بخشی از مقاله
چکیده
اکتشاف منابع آب ززیرزمینی مستلزم شناخت مناطق و نواحی مستعد برای وجود آنها می باشد. به دلیل اهمیت بالای مناطق کارستی و نقش قابل توجه در تامین آب مورد نیاز کشور، تلاش برای اکتشاف منابع جدید کارستی، امری اجتناب ناپذیر است. با توجه به اینکه فراوانی ناپیوستگی ها در توده های سنگی، نواحی نفوذ پذیر را ایجاد خواهند کرد، وجودشان موجب ایجاد مسیرهای مناسبی جهت جاری شدن آبهای زیرزمینی خواهد شد. شناخت این نواحی از طریق روشهای ژئوفیزیکی با توجه به ویژگی های خاص فیزیکی این نواحی مثل وزن مخصوص یا مقاومت ویژه آنها امکان پذیر می باشد. استفاده از روشهای ژئوفیزیکی در زمینه مطالعات آب و زئوفیزیک به نسبت زمینه های مطالعات حوزه های نفتی و اکتشافات معادن از سابقه کمتری برخوردار است؛ ولی در سالهای اخیر گسترش یافته است. در این تحقیق کاربرد روشهای مختلف ژئوفیزیکی بررسی خواهد شد. از روشهای ژئوفیزیکی کاربردی جهت پتانسیل یابی آب زیرزمینی می توان به روشهای ژئوالکتریکی، رادار نفوذی زمین، پتانسیل خودزا، الکترومغناطیسی، گرانی سنجی، مغناطیس سنجی و لرزه ای اشاره نمود.
کلمات کلیدی: ژئوفیزیک، اکتشاف، آبهای زیرزمینی، مناطق خشک، سفره های آب
-1 مقدمه
بطورکلی مبنای ژئوفیزیک اکتشافی برمی گردد به تعریفی که ما از علم ژئوفیزیک انجام می دهیم. اگر بخواهیم تعریفی از ژئوفیزیک ارائه کنیم، ژئوفیزیک در واقع علم شناسایی پارامترهای فیزیکی کره زمین است. در واقع کلیه پارامترهای فیزیکی کره زمین موضوع علم ژئوفیزیک خواهد بود[1] و.[2] اکتشاف و بهره برداری اصولی از آب زیرزمینی برای مصارف مختلف به خصوص در مناطق خشک و فاقد آبهای دائمی سطحی اهمیت زیادی دارد. استفاده از روشهای مختلف ژئوفیزیکی یکی از راهکارهای موثر، ارزان قیمت و سریع اکتشافی است که به طور غیرمستقیم به اکتشاف سفرههای آب زیرزمینی میپردازد.[3] نتایج مطالعات ژئوفیزیکی اگر به درستی همراه با دادههای زمینشناسی و هیدرولوژیکی مورد تفسیر قرار گیرند میتوانند اطلاعات مفیدی را در ارتباط با وضعیت سفرههای آب زیرزمینی فراهم نمایند.
در مطالعه حاضر، هدف اصلی بر این است تا به کمک روش ژئوفیزیکی مقاومت ویژه وضعیت سفره آبهای زیرزمینی مورد بررسی قرار گیرد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که گرچه در بسیاری از مناطق ایران در حالت کلی از پتانسیل آب زیرزمینی خوبی برخوردار نمیباشد ولی در بعضی از مناطق که منطبق بر سیستمهای آبراههای و شکستگیهای منطقه میباشند احتمال دستیابی به آب زیرزمینی به مقدار کم وجود دارد[4] و [5] با توجه به افزایش دمای کره زمین و کاهش نزولات جوی و افزایش جمعیت، هر ساله شاهد افت سطح آبهای زیرزمینی می باشیم که بدلیل اهمیت انکار ناپذیر منابع آبی در زندگی بشر، علم ژئوفیزیک در این میان جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و می تواند در اکتشاف لایه های آبدار و تشخیص بهترین نقطه جهت حفاری چاهها کمک شایانی بنماید. با توجه به جوان بودن این علم در ایران هنوز بسیاری افراد از وجود چنین تکنیکی و مزیت های آن اطلاع کافی ندارند و همین امر باعث کاهش کاربردهای آن در ایران شده است.
با توجه به هزینه های اندک آن در مقایسه با هزینه های حفاری و دیگر هزینه های مربوط به چاه ها، انجام آن همیشه به نفع بوده و پیشنهاد می گردد. پروژه های اکتشاف آب برای مطالعات ژئوفیزیکی از روش مقاومت ویژه و آرایش الکترودی شلومبرگر انجام می گردد[6] و[7] و .[8] با استفاده از مطالعات ژئوفیزیک آب زیرزمینی که در سطح زمین انجام میگیرد با هزینه ای نسبتا کم و سریع، می توان به طور کلی اطلاعات مفیدی در مورد منابع آب زیرزمینی به دست آورد . در بررسی های ژئوفیزیک به روش ژئوالکتریک مستقیما نوع سنگ ها ، تخلخل ، نفوذپذیری و مشخصاتی از این قبیل به دست نمی آید . بلکه با اندازه گیری برخی از خواص فیزیکی سنگ ها می توان محل هایی را که احتمال وجود آبخوان های مطلوب بیشتر است ، مشخص کرد و اطلاعات با ارزشی در خصوص جنس وضخامت لایه های زیرزمینی و سنگ کف سفره های اب زیرزمینیقبل از انجام حفاری چاه ارائه دهد و قطعاً در جلوگیری از اتلاف و به حداقل رساندن هزینه های حفاری نقش بسیارموثر و مفیدی دارد.برای اطلاعات دقیق تر باید نتایج بررسی های ژئوفیزیک با نتایج حاصل از چاه های اکتشافی تلفیق شوند.با بررسی های ژئوفیزیک می توان محل های مناسب تر برای حفر چاه را مشخص کرد.[9] روش های ژئوفیزیک متنوع اند ولی معمولی ترین روش مورد استفاده در مطالعه آب های زیرزمینی روش مقاومت ویژه است. سئوالاتی که در این مقاله به آنها پرداخته خواهد شد:
- آیا می دانید چاههایی که با روشهای علمی تعیین محل می گردند ، بسیار موفق تر از چاههایی می باشند که بدون مطالعه حفر می شوند؟
- آیا می دانید مطالعات ژئوفیزیک تنها روش تائید شده جهت شناخت آبهای زیرزمینی است؟
- آیا می دانید با انجام مطالعات ژئوفیزیک می توان ریسک هزینه های حفاری را تا %90 کاهش داد؟
- آیا می دانید هزینه انجام مطالعات ژئوفیزیک نسبت به هزینه های حفاری بسیار ناچیز است؟
-2 مواد و روشها
بطور کلی در بررسی های ژئوفیزیکی براساس اختلاف خصوصیات فیزیکی لایه ها و طبقات متفاوت با سازندهای مجاور بایستی روشی انتخاب گردد که طبقات مذکور دارای مشخصات متفاوتی از نظر خاصیت فیزیکی مورد اندازه گیری باشند و در هر منطقه با توجه به عوامل متفاوت طبیعی و فنی و محدودیت ها و ... روش ژئوفیزیکی مناسبی انتخاب می گردد.[10] روش ژئوالکتریکی مورد استفاده در اکتشاف آب زیرزمینی، روش مقاومت ویژه می باشد. آن دسته از روشهای الکتریکی که در آن جریان از طریق رسانش توسط الکترودهایی به زمین داده می شود براساس این واقعیت کار می کنند که تغییرات رسانندگی زیرسطح زمین، شکل شارش جریان را در داخل زمین تغییر می دهد و این بر توزیع پتانسیل الکتریکی اثر می گذارد. درجه این اثر گذاری به اندازه، شکل، محل و مقاومت ویژه الکتریکی لایه ها یا اجسام زیرسطح بستگی دارد.بنابراین این امکان وجود دارد که از اندازه گیری پتانسیل بر روی سطح، اطلاعاتی از زیر زمین بدست آید. پس هدف کاوشهای الکتریکی، تعیین توزیع مقاومت ویژه زیرسطحی با اندازه گیری ها در سطح زمین است و با استفاده از این اندازه گیریها، می توان مقاومت ویژه حقیقی زیرسطحی را تخمین زد.[11]
از روش مقاومت ویژه، بطور گسترده در جستجو برای منابع آبهای زیر زمینی و نیز تعیین آلودگی های آبهای زیرزمینی، در برداشت های مهندسی برای تعیین محل حفره ها، گسل ها، شکافها و... استفاده شده است و در سالهای اخیر برای بررسی مسائل زیست محیطی بکار گرفته اند. برای بدست آوردن مقاومت ویژه زمین، جریان الکتریکی بوسیله دو الکترود به زمین تزریق می گردد و اختلاف پتانسیل بین دو نقطه نیز با استفاده از دو الکترود دیگر اندازه گیری می شود، برای ترتیب قرار گرفتن الکترودهای جریان و پتانسیل و فاصله آنها حالتهای مختلفی وجود دارد که هر حالت را یک آرایش الکترودی می گویند. انتخاب نوع آرایش در یک برداشت به عواملی از قبیل نوع ساختارهای مورد مطالعه در منطقه، حساسیت دستگاه اندازه گیری مقاومت ویژه، سطح نویز زمینه، هدف برداشت و هزینه و سرعت برداشت مربوط می گردد[3] و.[5]
مهمترین آرایش های الکترودی مورد استفاده در برداشت های مقاومت ویژه عبارتند از :ونر، شلومبرگر، دوقطبی- دوقطبی، قطبی-دوقطبی، گرادیان، نیم ونر و نیم شلومبرگر.[11] آرایش شلومبرگر یکی از پرکاربردترین آرایش ها برای برای برداشتهای مقاومت ویژه واکتشافات الکتریکی است. در این آرایش، بطور معمول، الکترودهای پتانسیل به فاصله کم از یکدیگر بین الکترودهای جریان قرار می گیرند. ترتیب قرارگیری الکترودها در شکل زیر نشان داده شده است. الکترودهای جریان و پتانسیل بصورت متقارن نسبت به مرکز - نقطه - O قرار می گیرند و داده اندازه گیری شده به زیر این نقطه مرکزی نسبت داده می شود[10] و.[9] در اکتشافات ژئوشیمیایی ما دنبال هالهها یا آنومالیهای ژئوشیمیایی هستیم اما در اکتشافات ژئوفیزیکی ما دنبال آنومالی های ژئوفیزیکی هستیم. هر روشی از روشهای اکتشافات ژئوفیزیکی یک تفاوت را از خود نشان می دهد.[5] بطور کلی ما مبحث اکتشافات ژئوفیزیکی را به 3 جنبه تقسیم میکنیم:
-1 دورسنجی - Rs -
-2 ژئوفیزیک چاههای حفاری - Well logging -
-3 ژئوفیزیک سطحی - Surface geophysics -
-2-1 روش دورسنجی
شامل روش هایی است که در آن روشها از انرژیهای انعکاس یافته از سنگها رکورد یافت می شود. برای ثبت این انرژی های انعکاس یافته گیرنده هایی وجود دارد که بسیار حساس هستند و میتوانند از جنس امواج مادون قرمز، ماکروویو و ... باشد. در واقع در روش Rs این امواج منعکس شده توسط سیستم های مختلف پردازش می شوند و حاصل این پردازش وجود عکسهای ماهوار های است.[8]
-2-2 روش ژئوفیزیک چاههای حفاری
شامل تمام تکنیک هایی است که به کمک آنها با استفاده از ابزارها و وسایل حساس و قرار دادن آنها داخل چاههای حفاری شده اکتشافی، می توانیم به خصوصیات فیزیکی مورد نیازمان دسترسی پیدا کنیم. در حقیقت در این روش لاگینگ انجام می شود و این لاگ عبارت است از ثبت و رسم پیوسته و پشت سر هم دادههای حاصل از چاههای اکتشافی.[7]
-2-3 روش ژئوفیزیک سطحی
در ژئوفیزیک سطحی روش های مختلف اکتشافی از جمله: ثقل سنجی، مغناطیسسنجی، ژئوالکتریک، لرزهای مورد استفاده قرار میگیرد.[5]
-2-3-1 روش گراویمتری - ثقلسنجی -
به طورکلی اساس این روش اندازه گیری و محاسبه نیروی جاذبه در نقاط مختلف است به عبارت دیگر در این روش شتاب ثقل زمین را در نقاط مختلف اندازه گیری می کنیم. این روش اولین بار در آمریکا و مکزیک برای مکان یابی گنبدهای نمکی بکار گرفته شد. در واقع وجود ماده معدنی در یک نقطه می تواند باعث ایجاد اختلاف چگالی در سنگها شود. از این روش برای شناسایی تاقدیس ها هم استفاده می کنند، استفاده دیگر از روش برای شناسایی ساختمان های زیرسطحی، عناصر و کانی های سنگین و پلاسری و همچنین برای تشخیص ناپیوستگیها است. در حقیقت اکتشافات گراویمتری بر مبنای قانون نیوتن پایهریزی شده است. از جمله وسایلی که در روش گراویمتری استفاده میشود میتوان به ترازوی پیچشی، پاندول و دستگاه های گراویمتری اشاره کرد. بطور کلی در هر روش اکتشافی محاسباتی که انجام می شود، نیازمند یک سری تصحیحاتی خواهد بود به عبارت دیگر بر روی داده های خاصی که در عملیات صحرایی بدست می آید باید تصحیحاتی صورت بگیرد[6] و .[9]
-2-3-2 روش مغناطیسسنجی
بطور کلی روش اکتشافات مغناطیسی یکی از قدیمیترین روشهای اکتشافی است که از دیرباز از این روش در اکتشاف مواد معدنی و همچنین ذخائر هیدروکربنی استفاده می شود. از روش مغناطیس سنجی به دو صورت مگنتومتری هوایی و مگنتومتری زمینی. به نظر میرسد بین روش مغناطیسسنجی با روش اکتشافی ثقلسنجی از جهات مختلف شباهتهایی وجود دارد: در هر دو روش از میدانهای طبیعی زمین استفاده میشود - در روش گراویمتری از میدان طبیعی جاذبه زمین و در روش مغناطیس سنجی از میدان مغناطیس طبیعی زمین - .[1]
