بخشی از مقاله
کاربرد ژئو فيزيک در شناسايي خاک وآلودگي منابع آب
چکيده
اين مقاله ابتدا با شرح مختصري به مطالعه زمين ومحيط پيرامون از ديد گاه فيزيکي آغاز شده و سپس استفاده از روشهاي ژئوفيزيکي مختلف که به شناسايي خاک وآبهاي زيرزميني مربوط است توضيح داده شده است . در ادامه به بررسي روشهاي ژئو فيزيکي وکاربردها و محدوديت هاي آنهاکه داراي چندين مرحله مي باشد پرداخته شده و در نهايت مثالهايي براي کاربرد ژئو فيزيک درخورندگي خاک به طور مختصر شرح داده شده است .
واژه هاي کليدي: ژئوفيزيک – ژئوهيدرولوژي – خاک – GPR
١-مقدمه
بااستفاده از روش هاي ژئو فيزيکي خواص فيزيکي لايه هاي زيرين زمين رادر سطح زمين ميتوان اندازه گيري کرد .سپس اين اندازه گيري ها را به کار گرفته واز آن جا جنس موادي را که معمولا نمي توان مستقيما نمونه برداري کرد به دست آورد با استفاده از ژئوفيزيک تمامي زمين شناسان موفق شده اند که ساختار داخلي زمين را مشخص سازند. به همين ترتيب با استفاده از اندازه گيري خواص فيزيکي توسط ماهواره هايي که سياره هاي منظومه شمسي را دور مي زنند ساختار فيزيکي اين سياره ها را نيز به دست مي آورند . روش هاي ژئو فيزيکي که براي ارزيابي منابع آب زيرزميني معمول شده ميتوانند در حل مسائل ديگر مربوط به محيط طبيعي ما از جمله مسائل مهندسي معدني، هيدروژئولوژي وتخمين خطرات طبيعي وبرنامه ريزي براي بهبود آنها مورد استفاده قرار گيرند.
ژئوفيزيک توانسته است بازده وتاثيرگذاري اکتشافات زيرزميني را ازدياد بخشد اساسا همه اطلاعاتي که از روش هاي ژئو فيزيکي سطحي به دست مي آيد را ميتوان از حفاري ونمونه برداري نيز به دست آورد ولي حفاري گران وکند است حتي موقعي که با مناطق کم عمق در مطالعات مهندسي خوردگي وآلودگي محيط زيست سروکار داريم ، لذا ژئوفيزيک را ميتوان در اين زمينه بکاربرده و برنامه هاي حفاري را بهينه سازي کرد. ژئو فيزيک اطلاعاتي را که به طور مکاني جمع آوري شده در اختيار قرارميدهدکه براي بعضي مقاصد نسبت به داده هاي حفاري ارجحيت دارد .
اندازه گيري هاي ژئو فيزيکي را ممکن است از هوا روي سطح زمين در چاه هاي آزمايشي ودر معادن انجام داد. به کار گرفتن هر يک از اين روش ها بستگي به وسعت مساله دارد. روش هاي ژئو فيزيکي که در مطالعات آب هاي زيرزميني يا آلودگي آنها به کار ميرود با اندازه گيري هاي سطحي ودرون چاهي صورت ميگيرد که در ادامه سعي شده هر يک از روشها بصورت مفصل تر بيان شود .
٢- تعريف ژئوفيزيک
ژئوفيزيک زمين ومحيط پيرامون را از ديدگاه فيزيکي مطالعه ميکند که درآن از اندازه گيري کمـي پارامترهـا وويژگـي هاي فيزيکي مانند روشهاي انکساري و انعکاس لرزه اي ثقلي، مغناطيسي - الکتريکي و الکترو مغناطيسي وراديواکتيـو کمک مي گيرد . ژئو فيزيک با ترکيب پديده هاي فيزيکي زمين وپوششهاي گازي در برگيرنـده سـروکار دارد و حوضـه هاي مطالعاتي آن شامل علوم جوي وستاره شناسي وزمين شناسي لـرزه شناسـي وآتشفشـان شناسـي وعلـوم دريـايي وابسته مانند آب شناسي مي باشد.
٣- خواص فيزيکي
روش هاي ژئو فيزيکي از شماري از خواص فيزيکي مختلف که به خاک هاوسنگهاي زير زميني مربوط هستند اسـتفاده مي کند. خواص اصلي روشهاي مربوط و کاربرد هر يک از آنها درجدول (١)داده شده است .
P : روش اصلي (اوليه (
S: روش ثانويه
m: ميتوان استفاده کرد ولي براي اين کار بسط پيدا نکرده است
- نامناسب
* اکتشافات آب هاي گرم وبررسي کا نال هاي آبگذرطبيعي در دامنه هاوغيره
١-اکتشاف هيدرو کربن (ذغال گاز نفت )
٢-مطالعات زمين شناسي منطقهاي (سطح هاي بيش از ١٠٠کيلومتر مربع
٣- اکتشافات کانسارهاي معدني و مطالعات مهندسي ساختگاهي
٤-کاوش فضاهاي خالي (حفره ها)زير سطحي
٥-تعيين لکه هاي آلودگي و خورندگي خاک
٦-مطالعات هيدروژئولوژي
٧-تعيين محل ومشخص کردن اشيائ فلزي مدفون
٩-مطالعات باستان شناسي
١٠-ژئوفيزيک درارتباط باعمليات جرم يابي
٤- بررسي هاي ژئو فيزيکي
مطالعات ژئو فيزيکي داراي سه مرحله مي باشد .برنامه ريزي و پشتيباني ،جمع آوري داده هاي صحرايي وتفسير دادهـا مرحله اول شايد مهمترين مرحله باشد .استفاده از دستگاه درست معمولا موفقيت بررسي را تضمين ميکند. بـه همـين ترتيب اگر داده ها درست به دست نيامده باشد باز هم تفسير اعتبار نخواهـد داشـت بهتـر اسـت در ابتـدايک برداشـت آزمايشي به منظور اطمينان از رسيدن به هدف واينکه دستگاه مورد استفاده نتايج مناسبي رادر عمل به دسـت خواهـد داد انجام گيرد.
٤ -١- روشهاي مقاومت ويژه الکتريکي
روش مقاومت ويژه الکتريکي که روش الکتريکي گالواني نيز ناميده مي شود بعضي مواقع در محل هاي مخـزن ذخيـره زيرزمين USTبراي تعيين شرايط زمين شناختي وهيدروژئولوژيکي کم عمق وتعيين محل زباله هاي الـوده بـاقي مانـده وشناور مفيد ميباشد با اندازه گيري مقاومت الکتريکي به طريق جريان مستقيم در سطح زمين ايـن روش ژئـوفيزيکي ميتواند درموارد زير سود مند باشد.
• تعين محل مناطق شکسته گسلها ،کارست وديگر مسير هاي ترجيهي حرکت آب زير زميني ياآلاينده ها
• تعين محل عدسهاي رسي وکاني هاي ماسه
• تعين محل مناطق آب معلق وعميق آب زيرزميني
بعضي مواقع در تعيين محل مقادير وسيعي از زباله هاي آلوده باقي مانده و شناور همانند اندازه گيري هاي EM
موفقيت روش بستگي به تباين مقاومت ويژه مواد زير سطحي دارد. شکل (١) نمودار شماتيک اصول کار مقاومـت ويـژه الکتريکي مورد استفاده در آرايه ونر رانشان ميدهد.
کنفرانس مهندسي عمران
داشگاه آزاد اسلامي واحد نجف آباد – اسفند٨٩
شکل ١- نمودار شماتيک اصول کار ويزه الکتريک در آرايه و نر
محدوديت هاي روش EM اساسا نتيجه تداخل ها ست که نوعا موقعي پيدا ميشـود کـه ايـن روش در فاصـله ٥ تـا ٢٠ فوتي خطوط برق اجسام فلزي مدفون ، فرستند ها ي راديوئي، نرده ها يا ساختمان به کار مـي رود بـه عـلاوه موفقيـت وابسته به تباين رسانندگي زيرزمين است به عنوان مثال اختلاف رسانندگي بين UST ومواد اطراف يـامواد پـر شـونده نوعا براي آشکار سازي کافي است ولي به نقشه درآوردن هدفهاي ظريف تر مثـل مـواد دانـه ريـز در مقابـل مـواد دانـه درشت يا آلودگي کمتر قابل تشخيص خواهد بود در نتيجه ميتوان از مطالعات راهنما اسـتفاده کـرد تـا تشـخيص داده شود که يک تباين رسانندگي خيلي خوب براي هدف مورد مطالعه موجود است يا خير.
٤-٢- روش پتانسيل خودزا
جريانها ي الکتريکي که بطور طبيعي در زير سطح زمين منتشر مي شوندحاصل عوامل زيادي به شرح زير ميباشد : آذرخش هاي طبيعي، نشت جريان از طبيعت ساخت بشر وهـوازدگي کانسـارهاي معـدني، جريـان پتانسـيل حاصـل از جريان آب زيرزميني، هاله ها ي احيا وابسته به فرايندهاي متنوع باکتريولوژيکي وهيدروژئوشيميايي .
پتانسيلهاي خودزا به راحتي قابل اندازه گيري بوده واز انها مي توان براي بررسي پديده هاي پيش گفته استفاده کرد.
٤-٣- روش قطبش القايي(IP )
در اين روش از ارايش هاي الکترودي متعارف در روش مقاومت ويژه استفاده ميشـود کـه شـامل دو الکترودجريـان ودو الکترود پتانسيل است وقتي جريان اعمال شده قطع شود ولتاز به طور ناگهاني مقداري ا فت پيدا کـرده ومـدت زمـان محدودي(چند ثانيه تاچند دقيق )طول مي کشد تا ولتاز بين الکترودهاي پتانسيل به تدريج نقصان يافته وبه صفر برسد.
اين بدان خاطر است که زمين موقتابارها را انبار ميکند(قطبي ميشود)و تاحدود ي شبيه يک خازن عمـل ميکنـد زمـان نقصان تدريجي ولتاز به عوامل دستگاهي وزمين شناختي ارتباط دارند و لذا مشخص کننده طبيعت زمين خواهند بـود هر چه مواد با رسانندگي بيش تر( مثل کانسارهاي فلزي )در زمين بيشـتر باشـد زمـان کـاهش تـدريجي ولتـاز بيشـتر خواهد بود. اين خاصيت به طور گسترده براي به نقشه درآوردن کانسار هاي معدني مورد استفاده قراگرفته وبـه تـازگي در زمينه ژئو فيزيکي محيطي مورد توجه قرارگرفته است .
شکل ٢- نمودار شماتيک اصول کار فلزياب
٤-٤- روشهاي لرزه اي
روشها ي لرزه اي براساس انتشار انرژي حاصل ازيک ضربه ياانفجار استوار بوده که بااندازه گيري زمان سير امـواج لـرزه اي در زير سطح زمين اطلاعات مربوط به چينه شناسي را به دست ميدهد اين روش ها در سايت هاي USTبراي موارد زير کاربرد دارد .
١- تعيين عمق وضخامت لايه هاي زمين شناسي
٢- تعين عمق آب زيرزميني
٣- برآورد ترکيب خاک وسنگ
٤- کمک در تشخيص موقعيت وامتدادشکستگي
اساسا دو نوع کاربرد روش لرزه اي وجود دارد که يکي شکست مرزي وديگري بازتابي است . در روش لـرزه اي شکسـت مرزي ، انرژي امواج لرزه اي در طول سطح مشترک دو لايه که داراي سرعت لرزه اي مختلـف هسـتند حرکـت ميکننـد اين امواج در مرزهاي خاصي که خصوصيات انتشار لرزه اي تغيير مي نمايد شکسته شده وزمان هاي مختلف سير امواج لرزه اي رسيده به سطح زمين توسط ژئوفون ثبت ميگردد.
فايده روش لرزه اي شکست مرزي آن است که ميتواند سه تا پنچ لايه چينه شناسي راتفکيـک نمـوده وخـوب بـراورد عمق کند به علاوه به کار گيري آن اسان ومنبع انرژي آن شامل يک پتک ١٠پوندي است . بـاوجود ايـن روش لـرزه اي شکست مرزي محدوديت هايي به شرح زير دارد که لازم است در نظر گرفته شود .
گسترش ژئوفون ممکن است به اندازه پنج برابر طول عمق بررسي باشد لـذا در مکـان هـايي داراي محـدوديت از نظـر گسترش ژئو فون ها کاربرد آن محدود ميگردد .
اگر تباين سرعت بين لايه هاي رسوبي وجود داشته باشد لايه ها تفکيک نخواهند شد .
لايه هاي نازک نمي توانند تفکيک شوند اگر تاسيسات (کابل هاي زير سطحي و لوله ها ...) مدفون زيـادي در مجـاورت نيمرخ هاي لرزه اي موجود باشد ممکن است اطلاعات حاصل ازاين لايه کاذب نزديک سطح با اطلاعات مفيد مورد نظر تداخل حاصل نمايد .
در مطالعات مناطق سنگ فرش شده به منظور بر قراري تماس بين ژئوفون ها وزمين گودال هايي بايد حفاري شوند.
