بخشی از مقاله
چكيده
روشهاي الكتريكي به طور گستردهاي در ارزيابي مناسب بودن شرايط زيرسطحي نزديك در سايتهاي شامل مترو، تنظيم تونلها، نيروگاههاي هستهاي، پل ها، جادهها، سدها، معادن و نيروگاههاي برق آبي، بكار ميرود. روش ژئوالكتريك يا مقاومت سنجي، از قديميترين روشهاي الكتريكي بوده كه در اين روش اختلاف پتانسيل ايجاد شده ناشي از ارسال جريان مستقيم به داخل زمين ثبت ميشود.
هدف از انجام اين تحقيق انجام مطالعات ژئوفيزيكي جهت شناسايي موقعيت گسل در محدودهاي به طول٤٠٠ متر از مسير خط ٢ قطار شهري تبريز در محدوده ايستگاههاي S10 و S11 واقع در خيابان عباسي است. در اين تحقيق با آرايههاي شولمبرژه، پل – دايپل و گراديان به صورت همزمان مقاومت ويژه الكتريكي و شارژپذيري زمين اندازهگيري شده كه از نتايج آنها در فاصله ١٢٠ تا ١٤٠ متري از طول پروفيل اثر گسل احتمالي مشاهده شد.
١ مقدمه
امروزه كاربرد تونلها بويژه در محيطهاي شهري توسعه يافته است. معمولا تونلها جز شريانهاي حياتي يك كشور محسوب ميگردند. بسته به موقعيت قرارگيري تونل در بعضي موارد تونلهاي زيرزميني بايد از ناحيه يك گسل زمينشناسي عبور كنند، زيرا همواره نميتوان از عبور تونل از مسير يك گسل جلوگيري كرد. در اين حالت تونل بايد توان تحمل جابجايي گسل را داشته و تنها دچار خرابيهاي ناچيزي شود. بررسي و مطالعه عبور از گسل در سازههاي زيرزميني و بويژه تونل حفر شده در خاك، بسيار پيچيده است. ميتوان گفت عبور تونل از گسل مهمترين بخش طراحي تونل در مواجهه با گسيختگيهاي زميني است.
تجربه گسلشهاي سطحي در زلزلههاي اخير سبب گرديده كه به آسيب جدي زيرساختها ناشي از تغيير شكلهاي دائمي زمين - بويژه گسلش سطحي - توجه بيشتري معطوف گردد. در اين ميان تأثير گسلش روي شريانهاي مهم به دليل وسعت زياد و به تبع آن، احتمال بيشتر اندركنش با هر گسل خاص، بسيار حائز اهميت است .با توجه به رشد فزاينده پروژههاي مترو در شهرهاي بزرگ كشورمان احداث تونل در سازندهاي خاكي شهرها بويژه در شهرهايي كه بواسطه وجود گسلهاي فراوان پتانسيل بالاي لرزهخيزي دارند، امري اجتناب ناپذير شده است.
بطور مثال ميتوان به ساخت تونلهاي مختلف شهري با كاربريهاي مختلف از قبيل مترو، فاضلاب، برق و مخابرات و غيره در حريم گسلهاي فعال در شهرهاي بزرگ اشاره نمود - ساپيوس، ٢٠٠٧ - . روشهاي الكتريكي از جريان مستقيم و يا جريانهاي فركانس متناوب كم براي بررسي خواص الكتريكي زيرسطحي استفاده ميكنند. روش قطبش القايي از فعاليت خازني زير سطح براي پيدا كردن ناحيههاي داراي كانيهاي رساناي افشان در سنگ ميزبان استفاده ميكند.
روش پتانسيل خودزا از جريان طبيعي درون زمين كه از فرآيندهاي الكتروشيميايي توليد شده استفاده مي كند تا آنوماليهاي رساناي كم عمق را شناسايي كند. روش مقاومت ويژه الكتريكي از جريان تزريق شده به زير سطح استفاده مي كند تا ناپيوستگيهاي افقي و عمودي خواص الكتريكي زمين را مطالعه كند - ميرزاكرده، ١٣٩٤ - . جريان الكتريكي در سنگها از سه طريق هدايت ميشوند: دي الكتريك، الكترونيكي - اهمي - و الكتروليت. هدايت الكتروليتي از طريق حركتنسبتاً آهسته يونهاي درون يك الكتروليت در يك ماتريس سنگ رخ ميدهد.
هدايت الكترونيكي شامل حركت سريع الكترونها در فلزات ميباشد. هدايت دي الكتريك در مواد رساناي بسيار ضعيف - يا عايق - زماني رخ ميدهد كه يك جريان متناوب خارجي اعمال شود، به طوري كه باعث ميشود الكترون با توجه به هسته خود به مقدار كمي جا به جا شود. در اغلب سنگها، هدايت الكتروليت به عنوان يك نتيجه از مايعات در خلل و فرج است - تلفورد و همكاران، ١٩٩٠ - .
٢ روش تحقيق
در اين تحقيق برداشتهاي الكتريكي با آرايههاي پل – دايپل، گراديان و شولمبرژه در محدوده ٤٠٠ متري از مسير خط ٢ تونل متروي تبريز انجام شده است. در آرايه پل – دايپل چهار الكترود وجود دارد كه يكي از دو الكترود جريان در فاصله بي نهايت و الكترودهاي پتانسيل در محلي بيرون از موقعيت الكترودهاي جريان قرار دارند. آرايه گراديان شامل يك خط فرستنده ثابت جريان الكتريكي و انجام اندازهگيريها بين الكترودهاي پتانسيل واقع در امتداد الكترودهاي جريان ميباشد. اندازهگيريها به نقطه وسط الكترودهاي پتانسيل نسبت داده شده و عمق بررسي به طول خط فرستنده بستگي دارد.
از اين آرايه بيشتر در مطالعات قطبش القايي انجام مي شود. در آرايه شولمبرژه يك جفت الكترود پتانسيل بين دو الكترود جريان قرار دارد. فاصله بين نقطه مياني الكترودهاي پتانسيل و اولين الكترود جريان با فاصله بين الكترود جريان دوم و نقطه مياني پتانسيلها برابر است. اين امر باعث متقارن بودن آرايه شلومبرژه ميشود. با افزايش فاصله بين الكترودها، عمق نفوذ بيشتر و دقت داده برداري كاهش مييابد. در آرايه گراديان اندازه گيري اختلاف پتانسيل بين الكترودهاي جريان در يك خط انجام ميگيرد.
دستگاه مورد استفاده در اين تحقيق، دستگاه GDD ساخت شركت كانادا بوده كه از دو قسمت فرستنده و گيرنده تشكيل شده است. جريان ترزيقي به زمين به صورت پالسي و متناوب با دوره تناوب قابل تنظيم ميباشد. در اين تحقيق دوره تناوب جريان تزريقي به زمين ٤ ثانيه انتخاب شده تا فرصت كافي براي شارژ و دشارژ لايههاي مورد مطالعه زير سطح زمين وجود داشته باشد. دستگاه فرستنده براي تامين توان خود نياز به يك مولد ولتاژ الكتريكي ٢٢٠ ولت دارد. براي تامين اين توان از يك موتور ELEMAX ساخت كشور ژاپن استفاده شده است.
خروجي اين موتور برق بنزيني ولتاژ ٢٢٠ ولت متناوب با فركانس٥٠ هرتز است. دستگاه گيرنده مدل GRx-10 اندازهگيري و ثبت ١٠ ولتاژ مختلف به صورت همزمان را دارا ميباشد. اندازهگيري همزمان اطلاعات علاوه بر افزايش سرعت عمليات، باعث افزايش دقت نيز ميگردد. به اين دليل كه اطلاعات همه كانال ها به صورت همزمان ثبت ميگردد و كليه اين اطلاعات تحت يك شرايط يكسان جمع آوري شده است.
شكل ١ دستگاه فرستنده، گيرنده و مولد جريان برق را نشان مي دهد. براي انجام عمليات ژئوالكتريك علاوه بر دستگاهها به تجهيزات جانبي ديگر نيز احتياج ميباشد. اين تجهيزات عموما براي انتقال جريان از فرستنده به زمين و دريافت ولتاژ از زمين و انتقال به گيرنده مورد استفاده قرارميگيرند. براي تزريق جريان و اندازهگيري ولتاژ به ترتيب از الكترودهاي فولادي و برنجي استفاده شده است.
اين الكترودها به ترتيب به عنوان الكترودهاي جريان و ولتاژ شناخته ميشوند. طول اين الكترودها در حدود ٥٠ سانتيمتر است. براي اتصال فرستنده و الكترودهاي جريان از سيمهاي معمولي تك رشته برق استفاده شده و براي اتصال دستگاه گيرنده و الكترودهاي پتانسيل از كابل ١٢ رشته با شيلد الكتريكي براي جلوگيري از ورود نويز الكترومغناطيسي و همچنين كانكتورهاي ١٢ پين استفاده گرديده است. اين سيم رشته به صورت همزمان ولتاژ ١٠ نقطه از زمين را به دستگاه منتقل نموده است.
٣ نتيجهگيري
مواد مختلف بر اساس شرايطي كه دارند ميتوانند مقدار شارژپذيري متفاوتي داشته باشند. اندازه ذرات موجود در لايه، نوع مواد معدني موجود، ميزان تحرك پذيري يونها در بين سيال موجود در آن، واكنش بين سطوح جامد و سيال در مقياس ميكروسكوپي و وسعت سطوح موجود در يك محدوده حجمي مشخص، بر ميزان شارژپذيري يك لايه تاثيرگذار است.
شكل ٢ شبه مقطع شارژپذيري و مقاومت ويژه ظاهري اندازه گيري شده را نشان ميدهد. بر اساس مدل قطبش القايي، يك لايه با شارژپذيري كمتر از ١٠ ميلي ولت به ولت و ضخامت حدود ٣ متر وجود دارد كه ميتوان به بخش هوازده لايه آبرفتي با جنس ماسه اشاره كرد. از عمق حدود ٤ متر شارژپذيري افزايش يافته كه به دليل حضور سيلت و رس ميباشد. با توجه به شكل در مدل قطبش القايي يك ناپيوستگي در ١٣٥ متري پروفيل با عرض تقريبي ١٥ وجود دارد.
بر روي مدل مقاومت ويژه نيز در فاصله ١٨٥ متري يك آنومالي ديده شده كه اين محل بر روي مدل قطبش القايي نيز به صورت كاهش ميزان شارژپذيري نمايان است. همانطور كه در اين شكل ديده مي شود، محلهايي با شارژپذيري كم و افزايش ميزان مقاومت ويژه وجود داشته كه علت آنها تاسيسات شهري و مصنوعي ميباشد. در اين تحقيق در محدوده ٤٠٠ متري از مسير تونل، ١٠ سونداژ الكتريكي با آرايه شولمبرژه برداشت شده كه حداكثر طول اين سونداژها ٤٠٠ متر ميباشد.
با توجه به شكل ٣ يك مدل چهار لايه وجود دارد كه لايه اول به ضخامت ٢ تا ٣ متر و مقاومت ويژه ظاهري در حدود ٢٠ اهم متر بوده و جنس آن رسوبات سطحي هوازده ميباشد. لايه دوم و سوم با ضخامت حدود ٣٥ متر و مقاومت ويژه ظاهري پايين آبرفت ماسه و سيلت آبدار و خشك را نشان ميدهد. از عمق حدود ٥٠ متري به بعد با مقاومت ويژه در حدود ١٠٠ اهم متر مربوط به سنگ بستر ميباشد كه ميتوان به ماسه سنگ متراكم نسبت داد. همانطور كه در شكل نمايان است، يك افتادگي در فاصله حدود ١٣٠ متري ديده ميشود كه ميتواند به دليل حضور گسل باشد.
از آرايه گراديان در امتداد كل محدوده ٨٠٠ متر و به منظور بررسي تغييرات سنگ بستر استفاده شده است. با توجه به نمودار بدست آمده در شكل ٤، در چندين محل شارژپذيري منفي بدست آمده كه عموما با افزايش مقاومت ويژه همراه بوده كه اين موضوع ميتواند به علت تأسيسات زيرسطحي در مسير پياده رو باشد. در فاصله حدود ١٣٠ متري از ابتداي پروفيل آنومالي منفي شارژپذيري ديده ميشود، در حالي كه مقادير مقاومت ويژه تغييرات زيادي نشان نميدهد. با توجه به نتايج حاصل از آرايههاي پل - دايپل، شولمبرژه و گراديان در شكلهاي ٢، ٣ و ٤ ، يك آنومالي در فاصله ١٢٠ تا ١٤٠ متري از ابتداي پروفيل نمايان است كه با توجه به عدم وجود تاسيسات شهري در اين فاصله، ميتوان محل وجود گسل معرفي كرد.
