بخشی از مقاله
چكيده :
در سونداژزني الكترومغناطيس، عمق اكتشاف بيشينه عمقي است كه يك هدف معلوم در يك ميزبان معلوم توسط حسگر مي-تواند مشاهده شود. عوامل اصلي مؤثر بر روي عمق اكتشاف عبارتند از: حساسيت حسگر، دقت، فركانس هاي مورد استفاده، روشهاي پردازش دادهها وتفسير آنها، سطح نوفه و خواص هدف و سنگ ميزبان. با استفاده از حسگرهاي الكترومغناطيس هوابرد، روابط سادهاي براي تخمين عمق اكتشاف از تجزيه پاسخهاي الكترومغناطيس بر مبناي مدل هاي نيم فضاي لايهاي به دست آمدند. نتايج نشان مي دهند كه عمق اكتشاف افزايش مييابد اگر: عمق پوست افزايش يابد، مقدار آستانه كاهش يابد، فاصله جدايش فرستنده و گيرنده افزايش يابد، و تباين مقاومت ويژه بين سنگ ميزبان و هدف افزايش يابد.
١ مقدمه
عمق اكتشاف - Depth of Investigation - DI - براي روشهاي الكترومغناطيس هوابرد به عنوان بيشينه عمقي كه يك جسم با رسانايي معلوم، يك بيهنجاري قابل تشخيص ارائه ميدهد تعريف شده استپِلتونيِمي، - ١٩٩٨ - . در بسياري از موارد، عمق پوست تخميني از عمق اكتشاف سيستمهاي الكترومغناطيس است. عمق پوست عمقي در يك محيط همگن است كه دامنه موج تخت در آن به 1/e يا %٣٧ دامنه اصلي برسد. عمق پوست δ برابراست با:
كه در آن σ رسانندگي زمين - σ=1/ρ - ، μ تراوايي مغناطيسي و ω=2πf فركانس زاويهاي موج تخت است. عمق اكتشاف به صورت كاملاً تجربي تعيين ميشود و عواملي مانند ابعاد و ويژگي هاي مشخص سيستم الكترومغناطيسي - شكل پيچه، فاصله بين پيچهها و فركانس - ، ارتفاع پيچههاي فرستنده و گيرنده از سطح زمين ، سطح نوفه - N - و سيگنال - S - سيستم و نيز خواصي از رساناي زير سطحي مقدار رسانايي سنگ ميزبان و رسانايي خود هدف، آن را متأثر ميكنند. اگرچه در موقعيتهاي ايده آل عمق اكتشاف ممكن است بزرگتراز عمق پوست باشد، اما در موقعيتهاي زمينشناسي پيچيده و يا نواحي با نوفه بالا، عمق اكتشاف كمتر از عمق پوست خواهد شد - هوانگ، ٢٠٠٥ - . شلومبرژه در سال ١٩٣٢ اولين كسي بود كه عمق اكتشاف را براي روش مقاومت ويژه معرفي كردپل. و ري - ١٩٧٠ - و اسپايز - ١٩٨٩ - عمق اكتشاف را براي سيستمهاي الكترومغناطيس زميني مورد مطالعه قرار دادنداين. موضوع توسط لَكشمانن و بيچارا - ١٩٨١ - براي سيستمهاي الكترومغناطيس هوابرد براي كار بر روي پاسخ هاي زمين لايهاي مورد پژوهش قرار گرفته است.
٢ روش تحقيق
در الكترومغناطيس هوابرد حوزه فركانس، پيچههاي فرستنده و گيرنده به صورت افقي درون محفظهاي به نام پرنده قرار مي-گيرند و با كابلي از زير بالگرد آويزان ميشوند - شكل١ - . روابط بين دامنه ميدان مغناطيسي ثانويه و اوليه بر روي زمين لايهاي توسط ويت - ١٩٨٢ - داده شده است. براي تعيين عمق اكتشاف، اثر تك تك عوامل مؤثر بر عمق اكتشاف را با استفاده از مدل-هاي نيم فضاي لايهاي ارائه كرده و سپس آنها را با هم در نظر ميگيريم.
شكل ١. سيستم الكترومغناطيس هوابرد.
فرض كنيد نيم فضايي با مقاومت ويژه ρ1 داريم و دامنه ميدان ثانويه و رسانايي ظاهري ايجاد شده توسط آن به ترتيب A0 و σ1 است. حالا لايه ديگري در زير اين لايه با مقاومت ويژه ρ2 در عمق مشخص d در نظر ميگيريم. در اين حالت يك محيط دو لايه داريم كه دامنه ميدان ثانويه و رسانايي ظاهري ايجاد شده در اين حالت با حالت قبل يكسان نيست و به ترتيب آن را با Aa و σa نشان ميدهيم. حالا به ازاي تغيير در نسبت ρ2/ρ1، براي ضخامتهاي d مختلف، ميتوانيم نسبتهاي Aa/A0 و σ1 σa/ را رسم كنيم. در اين حالت ميتوانيم يك مقدار آستانه براي تغيير در دامنه تعريف كنيم طوري كه آن مقدار از ضخامت لايه اول كه به ازاي آن، نسبت Aa/A0 و σa / σ1 به مقدار آستانه برسد را به عنوان عمق اكتشاف در نظر بگيريم.
مقادير آستانه بالا مانند %٢٠ يا %٣٠ براي اهداف مقاوم و مقادير پايين به اندازه %٥ يا %١٠ براي اهداف رسانا پيشنهاد ميشود. شكل - ٢-الف - منحني تغييرات نسبت Aa/A0 و شكل - ٢-ب - منحني تغييرات نسبت σa/ σ1 را برحسب d براي نسبتهاي مختلف ρ2/ρ1 براي يك سيستم الكترومغناطيس هوابرد با فاصله پيچههاي ٨ متر، ارتفاع ٣٠ متر و عمق پوست δ1=50 متر نشان ميدهد. در حالتهاي ρ2/ρ1<1 عمق اكتشاف بيشتري به دست آمده زيرا مقاومت ويژه كمتر لايه پايين، باعث القاي جريان بيشتري ميشود و دامنه بيشتري توليد ميكندعمق. اكتشاف به دست آمده در هر دو شكل تقريباً يكسان است، با اين تفاوت كه مقدار رسانايي ظاهري، در حالت تباين رسانايي بالاتر بين دو لايه، هنگامي كه لايه دوم رساناتر از لايه اول باشد، افزايش بيشتر و هنگامي كه لايه دوم مقاومتر از لايه اول باشد كاهش بيشتري يافته است.
براي بهتر مشخص شدن تعيين عمق اكتشاف، قسمتي از شكل - ٢- الف - با بزرگنمايي بيشتر و براي دو منحني مشخص در شكل - ٢-پ - نمايش داده شده است. اين شكل نشان ميدهد كه هرچه مقدار آستانه كمتر انتخاب شود، عمق اكتشاف بيشتر محاسبه خواهد شد. همچنين عمق اكتشاف در تباين رسانايي كمتر، بيشتر به مقدار آستانه حساس است. زماني كه تباين رسانايي زياد باشد، مقدار عمق اكتشاف در آستانههاي مختلف نزديك به هم است در صورتي كه براي تباين رسانندگي پايين، مقدار عمق اكتشافتفاوت نسبتاً زيادي در آستانههاي مختلف دارد.
اگر در شكل - ٢-پ - مقادير عمق اكتشاف را براي آستانههاي مختلف به دست آورده و آنها را با تقسيم بر عمق اكتشاف براي آستانه %٣٠ بهنجار كنيم، ميتوانيم تغييرات آن را براي يك عمق پوست مشخص ترسم كنيم. در اين صورت ميتوانيم رابطهاي بين عمق اكتشاف بهنجار شده با مقدار آستانه بيابيم
شكل ٢. - الف - منحني دامنه بيهنجاري بر حسب d براي نسبتهاي مختلف . ρ2/ρ1 - ب - منحني رسانايي ظاهري بر حسب d براي نسبتهاي مختلف .ρ2/ρ1 - ت - تعيين عمق اكتشاف به ازاي مقادير آستانه مختلف. - ث - عمق اكتشاف بهنجار شده بر حسب تغييرات مقدار آستانه. عمق اكتشاف از تقاطع منحنيها با خط افقي آستانه به دست آمده است.
براي پيدا كردن رابطهاي ميان عمق پوست و عمق اكتشاف، تغييرات عمق اكتشاف را براي تباين مقاومت ويژههاي مختلف به ازاي عمق پوستهاي متفاوت محاسبه و رسم ميكنيم. شكل - ٣-الف - اين نمودارها را نشان ميدهد. عمق اكتشاف در عمق پوست پايين مستقل از تباين رسانايي است اما هنگام افزايش عمق پوست، مقادير آن براي تباين رسانايي مختلف متفاوت است و سرعت افزايش عمق اكتشاف، بسته به اينكه لايه دوم مقاومتر و يا رساناتر باشد، متفاوت است.
براي حالتي كه لايه دوم مقاومتر باشد، شدت افزايش عمق اكتشاف كمتر خواهد شد و منحنيها به يك خط افقي مجانب ميشوند در حالي كه اگر لايه دوم رساناتر از لايه اول باشد عمق اكتشاف با افزايش عمق پوست همچنان افزايش مييابد. از آنجا كه اين نمودارها با هم متفاوت هستند، از مقادير منحنيهايي با تباين مقاومت ويژه بزرگتر از يك و مقادير منحنيهايي با تباين مقاومت ويژه كوچكتر از يك به طور جداگانه ميانگين گرفته شده است. براي رسيدن به يك رابطه يكتا براي هر يك از اين دو حالت، نمودار ميانگين به همراه رابطه به دست آمده براي هر دو حالت از برازش آن با يك چند جملهاي درجه ٤ در شكل - ٣- ب - نشان داده شده است.
شكل ٣. - الف - تغييرات عمق اكتشاف با تغيير عمق پوست براي تباينهاي مختلف مقاومتويژه. - ب - ميانگين منحنيهايي با تباين مقاومت ويژه بزرگتر از يك - منحني بالا - و كوچكتر از يك - منحني پايين - به همراه روابط برازش شده براي آنها - به ترتيب چپ و راست - .
