طرق الجيوفيزياء

[blackmoon]

الجيوفيزياء


أو علم فيزياء الأرض هو علم يعتمد على طرق معينة لاسكتشاف باطن الأرض (الخصائص الفيزيائية للأرض) والتعرف على الطبقات تحت السطحية من خلال عدة طرق مثل الطرق الزالزالية والمغناطيسية والكهربائية ويعتبر علما استكشافيا لما تحت الأرض ويفيد في استكشاف البترول واستكشاف المياه.. بالإضافة إلى رصد الزلازل باستخدام أجهزة قياس فيزيائية.,وهناك العديد من طرق البحث الجيوفيزياءية

[blackmoon]

الانكسار الزلزالي

المسح باستخدام الانكسار الزلزالي يزود علماء الارض و المهندسين بالمعلومات المصاحبة لخطوط المسح في المنطقة المراد دراستها. ويعتبر المسح باستخدام الموجات الزلزالية المنكسرة من الطرق السريعة والفعالة من حيث التكلفة . حيث يمكن اجراء المسح بالاعتماد على شخصين الى ثلاثة اشخاص في هذا المجال.


عندما تصل الموجات الزلزالية الى طبقة ذات سرعة اعلى فانها تنكسر وتسافر عبر هذه الطبقة بسرعة تعتمد على تركيب هذه الطبقة التي سببت عملية الانكسار. وعندما تصل مقدمة الموجة المنتشرة الى نهاية هذه الطبقة بزاوية انكسار تساوي الزاوية الحرجة فان هذه الطاقة ترتد وتعود للسطح . وتعتمد ايضا زاوية الانكسار على تركيب هذه الطبقة وطبيعة المواد فيها بحسب قانون سنل.


وتستخدم موجات القص (S-waves) والموجات التضاغطية (P-waves) في طريقة المسح بالانكسار الزلزالي ولكن هذه الاخيرة هي الاكثر استخداما. وتزودنا سرعة هذه الموجات ( p and s( بمعلومات اللازمة لتحديد التغيرات الافقية والعمودية لخصائص المرونة.

[blackmoon]

ويمكن توليد الموجات الزلزالية من مصادر عديدة مثل مولد الموجات المرنة , اسقاط ثقل معين على الارض, مطرقة او من مسدس زلزالي صغير. وتعتبر جميع هذه الطرق غير تداخلية (non-intrusive ) مع السطح.ويتم رصد هذه الموجات الزلزالية بصف من الجيوفونات المتباعدة خطيا ومن ثم تسجل بواسطة سيزموغراف متنقل.


الاشارات المسجلة تعالج لتحيد زمن انكسار الموجات ومن ثم تحديد عمق الطبقة التي سببت الانكسار. بالاضافة الى عمل نموذج لسرعة الموجات في السطوح الثانوية مما يعني امكانية تقدير ميكانيكية التربة ومدى تماسك المواد فيها وقابلية حدوث التشققات ونوعية الصخور.



في الواقع بعض التطبيقات تسمح بالتعرف الى ملامح الهدف اثناء عملية المسح حيث تشمل

1. تحديد عمق المياه الجوفية
2. تحديد عمق صخر الاساس ((bedrock
3. تحيد مناطق الكسور في صخر الاساس
4. عمل خرائط طبوغرافية للمياه الجوفية
5. رسم الخرائط الكنتورية للتراكيب الصخرية
6. تحديد معامل القص ومعامل االحجم ومعامل ينغ
7. تقدير قابلية الارض للتشقق
8. تحديد اعماق مواقع دفن النفايات

[blackmoon]

المقاومة الكهربائية ( (resistivity "

ان الخصائص الداخلية للتربة او الصخور والتي تؤثر في مقاوتها الكهربائية تتمثل في المسامية , محتواها المائي , التركيب , توزيع حجم الحبيبات , وملوحة المياه المسامية.



تقاس المقاومة الكهربائية باستخدام اجهزة تعتمد على تطبيق تيار كهربائي على سطح الارض , وعادة ما يتم استخدام قطبين كهربائيين. و يستخدم ايضا قطبيين كهربائيين او اكثر لقياس التغير في المجال الكهربائي الحثي الناشئ عن الاقطاب الحالية . وقد اصبحت انظمة الاقطاب الكهربائية المتعددة تسخدم بشكل واسع وقد تصل الى ثمانية وعشرين قطبا.


ويتم عمل المسوحات الميدانية لعمل تخطيط يبين اختلاف المقاومة مع العمق ويعكس هذا التخطيط التقسيمات الافقية لمواد الارض , و لتخطيط ايضا الاختلافات الجانبية في المقاومة. وقد يشير هذا التخطيط للفراغات والتجاويف , الصدوع , الاجسام المعدنية المعزولة. وتتم معالجة البيانات وتحليلها لبناء نموذج ثلاثي او ثنائي الابعاد بواسطة الكمبيوتر.


ان التقدم في انظمة وتقنيات تخطيط المقاومة قد ازداد في الاونة الاخيرة مما ادى الى الاعتماد علي هذه الطريقة بشكل كبير مقارنة بمشاكل السطوح الثانوية والاهداف. وقد اصبحت الادوات المستخدمة هذه الطريقة فعالة ويعتمد عليها في التطبيقات الهندسيه و البيئية.>>




ومن تطبيقات هذه الطريقة

1. تحديد عمق صخر الاساس
2. الاجسام المعدنية المعزولة
3. الفراغات والتجاويف
4. استكشاف المعادن
5. دراسة المياه الجوفية
6. دراسة الصدوع
7. تحديد التسريب في مكبات النفايات
8. رسم الخرائط الصخرية

[blackmoon]

المغناطيسية

تعتبر هذه الطريقة شائعة جدا وقليلة التكلفة لاكتشاف المعادن القريبة من السطح. وتبدأ عادة دراسة المواقع الهندسية والبيئية بمسحها بجهاز قياس المغناطيسية (( magnometer لتقديم معلومات سريعة حول المرافق والاشياء المهمة المدفونة.>>


وايضا تعتبر هذه الطرقة شائعة في ساحات التدريب للكشف عن الذخائر غير المنفجرة حيث يتم تثبيت حساسات متعددةعلى سيارة يتم التحكم فيها عن بعد ويمكن مسح مساحات شاسعة في يوم واحد.


ان مبدأ هذه العملية بسيط جدا. فأي مادة حديدية موجودة في مجال الجاذبية الارضية تنشئ مجالا مغناطيسيا حثيا. وهذا المجال الحثي الناشئ والذي تم فرضه على المجال الارضي يؤدي الى حدوث تشوهات في المجال المغناطيسي الارضي. وتعتمد عملية الاكتشاف على كمية المادة الممغنطة وبعدها عن الحساس (( sensor .ان 55 جالون من البراميل يمكن اكتشافها على عمق يصل الى 20 قدما.
يتم عادة استخدام حساسين لتسجيل القياسات تدريجيا لتحسين امكانية تحديد الاهداف الصغيرة والقريبة بالاضافة الى تقدير عمق الهدف.



ومن تطبيقات هذه الطريقة

1. اكتشاف المعادن
2. تحديد الخزانات والبراميل المدفونة
3. تحديد خطوط الانابيب المدفونة
4. دراسة الصدوع
5. الذخائر غير المنفجرة

[blackmoon]

الموجات الرادارية النافذة في الارض ( Ground Penetrating Radar)"


وتعتبر هذه الطريقة من افضل الطرق الجيوفيزيائية المتوفرة حيث تزود المهندسين وعلماء الارض بصور فورية للسطوح الثانوية و صور وهمية لاي شئ مدفون فيها. فعندما تكون طبيعة التربة مناسبة يمكن تحديد الاهداف الطبيعية و التي من صنع الانسان مثل الانابيب والفراغات والتجاويف.


تعتبر طريقة الموجات الرادارية النافذة في الارض من الطرق النشطة حيث يتم ارسال نبضات كهرومغناطيسية بواسطة هوائيات سطحية الى الارض . النبضات الراداريةالتي يتم ارسالها الى الارض تعبر خلال مواد مختلفة عندما تكون باتجاهها للهدف مما يؤدي الى تغير سرعتها, ويعتمد هذا التغير على الطبيعة الفيزيائية والكيميائية لهذه المواد.و تتأثر هذه النبضات أيضا بالاختلافات في خصاص العزل والموصلية والسماحية المغناطيسية للهدف عن الوسط المحيط. وتنعكس هذه النبضات بشكل جزئي.


اما بالنسبة لقياس العمق فانه يتم عن طريق قياس الزمن المستغرق بين النبضات التي تم ارسالها و النبضات التي تم استقبالها. وعندما يتم قياس الزمن بالاضافة الى ان سرعة النبضات تكون معروفة فانه يمكن حساب العمق بدقة. ويعتمد العمق الذي يمكن ان تصل اليه الطاقة الرادارية بشكل كبير على تردد الهوائيات المستخدمة و على طبيعة التربة التي يتم مسحها. >>


ويتألف النظام عادة من مسجل ( recorder) مثبت مع نظام هوائيات وتكون الهوائيات اما قريبة من سطح الارض او مثبتة على سطح الارض. ويتالف نظام الهوائيات من هوائيات مرسلة وهوائيات مستقبلة (تسجل الزمن واتساع النبضات ) . حيث يتم ارسال نبضات كهرومغناطيسية الى الارض بواسطة الهوائيات المرسلة.اما الاشارات المنعكسة التي تعود الى المستقبل فيتم معالجتها لا نشاء صورة للسطوح الثانوية.


و يتراوح تردد الهوائيات المستخدمة ما بين ( 10 MHz to 1.5 GHz) بحسب طبيعة الهدف. الهوائيات ذات التردد المنخفض(10 MHz - 120 MHz) تولد موجات ذات طول موجي كبير ويمكن ان تصل هذه الموجات الى عمق خمسين مترا في بعض الحالات. وعلى عكس الهوائيات ذات الترددات المنخفضة فان الهوائيات ذات التردد العالي ( MHz - 900 MHz 1.5 ) يمكن ان تصل الى عمق متر واحد فقط وغالبا اقل في الظروف الارضية النموذجية.


ومن تطبيقات هذه الطريقة

1. تصوير حديد التسليح في الخرسانة
2. علم الاثار
3. تحديد الخزانات والبراميل تحت الارض
4. دراسة ماتحت القيعان البحرية في البحيرات والانهار
5. الطب الشرعي
6. تحديد الفراغات ووحدات صخور الاساس الضحلة والكسور
7. اختبارات السلامة في الابنية والخراسانات

[blackmoon]

الجاذبية ( Gravity)"

يتم في طريقة الجاذبية اكتشاف التغير في المجال المغناطيسي الارضي النا شئ عن اختلاف كثافة التربة او الصخور. حيث يتم قياس التغيرات الصغيرة جدا في مجال الجاذبية الارضية بواسطة اداة حساسة جدا تسمى مقياس الجاذبية ( Gravimeter ). وتقيس هذه الاداة تغيرات في مجال الجا ذبية الارضية تصل الى 10 اجزاء من مليون من المجال الجاذبي الارضي. ويتم تمثيل هذه التشوهات او التغيرات في المجال الجاذبي الناشئة من الفراغات وتوزيع المواد في السطوح الثانوية على شكل خرائط كنتورية باستخدام نماذج حاسوبية.



ومن تطبيقات هذه الطريقة

1. تحديد المناجم المهجورة والانفاق
2. تحديد الفراغات والكهوف
3. دراسة تركيب صخر الاساس

[blackmoon]

Frequency-Domain Electromagnetic Methods"

ان تغير التيار الكهربائي يرتبط بالمجال المغناطيسي , فتغير المجال المغناطيسي يؤدي الى انشاء تيار حثي في المواد الموصلة. هذه التيارات بدورها تنتج مجالا ثانويا متغيرا يمكن اكتشافه عند سطح الارض.

المرسل الكهرومغناطيسي ينتج تيار متغير مع الزمن في الملف المرسل. التيار المتولد في الملف المرسل بدوره يولد مجالا مغناطيسيا له نفس التردد والطور. و تخترق خطوط القوة لهذا المجال المغناطيسي الارض والاجسام الموصلة داخل الارضوعندما يحدث ذلك فإن قوة دافعة حثيه تنشأ داخل الموصل حسب قانون فارادي. مما يؤدي الى تدفق تيار كهربائي داخل الموصل استجابة للقوة الدافعه الحثية ويتدفق هذا التيار في مستويات عمودية على خطوط المجال المغناطيسي المتولده من المرسل مالم تتأثر بالشكل الهندسي للموصل.

ويؤدي التيار المتدفق داخل الموصل الى تولد مجال مغناطيسي ثانوي حيث خطوط القوة لهذا المجال تكون معاكسة للمجال المغناطيسي الأصلي.
و يتأثر الملف المستقبل عند مسافة معينة من الملف المرسل بمجالين المجال المرسل والمجال الناشئ من التيار الحثي في الموصل داخل الارض. و يتولد التيار الحثي في السطوح الثانوية وتعتمد قيمته وتوزيعه على التردد المرسل وعلى القدرة وعلى الخصائص الكهربائية في السطوح الثانوية.

و بسبب الحث المتبادل بين المرسل والموصل فإن القوة الكهرومغناطيسية الحثية المتولدة في الموصل سيحدث لها ازاحة في الطور بالنسبة للمجال الاصلي.ايضا في المستقبل فان المجال الثانوي المتولد بسبب التيار الحثي في الموصل ستحدث له ازاحة في الطور بنفس المقدار. وهناك ثلاث طرق لقياس ووصف هذا المجال الثانوي منهاالاتساع والطور.



ومن تطبيقات هذه الطريقة

1. لتحديدو رسم التغيرات الجانبية في الظروف الجيولوجية الطبيعية والهيدروجيولوجية
2. تحديد وتخطيط مناطق دفن النفايات والخزانات

[أبوبدر]

بارك الله لك في أهلك ومالك ، بانتظار المزيد من المشاركات الهادفة والفعالة .

[blackmoon]

بارك الله بك ........اخي ابو بدر