تماس با ما
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
پروژه
روش های ژئوفیزیک در مطالعات آب های زیرزمینی و اکتشاف آب
امروزه مطالعات آب های زیرزمینی چه از منظر شناخت ذخائر موجود (آب های سطحی و عمیق) و چه از دیدگاه حفظ این ذخائر و جلوگیری از آلودگی های زیست محیطی، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. از اینرو مطالعات منابع آب زیرزمینی و مدیریت آن مورد توجه روز افزون قرار گرفته است. با در نظر گرفتن این موضوع در وحله اول به دسته بندی ذخائر آب زیرزمینی پرداخته می شود. ذخائر آبی را می توان از دیدگاه های مختلف به گروه بندی های متفاوتی دسته بندی نمود که دو نمونه بسیارمهم این نوع دسته بندی عبارت است از: تفکیک ذخائر آب زیرزمینی از نظر زمین شناسی و تجدید پذیری. می توان ذخائر آب زیرزمینی را از دیدگاه زمین شناسی به دسته های آب زیرزمینی موجود در آبرفت، آب زیرزمینی موجود در سازند های سخت و آب زیرزمینی موجود در شکستگی ها و گسلش ها دسته بندی نمود. همچنین از لحاظ تجدید پذیری، ذخائر آب زیرزمینی به دو دسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تفکیک می گردند که آب های سطحی تاحدودی تجدید پذیر و آب های عمیق به عنوان ذخائر تجدید ناپذیر تقسیم بندی می گردند (مقیاس زمانی برای این دسته بندی طول عمر بشر می باشد). این موضوع اهمیت مدیریت و شناسایی این ذخائر را صد-چندان می نماید. یکی از بهترین روش های شناسایی ذخائر آب زیرزمینی بدون ایجاد تاثیرات مخرب زیست محیطی مانند حفاری و... کاربرد روش های ژئوفیزیکیست که در ادامه کلیاتی از روش های ژئوفیزیکی پرکاربرد در اکتشاف ذخائر آب زیرزمینی ارائه می گردد.
روش های ژئوفیزیکی
کلمه Geophysics از دو عبارت Geo و Physics تشکیل شده و بیانگر شناسایی و تفکیک مواد تشکیل دهنده زمین شناسی با تکیه بر خواص فیزیکی آن ها می باشد. خواص مورد بررسی و روش های ژئوفیزیکی مربروطه در جدول 1 ارائه شده است. علاوه بر این باید به این موضوع اشاره نمود که قدرت تفکیک و عمق نفوذ هر یک از روش های ژئوفیزیکی مرتبط با شرایط محیطی و... می تواند متغیر باشد که تا حدودی اطلاعات مربوطه در جدول مذکور آمده است. در ادامه به شرح مختصری از هر یک از روش های ذیل پرداخته خواهد شد.
روش های مختلف ژئوفیزیکی کاربردی در مطالعات اکتشاف آب زیرزمینی
روش مقاومت ویژه الکتریکی
در این روش به ارزیابی مقادیر مقاومت ویژه ساختار های زیرسطحی پرداخته می گردد. با توجه به این موضوع که با آب دار شدن یک محیط و یا افزایش تخلخل (اولیه و یا ثانویه)؛ تغییر در مقادیر مقاومت ویژه ایجاد می شود، می توان به شناسایی نواحی آبدار آبرفت سطحی، شناسایی آب موجود در سازند های سخت و شناسایی نواحی آبدار شکستگی ها و گسلش های زیرسطحی پرداخت. در طی این مطالعه همواره با تزریق جریان الکتریکی توسط الکترود های جریان و اندازه گیری مقادیر اختلاف پتانسیل بین الکترود-های پتانسیل، به اندازه گیری مقادیر مقاومت ویژه پرداخته خواهد شد (شکل 1). با استفاده از این روش می توان به شناسایی نواحی سطحی تا نیمه عمیق پرداخت. باید به این موضوع اشاره نمود که با افزایش فواصل الکترودی ،دسترسی به اعماق بیشتر میسر می گردد، اما به موازات آن، با حرکت به سمت عمق از قدرت تفکیک این روش کاسته خواهد شد.
نحوه برداشت به روش مقاومت ویژه (سمت بالا) و آرایه های مختلف برداشت (سمت پایین).
روش لرزه نگاری انعکاسی و انکساری
در روش لرزه نگاری به بررسی خواص مواد زیرزمینی با تکیه بر امپدانس صوتی مواد پرداخته می شود. به بیان دیگر ، در ابتدا یک موج مکانیکی از منبع فرستنده به داخل زمین ارسال و در ادامه پاسخ انعکاس و انکسار این موج دریافت می گردد. بسته به اینکه طبیعت انکسار امواج مورد توجه باشد و یا انعکاس؛ روش های لرزه ای به دو دسته انعکاسی و انکساری دسته بندی می گردند. در این روش قدرت تفکیک و عمق نفوذ به فاصله بین گیرنده ها ، محدوده فرکانسی موج ارسالی و عمق مورد مطالعه بستگی دارد(شکل 2) . این روش ژئوفیزیکی از حجم داده بیشتر و به تبع آن از دقت بالاتری برخوردار است و می توان از این روش برای مطالعات آب های سطحی تا عمیق استفاده نمود. شایان ذکر است از این روش جهت ارزیابی ذخائر نفتی در اعماق بالا استفاده می گردد.
روش لرزه نگاری انکساری و انعکاسی.
روش گرانی سنجی
همانگونه که از نام این روش نیز می توان استنتاج نمود، هدف از این روش ارزیابی مواد زیر سطحی با توجه به تغییر در میزان چگالی آنها است. در اصل فرض اصلی این روش بر این موضع استوار است که دو ماده با جرم و فاصله مشخص از یکدیگر نیروی جاذبه گرانشی را بر یکدیگر وارد می نمایند که با جرم این مواد رابطه مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها رابطه عکس دارد. با در نظر گرفتن این موضوع و توجه به اینکه مواد تشکیل دهنده زمین شناسی دارای جرم های متغیر هستند می توان با ارزیابی نیروی گرانش و مقایسه آن ها نسبت به یک نقطه ثابت، ساختار های زیرسطحی و تا حدودی جنس مواد تشکیل دهنده، زمین شناسی را تفکیک نمود. امروزه با پیشرفت تنجهیزات برداشت گرانی سنجی، برداشت در قالب میکروگراویمتری انجام می گیرد که به مراتب دارای دقت و قدرت تفکیک بالاتری می باشد (شکل 3). این روش نیز برای اعماق کم تا نواحی عمیق مورد استفاده قرار می گیرد بگونه ای که در مطالعات اکتشاف ذخائر نفتی ، در فاز های آغازین مطالعات قرار دارد. شایان ذکر است با حرکت به سمت عمق از میزان قدرت تفکیک این روش نیز کاسته می شود.
شکل-3 فرض اصلی روش گرانی سنجی.
روش های الکترومغناطیسی
در روش های الکترومغناطیس نیز تغییر در میزان رسانندگی الکتریکی مورد ارزیابی قرار می گیرد. در تمامی روش های الکترومغناطیس همواره یک موج الکترومغناطیسی با استفاده از فرستنده که ممکن است دارای منشاء طبیعی (MT) و یا مصنوعی باشد، به داخل زمین ارسال می گردد. پس از برخورد موج ارسالی به مواد رسانای زیرسطحی یک میدان الکترومغناطیسی القایی در سطح ایجاد شده که بررسی آن پاسخ به برداشتهای ژئوفیزیکی است. همچنین در برخی از روش های الکترومغناطیسی مانند GPR بازتاب موج ارسالی از لایه های اندازه گیری میشود که گویای طبیعت مواد زیر سطحی است. روش های الکترومغناطیسی با توجه به طبیعی و یا مصنوعی بودن چشمه مورد استفاده، برداشت در حیطه زمان و یا فرکانس و همچنین فرکانس مورد استفاده به دسته ها مختلفی تقسیم بندی می گردند.از اینرو روش های الکترومغناطیسی متنوعی وجود دارد که بارزترین آن ها عبارتند از :
(Magneto Metric Resistivity (MMR
Small Loop System
Large Loop System
(Time Domain System (TDEM
(Very Low Frequency (VLF
(Radio Magnetotelluric (RMT
(Magnetotelluric (MT و (Audio Magneto Telluric (AMT
(Control Source Electromagnetic (SCEM
(Control Source Audio Magnetotelluric (CSAMT
(Ground Penetrating Radar (GPR
(Neutron Magnetic Resonance (NMR
در میان روش های فوق، برخی از آن ها از جمله روش های TDEM, MT, AMT, CSEM, CSAMT, NMR, VLF و GPR را می توان نام برد. شکل 4 نشان دهنده محدوده فرکانسی مورد استفاده و عمق تقریبی هر یک از این روش ها است. اصولا در روش های الکترومغناطیسی با حرکت به سمت عمق باید از فرکانس های پایین تر (در روش های حیطه فرکانس) و یا زمان های بیشتر یا ابعاد بزرگتر آرایه برداشت (در برداشت های حیطه زمان) استفاده نمود. شایان ذکر است روش-های الکترومغناطیس رنج وسیعی از اعماق را پوشش می دهند و غیرمخرب ترین نوع از روش های ژئوفیزیکی بشمار می آیند. عمق مورد بررسی در روش های الکترومغناطیسی با توجه به فرکانس مورد استفاده و رسانندگی الکتریکی مواد زیر سطحی متفاوت است. هر چه مواد تشکیل دهنده زمین شناسی دارای رسانندگی بالاتری باشد، عمق نفوذ کاهش می یابد. با توجه به مطالب فوق، می توان محدوده عمقی مورد بررسی در روش های الکترومغناطیسی را در روش GPR از چند سانی متر تا بیشینه حدود 30 متر و برای روش MT که بیشترین عمق نفوذ را بخود اختصاص می دهد از چند ده متر تا حدود 10 کیلومتر را معرفی نمود.
یکی از مزایای روش های الکترومغناطیسی هزینه پایین تر و سرعت نسبتاً بالای آن ها نسبت به سایر روش های ژئوفیزیکی می-باشد. بطور مثال می توان به روش VLF برای بررسی ساختار های زمین شناسی مانند گسلش و... در نواحی نزدیک به سطح (عمق بیشینه 80 متر) اشاره نمود. سرعت بالای این روش در مطالعات مقدماتی جهت شناسایی ساختار های نزدیک به سطح بسیار کاربردی و ارزشمند می باشد.
علاوه بر این، روش های نوین دیگری مانند روش NMR به عنوان یکی دیگر از روش های ارزشمند الکترومغناطیس بشمار می رود. این روش به میزان آب موجودددر سازند پاسخ می دهد. به بیان دیگر، این روش بر اساس منحرف نمودن اتم های هیدروژن با استفاده از امواج الکترومغناطیس و بررسی نحوه بازگشت آن ها به حالت تعادل به شناسایی میزان هیدروژن ودر ادامه میزان آب موجود در سازند می پردازد. عمق مورد مطالعه توسط این روش با توجه به مدت زمان ارسال موج ارسالی و آریش و ابعاد فرستنده و گیرنده ارتباط دارد (شکل 5).
از جمله دیگر روش های الکترومغناطیسی که طبیعتی متفاوت نسبت به سایر روش های اشاره شده دارد، روش با نام GPR است که در اصل به بازتاب امواج الکترومغناطیسی ارسال شده توسط فرستنده پاسخ می دهد و در شناسایی نواحی سطحی (اعماق کمتر از 10 متر) دقت بسیار بالایی را ازخود نشان می دهد. این روش بیشتر برای شناسایی نواحی نزدیک به سطح مورد استفاده قرار می گیرد و طبیعتی مانند روش لرزه نگاری انعکاسی دارد.
محدوده فرکانسی روش های الکترومغناطیسی و عمق مورد بررسی.
منبع: شرکت مهندسین مشاور صحراکاو
ویدئوهای جامع مدل سازی کمی و کیفی آب زیرزمینی در نرم افزار GMS و با مدل های MODFLOW و MT3DMS
شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@
نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
در منابع آب
عالی بود. ممنون از شما.
با سلام
اگه امکانش هست در مورد روش GPR بیشتر توضیح دهید
باسلام وخسته نباشید،مطلب فوق مختصر ومفید بود،ممنون از زحماتتون