بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به روند رو به رشد افزایش جمعیت و رشد روز افزون صنایع وابسته به نفت، میزان تقاضا برای مواد نفتی افزایش چشمگیری یافته است. افزایش تولید و به تبع آن افزایش میزان مصرف همراه با فعالیت های جانبی، نشت مواد نفتی به محیط زیست را شدت می بخشد. سفره های آب زیر زمینی همواره در معرض خطر آلودگی به این مواد نفتی هستند.
ورود مواد نفتی به درون خاک نیز موجب بروز تغییرات قابل توجهی در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و ژئوتکنیک خاک های آلوده شده است به نحوی که استفاده و بهره برداری از این خاک ها حتی برای اهداف جنبی از قبیل استفاده در ساختن راه و پارکینگ و غیره بدون توجه به این خصوصیات موجبات بروز خطرات زیست محیطی و بروز خسارات متعدد در سازه های احداث شده می شود.
روش های ژئوفیزیک از جمله روش هایی هستند که برای شناسایی آلودگی نفتی آبهای زیر زمینی کاربرد دارند که از میان آنها دو روش رادار نفوذی و سونداژ زنی الکتریکی برای این مهم کاربردی تر می باشند. در این مقاله ابتدا به شرح مختصری راجع به این دو روش می پردازیم. سپس مطالعه موردی که در محدوده سایت نفتی پنانگ مالزی انجام شده را مورد بررسی قرار می دهیم. حضور نفت با مقاومت بالا بین مقادیر 450 تا m 1000 شناسایی شد. مناطق کم مقاومت در زیر سطح آب به صورت آب شور قرار می گیرند. در بخش رادار نفوذی، لایه آلاینده نفت حاوی الگوهای دامنه انبساطی، سایه و هرج و مرج است.
.1مقدمه
تاثیر مخرب صنعت نفت امروزه بسیار زیاد است و از آن به عنوان یک آلاینده خشکی و آب خصوصا در مناطق تولید نفت یاد می شود و اصولا حاصل نشت در نتیجه فوران از چاه نفت، قطع خطوط لوله، تانکرهای نفتی و ... می باشد. این اثرات که شامل فوران و نشت می باشند روی محیط به صورت آلودگی آب، خاک و ... تاثیر می گذارند. نشت زیر زمینی اثر مستقیم بیشتری روی محیط دارد چون باعث می شود آب زیر زمینی که منبع مهم آب قابل حمل می باشدآلوده گردد. بنابراین نیاز برای کشف اولیه نشت های زیرزمینی و شناسایی مناطق آن وجود دارد.
روش های ژئوفیزیکی در این بین از جمله روش هایی هستند که ما را برای رسیدن به این هدف یاری می نمایند. بویژه اگر طراحی یک شبکه پویا، فزاینده و بروزشونده اساس این مطالعات قرار گیرد. تصمیم گیری در مورد انتخاب روش جلوگیری از پخش آلودگی و اصلاح و بازسازی مناطق تحت تاثیر، نیاز به طراحی شبکهای بر اساس حداکثر اطلاعات و با کمترین هزینه داشته و طبیعتا این شبکه تلفیقی از چند تکنیک را در خود دارد. در مورد آلودگیهای پویا و در حال گسترش شبکههای رفتارسنجی پاسخ مناسبتری ارائه خواهند داد.
این شبکهها شامل مطالعات ژئوفیزیک، زمین آمار، مدلسازی کیفی آب زیرزمینی و تصمیم سازی چند معیاره - MCDM - میگردند. از میان همه تکنیک های ژئوفیزیکی که برای تصویر برداری زیر سطحی وجود دارند روش های ژئوالکتریکی سطحی و نیز روش رادار نفوذی زمین[1] که یکی از روش های با قدرت جدایش بالای ژئوفیزیک است، در دهه اخیر به طور فزاینده ای برای اهداف زیست محیطی، مهندسی و زمین شناسی مورد استفاده قرار گرفته است.
در این مقاله نیز با توجه به اینکه هدف شناسایی آلودگی نفتی زیر سطحی می باشد دو روش رادار نفوذی زمین و توموگرافی الکتریکی توام با سونداژ زنی الکتریکی معرفی خواهند شد و سپس به عنوام مطالعه موردی نتایج حاصل از این دو روش را بررسی خواهیم کرد.
.2کاربرد ژئوفیزیک برای شناسایی آلودگی نفتی
ژئوفیزیک در دهه اخیر کاربرد بسیار خوبی در تحقیقات محیط زیستی یافته است. ارزیابی های ژئوفیزیکی، اطلاعات کسب شده از چاه ها را در کل زون تعمیم داده و مقایسه بین داده های ژئوفیزیکی و اطلاعات چاه اجازه توصیف دقیق لایه های سطحی را می دهد. به طور کلی در بررسی های ژئوفیزیکی بر اساس اختلاف فیزیکی لایه ها و با توجه به عوامل متفاوت طبیعی، فنی، محدودیت ها و ...
روش ژئوفیزیکی مناسب انتخاب می گردد. روش های ژئوفیزیکی در شناسایی مشکلات محیطی خصوصا آنومالی های به وجود آمده از هیدروکربن نیز کاربرد دارند. روش های ژئوفیزیکی می توانند با ارزیابی مشکلات موجود و پیش بینی اینکه این آلودگی ها در زیر زمین به کجا خواهند رفت، در برنامه های حفاری اکتشافی مورد استفاده قرار بگیرند. با این حال اثر موثر روشهای ژئوفیزیکی در حل مشکلات محیطی بستگی به پارامترهایی از جمله درجه آلودگی، ضخامت لایه مدفون، خصوصیات زمین شناسی، ساختار هدف و گسترش عمقی و جانبی آن دارد. از بین روش های ژئوفیزیکی دو روش رادار نفوذی و توموگرافی الکتریکی توام با سونداژ زنی الکتریکی از جمله روش های منتخب برای تحقیقات زیست محیطی می باشند.
.3 روش رادار نفوذی
روش رادار نفوذی زمین یا همان GPR به طور خلاصه یکی از روش های با قدرت تفکیک بالای ژئوفیزیکی است که توسط امواج الکترومغناطیسی بسامد بالا - 12/5 تا 2500 مگا هرتز - تغییرات خواص الکتریکی ژرفای کم را به منظور آشکار سازی زیر سطحی اندازه گیری می کند. این روش مشابه روش لرزه شناسی است که در آن یک آنتن فرستنده، پالس های کوتاه از امواج الکترومغناطیس یا فرکانس بالا را ارسال کرده و از سوی دیگر آنتن گیرنده، پالس های پاسخ را دریافت می کند. فرکانسهای مختلف توسط آنتنهای با فرکانس مرکزی مختلف تولید، منتشر و دریافت میگردد. زمانیکه پالس الکترومغناطیسی ساطع شده از آنتن، به یک ناپیوستگی الکتریکی برخورد میکند بخشی از آن از فصل مشترک عبور کرده و بخشی بازتاب میشود، این امر ناشی از تغییر امپدانس امواج الکترومغناطیس در فصل مشترک میباشد. مقدار انرژی بازتابی و عبوری و همچنین مقدار انرژی اتلافی بستگی به خواص الکتریکی مواد در دو طرف فصل مشترک دارد.
اگر زمان رفت و برگشت موج الکترو مغناطیسی که از آنتن فرستنده ساطع شده و بعد ار انعکاس از توده بازتاب کننده به آنتن گیرنده باز میگردد را اندازه گیری کنیم میتوان عمق توده مورد نظر را تعیین کنیم. این امر در صورتی امکان پذیر است که سرعت پالس - موج الکترو مغناطیس - در محیط مشخص باشد. با نمایش داده های ذخیره شده از این طریق در قالب طیف های رنگی امکان شناسایی دقیق ساختارهای زیر سطحی میسر خواهد شد. عمق نفوذ این امواج کم و بستگی به هدایت الکتریکی زمین و مقدار فرکانس مورد استفاده دارد. در حالت کلی هرچه هدایت الکتریکی زمین بیشتر باشد - مانند محیطهای شیلی و رسی - عمق نفوذ کمتر و هرچه هدایت الکتریکی زمین کمتر باشد، - مانند محیطهای آهکی و خشک - عمق نفوذ بیشتر میشود. همچنین هرچه فرکانس بالاتر باشد عمق نفوذ کمتر و هرچه فرکانس پایینتر باشد عمق نفوذ بیشتر است.
فرکانس بالای امواج الکترومغناطیس در روش GPR منتج به تفکیک جانبینسبتاً بالای این روش و از طرفی عمق محدود این روش برای مطالعات زیرسطحی می گردد. قدرت تفکیک جانبی برای روش GPR به فاصله پرتوهای ارسالی و دریافتی و بازه زمانی برداشت مرتبط می باشد. قدرت تفکیک عمودی تقرباًی برابر با 1/4 طول موج برای فرکانس غالب سیگنال ورودی می باشد.
آنتنهای GPR تنها یک پالس منفرد ساطع نمیکنند. بلکه آنها تعدادی پالس مشخص را در فواصل زمانی معین که معمولا بین 2 تا 50 میکرو ثانیه میباشد را ساطع میکنند. نمونه برداری در روش GPR به فاصله زمانی بین دو پالس متوالی که به آن sample گفته میشود مربوط است. به این فاصله زمانی اطلاق میشود. از دیگر پارامترهای مهم در طراحی برداشتهای رادار علاوه بر فرکانس آنتن، پنجره زمانی، فواصل ایستگاهها، موقعیت پروفیلهای برداشتی، انتخاب فواصل نمونه برداری روی شکل موج ثبت شده است. شکل 1 نحوه برداشت به این روش را به صورت شماتیک نمایش می دهد. در شکل 2 نیز آرایه های مختلف این برداشت را نمایش خواهیم داد.
شکل .1 نحوه برداشت روش رادار نفوذی به طور شماتیک
شکل .2 آرایه های مختلف برداشت روش رادار نفوذی
.3 روش سونداژ زنی الکتریکی
روش سونداژ زنی الکتریکی یا روش مقاومت ویژه به تفکیک ساختار ها و سازند های زیرسطحی با تکیه بر مقدار مقاومت ویژه و یا عکس آن رسانندگی الکتریکی می پردازد. با توجه به عوامل تاثیر گذار بر روی رسانندگی مواد زیرسطحی، این روش به تغییرات تخلخل - اولیه و ثانویه - ، میزان اشباع آب، جنس مواد تشکیل دهنده زمین شناسی - وجود و یا عدو وجود رس و رسوبات ریز دانه - ، وجود فعالیت های میکروبی در اثر آلودگی های زیست محیطی و ... حساس بوده و می توان با استفاده از آن به تفکیک نواحی با طبیعت متفاوت پرداخت.
