الطرقالجيوفيزيائية لعمل الجسات واستكشاف باطن الأرض

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

في الواقع يوجد لدينا أربعة طرق جيوفيزيائية لاستكشاف باطن الأرض وهي ..

1- الطريقة السيزمية Seismic ..
2- الطريقة الكهربائية Resistivity .
3- الطريقة التثاقلية Gravity .
4- الطريقة المغناطيسية Magnetics .

* * * * * * * * * *

أولاً / الطريقة السيزمية :

وهي التي تعتمد على دراسة الموجات السيزمية

وتنقسم إلى قسمين :

1- انكسارية Refraction Seismology : وهذه الطريقة تعتمد على دراسة زمن أولى الموجات وصولاً وربطها بالمسافات بين المستقبلات التي تستقبلها ، أما بقية البيانات فلا نحتاج إليها في الطريقةالانكسارية ، من هذه الطريقة أستطيع التعرف على التغير في الصخور مع العمق ، كما أستطيع معرفة سرعة الموجات خلال مرورها بالأوساط المختلفة حيث تعتمد على معاملات المرونة elastic parameters لهذه الأوساط

2- انعكاسية Reflection Seismology : وهذه تعتمد على تحليل الطاقة التي تصل بعد الحركة الأرضية الأولى وبصفة عامة فهذا التحليل يركز على دراسة الموجات المنعكسة ، يشبه الأمر دراسة الموجات الصوتية المنعكسة في أجهزة السونار .
أيضاً هذه الطريقة تعطينا معلومات عن نفس الطبقة الصخرية التي تمر بها في حين ان الطريقة الانكسارية تعطينا معلومات عن الحدود الفاصلة بين الطبقات ومعاملات المرونة للطبقات ..

وللطريقة السيزيمة عيوب ومميزات مقارنة بالطرق الجيوفيزيائية الأخرى أيضأً نفس الطريقتين السيزميتين بهما مميزات وعيوب مقارنة مع بعضها البعض ..

المسح السيزمي

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

مميزات الطريقة السيزمية وعيوبها مقارنة بالطريق الجيوفيزيائية الأخرى ..

من مميزات هذه الطريقة أنها تعطينا تصور عما هو موجود تحت سطح الأرض وبذلك نستطيع من خلالها تحديد العمود الطباقي للمنطقة ..

ولكونها تعتمد على انتشار الموجات في الصخور وحيث أن انتشار هذه الموجات يعتمد على معاملات المرونة للصخر فإننا نستطيع ومن حيث المبدأ تحديد هذه المعاملات ..

وأيضا نستطيع الكشف عن الهيدوركربونات بواسة هذه الطريقة ..

ومن مساويء هذه الطريقة ..

أنها مكلفة جداً مقارنة بالطرق الجيوفيزيائية الأخرى ..

وتيتطلب تحليل البيانات المستخلصة بهذه الطريقة وقتاً طويلاً بالإضافة إلى حاجة المحللين إلى أجهزة حاسوبية متطورة تكلف مبالغ طائلة ..

أيضاً الأجهزر المستخدمة في تجميع البيانات مكلفة جداً وأغلى من الأجهزة المستخدمة في طريق الجوفيزيائية الأخرى ..

مقارنة سريعة بين الطريقتين السيزمية : الانعكاسية والانكسارية ..

من مميزات الطريقة الانكسارية .. أننا نحتاج لأقل عدد ممكن من المصادر والمستقبلات ولذلك فهي رخيصة نسبياً في جمع البيانات في حين أن الطريقة الانعكاسية تحتاج لعدد أكبر من المصادر والمستقبلات لذلك فإن جمع البيانات بواسطة هذه الطرقة مكلف جداً ..

وعند تحليل البيانات فإن تحليل البيانات الانكسارية أسهل من تحليل البيانات الانعكاسية حيث أننا نعتمد في تحليل البيانات الانكسارية على زمن وصول أول موجة في حين أن تحليل البيانات الانعكاسية يعتمد على الجزء المتبقي من الطاقة كما انها تحتاج إلى أجهزة حاسوبية متطورة وعدد كبير من الخبراء لذلك فهي تكلف الكثير ( عالية التكلفة ) ...

أما عن مساويء الطريقة الانكسارية فيجب أن تكون المسافة بين المصدر والمستقبلات كبيرة بعض الشيء حتى نتمكن من استقبال البيانات .. في حين أننا لانحتاج هذه المسافة عندما نجمع البيانات بواسطة الطريقة الانعكاسية ..

أيضاً من مساويء الطريقة الانكسارية أنها لا تعمل إلا إذا كانت السرعة تزداد مع العمق .. في حين أن الطريقة الانعكاسية تعمل في جميع الأحوال ..

ونلاحظ أيضاً أن الطريقة الانكسارية تترجم لنا ماهية الطبقات الموجودة في الأسفل هذه الطبقات من الممكن أن تكون عميقة جداً وغير مستوية .. في حين أن البيانات الانعكاسية يمكن أن تكون مترجمة بسهولة أكثر من ناحية علم الطبقات

وقبل أن تحدث عن الموجات المستخدمة في الاستكشاف السيزمي سأحدثكم عن الموجات وطبيعتها ...

ماذا يحدث لو قذفنا بحجر صغير في وسط بحيرة ..؟

ستبدأ الموجات بالانتشار على سطح البحيرة على شكل حلقات ...

لو أخذنا مقطع عرضي لهذه الحلقات وأوقفنا الزمن بالنسبة لها فأسمي المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين بالطول الموجي wavelength وتعرف المسافة بين خط انتشار الموجة وحتي قمة الموجة أو قاعها بسعة الموجة ( لاحظ الشكل التالي )

أما لو قمنا بتثبيت الموقع بالنسبة لحركة الموجات على سطح البحيرة فستعبر المسافة بين القمتين المتتاليتين أو القاعين المتتاليين عن الزمن الدوري

وهناك علاقة بين سرعة هذه الموجات وطولها الموجي والزمن الدوري لها حيث أن :

C=λ\T حيث أن

C = السرعة .

λ = الطول الموجي .

T = الزمن الدوري .

وأيضاً هناك علاقة بين التردد ƒ والزمن الدوري T حيث أن التردد يساوي مقلوب الزمن الدوري و وحدته 1\ثانية أو هيرتز Hertz (Hz)

وبعد ان تعرفنا على الموجات آن الأوان حتى نتعرف على الموجات السيزمية ...

تنقسم الموجات السيزمية إلى قسمين وهي :

1- الموجات الجسمية Body Waves :

وهذه هي الموجات التي تسري في باطن الأرض ..

نحن نعلم أن الموجات تنطلق بسرعة ثابتة مالم تتغير معاملات المرونة للوسط الذي تسري فيه كما أنها تنتشر في جميع الاتجاهات بعيداً عن المصدر .. من ذلك نستنتج أن الموجات السيزمية وعند أي لحظة تعطي شكلاً كروياً عند انتشارها في وسط متجانس homogeneous

وتنقسم الـ Body waves إلى نوعي ..

* الموجات الأولية primary waves : وتعرف باسم P Waves وسميت بهذا الاسم لأنها لكونها الأسرع ولذلك فهي أولى الموجات وصولاً ، ويعود سبب سرعتها إلى أنها تسلك سلوكاً بسيطاً حيث تتحرك فيها الجزيئات في نفس خط انتشار الموجة وتشبه هذه الموجات الموجات الصوتية حيث أنها تنتشر في الهواء وفي الماء أيضاً .

* الموجات الثانوية secondary waves : وتعرف باسم S Waves وهي أبطأ من الموجات الأولية حيث تتحرك فيها الجزيئات عمودياً على خط انتشار الموجة ولا تنتشر إلا في الأوساط الصلبة فقط ..

2- الموجات السطحية :

وهي الموجات التي تسري على سطح الأرض فقط .. ولو نلاحظ أن سعة الموجة amplitudes للموجات السطح يكون كبير جداً على السطح ويصغر كلما اتجهنا إلى العمق لذلك فإن هذه الموجات تضمحل أسياً مع العمق .. أيضاً تضمحل هذه الموجات كلما ابتعدنا عن المصدر .. وتعتبر هذه الموجات أقل سرعة من الموجات الثانوية ونستطيع التقليل من هذه الموجات بدفن المصادر في الأرض .. وتوضح الصورة التالية مقطع عرضي لانتشار الموجات السطحية ..

وكما هو الحال مع الموجات الجسمية فإننا نستطيع تصنيف الموجات السطحية إلى نوعين هما : موجات رالي Rayleigh waves وموجات لوف Love waves ويختلفان عن بعضهما في طريقة حركة الجزيئات ... ولسنا هنا لتفصيل الاختلاف بينهما المهم في الأمر أن هذه الموجات تعتبر مصدر تشويش وإزعاج على الاستكشاف السيزمي لذلك فهي غير مرغوب فيها وكما ذكرنا سابقاً فإننا نستطيع التقليل منها بدفن المصادر في الأرض .

مميزات الطريقة السيزمية وعيوبها مقارنة بالطريق الجيوفيزيائية الأخرى ..

من مميزات هذه الطريقة أنها تعطينا تصور عما هو موجود تحت سطح الأرض وبذلك نستطيع من خلالها تحديد العمود الطباقي للمنطقة ..
ولكونها تعتمد على انتشار الموجات في الصخور وحيث أن انتشار هذه الموجات يعتمد على معاملات المرونة للصخر فإننا نستطيع ومن حيث المبدأ تحديد هذه المعاملات ..
وأيضا نستطيع الكشف عن الهيدوركربونات بواسة هذه الطريقة ..

ومن مساويء هذه الطريقة ..

أنها مكلفة جداً مقارنة بالطرق الجيوفيزيائية الأخرى ..
وتيتطلب تحليل البيانات المستخلصة بهذه الطريقة وقتاً طويلاً بالإضافة إلى حاجة المحللين إلى أجهزة حاسوبية متطورة تكلف مبالغ طائلة ..
أيضاً الأجهزر المستخدمة في تجميع البيانات مكلفة جداً وأغلى من الأجهزة المستخدمة في طريق الجوفيزيائية الأخرى ..

مقارنة سريعة بين الطريقتين السيزمية : الانعكاسية والانكسارية ..

من مميزات الطريقة الانكسارية .. أننا نحتاج لأقل عدد ممكن من المصادر والمستقبلات ولذلك فهي رخيصة نسبياً في جمع البيانات في حين أن الطريقة الانعكاسية تحتاج لعدد أكبر من المصادر والمستقبلات لذلك فإن جمع البيانات بواسطة هذه الطرقة مكلف جداً ..

وعند تحليل البيانات فإن تحليل البيانات الانكسارية أسهل من تحليل البيانات الانعكاسية حيث أننا نعتمد في تحليل البيانات الانكسارية على زمن وصول أول موجة في حين أن تحليل البيانات الانعكاسية يعتمد على الجزء المتبقي من الطاقة كما انها تحتاج إلى أجهزة حاسوبية متطورة وعدد كبير من الخبراء لذلك فهي تكلف الكثير ( عالية التكلفة ) ...

أما عن مساويء الطريقة الانكسارية فيجب أن تكون المسافة بين المصدر والمستقبلات كبيرة بعض الشيء حتى نتمكن من استقبال البيانات .. في حين أننا لانحتاج هذه المسافة عندما نجمع البيانات بواسطة الطريقة الانعكاسية ..

أيضاً من مساويء الطريقة الانكسارية أنها لا تعمل إلا إذا كانت السرعة تزداد مع العمق .. في حين أن الطريقة الانعكاسية تعمل في جميع الأحوال ..

ونلاحظ أيضاً أن الطريقة الانكسارية تترجم لنا ماهية الطبقات الموجودة في الأسفل هذه الطبقات من الممكن أن تكون عميقة جداً وغير مستوية .. في حين أن البيانات الانعكاسية يمكن أن تكون مترجمة بسهولة أكثر من ناحية علم الطبقات

وقبل أن تحدث عن الموجات المستخدمة في الاستكشاف السيزمي سأحدثكم عن الموجات وطبيعتها ...

ماذا يحدث لو قذفنا بحجر صغير في وسط بحيرة ..؟

ستبدأ الموجات بالانتشار على سطح البحيرة على شكل حلقات ...

لو أخذنا مقطع عرضي لهذه الحلقات وأوقفنا الزمن بالنسبة لها فأسمي المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين بالطول الموجي wavelength وتعرف المسافة بين خط انتشار الموجة وحتي قمة الموجة أو قاعها بسعة الموجة ( لاحظ الشكل التالي )

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

أما لو قمنا بتثبيت الموقع بالنسبة لحركة الموجات على سطح البحيرة فستعبر المسافة بين القمتين المتتاليتين أو القاعين المتتاليين عن الزمن الدوري

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
وهناك علاقة بين سرعة هذه الموجات وطولها الموجي والزمن الدوري لها حيث أن :

C=λ\T حيث أن
C = السرعة .
λ = الطول الموجي .
T = الزمن الدوري .

وأيضاً هناك علاقة بين التردد ƒ والزمن الدوري T حيث أن التردد يساوي مقلوب الزمن الدوري و وحدته 1\ثانية أو هيرتز Hertz (Hz)

وبعد ان تعرفنا على الموجات آن الأوان حتى نتعرف على الموجات السيزمية ...

تنقسم الموجات السيزمية إلى قسمين وهي :

1- الموجات الجسمية Body Waves :

وهذه هي الموجات التي تسري في باطن الأرض ..
نحن نعلم أن الموجات تنطلق بسرعة ثابتة مالم تتغير معاملات المرونة للوسط الذي تسري فيه كما أنها تنتشر في جميع الاتجاهات بعيداً عن المصدر .. من ذلك نستنتج أن الموجات السيزمية وعند أي لحظة تعطي شكلاً كروياً عند انتشارها في وسط متجانس homogeneous

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وتنقسم الـ Body waves إلى نوعي ..

* الموجات الأولية primary waves : وتعرف باسم P Waves وسميت بهذا الاسم لأنها لكونها الأسرع ولذلك فهي أولى الموجات وصولاً ، ويعود سبب سرعتها إلى أنها تسلك سلوكاً بسيطاً حيث تتحرك فيها الجزيئات في نفس خط انتشار الموجة وتشبه هذه الموجات الموجات الصوتية حيث أنها تنتشر في الهواء وفي الماء أيضاً .

* الموجات الثانوية secondary waves : وتعرف باسم S Waves وهي أبطأ من الموجات الأولية حيث تتحرك فيها الجزيئات عمودياً على خط انتشار الموجة ولا تنتشر إلا في الأوساط الصلبة فقط ..

2- الموجات السطحية :

وهي الموجات التي تسري على سطح الأرض فقط .. ولو نلاحظ أن سعة الموجة amplitudes للموجات السطح يكون كبير جداً على السطح ويصغر كلما اتجهنا إلى العمق لذلك فإن هذه الموجات تضمحل أسياً مع العمق .. أيضاً تضمحل هذه الموجات كلما ابتعدنا عن المصدر .. وتعتبر هذه الموجات أقل سرعة من الموجات الثانوية ونستطيع التقليل من هذه الموجات بدفن المصادر في الأرض .. وتوضح الصورة التالية مقطع عرضي لانتشار الموجات السطحية ..

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وكما هو الحال مع الموجات الجسمية فإننا نستطيع تصنيف الموجات السطحية إلى نوعين هما : موجات رالي Rayleigh waves وموجات لوف Love waves ويختلفان عن بعضهما في طريقة حركة الجزيئات ... ولسنا هنا لتفصيل الاختلاف بينهما المهم في الأمر أن هذه الموجات تعتبر مصدر تشويش وإزعاج على الاستكشاف السيزمي لذلك فهي غير مرغوب فيها وكما ذكرنا سابقاً فإننا نستطيع التقليل منها بدفن المصادر في الأرض .

وبعد أن تعرفنا على أنواع الموجات السيزمية سأنتقل بكم الآن للتعرف على مصطلحين جديدين هما Wavefronts and Raypaths

هذان المصطلحان يعبران عن عنصرين مهمين في عالم السيزمية حيث أن أي تغير في سلوكهما يدل على حدوث أمر ما أو تغير في الوسط الذي تنتقل فيه الموجات وتستطيعون مشاهدتهما من خلال الصورة التالية ...

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

أولاً \ Raypaths ...

وهي عبارة عن عدد لا نهائي من الخطوط الوهمية التي تمثل انتشار الموجات خلال الوسط وفي الصورة التي بالأعلى استخدمنا عدد بسيط من هذه الخطوط التي يمكن استخدامها جميعها ...

ثانياً \ Wavefront ...

وهو الخط الذي يصل بين نقاط الموجات التي لها نفس السلوك وعند زمن محدد ... وفي الصورة التي بالأعلى نلاحظ أن الـ Wavefront اتخذ الشكل الكروي أو الدائري ... ونلاحظ أيضاً أن خطوط ال Raypaths تكون عمودية على خط الـ Wavefront

في هذه المثال نلاحظ مدى بساطة ال Raypaths حيث أنه ينتشر في وسط متجانس ,,,
لكن ماذا سيحدث لهذا ال Raypaths لو بدأنا بتطبيقه على النماذج الأرضية المعقدة حيث تختلف الأوساط وسرعاتها ..؟

... لكن ماذا سيحدث لخطوط الـ Raypaths إذا أصبحت الموجات تسري ضمن الطبقات الأرضية باختلاف سرعاتها ...

لاحظوا النموذج التالي ...

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

في هذا النموذج يتوضح لنا طبقتين صخريتين سرعة الطبقة الأولى 5000 متر \ ثانية وسمكها 150 متر وسرعة الطبقة الثانية 1000 متر \ ثانية وسمكها 100 متر ...

فكيف ستتصرف خطوط الـ Raypaths عند سريان الموجات خلال هذه الطبقتين ..؟

عند انطلاق الموجات من المصدر ( النقطة الحمراء ) وانتشارها خلال الطبقة الأولى ستسلك خطوط الـ Raypaths نفس السلوك الذي سلكته في السابق حيث أنها لا زالت تسري في وسط متجانس ,,, دعونا نرى كيف ستتصرف الموجات بعد مرور 25 ملي ثانية من انطلاقها من المصدر وبعد مرور 50 ملي ثانية وبعد مرور 75 ملي ثانية ..

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الآن بدأ الموجات في الوصول إلى الحد الفاصل بين الطبقتين على عمق ( 150 متر ) لاحظوا ما سيحدث ..

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
وااو بعد مرور 75 ملي ثانية بدأت الموجات بالتفاعل مع السطح الفاصل بين الطبقتين لكن ما نتيجة هذا التفاعل ..؟

جزء من الموجات استطاع اختراق السطح الفاصل منكسراً وهذا هو الجزء المستخدم في الدراسات الانكسارية ، وجزءً آخر انعكس مرتداً عن السطح الفاصل وهذا هو الجزء المستخدم في الدراسات الانعكاسية والجزء الثالث استمر في سريانه خلال الطبقة الأولى دون أن يتفاعل مع السطح الفاصل بين الطبقتين ويعرف باسم الموجات المباشرة direct wave ..

ومما سبق نلاحظ التالي :

1- أن نصف قطر الـ Wavefront قد تغير عند وصول الموجات إلى الحد الفاصل بين الطبقتين .
2- أن الطول الموجي لأولى الموجات المنكسر أقصر من الطول الموجي للموجات المباشرة ..

لكن كيف عرفنا أن الطول الموجي قد تغير مع العمق وأصبح الطول الموجي للموجات المنكسرة أقصر من الطول الموجي للموجات المباشرة ...

حتى نجيب على هذا التساؤل يجب علينا أن نعود ونسترجع أحد الردود السابقة حيث ذكرنا العلاقة بين الطول الموجي والزمن الدوري وسرعة الموجات ...

فقلنا أن C=λ\T حيث أن :
C = السرعة .
λ = الطول الموجي .
T = الزمن الدوري .

فإذا قمنا بتثبيت الزمن الدوري فإنه ومن المؤكد ومع انخفاض لسرعة فإن الطول الموجي للموجة سوف يقصر ...

الأمر الآخر هو تغير نصف قطر الـ Wavefront فهذا التغير يدل على وجود تغير في اتجاه خطوط الـ Raypaths ويصف لنا قانون سنل Snell's Law ..

كيف وصف قانون سنل تغير اتجاه انتشار الموجات ...؟

القانون الذي يصف لنا تغير اتجاه خطوط الـ Raypaths هو قانون سنل Snell's Law ..

فما هو هذا القانون ..؟

يوضح لنا قانون سنل العلاقة بين سرعات الموجات وزوايا سقوطها وانكسارها ..

في العادة تميل خطوط الـ Raypaths إلى الانتشار في خطوط مستقيمة مادامت تسري في وسط متجانس ..

لكن لو بدأت هذه الخطوط في التفاعل مع الحدود الفاصلة بين الطبقات فإنها ستبدأ بتغيير اتجاه مساراتها حسب قانون سنل ..

ويصف قانون سنل الطريق الذي تسلكه خطوط الـ Raypaths عند نقطتين ثابتتين وهي نقطة سقوط الموجات على السطح الفاصل ثم نقطة انكسارها بعد عبورها الوسط الفاصل ..

في حالتنا هذه والتي ذكرناها في الرد السابق تسير خطوط الـ Raypaths في وسط عالي السرعة V1 منتقلة إلى وسط منخفض السرعة V2 ، الزاوية بين العمودي على الحد الفاصل للطبقة وشعاع الـ Raypaths الساقط هي زاوية السقوط i1 والزاوية بين العمودي على الحد الفاصل بين الطبقتين وشعاع الـ Raypaths المنكسر هي زاوية الانكسار i2 ...

وهذا هو نص الرياضي للقانون سنل والذي يربط بين المعاملات السابقة

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

في المثال الموجود لدينا وبما أن السرعة تقل مع العمق فإن زوايا السقوط عادة تكون أكبر من زوايا الانكسار وهذا ما وضحه لنا خط الـ Wavefront كما في الصورة التالية ..
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
حيث أن تقوس الـ Wavefront في الطبقة الأولى أكبر من تقوسه في الطبقة الثانية ، ولكن ماذا سيحدث لو كانت السرعة تزداد مع العمق ( V2 > V1 ) كما سيأتي معنا لاحقاً .. ؟ يتوقع قانون سنل أن تكون زوايا السقوط أصغر من زوايا الانكسار حيث يظهر تقوس الـ Wavefront في الطبقة الثانية أكبر من تقوسه في الطبقة الأولى ..

أيضاً يستطيع قانون سنل أن يتوقع لنا قيم زوايا الانعكاس وذلك بوضع V2=V1 حيث أن شعاع الـ Raypaths سيكون في نفس الطبقة في هذه الحالة ستكون قيمة زاوية السقوط مساوية لقيمة زاوية الانعكاس وهذا ما وضحه لنا خط الـ Wavefront في الصورة التي بالأعلى ,,,

ملاحظة أخيرة : توضح الصورة السابقة خطوط الموجات المنكسرة والمنعكسة والمباشرة وجميعها موجات جسمية Body waves ، ولو كنا نضع المستقبلات على سطح الأرض فإننا سنستقبل فقط الموجات المنعكسة والمباشرة أما الموجات المنكسرة فإنها قد تغلغلت في العمق ولن نستطيع استقبالها على السطح .. لهذا السبب ذكرنا سابقاً أن الطريقة الإنكسارية لا تعمل إذا كانت السرعة تقل مع العمق ..

ومما سبق عرفنا كيف أن قانون سنل هو الذي يفسر لنا كيف تغير خطوط الـ Raypaths اتجاهها وذلك بربط السرعات مع الزوايا ..

لكن ما الذي يتحكم في سرعة انتشار الموجات عبر الأوساط المختلفة ,,؟

...

لاحظنا كيف أن الموجات تنتشر بسرعات مختلفة في باطن الأرض ومن خلال الطبقات ...

ونحن على السطح نقوم باستقبال هذه الموجات بسرعاتها المختلفة كما استقبلنا الموجات المنعكسة في الرد السابق ..

لذلك وجب علينا أن نعرف ما علاقة سرعة الموجات بالمعاملات الفيزيائية للصخور والتربة التي تمر من خلالها لأننا أولاً وأخير سنستفيد من هذه الموجات في معرفة ما تحت سطح الأرض ,,,

لو افترضنا أنه يوجد لدينا وسط متجانس homogeneous, isotropic فإن سرعة الموجات الأولية P wave والموجات الثانوية S wave ستعطى بالعلاقات التالية ...

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
حيث أن
Vp : سرعة الموجات الأولية .
Vs : سرعة الموجات الثانوية
ρ : كثافة الوسط density of the medium
μ : معامل القص Shear Modulus
κ : المعامل الحجمي Bulk Modulus

ويعرف كلاً من معامل القص والمعامل الحجمي باسم معاملات المرونة elastic parameters .. فما هي هذه المعاملات ..؟ والتي كما لاحظنا من القانون السابق أن لها دور كبير في التحكم بسرعة الموجات ..

أولاً \ معامل الحجم Bulk Modulus :

والذي يعرف أيضاً باسم the incompressability of the medium ...
تخيل أنه يوجد بين يديك مكعب من مادة ما .. وقمت بالضغط على هذا المكعب وأثرت عليه بقوى من جميع الجهات .. كما في الشكل التالي :

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
فإذا انضغط المكعب بكل سهولة وتغير حجمه فإن المعامل الحجمي له صغير مقارنة بمكعب صلب لا ينضغط بسهولة حيث يكون المعامل الحجمي له كبير .. مثال : المعامل الحجمي للغازات صغير جداً أما المعامل الحجمي للمواد الصلبة كبير جداً حيث أننا وسهولة يمكننا أن نضغط مكعب من الغاز إلا أنه ومن الصعوبة من المكان أن تضغط على مكعب من الخشب وتصغر من حجمه ...

ثانياً \ معامل القص Shear Modulus :

ويصف هذا المعامل مدى صعوبة تشويه المادة تحت تأثير قوة قصية .. مثال : أحضر مكعباً من مادة ما وليكن من الخشب مثلاً وضعه على سطح طاولة ما وقم بتثبيته عليها .. ثم أثر على السطح العلوي للمكعب بقوة اتجاهها موازٍ لسطح الطاولة ، عندها سيتشوه المكعب ويظهر على شكل متوازي أضلاع كما في الشكل التالي

معامل القص يدل على مقدار القوة التي استعملتها لتشويه المكعب فلو كانت القوة كبيرة فإن معامل القص للمكعب كبير جداً وإذا كانت القوة بسيطة فإن معامل الفص صغير جداً ,,,

لاحظ أن معامل القص لا يدعم المواد السائل والغازية حيث انه من المستحيل التأثير عليها بقوة قص ..

وبملاحظتنا للقانون الموضح في الأعلى فإن الموجات الثانوية لا تسري في الأوساط السائلة والغازية لأن قيم معاملات القص لها تساوي صفر وسرعة الموجات الثانوية تعتمد على معاملات القص فقط ...

ومما سبق نعلم أن أي تغير في قيم المعاملات الفيزيائية للوسط ( معامل القص ، المعامل الحجمي ، والكثافة ) يؤدي إلى تغير سرعة الموجات المارة في الوسط ..
مثال \ لو انتقلت الموجات من طبقة رملية غير مشبعة إلى طبقة أخرى مشبعة فإنه وبكل تأكيد ستتغير سرعة الموجات نتيجة لهذا الانتقال .. ويتحكم في ذلك كثافة الطبقة والمعاملات الحجمية لها .. حيث أن المسامات التي كانت مملوءة بالهواء أصبحت مملوءة بالماء ولو نلاحظ أن قيمة المعامل الحجمي للماء أكبر من قيمة المعامل الحجمي للهواء .. وفي الواقع أن المعامل الحجمي هو العامل المتحكم في هذا المثال لذلك نجد أن التغير في سرعة الموجات الأولية يكون أكبر من التغير في سرعة الموجات الثانوية ..

...

كانت لدينا مجموعة من الأمثلة عن انتشار الموجات من المصدر إلى باطن الأرض حيث تكون الطبقات التي في الأعلى عالية السرعة في حين أن الطبقات التي في الأسفل منخفضة السرعة ...

وفي هذه الحالة كنا نستقبل على سطح الأرض الموجات المباشرة والمنعكسة فقط في حين أن التجربة كان يتولد عنها موجات منعكسة ومنكسرة ومباشرة ...

إذن ماذا سيحدث لو كانت الطبقات المنخفضة السرعة في الأعلى والطبقات العالية السرعة في الأسفل .. ؟ ( كما في الصورة التالية )

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
سنستعرض فيما يلي كيفية تصرف الموجات والسلوك الذي ستسلكه بعد 65 و 80 و 110 ملي ثانية ..

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
نلاحظ أن الصورة السابق تشبه تلك التي تحدثنا عنها عندما كانت الطبقات عالية السرعة فوق الطبقات المخفضة السرعة باستثناء تقوس الـ Wavefront حيث أن تقوس خط الـ Wavefront للموجات المنكسرة أشد من تقوس خط الـ Wavefront للموجات المباشرة في حين كان تقوسه في المرة السابقة أشد في الموجات المباشرة من الموجات المنكسرة ، من ذلك نستنتج أيضاً أن الطول الموجي للموجات قد اختلف عما أخذناه في السابق حيث أن الطول الموجي للموجات المنكسرة أصبح أكبر من الطول الموجي للموجات المباشرة ..

لو دققنا النظر في الأشكال السابقة سنلاحظ أنه ومنذ 0 إلى 70 ملي ثانية كانت الموجات تسري في الطبقة العلوية وعند 80 ملي ثانية بدأت بالتفاعل مع الحد الفاصل بين الطبقتين حيث ارتد جزء من الموجات عن السطح الفاصل وهي الموجات المنعكسة والجزء الآخر اخترق الحد الفاصل وهي الموجات المنكسرة ...

وإذا سمحنا للموجات بالانتشار أكثر داخل هاتين الطبقتين ستحدث لدينا ظاهرة مثيرة للغاية توضحها الصورة التالية ..

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
في الصورة السابقة نلاحظ أن جزء من الموجات المنكسرة قد انتشر خلال الطبقة السفلية موازياً للحد الفاصل بين الطبقتين .. كذلك جزء من الموجات المباشرة انتشر ومن خلال الطبق العلوية موازياً للحد الفاصل بين الطبقتين .. ومع مرور الوقت تبدأ الموجات المنكسرة في الظهور في الطبقة الأولى منتج موجد جديدة تعرف باسم الموجات الرأسية Head waves ...

هذه الظاهرة لم تكن موجودة عندما كانت الطبقات العالية السرعة في الأعلى والسبب أن الموجات المنكسرة لم تكن لتنتشر بشكل موازي للحد الفاصل ولا كان لتظهر في الطبقة العلوية .. وقد ظهرت في حالتنا هذه بسبب التناسب بين انتشار الموجات المنكسرة والمنعكسة والمباشرة وتحركها بشكل أفقي في الطبقة العلوية ...

وعند استقبالنا لهذه الموجات على سطح الأرض ستستقبل أجهزتنا الموجات المباشرة أولاً تليها الموجات المنعكسة .. هذا إذا كانت المسافات قصير بين المصدر والمستقبل ..

أما لو وضعنا المستقبلات على مسافات بعيدة عن المصدر فعند مسافة ما سوف تبدأ المستقبلات في استقبال الموجات المنكسرة ( الرأسية ) قبل الموجات المباشرة والمنعكسة ..

إذن وفي حالة ما إذا كانت السرعة تزيد مع العمق فإن المستقبلات ستستقبل الموجات المباشرة أولاً إذا كانت المسافة بين المصدر والمستقبلات قصيرة أم لو كانت المسافة بين المصدر والمستقبلات كبيرة فإن الأجهزة ستستقبل الموجات الرأسية Head waves أولاً وهذا هو الأساس في المسح بالطريقة السيزمية الإنكسارية ...

لكن ماهي الموجات الرأسية والتي تعتبر الأساس للطريقة السيزمية الانكسارية فكيف ظهرت وماهي مميزاتها ..؟

...

تعرفنا على نموذج بسيط يبين كيف ستتصرف الموجات إذا كانت السرعة تزيد مع العمق .. ولاحظنا وجود الموجات المباشرة والمنعكسة بالإضافة إلى الموجة الرأسية ..

في عمليات المسح السيزمي الإنكسارية نهتم بدراسة زمن أولى الموجات وصولاً بالإضافة إلى المسافات بين المصادر والمستقبلات ..

وفي الطريقة الإنكسارية تكون أولى الموجات وصولاً هي الموجات المباشرة أو الموجات الرأسية ..

إذن سنهتم بدراسة زمن وصول هاتين الموجتين ..

إن حساب زمن وصول الموجات المباشرة بسيط نسبياً فهو عبارة عن المسافة الأفقية بين المصدر والمستقبل مقسومة على السرعة ..

ولحساب زمن وصول الموجات الرأسية فإننا نحتاج أولاً إلى معرفة الطريق الذي تسلكه هذه الموجات ...

ويمكن أن توضح لنا خطوط الـ raypath الطريق الذي تسلكه الموجات الرأسية بالتعاون مع قانون سنل ...

نحن نعلم أن خطوط الـ Raypaths تكون عادة عمودية على الـ Wavefronts وفي الصورة التالية قمنا برسم ثلاثة من خطوط الـ Raypaths الخارجة من الطبقة السفلية إلى الطبقة العلوية مروراً بالحد الفاصل بين الطبقتين وسنرمز للزاوية بين هذه الخطوط والعمودي على الحد الفاصل بالرمز ic

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
ولو قمنا باستبدال ic مكان i1 في قانون سنل وبالطبع ستكون قيمة i2 تساوي 90 درجة .. سنستطيع عندها حساب زاوية السقوط التي تكون عندها زاوية الانكسار تساوي 90 درجة وتسمي زاوية السقوط هذه باسم الزاوية الحرجة critical angle وهذه هي زاوية سقوط الـ Raypaths الممثل للموجة الرأسية ..

باختصار شديد فإن السلوك الذي تسلكه الموجات الرأسية والذي وضحته لنا خطوط الـ Raypaths يتمثل في الآتي انطلاق الموجات من المصدر و مرورها خلال الطبقة الأولى وبسرعة الطبقة الأولى ثم تسقط بزاوية حرجة على الحد الفاصل بين الطبقتين وتنكسر لتسري أفقياً في الطبقة الثانية وبسرعة الطبقة الثانية ثم تعود إلى الطبقة الأولى وتمر من خلالها بسرعتها لتستقبلها المستقبلات على السطح ..

وبالرغم أن الموجات الرأسية تسافر عبر مسافة أطول من تلك التي تقطعها الموجات المباشرة direct arrival إلا أنها تصل قبلها في بعض المسافات والسبب في ذلك أنها تزيد من سرعتها خلال مرورها في الطبقة الثانية ولذلك فإننا نسجلها أحياناً قبل أن نسجل الموجات المباشرة ...

فكيف تتم عملية تسجيل البيانات ..؟

....

جزاك الله خيرا ... لقد أستفد كثيرا من موضوعك وننتظر التكملة ...

وأرجوا منكم وضع عدد أكبر من المواضيع التي تتحدث عن الجيوفيزياء

شكرا لك مرة أخرى

موضوع أكثر من رآئع و قيّم ..
عآشت أيدك مهندس سيد ..
تحيتي لحضرتك..

طريقة المقاومة الكهربائية
إحدى الطرق الجيوفيزيائية التي استخدمت في الكشف عن الآثار

1ـ :

تعتبر طريقة التنقيب هي الطريقة الأساسية التقليدية العملية لعلم الآثار وهي بمثابة أسلوب العمل الأساسي للأثري رغم ما يشكله من متاعب ومصاعب ومشاكل وعقبات أثناء البحث عن الآثار المطمورة . وقد يطول أمد التنقيبات والحفر إلى سنوات عديدة دون أن يصل الأثاري إلى ما مبتغاة ، ويزداد الأمر صعوبة كلما اتسعت مساحة الموقع الأثري وكثرت به التلال والوهاد والآكام ، وقد دفع ذلك بعض الأثريين إلى اللجوء إلى العلم الحديث والتقنية لتوفير الجهد والوقت والمال ، وخاصة إذا كانت الجهات المسئولة في حاجة إلى الأرض لمشروعات الزراعة والتعمير أو رصف الطرق أو أي أعمال أخرى .
ومن الوسائل المساعدة في هذا السبيل الطرق التنبئية أو الجيوفيزيائية والتي تعتمد غالباً على عدادات المقاومة مثل طريقة المقاومة الكهربائية التي تعتمد على قياس درجة مقاومة التربة للتيار الكهربائي ، فإذا حدثت مثلا مقاومة للكهرباء فيكون ذلك دليلاً على وجود جدران أو مبان . نظراً لأن الأحجار تقاوم الكهرباء بدرجات تختلف تبعاً لصلابتها وصفاتها الأخرى ، كذلك فإن التربة إذا ما كانت بها أملاح مذابة فإنها تصبح موصلاً جيداً للكهرباء (1).

1ـ1 ـ تاريخ ظهور طريقة المقاومة الكهربائية :

كان أول استخدام لطريقة المقاومة الكهربائية سنة 1964م ، وهي أول الطرق الجيوفيزيائية التي استخدمت في الكشف عن الآثار المدفونة في باطن الأرض . وتعتمد الطرق الجيوفيزيائية (Geophysical Methods) التي يمكن لها مساعدة علم الآثار على استخدام نظريات علم الفيزياء في الكشف عن التركيبات الجيولوجية للقشرة الأرضية ن والتعرف من ثم على ما في باطن هذه الأرض من كنوز سواء كانت أثرية أو غير أثرية(2) .

2ـ1 ـ مجالات استخدامها وتطبيقاتها :

اعتمدت طرق البحث عن الآثار بصورة عامة على الخبرات العلمية في هذا المجال حيث أن معظم التلال الأثرية تعرف إما نتيجة تدوينها في الكتب التاريخية أو بمقارنتها بالأراضي المحيطة حولها من حيث المرتفعات ، ووجود الملتقطات الأثرية ( كسر فخار ، الزجاج .. ) التي تغطي معظم التلال الأثرية . وهناك الكثير من المواقع التي يعثر عليها نتيجة أعمال الإنسان مثل الزراعة أو حفر الخنادق وغيرها .
إن علم الجيوفيزياء هو أحد العلوم الواسعة الذي يشمل على دراسة الخواص الفيزيائية للأرض والذي يكشف عن باطن الأرض ، وذلك بتفسير القياسات الجيوفيزيائية في كثير من المجالات منها الكشف عن المعادن ، والخامات ، والمياه الجوفية ، والنفط ، والتراكيب في باطن الأرض ، والكهوف ، وكذلك قياس شدة الزلازل الأرضية وغيرها . وقد لا يكون غريباً إذا وجدنا هذا العلم يستعمل يوماً بعد يوم في مجالات جديدة أخرى . وها نحن نجد علم الجيوفيزياء يدخل في مجال الكشف عن الآثار . إن الطرق الجيوفيزيائية عديدة ، أما الطرق التي تستعمل في الكشف عن الآثار فهي الطريقة المغناطيسية والمقاومة الكهربائية والإشعاعية والكهرومغناطيسية . أما الطريقتان الأكثر استعمالاً في مجال التحري عن الآثار واللتان استخدمتا في كشف العديد من الآثار في العالم هما :
1ـ الطريقة المغناطيسية Magnetic Method
2ـ طريقة المقاومة الكهربائية Electrical Rcaistiviting Method
إن فائدة استخدام هاتين الطريقتين هو سرعتها في التطبيق وقلة التكلفة ، حيث تظهر أهميتها في المواقع ذات المساحات الواسعة جداً . وكذلك فإن هاتين الطريقتين لا تحدثا أية أضرار في البناء الأثري وباستخدامها يمكن تعيين نوعية وامتداد البناء الأثري وتراكيبه .
وعليه فهناك العديد من المواقع الأثرية ينقصها المسح الجيوفيزيائي لوضع صورة واضحة عن تركيز وامتداد الأبنية الأثرية . كما أن هناك الكثير من المواقع الأثرية معرضة للتلف وذلك للأسباب المذكورة أنفاً ن وفي هذه الحالة يمكن مسح المواقع جيوفيزيائياً ، وتحديد الأبنية الأثرية وحفظها تحت سطح الأرض بدون تنقيب إلى أن يكون الاستعداد كامل للتنقيب والصيانة(3) .

3ـ1 ـ منطوق الطريقة:

إن الأساس الذي يبنى عليها استخدام الطرق الجيوفيزيائية هو وجود الاختلاف في الخواص الفيزيائية بين الجسم الأثري والمواد المحيطة به . أن هذا الاختلاف سيكون السبب في إحداث شذوذ أو انحرافات (Anomaly) في القراءات الحقلية حيث تساعد على تعيين الأبنية الأثرية . تكون قيمة الشواذ موجبة (Positive Anomaly) ، في حالة كون المواد الأثرية ذات خواص فيزيائية عاليه ، أكثر من المواد المحيطة بها . وفي عكس ذلك أي في حالة كون المواد الأثرية ذات خواص فيزيائية أقل من المواد المدفونة فيها تكون الشواذ سالبة (Neyatine Anomaly) .
وكذلك فإن طريقة المقاومة الكهربائية ، تستعمل في التحري عن المياه الجوفية والمعادن ومعرفة الطبقات التي تحت سطح الأرض وهي أول طريقة جيوفيزيائية طبقت في مجال الكشف عن الآثار .
تعتمد هذه الطريقة على وجود الاختلاف في الممانعة الكهربائية (Resistivity Contrast)، بين الجسم الأثري " الجسم الذي يراد البحث عنه " ، وبين المواد المحيطة به ، ومن المعروف أن الصخور تختلف في قابلية توصيلها للكهربائية ، إن هذا الاختلاف يعتمد على عدة أسباب ، منها وجود الثغرات ، بالإضافة إلى نوعية المعادن المكونة لهذه الصخور .. إلخ . وبصورة عامة تكون الصخور النارية (Igneous) ، أكثر ممانعة للكهربائية من الصخور الرسوبية (Sedimentary Rocks) ، وذلك لاحتواء الأخيرة على الفجوات ، كما وأن الأتربة (Soil) ، والطين (Clay) ، تكون قابلية إيصالها للكهربائية عالية .
لغرض إجراء القياسات الحقلية تثبت على سطح الأرض أربعة أقطاب (Electrods) ، اثنان منهما يستعملان لإمرار التيار الكهربائي ويسميان القطبين الكهربائيين (Current Electrods) ، أما القطبان الآخران فيستعملان لقياس فرق الجهد ويسميان بأقطاب الجهد (Potential Electrods) .

أثناء عملية التحري عن الآثار يتم تثبيت الأقطاب بطريقتين :
الطريقة الأولى : تسمى ويـنر (Wenner Configuration) ، حيث توزع الأقطاب كما في شكل ( أ ) و تحاط الأقطاب الكهربائية بأقطاب الجهد وتكون المسافات متساوية بين الأقطاب الأربعة . ويختار البعد بين الأقطاب على أساس عمق الآثار التي يراد الكشف عنها ويكون شكل الشذوذ كما مبين في الشكل ( أ ) .

أما الطريقة الثانية : فتسمى بطريقة ثنائي القطبين (Dipole Dipole) ، وفي هذه الطريقة تثبت أقطاب الجهد على طرفي الأقطاب الكهربائية ، ويكون الشذوذ كما في شكل ( ب ) . ولكل طريقة من هذه الطرق فوائدها ومساوئها .

بعد تثبيت الأقطاب يجرى قياس فرق الجهد عند إمرار التيار الكهربائي وذلك بواسطة جهاز قياس خاص يسمى جهاز قياس المقاومة الكهربائية (Resistiviting-meter) ، حيث يتم بعدها حساب الممانعة الكهربائية بواسطة المعادلة التالية :
الممانعة الكهربائية ( أوم .م ) ـ التيار ( أمبير ) فرق الجهد ( فولت ) × ثابت ْ .
" قيمة الثابت تعتمد على البعد بين الأقطاب "
ففي حالة وجود تجانس بين الطبقات الأرضية فإن حركة التيار الكهربائي تكون منتظمة . أما في حالة وجود جسم ذو ممانعة كهربائية تختلف عن الطبقات المحيطة يحدث تغيير في مسار التيار الكهربائي ، وعندها يتكون الشذوذ . وبدراسة هذا الشذوذ من قبل المختصين الجيوفيزيائيين يمكن التعرف على خواص الأجسام المسببة لهذا التغيير ومواقعها .

4 ـ 1 ـ طريقة عرض النتائج الجيوفيزيائية :

إن المشكلة التي تواجه الجيوفيزيائيين في مجال الكشف عن الآثار هي كثرة القراءات الحقلية ، لذلك استوجب اختيار طرق جيدة لتمثيل هذه النتائج ووضع صورة مبسطة لها لغرض تفسيرها جيوفيزيائياً ومن ثم ترجمة هذه التفسيرات إلى الناحية الأثرية .

من الطرق المستعملة في عرض النتائج الجيوفيزيائية هي :

1ـ العرض على شكل مسارات (Profiles) ، وهذه هي أبسط الطرق لتمثيل النتائج الجيوفيزيائية حيث تمثل القراءة بإحداثيات أحدهما يمثل موقع القراءة " الإحداث السيني " ، والأخر يمثل قيمتها " الإحداث الصادي "
شكل ( ج ) . التغير المفاجئ في القيم سيمثل الشواذ الجيوفيزيائي (Geophysical Anomaly) ، وتستعمل هذه الطريقة في العرض في حالة الفحص الأولي للموقع ولغرض الحصول على فكرة سريعة للقيم الجيوفيزيائية في الموقع .

2ـ طريقة الخريطة الكنتورية : في هذه الحالة ترسم خطوط منحنية تربط النقاط ذات القيم المتساوية مع بعضها والخريطة النهائية تحتوي على عدد من الخطوط الكنتورية ولكل خط قيمته الخاصة . ومن دراسة هذه الخرائط يمكن تعيين المواقع التي يتركز فيها البناء الأثري .

3ـ طريق الرموز (Symbols) : هذه الطريقة التي يجري فيها تمثيل القيم بواسطة رموز مختلفة ، وعادة القيم العالية يتم تمثيلها برموز داكنة أو كبيرة ، كما تترك القيم المنخفضة بدون رموز في بعض الأحيان ، أو يستعمل لها رموز خفيفة . وهنا يجب أن نذكر بأن بعض الأجسام الأثرية تكون ذات خاصية معاكسة وعليه تؤخذ القيم المنخفضة في الاعتبار وكذلك من الممكن استعمال الألوان لتحديد المواقع التي تتركز فيها الأبنية ، حيث تعطي ألوان مختلفة للقيم الجيوفيزيائية .

6ـ1 ـ نقاط القوة في الطريقة :

1. قليلة التأثر بالظواهر الخارجية لذلك يمكن تطبيقها داخل المدن كما ويمكن استخدامها للتحري عن الآثار التي ليس لها اختلاف في الخاصية المغناطيسية وإنما ذات خواص كهربائية مختلفة أي في المواقع التي يصعب فيها تطبيق الطريقة المغناطيسية .
2. إن عملية المسح الجيوفيزيائي لا تحتاج إلى كادر جيوفيزيائي ، بل أن أجهزة المسح الجيوفيزيائي يمكن أن تستعمل من قبل كادر مدرب على استعمالها .
3. لا تحدثا أية أضرار في البناء الأثري وباستخدامها يمكن تعيين نوعية وامتداد البناء الأثري وتراكيبه .
4. سرعتها في التطبيق و قليلة التكلفة .

5ـ1 ـ نقاط الضعف في الطريقة :

1. كثرة القراءات الحقلية ، لذلك استوجب اختيار طرق جيدة لتمثيل هذه النتائج .
2. إن عملية تثبيت الأقطاب في الأرض يجعل الطريقة بطيئة .
3. إن تطبيق طريقة المقاومة الكهربائية تحتاج إلى أربعة أشخاص لغرض الإسراع في القراءات الحقلية .
4. صعوبة استعمال الطريقة في المناطق الصخرية ( الجبلية خاصة ) وذلك لصعوبة تثبيت الأقطاب .
5. كما وأنه يستحيل تطبيقها في المواقع التي تكون فيها المياه الجوفية قريبة من السطح لأن وجود الماء يؤدي إلى عدم وجود اختلاف في قيم الممانعة الكهربائية .
6. يصعب تطبيق هذه الطريقة في المناطق الجافة

بالرالبط التالى بحث هام جدا فى طريقة تحديد المقاومة الكهربائية للتربة
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

(4).

(3-1) الجيوفيزياء geophysics
هو العلم الذي يهتم بدراسة باطن الأرض بواسطة تطبيق بعض النظريات الفيزيائية على سطح الأرض ، وتعتمد هذه النظريات على قياس الإختلاف في الخواص الفيزيائية مثل ( الكثافة density ، المرونة elasticity ، التأثيرية المغناطيسية magnetic susceptibility ، الخاصية الإشعاعية radioactivity ودرجة المقاومية للتيار الكهربي Electro resistivity او الموصلية الكهربية Electro conductivity ) ما بين الجسم المراد استكشافه وتكوينات الأرض المختلفة التي تحيط به في منطقة البحث ومن ثم تفسير هذه القياسات للحصول على معلومات مفيدة عن التركيب والتكاوين تحت السطحية والتي تكون ذات علاقة إما مباشرة أوغير مباشرة مع الجسم المراد استكشافه .
اسهم علم الجيوفيزياء كثيراً في معرفه معظم المعلومات عن الأرض مثل تحديد الأغلفة الداخلية للكرة الأرضية بواسطة الموجات السيزمية seismic waves الناتجة عن الزلازل ، كذلك اسهمت قياسات الجذبية gravity ، المغناطيسية magnetic والحرارة الأرضية geothermal في تحديد البنية الداخلية للكرة الأرضية .

اهم الطرق الجيوفيزيائية الشائعة في أعمال الاستكشاف :-
1/ الطرق السيزمية seismic methods :-
تنقسم الطرق السيزمية إلى طريقة أنعكاسية reflection method واخرى إنكسارية refraction method .تعتمد هذه الطرق على خاصية المرونة وفيها يتم إرسال موجات صوتية sonic waves إلى باطن الأرض ومن ثم تسجيل الإنعكاسات أو الإنكسارات لهذه الموجات ، الإختلاف في سرعة الموجة المستقبلة يبين الإختلاف في الطبقات والذي بدوره يقود إلى معرفة التراكيب الجيولوجية المختلفة وتستخدم للتنقيب عن النفط بصورة أساسية كما تستخدم ايضاً في الدراسات الهندسية والهيدروجيولوجية .
1/ الطرق الجذبية gravity method
يتم فيها قياس التغيرات للجذبية الأرضية الناتجة عن اختلاف كثافة الصخور مما يساعد على معرفة التراكيب الجيولوجية المختلفة ، وتستخدم بصورة اساسية في الدراسات الاولية للبحث عن النفط .
3/ الطريقة المغناطيسية magnetic method
يتم فيها قياس التغير في المجال المغناطيسي للارض الناتج من اختلاف الخواص المغناطيسية ( التأثرية المغناطيسية ) للصخور والتراكيب ، وتستخدم في تحديد الأحواض
الرسوبية وفي البحث عن خامات المعادن ذات الخواص المغناطيسية .
4/ الطرق الكهربيه electrical methods :-
الطرق الكهربيه تستخدم بكثره في البحث عن الفلزات metals والمعادن minerals والكشف عن المياه الجوفيه ، وقد أثبتت معظمها فاعليه في الاستكشاف الضحل(300-500m)، ونادرا ماتعطى معلومات اكبر من هذا العمق وهي تساهم في حل مشاكل جيولوجيه مختلفه ولكنها من حيث الدقه وصحه المعلومات تاتى في المركز الثاني بعد السيزميه، وتعتمد فى استكشاف باطن الارض على قياس الصفات والخصائص الكهربيه للمواد تحت السطحيه وتشمل على الطرق الاتيه:-
(i)المقاومه النوعيه الكهربيه resistivity:-
تعتمد في استكشافها لباطن الارض على الاختلاف في مقاومية أو موصلية الصخور وتستخدم بصفة عامة في البحث عن الخامات المعدنية، المياه الجوفية والتجمعات الرملية والحصوية .
(ii) الإستقطاب التأثيري(IP) induced polarization :-
هي طريقة يتم فيها إرسال تيار كهربائي لداخل الأرض ، وتعتمد على ظاهرة phenomenum تولد جهود كهربية تضمحل تدريجياً مع الزمن بعد قطع التيار سواء كان متردد (AC) أو مباشر (D.C) ، وتستخدم في البحث عن خامات الكبريتييد وبالذات المبعثرة منها وتحديد العدسات الطينية.
(iii) الجهد الذاتي (SP) self potential :-
يتم قياس الجهد الذاتي دون امرار تيار كهربائي على الأرض واهم اهدافها الجهد المعدني الذي يرتبط بوجود خامات الكبريتيدات ( بايرايت pyrite) .
5/ الطرق الكهرومغناطيسية(E M) Electromagnetic
تعتبر الكهرومغناطيسة من الطرق الفعالة في الكشف عن المياه في شقوق صخور الاساس والخامات المعدنية بعد الطريقة المغناطيسية. ويتم فيها الكشف عن الشذوذ في التوصيلية او المقاومية بإستعمال مجال كهرومغنطيسي E.M fields بدلاً عن التيار الكهربي المباشر .
مبادئ طريقة المقاومية الكهربية principles of electrical risesitivity

تعتمد طريقة المقاومية الكهربية على إرسال تيار كهربي متحكم فيه إلى داخل الأرض بواسطة زوج من الأقطاب ( قطبي التيار current electrodes ) ويسري هذا التيار داخل الطبقات مولداً جهد يقاس بإستخدام زوج آخر من الأقطاب ( قطبي الجهد potential electrodes) موصلة بجهاز حساس لقياس الفولتية ، ثم يمكن حساب المقاومة النوعية (المقاومية resistivity) حيث نستغل التباين الواضح في هذه المقاومية للتنبؤ بالمكونات تحت السطحية للارض .
المبدأ الذي تعتمد عليه قياسات المقاومية النوعية الكهربية هو سريان التيار الكهربي خلال الأوساط الطبيعية داخل الأرض ولكي نتعرف على سلوك التيار في الوساط المختلفة نفترض انها في حالة تجانس .

حركة هذه الشحنات خلال الموصل دلالة على نشوء تيار كهربي (I) حيث يعرف التيار الكهربي بأنه كمية الشحنة التي تنساب خلال مساحة مقطع موصل في وحدة الزمن . وغالباً يكون انسياب هذه الشحنات بصورة غير منتظمة مما يؤدي إلى تغيير قيمة التيار ويعبر عنها بالمعادلة
(1) I = dq
dt
q = شحنة كهربي
* يقاس التيار بوحدة الأمبير Amper
عندما يكون معدل انسياب الشحنات عبر مساحة سطح الموصل متغيراً من نقطة لأخرى يفضل إستخدام كثافة التيار (J)
(2) J = I/A
حيث A مساحة مقطع السلك أو الموصل .
ونجد أن المواد الموصلة تختلف في قابلية توصيلها الكهربي ويرجع ذلك إلى المقاومية التي تبديها كل مادة لمرور الشحنات
- تقاس المقاومة بوحدة الأوم

(3-4) المقاومة النوعية للصخور والرسوبيات Electro Resistivity of rocks and sediments
تعتمد للصخور والرسوبيات في مقاوميتها على مدى موصلية المواد المكونة لها ، والتي تنحصر في ثلاثة مجموعات كالآتي :-
أ‌) مجموعة ذات توصيل إلكتروني :-
تشمل العناصر جيدة التوصيل للتيار الكهربي مثل العناصر الفلزيه
ب‌) مجموعة ذات توصيل إلكتروني ضعيف :-
يتم التوصيل فيها بواسطة الالكترونيات أيضاً ، ولكنها تحتاج طاقة تنشيطية ( حرارة) ، وتشمل العناصر شبه الموصلة للتيار الكهربي مثل اللافلزات.
ج‌) مجموعة ذات توصيل إلكتروليتي :-
تكون موصلية الصخور الكهربية عادة أيونية Ionic وذلك لأن غالبية الحبيبات المعدنية المكونة لها عدا الخامات الفلزية والمعادن الطينية تكون عازلة .
تعتبر المقاومية معامل متغير ليس فقط من تكوين صخري لآخر ولكن ضمن التكوين نفسه. هنالك تصنيف تترتب بموجبه الصخور الرسوبية والمتبلورة على أساس زيادة المقاومية .

(3-5) خطوط سريان التيار و خطوط تساوي الجهد :- current flow and equipotenial lines
يختلف توزيع خطوط التيار وشكل سطوح الجهد حسب طبيعة الارض والتوزيع الراسي والافقي للمقاومة الكهربية وفيها (يجب التميز بين حالتين إحداهما في الوسط الأرضي المتجانس والأخرى في الوسط المتطبق) .
(i) الوسط المتجانس :-
اذا تم إمرار تيار خلال وسط متجانس ينتقل التيار من أحد الأقطاب إلى القطب الآخر وتكون خطوط السريان دائماً عمودية على خطوط الجهد لأنه لا توجد مركبة للتيار عند أي نقطة ممكن أن تسري خلال خط تساوي الجهد عند هذه النقطة .

(ii) الوسط غير المتجانس :-
في هذه الحالة يحدث انحراف لخطوط التيار وخطوط الجهد بسبب وجود الطبقات المختلفة ( والسطوح الفاصلة بينهما) ذات الموصلية المختلفة حيث يتغير موضع نقاط خطوط الجهد مع التيار .
التغيرات في مجال الجهد المصاحبة لهذه الانحرافات يمكن قياسها بواسطة أقطاب الجهد على السطح وهذه هي أساس طريقة الخط المتساوي الجهد ، وهي طريقة نوعية تستخدم أحياناً لتحديد أماكن كتل الخامات ذات المقاومة النوعية الشاذة .

المقاومة النوعية الظاهرية Apparent Resistivity
تعتمد طريقة المقاومة النوعية على قياس المقاومة النوعية الظاهرية . ولتوضيح هذا المفهوم نفترض أن لدينا وسط متجانس بصورة كاملة حيث يمكن حساب المقاومة النوعية لهذا الوسط باستخدام المعادلة .
(10) V 1 * p = V . A ה P = 2
I G I L
حيثG تمثل تباعد بين الاقطاب
اما اذا كان الوسط غير متجانس فسوف تتغير المقاومة المحسوبية من المعادلة أعلاه حسب مواقع الأقطاب عند نقل الأقطاب مع بقاء أقطاب الجهد ثابته ونتحصل على قيمة مختلفة لـ P عند عند كل موقع من المنظومة Array بشرط وجود إختلافات جانبية في المقاومية داخل الأرض لهذا يطلق على المقاومية الناتجة من الأوساط غير المتجانسة بالمقاومية الظاهرية (pa) ونظراً لأن التكوينات الجيولوجية تحت السطحية عادة غير متجانسة فإن حساب المقاومية الظاهرية مفيد جداً في التطبقات العملية لطريقة المقاومية .

مشرف عدد المساهمات : 22 تاريخ التسجيل : 20/12/2010

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

دار البـــركاوى
دكتور مهندس / مصطفى البــركاوى
دكتور مهندس / محيى المشــد....عضو لجنة وتحسين التربة
......................عضو لجنة التأسيس على الصخر
.....عضو لجنة إتزان الميول
- دكتــــــــــوراة .جامعه أوكاياما . اليـــابان
إستعداد تام لعمل الدراسات الحقلية والاختبارات المعملية
توصيات التأسيس
ضبط الجودة والاختبارات الحقلية في مجال الأعمال الخاصة بالتربة والأساسات
دراسة السلامة الإنشائية لمشروع قائم بغرض دراسة سلامة الأساسات
== عمل دراسات وابحات المياه الجوفية ودراسات الحماية من اخطار السيول
أتصل الان : 01005747686
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

» برنامج لعمل دفتر حصر الكميات للأعمال الترابية آلياً
» برنامج لعمل دفتر حصر الكميات للأعمال الترابية آلياً
» مجموعة من الافكار الجديدة لعمل بحث في ميكانيكا التربة والاساسات
» طبقات الأرض السبعة
» تخزين مياه المطر في الآبار