محدوده ژئوفیزیک

محدوده ژئو فیزیک
روش های مختلفی برای جمع آوری داده در رابطه با زیر سطح زمین در دسترس می باشند. مسلماً مشاهدات مستقیم رسوبات و سنگ ها بهترین روش است، اما معمولاً این امر به ندرت در مقیاس مطالعاتی مورد نظر امکان پذیر می باشد. از طرف دیگر، وجود دره های متعدد در مناطق مورد مطالعه که تا عمق مورد نظر نیز گسترش داشته باشند بسیار غیر محتمل است و نمی توان به ارتباط ستون های چینه شناسی از نقطه ای به نقطه دیگر اکتفا کرد. علاوه بر این، بررسی یک منطقه با استفاده از تعداد بی شمار گمانه حفر شده در یک شبکه منظم نیز متداول و مقرون به صرفه نیست. در روش های مستقیم با حفر گمانه های حفاری، وضعیت زیر زمین در یک منطقه مورد مطالعه قرار می گیرد. اگر چه حفر گمانه های اکتشافی یکی از راه های مستقیم به دست آوردن اطلاعات زیر زمینی به حساب می آید، اما عملیات حفاری بسیار پر هزینه است و تنها اطلاعاتی را در مناطق جداگانه فراهم می آورد. در مقابل، یکی از راه های متداول برای کسب اطلاعات زیر سطحی، انجام اندازه گیری های فیزیکی در سطح زمین و تعیین زمین شناسی زیر سطحی با استفاده از این داده ها می باشد. برداشت های ژئوفیزیکی با اینکه در معرض ابهامات اساسی و یا عدم قطعیت در تفسیرهای انجام شده قرار دارند، وسیله ای سریع و ارزان برای به دست آوردن اطلاعات پیوسته زیرسطحی می باشند. البته استفاده از روش های ژئوفیزیکی به معنی عدم نیاز به حفاری نیست، بلکه در صورت استفاده از این روش ها، برنامه های اکتشافی بهینه خواهد شد، سرعت عملیات افزایش یافته و تعداد گمانه های حفاری مورد نیاز، به حداقل خواهد رسید. اهمیت روش های ژئوفیزیکی به عنوان یک وسیله کارآمد در به دست آوردن اطلاعات مربوط به وضعیت آب های زیر زمینی و اطلاعات زمین شناسی زیر سطحی به اندازه ای است که کلیه متخصصین علوم زمین باید با اصول این روش ها، اهداف و کاربردهای اصلی هر روش آشنا باشند. استفاده از اصول و قوانین فیزیک برای مطالعه پدیده های وابسته به زمین و فضای اطراف آن، موضوع علم ژئوفیزیک می باشد. روش های ژئوفیزیکی با بکارگیری برداشت های نسبتاً سریع، قادر به برطرف کردن کاستی های مهم موجود در اطلاعات زمین شناسی زیرسطحی می باشند. از مهمترین مزایای ژئوفیزیک می توان به توانایی آن در دستیابی به اطلاعات زیرسطحی در مناطق وسیع و در زمان های کوتاه و با صرف هزینه های معقول اشاره کرد. به واسطه ارتباط نزدیک بین حیات بشر و شناخت او از کره ای که روی آن زندگی می کند، و در نتیجه ضرورت توسعه علم ژئوفیزیک، شورای بین المللی تحقیقات (ICSU) و اتحادیه بین المللی علوم (ISU) از ژانویه 1957 تا دسامبر 1959 را سال ژئوفیزیک نامیدند و در خواست همکاری جهانی برای پیشبرد و توسعه این علم را نمودند. در راستای تحقق این هدف، باید در جهت توسعه زمینه های مختلف تحقیقات پایه و کاربردی و بکارگیری گزارش های مختلف این علم و آموزش های لازم برای رفع نیازهای جامعه اقدام کرد. معمولاً تعریف ژئوفیزیک به مطالعه زمین محدود می شود. برای اجتناب از پیچیدگی، کاربرد فیزیک در مطالعه درون زمین (از سطح زمین تا هسته داخلی)، ژئوفیزیک زمین جامد نامیده شده و خود به دو گروه تقسیم می شود : ژئوفیزیک محض که کل کره زمین و یا قسمتی اعظم آن را مطالعه می کند و ژئوفیزیک کاربردی که پوسته و نزدیک سطح زمین را برای اهداف کاربردی و اقتصادی مورد مطالعه قرار می دهد. اصول علمی حاکم بر ژئوفیزیک کاربردی و محض یکسان است. ژئوفیزیک کاربردی مباحث گسترده ای را شامل می شود، از تعیین ضخامت پوسته (که در اکتشافات هیدروکربن ها بسیار اهمیت دارد) گرفته تا مطالعه ساختارهای کم عمق برای بررسی مهندسی مناطق، اکتشاف آب های زیرزمینی، مواد معدنی و ذخایر اقتصادی، تعیین محل چاه های معدنی و سایر انواع حفره های مدفون، برداشت بقایای باستان شناسی، تعیین محل لوله ها و کابل های مدفون و غیره. در حقیقت، هدف از ژئوفیزیک کاربردی، بررسی ساختارهای شاخص، نسبتاً کوچک مقیاس و کم عمقی است که در پوسته زمین قرار دارند. از جمله این ساختارها می توان به ناودیس ها و طاقدیس ها، گسل ها، گنبدهای نمکی، ناهمواری های موجود در سنگ بستر، کانسارها، نهشته های رسی و غیره اشاره کرد. امروزه دانش عمومی بر این اصل استوار است که معمولاً بررسی ساختارهای مذکور به مسائل کاربردی مانند اکتشاف نفت، تعیین محل لایه های آبدار، اکتشاف مواد معدنی، ساخت بزرگ راه ها و مهندسی عمران مربوط می شود. اغلب کاربرد فیزیک همراه با اطلاعات زمین شناسی تنها راه حل مناسب برای حل این مسائل می باشد. کاربرد روش های ژئوفیزیکی در بررسی مواد و ساختارهای زیرسطحی که از نظر مهندسی حائز اهمیت می باشند، در حیطه ژئوفیزیک مهندسی، که زیر شاخه ای از ژئوفیزیک کاربردی است، قرار می گیرد. در سال های اخیر و با پیشرفت روز افزون کاربردهای متنوع ژئوفیزیک در مطالعات زیست محیطی نیز توسعه یافته است. این شاخه که تحت عنوان ژئوفیزیک زیست محیطی شناخته می شود عبارت است از کاربرد روش های ژئوفیزیکی در بررسی پدیده های فیزیکی – شیمیایی نزدیک به سطح که از کاربرد قابل توجهی در مدیریت محیط زیست دارند. روش های ژئوفیزیکی به طور گسترده ای در مطالعه محل های انباشت زباله مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از مزایای استفاده از این روش ها، بی خطر بودن آن ها برای محیط زیست است. یک مثال واضح، تعیین یک مخزن فلزی پوسیده حاوی مواد شیمیایی سمی می باشد. انجام حفریات برای تعیین محل مستقیم این مخزن، خطر سوراخ شدن آن و فرار آلودگی را به دنبال دارد. با استفاده از برداشت های ژئوفیزیکی پیشرفته می توان محل مخزن را تعیین کرد. این روش بسیار ارزان تر و ایمن تر می باشد. یکی دیگر از مزایای ژئوفیزیک زیست محیطی، بررسی سریع مناطق آلوده وسیع با هزینه نسبتاً کمتر می باشد. در سال های اخیر، علاوه بر استفاده از روش های ژئوفیزیکی در اکتشاف منابع طبیعی و مسائل زیست محیطی، این روش ها در مطالعات مهندسی عمران نیز کاربرد گسترده ای داشته اند. در سال های اخیر، علاوه بر مطالعات چاه پیمایی، روش های ژئوفیزیکی مختلفی نیز در مراحل مختلف مطالعات مهندسی عمران مورد استفاده قرار گرفته اند که از مهمترین آن ها می توان به هفت روش لرزه نگاری انکساری، لرزه نگاری انعکاسی کم عمق، روش های الکتریکی، روش های الکترومغناطیسی، روش رادار نفوذ کننده به زمین، روش گرانی سنجی و روش رادیومتری اشاره کرد. روش های مذکور ژئوفیزیک دانان و مهندسین سنگ را در استفاده بهینه از روش های ژئوفیزیکی و ارائه راهکارهای مناسب در پروژه های مهندسی سنگ یاری می رسانند. از میان روش های الکتریکی، روش مقاومت ویژه بیشترین کاربرد را در مسائل مهندسی عمران دارد. این روش در محدوده وسیعی از مطالعات مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرد، مانند شناسایی آب های زیر زمینی، تعیین خصوصیات زمین لغزش ها، احداث سد ها و تونل ها، آشکارسازی حفرات زیر زمینی، و تعیین ساختارهای زمین شناسی زیر سطحی. این روش در مراحل مختلف پروژه های مهندسی عمران (از شناسایی اولیه تا بررسی منطقه و نگهداری) مورد استفاده قرار می گیرد. در مطالعه ساختارهای زمین شناسی، روش مقاومت ویژه را می توان در تعیین زون های شکستگی همراه با گسل ها، طبقه بندی هوازدگی و دگرسانی سنگ ها، و اکتشاف آب های زیر زمینی مورد استفاده قرار داد. متداول ترین روش های ژئوفیزیکی مورد استفاده در مسائل پایداری شیب عبارتند از روش لرزه ای انکساری و روش مقاومت ویژه. با استفاده از هر دوی این روش ها می توان پروفیل زمین شناسی منطقه را تهیه کرد. در روش لرزه ای، خواص مواد با توجه به سرعت سیر امواج در آن ها تعیین می شود، اما معمولاً سطوح شکست موجود در یک شیب گسیخته شده، مانع از تفسیر موثر نتایج حاصل می شود. در روش مقاومت ویژه، خصوصیات مواد بر اساس مقاومت ویژه الکتریکی آن ها تعیین می شود. روش مقاومت ویژه الکتریکی در مسائل مربوط به آب های زیر زمینی بیشتر مورد توجه قرار می گیرد، زیرا اغلب به کمک این روش می توان نواحی مرطوب، سطح آب های زیر زمینی و سفره آب ها را تعیین کرد. همچنین، با توجه به اینکه اکثر سطوح گسیختگی با یک منطقه مرطوب همراه هستند، تعیین محل این سطوح با استفاده از برداشت های مقاومت ویژه الکتریکی امکان پذیر می باشد. روش های ژئوفیزیکی برای افزایش کارآیی اکتشاف زیر سطحی مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه کلیه اطلاعات حاصل از انواع روش های ژئوفیزیک سطحی را می توان با استفاده از روش های حفاری و نمونه گیری و با دقت بیشتر به دست آورد، روش های حفاری حتی برای مطالعات اعماق کم بسیار کند و پر هزینه هستند. بتابراین، روش های ژئوفیزیکی برای بهینه سازی عملیات حفاری، و گاهی حتی برای حذف آن مورد استفاده قرار می گیرند. ژئوفیزیک کاربردی انواعی از روش های متنوع را در اختیار قرار می دهد که در صورت استفاده مناسب و به جا اطلاعات بسیار مفید و با ارزشی را فراهم می آورند.

محدوده ژئو فیزیک

روش های مختلفی برای جمع آوری داده در رابطه با زیر سطح زمین در دسترس می باشند. مسلماً مشاهدات مستقیم رسوبات و سنگ ها بهترین روش است، اما معمولاً این امر به ندرت در مقیاس مطالعاتی مورد نظر امکان پذیر می باشد. از طرف دیگر، وجود دره های متعدد در مناطق مورد مطالعه که تا عمق مورد نظر نیز گسترش داشته باشند بسیار غیر محتمل است و نمی توان به ارتباط ستون های چینه شناسی از نقطه ای به نقطه دیگر اکتفا کرد. علاوه بر این، بررسی یک منطقه با استفاده از تعداد بی شمار گمانه حفر شده در یک شبکه منظم نیز متداول و مقرون به صرفه نیست. در روش های مستقیم با حفر گمانه های حفاری، وضعیت زیر زمین در یک منطقه مورد مطالعه قرار می گیرد. اگر چه حفر گمانه های اکتشافی یکی از راه های مستقیم به دست آوردن اطلاعات زیر زمینی به حساب می آید، اما عملیات حفاری بسیار پر هزینه است و تنها اطلاعاتی را در مناطق جداگانه فراهم می آورد. در مقابل، یکی از راه های متداول برای کسب اطلاعات زیر سطحی، انجام اندازه گیری های فیزیکی در سطح زمین و تعیین زمین شناسی زیر سطحی با استفاده از این داده ها می باشد. برداشت های ژئوفیزیکی با اینکه در معرض ابهامات اساسی و یا عدم قطعیت در تفسیرهای انجام شده قرار دارند، وسیله ای سریع و ارزان برای به دست آوردن اطلاعات پیوسته زیرسطحی می باشند. البته استفاده از روش های ژئوفیزیکی به معنی عدم نیاز به حفاری نیست، بلکه در صورت استفاده از این روش ها، برنامه های اکتشافی بهینه خواهد شد، سرعت عملیات افزایش یافته و تعداد گمانه های حفاری مورد نیاز، به حداقل خواهد رسید.

اهمیت روش های ژئوفیزیکی به عنوان یک وسیله کارآمد در به دست آوردن اطلاعات مربوط به وضعیت آب های زیر زمینی و اطلاعات زمین شناسی زیر سطحی به اندازه ای است که کلیه متخصصین علوم زمین باید با اصول این روش ها، اهداف و کاربردهای اصلی هر روش آشنا باشند. استفاده از اصول و قوانین فیزیک برای مطالعه پدیده های وابسته به زمین و فضای اطراف آن، موضوع علم ژئوفیزیک می باشد. روش های ژئوفیزیکی با بکارگیری برداشت های نسبتاً سریع، قادر به برطرف کردن کاستی های مهم موجود در اطلاعات زمین شناسی زیرسطحی می باشند. از مهمترین مزایای ژئوفیزیک می توان به توانایی آن در دستیابی به اطلاعات زیرسطحی در مناطق وسیع و در زمان های کوتاه و با صرف هزینه های معقول اشاره کرد. به واسطه ارتباط نزدیک بین حیات بشر و شناخت او از کره ای که روی آن زندگی می کند، و در نتیجه ضرورت توسعه علم ژئوفیزیک، شورای بین المللی تحقیقات (ICSU) و اتحادیه بین المللی علوم (ISU) از ژانویه 1957 تا دسامبر 1959 را سال ژئوفیزیک نامیدند و در خواست همکاری جهانی برای پیشبرد و توسعه این علم را نمودند. در راستای تحقق این هدف، باید در جهت توسعه زمینه های مختلف تحقیقات پایه و کاربردی و بکارگیری گزارش های مختلف این علم و آموزش های لازم برای رفع نیازهای جامعه اقدام کرد. معمولاً تعریف ژئوفیزیک به مطالعه زمین محدود می شود. برای اجتناب از پیچیدگی، کاربرد فیزیک در مطالعه درون زمین (از سطح زمین تا هسته داخلی)، ژئوفیزیک زمین جامد نامیده شده و خود به دو گروه تقسیم می شود : ژئوفیزیک محض که کل کره زمین و یا قسمتی اعظم آن را مطالعه می کند و ژئوفیزیک کاربردی که پوسته و نزدیک سطح زمین را برای اهداف کاربردی و اقتصادی مورد مطالعه قرار می دهد. اصول علمی حاکم بر ژئوفیزیک کاربردی و محض یکسان است.

ژئوفیزیک کاربردی مباحث گسترده ای را شامل می شود، از تعیین ضخامت پوسته (که در اکتشافات هیدروکربن ها بسیار اهمیت دارد) گرفته تا مطالعه ساختارهای کم عمق برای بررسی مهندسی مناطق، اکتشاف آب های زیرزمینی، مواد معدنی و ذخایر اقتصادی، تعیین محل چاه های معدنی و سایر انواع حفره های مدفون، برداشت بقایای باستان شناسی، تعیین محل لوله ها و کابل های مدفون و غیره. در حقیقت، هدف از ژئوفیزیک کاربردی، بررسی ساختارهای شاخص، نسبتاً کوچک مقیاس و کم عمقی است که در پوسته زمین قرار دارند. از جمله این ساختارها می توان به ناودیس ها و طاقدیس ها، گسل ها، گنبدهای نمکی، ناهمواری های موجود در سنگ بستر، کانسارها، نهشته های رسی و غیره اشاره کرد. امروزه دانش عمومی بر این اصل استوار است که معمولاً بررسی ساختارهای مذکور به مسائل کاربردی مانند اکتشاف نفت، تعیین محل لایه های آبدار، اکتشاف مواد معدنی، ساخت بزرگ راه ها و مهندسی عمران مربوط می شود. اغلب کاربرد فیزیک همراه با اطلاعات زمین شناسی تنها راه حل مناسب برای حل این مسائل می باشد. کاربرد روش های ژئوفیزیکی در بررسی مواد و ساختارهای زیرسطحی که از نظر مهندسی حائز اهمیت می باشند، در حیطه ژئوفیزیک مهندسی، که زیر شاخه ای از ژئوفیزیک کاربردی است، قرار می گیرد. در سال های اخیر و با پیشرفت روز افزون کاربردهای متنوع ژئوفیزیک در مطالعات زیست محیطی نیز توسعه یافته است. این شاخه که تحت عنوان ژئوفیزیک زیست محیطی شناخته می شود عبارت است از کاربرد روش های ژئوفیزیکی در بررسی پدیده های فیزیکی – شیمیایی نزدیک به سطح که از کاربرد قابل توجهی در مدیریت محیط زیست دارند.

روش های ژئوفیزیکی به طور گسترده ای در مطالعه محل های انباشت زباله مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از مزایای استفاده از این روش ها، بی خطر بودن آن ها برای محیط زیست است. یک مثال واضح، تعیین یک مخزن فلزی پوسیده حاوی مواد شیمیایی سمی می باشد. انجام حفریات برای تعیین محل مستقیم این مخزن، خطر سوراخ شدن آن و فرار آلودگی را به دنبال دارد. با استفاده از برداشت های ژئوفیزیکی پیشرفته می توان محل مخزن را تعیین کرد. این روش بسیار ارزان تر و ایمن تر می باشد. یکی دیگر از مزایای ژئوفیزیک زیست محیطی، بررسی سریع مناطق آلوده وسیع با هزینه نسبتاً کمتر می باشد. در سال های اخیر، علاوه بر استفاده از روش های ژئوفیزیکی در اکتشاف منابع طبیعی و مسائل زیست محیطی، این روش ها در مطالعات مهندسی عمران نیز کاربرد گسترده ای داشته اند. در سال های اخیر، علاوه بر مطالعات چاه پیمایی، روش های ژئوفیزیکی مختلفی نیز در مراحل مختلف مطالعات مهندسی عمران مورد استفاده قرار گرفته اند که از مهمترین آن ها می توان به هفت روش لرزه نگاری انکساری، لرزه نگاری انعکاسی کم عمق، روش های الکتریکی، روش های الکترومغناطیسی، روش رادار نفوذ کننده به زمین، روش گرانی سنجی و روش رادیومتری اشاره کرد. روش های مذکور ژئوفیزیک دانان و مهندسین سنگ را در استفاده بهینه از روش های ژئوفیزیکی و ارائه راهکارهای مناسب در پروژه های مهندسی سنگ یاری می رسانند. از میان روش های الکتریکی، روش مقاومت ویژه بیشترین کاربرد را در مسائل مهندسی عمران دارد. این روش در محدوده وسیعی از مطالعات مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرد، مانند شناسایی آب های زیر زمینی، تعیین خصوصیات زمین لغزش ها، احداث سد ها و تونل ها، آشکارسازی حفرات زیر زمینی، و تعیین ساختارهای زمین شناسی زیر سطحی. این روش در مراحل مختلف پروژه های مهندسی عمران (از شناسایی اولیه تا بررسی منطقه و نگهداری) مورد استفاده قرار می گیرد. در مطالعه ساختارهای زمین شناسی، روش مقاومت ویژه را می توان در تعیین زون های شکستگی همراه با گسل ها، طبقه بندی هوازدگی و دگرسانی سنگ ها، و اکتشاف آب های زیر زمینی مورد استفاده قرار داد. متداول ترین روش های ژئوفیزیکی مورد استفاده در مسائل پایداری شیب عبارتند از روش لرزه ای انکساری و روش مقاومت ویژه. با استفاده از هر دوی این روش ها می توان پروفیل زمین شناسی منطقه را تهیه کرد. در روش لرزه ای، خواص مواد با توجه به سرعت سیر امواج در آن ها تعیین می شود، اما معمولاً سطوح شکست موجود در یک شیب گسیخته شده، مانع از تفسیر موثر نتایج حاصل می شود. در روش مقاومت ویژه، خصوصیات مواد بر اساس مقاومت ویژه الکتریکی آن ها تعیین می شود. روش مقاومت ویژه الکتریکی در مسائل مربوط به آب های زیر زمینی بیشتر مورد توجه قرار می گیرد، زیرا اغلب به کمک این روش می توان نواحی مرطوب، سطح آب های زیر زمینی و سفره آب ها را تعیین کرد. همچنین، با توجه به اینکه اکثر سطوح گسیختگی با یک منطقه مرطوب همراه هستند، تعیین محل این سطوح با استفاده از برداشت های مقاومت ویژه الکتریکی امکان پذیر می باشد. روش های ژئوفیزیکی برای افزایش کارآیی اکتشاف زیر سطحی مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه کلیه اطلاعات حاصل از انواع روش های ژئوفیزیک سطحی را می توان با استفاده از روش های حفاری و نمونه گیری و با دقت بیشتر به دست آورد، روش های حفاری حتی برای مطالعات اعماق کم بسیار کند و پر هزینه هستند. بتابراین، روش های ژئوفیزیکی برای بهینه سازی عملیات حفاری، و گاهی حتی برای حذف آن مورد استفاده قرار می گیرند. ژئوفیزیک کاربردی انواعی از روش های متنوع را در اختیار قرار می دهد که در صورت استفاده مناسب و به جا اطلاعات بسیار مفید و با ارزشی را فراهم می آورند.