ب نشان داده شده است، بعد از وصل جريان مدت زمان محدودي (و البته كوتاه) طول ميكشد تا ولتاژ به مقدار V برسد. اين بدين معني است كه براي شارش پيوسته جريان، پلاريزاسيون القايي بايد خود را به صورت وابستگي امپدانس زمين به فركانس جريان نشان دهد. درحقيقت اين موضوع توسط مشاهدات تاييد شده است.
روشهاي الكترومغناطيسي
روشهاي الكترومغناطيسي به تغييرات خواص الكتريكي مواد زيرسطحي حساس بوده و قادر به تعيين نواحي با هدايت الكتريكي شاخص (ناشي از حضور سيالات، فلزات، و غيره) ميباشند. دستگاههاي القاي الكترومغناطيسي بدون داشتن تماس مستقيم با زمين، قادر به القاي جريان در هاديهاي زيرزميني ميباشند.
روش رادار نفوذكننده به زمين (GPR) بيشتر شبيه روش لرزه نگاري انعكاسي ميباشد اما به تغييرات خواص الكتريكي مواد زيرزميني حساس است. رزولوشن اين روش بسيار بالا اما عمق نفوذ آن كم ميباشد.
كاربردهاي روش الکترومغناطیسی
- اکتشافات معدنی
- ارزیابی منابع معدنی
- مطالعات آبهای زیرزمینی
- به نقشه در آوردن زبانههای آلوده
- بررسی منابع زمین گرمایی
- به نقشه در آوردن زمین آلوده شده
- مطالعات محل دفن زباله
- آشکارسازی مطالعات حفرههای طبیعی و مصنوعی
- محل یابی گسلهای زمین شناختی
- به نقشه در آوردن زمین شناسی
- به نقشه در آوردن زمین یخ زده و غیره
- علاوه براین GPR را میتوان با احتیاط در داخل ساختمانها به کار برد در حالی که از روشهای هدایت الکتریکی زمین
- به دلیل تداخل نوفه های الکتریکی محیطی حاصل از خطوط فشار قوی نمیتوان استفاده کرد
چاه پیمایی
اندازهگیري خصوصیات فیزیکی زمین در درون چاه و استفاده از پارامترهاي بدست آمده در تعبیر و تفسیر محیط اطراف چاه را چاه پیمایی گویند. اندازهگیري خصوصیات درون چاه با فرستادن ابزاري به نام سوند امکانپذیراست.
سوند چیست؟ سوند محفظۀ استوانهای شکلی است که فرستنده و در بعضی موارد گیرنده امواج نیز درون آن قرار میگیرند.
کاربرد چاه نگاری و اهمیت آن در اکتشاف
اهمیت گرفتن لاگ از این جهت قابل توجه است که میتواند اطلاعات حاصل از نمونهگیری و مغزهگیری را تکمیل کند. لاگ یک فناوری مهم بررسی تکمیلی برای تکمیل اطلاعات حاصل از چاه محسوب میشود که بدون آن هرگز مطالعاتی که تحت عنوان مطالعات جامع مخزنی برای شبیهسازی مخزن انجام میگیرد نمیتواند ضریب اطمینان قابل قبولی داشته باشد.
البته ممکن است این پرسش مطرح شود که اگر میتوان به طور پیوسته از تمام سازندهای موجود یک چاه مغزهگیری شود، در این صورت اطلاعات چاهنگاری، چه نقشی میتواند در مطالعات اکتشافی داشته باشد؛ چرا که در این صورت زمین شناس و مهندس مخزن میتواند تمام اطلاعات مورد نیاز خود را از راه آزمایش مغزه به دست آورد. اما مسائل و مشکلاتی در این زمینه وجود دارد که انجام عملیات چاه نگاری را گریزناپذیر میکند:
1. بدست آوردن اطلاعات مشکل از طریق مغزهگیری مشکلتر و بسیار پرهزینهتر است.
2. کافی نبودن حجم مغزه برای انجام آزمایشهای مختلف روی آن.
3. مطالعه کمی به وسیله کامپیوتر آن گونه که روی دادههای چاه نگاری میسر است، به ۲ دلیل از طریق مغزهگیری امکانپذیر نیست.
- پیوستگی اطلاعات چاه نگاری: به وسیله عملیات چاه نگاری میتوان به صورت پیوسته از سازندها اطلاعات گرفت، در حالی که مغزه از تمام سازندهای چاه گرفته نمیشود، بلکه تنها از برخی از نقاط چاه مغزه گرفته میشود.
- دادههای لاگ به طور مستقیم برای نرم افزار تحلیل اطلاعات لاگ قابل استفاده است، در حالی که مغزه گیری به خودی خود اطلاعاتی به دست نمیدهد، بلکه ابتدا باید روی مغزه ها آزمایشاتی صورت گیرد، پس از آن اطلاعات به دست آمده برای تحلیل به نرم افزار وارد شود.
به این ترتیب میتوان به راحتی دریافت که تنها تکیه بر اطلاعات حاصل از مغزهها و نادیده گرفتن اطلاعات چاه نگاری از نظر اقتصادی و دقت علمی، منطقی نیست. علاوه بر آن به دلایل تکنیکی، از آن جایی که امکان شکستن، یا ریزش مغزه به داخل چاه وجود دارد، همیشه مغزه گیری از چاه در اندازه ی مورد نظر امکانپذیر نیست.
آن چه که گفته شد برخی از مهمترین دلایلی بودند که باعث شدند در ۵۰ سال گذشته تکنیکهای بررسی تکمیلی برای رفع تنگناهای موجود گسترش پیدا کنند.
بررسیهای چاه نگاری یکی ازمهمترین این تکنیکهاست. در سالهای گذشته انواع نگارها با کاراییهای مختلف و نیز روشهای جدید تفسیر به طور روز افزونی گسترش یافتهاند. نگارها به تعبیری نقش چشم زمین شناس را پیدا کردند. چشمی که کامل نیست، اما نابینا هم نیست. این دستگاهها برای مهندسین مخزن جایگاه ویژهای احراز کرده و نقش مهمی در تکمیل اطلاعات حاصل از مخزن و کاهش هزینههای کسب اطلاعات ایفا میکنند.
برای دانلود PDF مقاله ژئوفیزیک فرم زیر را پر کنید.
"*"فیلدهای ضروری را نشان می دهد
مهندس انیس رحمن خواه
کارشناس تولید محتوامقالات مرتبط
