الدرس 18: ترتيب الالكترودات والاجراءات الحقلية

1) اعدادات الالكترود:

للعمل الحقلي تم اقتراح عدد من اعدادات الالكترود المختلفة . ترتيبات عديدة من نوع المصفوفات الخطية تظهر في الشكل 6.6.

في مصفوفة وينر أربع الكترودات توزع على مسافات متساوية على طول خط مستقيم. المسافة بين الالكترودات المتجاورة تسمى تباعد المصفوفة ، a . لتلك الإعدادات فإن معادلة المقاومة تختصر ل

  6.16                  a=2aVI         

الشكل 6.6. بعض ترتيبات الالكترود الشائعة الاستخدام في مسوحات المقاومة. C1, C2 ، P1,P2 توضح مواضع التيار والكترودات الجهد.

في مصفوفة شليمبرجر العامة فإن المسافة "21" بين الكترودات الجهد صغيرة مقارنة بالمسافة(2L) بين الكترودات التيار. لو كانت L51، فإن معادلة المقاومة تقرب إلى

             6.17                    a2lL2- X22L2 + X2VI   

حيث x هي مسافة نقطة القياس (نقطة المنتصف بين مجس الجهد) من مركز الخط C1C2.

في ترتيب مصفوفة شليمبرجير المتماثلة x = 0  ومعادلة المقاومة تبسط الى

aL22lVI  =L2IVr                         6.18     

وكما هو واضح فإن Vrهي سطح تدرج الجهد ، أي المجال الكهربي E عند نقطة القياس.

في اعدادات ثنائي القطب- ثنائي القطب فإن متحسسات الجهد P1P2 تكون خارج الكترودات التيارC1 C2 ، وكل زوج له تباعد متبادل ثابت  a . لو كانت المسافة بين الزوجين na كبيرة نسبياً فإن مصدر التيار يمكن أن يعامل كما لو كان قطب كهربائي ( مشابه للقطب المغناطيسي) وتصبح معادلة المقاومة

                      6.19                 ann+1n+2aVI

ترتيبات ثنائي القطب الغير متسامتة " الغير خطية" استخدمت أيضاً في السبر الكهربي العميق خصوصاً في الاتحاد السوفيتي.

بالرغم من وجود اعدادات أخرى ممكنة ، بعضها يستخدم أقل من أربع أقطاب ، الا انها غير شائعة الاستخدام. مصفوفة وينر هي أكثر الاعدادات انتشاراً حتى الآن.

هدف مسح المقاومة هو رسم حدود المقاومة الأفقية والرأسية في الأرض الغير متجانسة. من الناحية العملية فإن هذا يتم انجازه بإجراءين محددين غالباً ما يطلق عليهما ،بالقياس، السبر الكهربي ( أو الحفر) والقطاع الكهربي ( أو التخندق).

2) السبر الكهربي (أو الحفر)

عندما تتكون الأرض من عدد من الطبقات الأفقية ، فإن معرفة التغيرات الرأسية في المقاومة مطلوبة. هدف الحفر الكهربي هو تتبع اختلافات المقاومة مع العمق أسفل نقطة ما على سطح الأرض وربطها بالمعلومات الجيولوجية المتاحة لكي نيتنتج العمق ومقاومة الطبقات الموجودة. الإجراء مبني على حقيقة أن التيار يصل باستمرار لمسافات أعمق عند زيادة المسافة بين أقطاب التيار. الشكل 6.7 يشرح المفهوم كما طبق في مسألة ثنائي الطبقة. عندما كان تباعد الالكترودان C1 C2 صغيراً مقارنة مع سمك الطبقة العليا h ، فإن المقاومة الظاهرية كما حددت عبر قياس Vبين أقطاب الجهد P1P2 ستكون نظرياً مماثلة لمقاومة الطبقة العلوية1. هذا سببه أن جزء صغير جداً من التيار سيتغلغل في الطبقة التحتية  أسفل الحدود. بازدياد تباعد الأقطاب فإن جزءاً أكبر من التيار سيتغلغل أعمق ، وخطوط تدفق التيار تشوش عند الحواف. عند تباعد أقطاب أكبر بكثير من h فإن المقاومة الظاهرية تصل الى 2 نظراً لأن جزء التيار المقيد في سطح الطبقة يصبح مهملاً.

الشكل 6.8 يظهر منحنى طبقتين وثلاث نموذجي لتغير المقاومة الظاهرة نتيجة لتباعد الأقطاب الكهربية في سبر شليمبرجير الكهربي المتماثل الذي تكون فيه مجسات الجهد ثابتة وتحرك ألكترودات التيار بانتظام خطوات الى الخارج.

في السبر الكهربي باعدادات وينر ( انظر الشكل 6.6) فإن تباعد المصفوفة a يزداد بخطوات محافظاً على اعدادات نقطة المنتصف (نقطة الحفر) ثابتة. مجموعة نموذجية من تباعدات الالكترودات هي                   

a = 2 ، 6 ، 18 ، 54    متر. منحنى المقاومة (avs. a) لسبروينر بالرغم من أنه له نفس المعادلة العامة الا أنه مختلف عن معادلة سبر شليمبرجير.

الاتجاه الحالي في السبر المقاومي يفضل اعدادات شليمبرجير. نظراً لأن الكترودين فقط يتم تحريكهما فإنه من المريح أكثر استعمال الأخيرللروتين الحقلي أكثر من اعدادات وينر. فضلاً عن ذلك بما أن الكترودات الجهد تظل ثابتة فإن تأثير عدم التجانس الجوار ( نتيجة لظروف التربة ، التجوية ، الخ) سيكون ثابتاً لكل القياسات.

3)القطاع الكهربي:

لو كانت الطبقات أو الحواف رأسية وليست أفقية ، فإن اجراء آخر يعتمد " يطلق عليه القطاع الكهربي". هدف القطاع الكهربي هو تحديد التغيرات الجانبية في مقاومة الأرض.

في طريقة شليمبرجير للقطاع الكهربي (شكل 6.9A) فإن تيار الاكترودات يبقى ثابتاً لمسافة طويلة نسبياً ، على سبيل المثال عدة مئات من الأمتار، والاكترودات الجهد ذات التباعد الثابت الصغير P1P2 تتحرك بين C1  ،  C2 فإن a تحسب من المعادلة 3.17 لكل موقع يأخذه الزوج المتحرك من الكترودات الجهد. عند نهاية خط القطاع فإن تجهيزات شليمبرجير تنتقل الى الخط المجاور وهلم جرا الى أن تغطي المنطقة المدروسة. في الواقع فإن خطوط القطاع ستكون عادة بزاوية قائمة مع مضرب التراكيب(مثلاً الصدوع والقواطع) المراد رسمها ولهذا يمكن أن نتوقع نتائج متماثلة نوعاً ما من قطاع الى قطاع.

في طريقة وينر للقطاع الكهربي (شكل 6.9B) فإن اعدادات الالكترودات الأربع مع تباعد مصفوفة معين a ، يتم تحريكها ككل خطوات مناسبة ، لنقل 10-20 متر على طول خط القياس. اختيار تباعد المصفوفة سوف يعتمد أولاً على عمق معالم المقاومة الشاذة المراد رسمها. المنحنيان في الشكل 6.9 يظهران منحنيات المقاومة الظاهرية المقاسة بقطاع شليمبرجير ووينر لتكوينين صخريين على تماس رأسي. منحنى وينر يختلف بأن له أربع نتوءات ، النتوءات مع ذلك يمكن ألا تكون ملحوظة عملياً الا لو أخذت القياسات على فترات قريبة جداً.

الميول الحادة في منحنى المقاومة هي علامات مميزة لتراكيب ذات حواف شبه رأسية مثل الصدوع ، القواطع والعروق. للأغراض العملية فإن الحافة التي تميل عن الرأسي بدرجة لاتزيد عن30  سوف تعطي بالضرورة نفس النتائج.