الخميس، 17 يناير 2013

الدرس 27: أساس معالجة البيانات الجيوفيزيائية :



الدرس 27: أساس معالجة البيانات الجيوفيزيائية :
معظم المسوح الجيوفيزيائية تتعلق بقياس وتحليل موجات تعبر عن الاختلاف في بعض الكميات المقاسة كدالة على (بدلالة) المسافة أو الزمن. الكمية قد تكون على سبيل المثال مقدار قوة الجاذبية الأرضية أو المجال المغناطيسي على طول خط قطاع خلال التركيب الجيولوجي أو قد تكون ازاحة سطح الأرض كدالة علة الزمن المرتبط بمرور موجات زلزالية من تفجير مجاور. تحليل موجات كهذه يمثل جانباً أساسياً في معالجة وتفسير البيانات الجيوفيزيائية.
ان دالة ملساء متصلة للزمن أو المسافة يمكن التعبير عنها رقمياً بأخذ عينات من الدالة على فترات ثابتة وتسجيل القيمة اللحظية للدالة عند كل عينة. وبالتالي فإن الدالة التناظرية للزمن f(t) يمكن أن تمثل بالدالة الرقمية g(t) حيث أن الدالة المتصلة استبدلت بسلسلة من القيم المنفصلة على فترات ثابتة من الزمن.
العاملان الأساسيان في نظام الرقمنة هما دقة أخذ العينات " المدى الديناميكي" وتكرار أخذ العينات.
المدى الديناميكي هو تعبير عن النسبة بين أكبر سعة مقاسة  Amax الى أصغر سعة مقاسة Amin في الدالة المدروسة. كلما كان المدى الديناميكي أكبر كلما زادت الثقة بأن تغيرات السعة في الموجة التناظرية يمكن تمثيلها في الصيغة الرقمية للموجة.
تكرار العينة : هو عدد نقاط العينات المأخوذة في وحدة الزمن أو المسافة. ولهذا فاذا أخذت عينات من الموجة كل 2 ميللي ثانية فإن تردد العينة هو 500 عينة في الثانية " 500 هيرتز" . أخذ العينات بهذا المعدل سوف يبقي كل الترددات في حدود 250 هيرتز على الأكثر في الدالة المدروسة. هذا التردد " نصف تردد العينة" يسمى تردد نايكويست  Nyquist (fn) وفترة نايكويست هي مدى الترددات من صفر الى fn.
لو وجدت ترددات أعلى من تردد نايكويست في الدالة المدروسة فسينتج شكل خطير من التشوه يسمى بالتعرج "aliasing"  وفيه يحدث أن المكونات ذات الترددات الأعلى يعاد طيها الى داخل فترة نايكويست.
للتغل على هذه المشكلة اما أن تردد العينة يجبعلى الأقل أن يكون ضعف أعلى تردد يوجد في الدالة المدروسة أو امرار الدالة خلال مرشح حواف قبل الرقمنة. مرشح الحواف هو مرشح قطع حاد للقيم العالية يحذف مركبات التردد الأعلى من تردد نايكويست أو يخففها الى مستوى سعة ضئيل.
بواسطة تحليل فورير فإن أي موجة دورية مهما كانت معقدة يمكن أن تفكك الى سلسلة من الموجات الجيبية التي تكون تردداتها تكاملات متعددة لتردد التكرار الأساسي 1/T الذي يطلق عليه التردد الأصلي. مكونات الترددات الأعلى عند ترددات n/T حيث (n = 1,2,3,…) يطلق عليها التوافقيات. ولهذا فإن الموجة المعقدة يمكن بناؤها من اضافة مركبتين موجبتين جيبيتين منفردتين. لنعبر عن أي موجة باستخدام مكوناتها الموجية الجيبية فانه من الضروري أن نحدد سعتها وطورها وليس فقط تردد كل مركبة.
الموجات العرضية لا تكرر نفسها أي انها ذات فترة طويلة لانهائية.وبالتالي يمكن اعتبارها -قياساً على الموجات الدورية -  كما لو كانت ذات ترددات أصلية متناهية الصغر  (1/T→0)وبالتالي تحدث التوافقيات بتباعدات تردد متناهية الصغر لتعطي سعة متصلة وطيف طوري بدلاً من الطيف الخطي للموجات الدورية. الرقمنة توفر وسائل للتعامل مع الطيف المتصل للموجات العرضية. من الواضح استحالة التعامل تحليلياً مع طيف يحتوي على عدد هائل من مركبات الموجات الجيبية ولهذا فإن السعة المتصلة وطيف الطور تقسم الى عدد من شرائح التردد الرقيقة مع اعطاء كل شريحة تردداً مساوياً لمتوسط التردد في الشريحة وسعة وطور متناسباً مع مساحة شريحة التردد المقصود. هذا التعبير الرقمي للطيف المتصل باستخدام عدد محدود من مركبات التردد المنفصلة يعطي تمثيلاً تقريبياً في مجال تردد الموجة العرضية في مجال الزمن. زيادة عدد شرائح التردد يؤدي الى زيادة دقة التمثيل.
تحويل فورير يمكن أن يستخدم لتحويل دالة الزمن g(t)  الى السعة وطور الطيف المكافئين لها   A(f)و Φ(f)  , والى الدالة المركبة للتردد  G(f) المعروفة باسم طيف التردد بحيث
G(f) = A(f)eiΦ(f)
تمثيلات مجال الوقت والتردد للموجة g(t)  و G(f) تعرف باسم زوج فورير وتمثل بالرموز
 G(f)        g(t)   
تحويل فورير لموجات مرقمنة يمكن أن يجرى بسهولة بواسطة الحاسوب باستخدام خوارزمية  FFT "Fast Fourier Transform " كما في طريقة  Cooly- Tukey  (Brigham 1974) . روتين فرعي ل FFT يمكن أن يدمج في برامج معالجة البيانات لعمل تحليل طيفي للموجات الجيوفيزيائية.

الثلاثاء، 15 يناير 2013

الدرس 26 : استكشاف المصادر الحرارية الأرضية:



الدرس 26 : استكشاف المصادر الحرارية الأرضية:
تزداد أهمية المصادر الحرارية الأرضية كمصدر بديل للطاقة في ضوء الاحتياج العالمي للطاقة الذي ينمو بمعدلات أسية. لو أخذنا بعين الاعتبار فقط المؤتمرات والورش المختلفة التي نظمتها الأمم المتحدة واليونسكو في العقد الأخير فإن عدد الأوراق والتقارير ضخم للغاية. توجد العديد من المراجع التي تسرد المصادر الحرارية الأرضية واستخداماتها واستكشافها واستغلالها (Armstead 1978 ,Gupta 1980 , Raybach and Muffler 1981). سنناقش هنا بعض الجوانب الجيوفيزيائية المهمة لهذا الموضوع.
الحقل الحراري الأرضي يمكن تعريفه على أنه نظام خزان حراري يمكن استخلاص الحرارة منه بشكل اقتصادي واستخدامها في الاستعمالات المنزلية والصناعية. الطرق الرئيسية التي تستخدم عادة لايجاد الحقول الحرارية المحتملة هي : (1) الطرق الجيولوجية والهيدرولوجية (2) الطرق الجيوكيميائية (3) الطرق الجيوفيزيائية. من بين الطرق الجيوفيزيائية فان اكثرها أهمية هي الحرارية , الكهربية ، والكهرومغناطيسية. استعمال الطرق الزلزالية في استكشاف المصادر الحرارية الأرضية محدود لغاية الآن. عرض شامل لاستكشاف المصادر الحرارية يوجد في( Keller 1981 ,Lumb 1981 ). الطرق الحرارية مثل سبر درجة الحرارة في الآبار وخرائط التدفق الحراري عند السطح هي ذات أهمية من الدرجة الأولى لأن حرارة القاعدة تشكل أهم الخصائص الطبيعية  للاستكشاف الجيوثيرمالي. قياس الحرارة في الآبار العميقة هي الطريقة الموثوقة الوحيدة للحصول على معلومات عن حرارة القاعدة للخزان الجيوثيرمالي المحنمل. البيانات عن الجيوكيميائية  والهيدرولوجيا والنفاذية توفر أيضاً من خلال الآبار الاستكشافية. خرائط التدفق الحراري السطحية يمكن أن تساعد في تحديد موقع أشد المناطق حرارة في الخزان وتقييم إنتاجه الحراري.
استخدام الطرق الكهربية والكهرومغناطيسية في الاستكشاف الجيوثيرمالي يستند الى حقيقة أن الموصلية الكهربية للصخور تزداد بشكل سريع بازدياد الحرارة. عموماً فإن حقل المياه الحارة يميل للظهور كمنطقة عالية التوصيل " مقاومة منخفضة" وذلك يعزى أساساً للأملاح الذائبة، بينما حقل الجدول يميل للظهور كمنطقة منخفضة التوصيل " مقاومة عالية". مع ذلك  فان هذه الميول الواضحة يمكن أن تحجب بعوامل خادعة. وجود تكوينات طينية على سبيل المثال يمكن أن يرفع من التوصيل المنخفض وبالتالي يربك تفسير النتائج. الماء المالح البارد أو ماء البحر له مقاومة أقل من 1Ω . ولهذا فان أحواض كثيرة حيث يتجمع الماء المالح تبدو منخفضة التوصيل بدون أي علاقة مع درجة حرارة ما تحت الأرض.
المسوح الجيوفيزيائية وبالأخص الطرق الكهربية أجريت للمناطق الجيوثيرمالية في أجزاء عديدة من العالم. منطقة الوحل البركاني في منتزه يلوستون الوطني بالولايات المتحدة الأمريكية هي مثال على قياسات المقاومة ، التيار المستحث (IP) ، والجهد الذاتي (SP) التي أجريت لتقييم الخصائص الجيولوجية لحقل جيوثيرمالي بخاري معروف. المقاومة الظاهرية ( ) و (IP) تم قياسها بتباعدي الكترود 180 م و 300 م بينما قياسات ال SP أجريت بتباعد 120 م .
أقل قيمة  من بيانات القطاع الأفقي لوحظت فوق مركز الحقل الجيوثيرمالي حيث كان سمك طبقة ال 2-6.5 Ω هو الأكبر.الارتفاع في قيم  عند تباعدات الالكترود لأعلى يفسر في ضوء وجود طبقة عميقة عالية المقاومة " بخارية" تحت طبقة أقرب قليلة المقاومة. قياسات ال SP أعطت الشاذة الموجبة الواضحة فوق المنطقة الحرارية ، والتي يمكن تفسيرها باعتبارها مياه متحركة للأعلى بفعل حركة الحمل الحراري بواسطة المصدر الحراري العميق.
قياسات ال IP أخذت في نطاق تردد  عند 0.1 و 1 Hz ، ورسم تأثير التردد النسبي على مقياس لوغاريثمي. الزيادة النسبية في تأثير ال IP في منطقة الحدود الشمالية الغربية للمنطقة الحرارية ربما حدث بسبب كمية زائدة من البايريت المبعثر التي ترسبت بواسطة تدوير المياه الحارة. هذا تم تدعيمه من خلال البيانات المعدنية للبئر Y-11  التي أظهرت أن البايريت يتواجد بدءاً من عمق 15 م  الى أسفل البئر عند 106م. حقيقة أن تباعدات الالكترودات الكبيرة "300 م" تعطي شاذة IP أكبر يعني أن البايريت وتوزيعه يزداد مع العمق عند حدود المنطقة الحرارية.
لقد تم الابلاغ عن شواذ SP تتراوح سعتها بين 50 ميللي فولت الى أكثر من 2 فولت على مسافات تتراوح بين 100 م الى بضعة كيلومترات فوق دزينة من المناطق الجيوثيرمالية. مثال على شاذة ال SP  تلك المتعلقة بالنشاط الجيوثيرمالي في منطقة ينابيع روزفيلت الحارة في يوتا والتي تم مناقشتها سابقاً في الفصل السادس  Corwin and Hoover 1979. حيث تم مراجعتها وتقييم تطبيق طريقة الSP  في الاستكشاف الجيوثيرمالي.طبقاً للمؤلفين فإن أكثر الاستخدامات الواعدة لمسوحات ال SP في المناطق الجيوثيرمالية يكون في تحديد وتتبع الصدوع التي تتحكم في تدفق السوائل الحارة. أشد الانخفاضات في شواذ ال SP عادة ما تكون مرتبطة بمناطق التصدع المحتوية على سوائل حرارية بينما شواذ ال SP الواضحة والناعمة نسبياً تضاهى بالكاد مع مناطق التدفق الحراري العالي.
فائدة الطرق الكهرومغناطيسية للاستكشاف الجيوثيرمالي اثبتت في عدد من المناطق ويمكن أن تعطى الأفضلية في الحالات التي يتعذر فيها استخدام طرق المقاومة بنجاعة ، على سبيل المثال في المناطق ذات التراكيب السطحية العالية المقاومة. الميزة الأخرى  هي امكانية تغيير اختراق العمق بتعديل تردد الاشارة بدون تغيير اعدادات الشكل الهندسي للحقل. استعراض لتطبيقات الطرق الكهربية والكهرومغناطيسية في الاستكشاف الجيوثيرمالي يوجد فيKeller (1971) , Keller and Rapolla (1974).

الاثنين، 14 يناير 2013

الدرس 25: المسوحات الاشعاعية

الدرس 25: المسوحات الاشعاعية:
كما تختلف الصخور في كثافتها وصفاتها المغناطيسية  فانها تختلف اختلافاً كبيراً في محتواها من العناصر الاشعاعية، وهذا الإختلاف هو أساس الطريقة السلبية الثالثة للاستكشاف الجيوفيزيائي وفيها يقاس الاشعاع الطبيعي في مسوحات أرضية أو جوية.
بالرغم من أن كثيراً من العناصر مشعة طبيعياً ، فإن ثلاثة عناصر تساهم بشكل كبير في المجال الاشعاعي المقاس. تلك هي اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم ،  أو على وجه الدقة النظير المشع للبوتاسيوم K40 الذي يوجد بنسبة 0.01% من التواجد الطبيعي للبوتاسيوم. التحلل الاشعاعي لل K40  بسيط نسبياً ، وينتج عنه اما التحول الى نظير الكالسيوم بنفس الكتلة وذلك باخراج الكترون "أو جسيم بيتا" واما بتكوين الأرجون Ar40  باضافة الكترون والاخراج المتزامن لفوتون شعاع جاما ذو الطاقة الثابتة 1.46 MeV. عمليتا التحلل تلك تحدثان بمعدل ثابت يدعى معدل التفرع.
اشعاعية اليورانيوم والثوريوم أكثر تعقيداً، نظراً لأن كلاً منهما يتحلل الى آخر الذي يكون هو نفسه غير مستقر وتتكرر العملية لتعطي ثلاث سلاسل تحلل اشعاعي ( يوجد نوعان طبيعيا الوجود من نظائر اليورانيوم) كل منها تنتهي بأحد النظائر المستقرة للرصاص. الشعاع المنبعث في كل سلسلة يشمل جسيمات الفا (نويات هيليوم عالية الطاقة) وأيضاً جسيمات بيتا وأشعة جاما بطاقات مختلفة.
الجسيمات المشحونة المكونة لأشعة الفا وبيتا تفقد الطاقة بسرعة خلال مرورها عبر تأيينها، وبالتالي يبلغ مداها مليمترات أو أقل في المواد الصلبة. وحتى في الهواء فإن مدى أشعة بيتا أقل من متر ومدى أشعة جاما أقل بكثير وبالتالي فليس لهما قيمة حقيقية في التنقيب. اشعاع جاما من ناحية أخرى هو ببساطة اشعاع كهرومغناطيسي ذو موجات قصيرة يفقد طاقة أقل بالتأين ولهذا لها مدى أكبر يبلغ 100 متر في الهواء ، ولهذا فإن التغيرات في اشعاعية السطح يمكن أن تقاس من طائرة منخفضة الارتفاع. مع ذلك فان الاشعاع المقاس هو اشعاع جاما السطحي نظراً لأنه حتى ذلك النوع من الاشعاع لا يستطيع اختراق أكثر من متر واحد من الصخور.
شعاع جاما يقاس عادة بمقياس الوميض ، الذي يتكون من بلورة ( يوديد الصوديوم المنشط مع الثاليوم) تستجيب لامتصاص فوتون أشعة جاما باخراج ومضة من الضوء المرئي. هذا الوميض يحول الى نبضة كهربية بواسطة جهاز المضاعف الضوئي وسعة النبضة تكون متناسبة مع طاقة الفوتون جاما. معدل تسجيل النبضات يعتمد على شدة فيض أشعة جاما وعلى حجم البلورة المعترضة لها. الشدة بدورها تعتمد على الزاوية المجسمة التي يصنعها المصدر مع المتحسس، بحيث أن قياس المصادرالاشعاعية  المحلية أو الضعيفة  من الجو يحتاج الى بلورة كبيرة لمقياس الوميض ، ذات قطر يقدر بعدة عشرات من السنتيمترات. النبضات يؤخذ متوسطها خلال فترة قصيرة من الزمن كافية لتنعيم التقلبات الاحصائية ومعدل العد يسجل على شريط رسم بياني  وغالباً رقمياً ، كما في المسوحات المغناطيسية الجوية، التي تجرى عادة في نفس الوقت مع المسح الاشعاعي للمساعدة في تفسير كليهما. موضع الطائرة بالطبع يراقب بالتصوير مثل كل المسوحات الجوية.
شواذ اشعاعية  مثيرة للاهتمام سجلت من الجو ويمكن تتبعها على الأرض بالأجهزة المحمولة باستخدام بلورات أصغر. كلاً من مقاييس الوميض الجوية والمحمولة عادة تقرن الآن بمقاييس طيف لأشعة جاما التي تصنف النبضات الكهربية القادمة من المضاعف الضوئي تبعاً لسعتها الى ثلاثة أو أكثر قبل التسجيل المنفصل لمعدل وصول نبضات كل نطاق سعة. نظراً لأن سعة النبضة تعتمد على طاقة أشعة جاما فان قنوات مقياس الطيف المختلفة مرتبطة بحزم الطاقة المختلفة، ويمكن أن يتم اختيار أن معدلات الوصول المسجلة هي تلك المرتبطة باشعاع اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم بالترتيب، بالرغم من أن تعقيد طيف أشعة جاما لليورانيوم والثوريوم يجعل الفصل الكامل مستحيل.
حتى مع وجود معلومات اضافية من خلال مقياس الطيف فان تفسير المسوحات الاشعاعية يظل في أحسن الحالات نصف كمي. الارتفاعات والانخفاضات لأشعة جاما المقاسة لها علاقة بمناطق ذات صخور أكثر أو أقل اشعاعية بالقرب من سطح الأرض. الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تساهم فيها المواد المشعة المدفونة على عمق أكثر من متر أو متران في النشاط الاشعاعي هي بواسطة الانتقال الى السطح ، على سبيل المثال غاز الرادون الذي يتكون كمنتج وسطي في تحلل اليورانيوم والثوريوم. صغر النشاط المسجل يمكن أن يكون نتيجة لزيادة سمك الغطاء الصخري أكثر من التغير في طبقة الصخر نفسها وبالمثل الزيادة يمكن أن تدلل على مناطق مثل منطقة الصدع حيث يسهل انتقال الرادون الى أعلى.
فقط الاشعاع العالي يظهر بواسطة خامات اليورانيوم والثوريوم والتي هي واحدة من الأهداف الرئيسية للمسوحات الاشعاعية. مع ذلك فإن الطريقة أيضاً تستخدم للمساعدة في رسم الخرائط الجيولوجية وبالذات في مناطق القاعدة حيث الصخور الجرانيتية يمكن غالباً أن تميز عن الأخرى التي تحتوي على فلسبار بوتاسيومي أقل. الصخور الرسوبية باستثناء المتبخرات الغنية بالبوتاس هي قليلة الاشعاع ولكن الحدود بين الحجر الرملي والطفل الأكثر اشعاعاً يمكن تمييزها.

الدرس 24: السجلات الجيوفيزيائية للآبار



الدرس 24: السجلات الجيوفيزيائية للآبار:
انه من الصعب أن نشدد التأكيد على أهمية التحكم في تفسير المسح الجيوفيزيائي باستخدام كافة المعلومات الجيولوجية وبالذات أي سجلات للآبار في المنطقة. سجلات الآبار تلك أو السجلات الجيولوجية يمكن أن تكون أقل من كافية ما لم تحفر البئر أو تم عمل ملاحظة دقيقة للفتات الذى يرفعه سائل الحفر الى السطح . السجل الجيوفيزيائي للصفات الطبيعية الذي يتم الحصول عليه عبر اجراء المسح الجيوفيزيائي الى أسفل الحفرة بالتأكيد سيزيد كثيراً من أهمية البئر للمفسر الجيوفيزيائي ويستخدم أيضاً بطريقة نوعية بحتة في مقارنة الطبقات التي تظهر أنماط يمكن التعرف عليها من الصفات من بئر الى آخر. التسجيلات المماثلة وجد أن لها أهمية مماثلة في تقدير خواص الخزان " المسامية ، المحتوى السائل ، النفاذية النسبية " وذلك للتكوينات الحاملة للنفط وخزانات المياه الجوفية. التسجيلات الجيوفيزيائية استخدمت أيضاً في المناجم وهندسة الأساسات ولكن بشكل أقل من تقييم الخزان. فيما بعد فان قياسات أخرى أجريت على حرارة ومقاومة ومعدل حركة سائل الآبار. سجلات السائل تلك أو سجلات الإنتاج لن نأخذها بعين الاعتبار هنا.
كل التسجيلات تجري بانزال متحسس أو مسبار بكابل متعدد القلوب وتسجيل مخرجاته (عادة في رحلة العودة) على مسجل يوجد على السطح برسم بياني محكوماً بكابل الرافعة. قياسات عديدة يمكن أخذها في نفس اللحظة باستخدام مسجل متعدد القنوات، ومن الشائع الآن أخذ سجل كامل على شريط رقمي لاجراء معالجات تالية. المسابير يمكن أن تبلغ عدة أمتار طولاً وقطر مناسب لأقطار الآبار الشائعة ويتراوح بين 0.1 -0.5 م. يمكن أن تكون حرة الحركة من جانب لآخر في الحفرة أو من الممكن أن تكون مثبتة في مركزها لتسهيل التفسير ، وفي بعض الحالات فإن المتحسسات تحمل على منصات ذات زنبركات تضغط على جدران البئر.
معدات التسجيل لآبار البترول ذات الأعماق التي تبلغ عدة كيلومترات بطبيعة الحال أكبر حجماً من تلك القادرة على القياس في آبار المياه التي تبلغ بضعة مئات من الأمتار ، والطرق الأغلى والأكثر تطوراً لازالت محصورة في استكشاف البترول. على أي حال فإن أهمية سجلات الآبار في تقييم المياه الجوفية تتزايد ، وإجراءات التفسير تم ملاءمتها للتعاطي مع المشاكل المميزة للخزانات الجوفية.
بالإضافة إلى الأدوات التي تقيس الخواص الطبيعية للتراكيب المخترقة ، فإن المسابير متاحة قياس متغيرات الحفرة نفسها وبالذات قطرها من خلال مجس قطر البئر وبعدها عن الرأسي من خلال مسبار مسح البئر. قطر البئر يمكن أن يزيد عن ذلك الذي عند فتحة الحفرة "تجوف" عندما نواجه تراكيب هشة " غالباً وليس دائماً الطفل" ، والقطر يجب أن يعرف من أجل التفسير الكمي للتسجيلات. الميل عن الرأسي يجب أن يعرف بالطبع لو احتيج الى رسم دقيق للنتائج.
قراءات أي جهاز تسجيلات تتأثر ليس فقط بخواص التركيب عند مستوى المسبار ، ولكن أيضاً بالتراكيب فوقها وتحتها " ما لم يكن التركيب سميكاً جداً، وبالمائع في حفرة البئر نفسها. هذا المائع في بعض الآبار الضحلة يمكن أن يكون الهواء ولكن في الأغلب اما أن يكون ماء (في بعض آبار الماء) أو وحل الحفر من الطين المتميع بالهز المعلق في ماء عذب أو مالح أو حتى نفط. مقاومة وحل الحفر لهذا تختلف بشكل كبير من بئر لآخر ، ولكنها بشكل عام أعلى من تلك التي لماء التركيب في آبار النفط ومقارب لتلك التي في آبار الماء.عندما يخترق البئر تكوين نفاذ وتكون كثافة الوحل كافية لجعل الضغط في الحفرة أكبر منه في التركيب تتكون منطقة توغل بحيث يتم ازاحة مائع التركيب من قبل الوحل الراشح. الطين المعلق في الوحل  يتم ترشيحه خلال التغلغل مكوناً كعكة وحلية على جدران البئر. وجود كتلة الوحل - التي من الممكن أن تكون سميكة كفاية ليتم تحديدها بواسطة سجل قطر البئر- يعتبر دليلاً على النفاذية ولكن ليس على مقداره.


الثلاثاء، 1 يناير 2013

الدرس 23: الطرق المغنوأرضية



الدرس 23: الطرق المغنوأرضية
انه من المعروف منذ زمن وجود تيارات طبيعية تنتشر خلال الأرض محلياً واقليمياً. التيارات الطبيعية المحلية يمكن أن تنتج كما ناقشنا سابقاً من عوامل كهر وكيميائية ، جوية أو من صنع الإنسان في حين أن ما يطلق عليها تيارات أرضية " تيلورية" تنتشر خلال العالم كله. اتجاه وشدة التيارات التيلورية عند نقطة ما يختلف بحسب الزمن ، لكن عند أي لحظة محددة فان التيارات لها نفس الاتجاه تقريباً فوق مساحة واسعة. تردد التيارات يضمن اختراق عمق عظيم لسطح الأرض. علاوة على ذلك  فالتأثيرات الناجمة عن ظاهرة محلية أو مناطق عدم تجانس نسبتها ضئيلة عند المقارنة مع التغيرات الكهرومغناطيسية الطبيعية. التيارات التيلورية تلك يعتقد أن أصلها فلكي وتكون مشيطة بالذات خلال بداية العواصف المغناطيسية.
بمصطلحات بسيطة نستطيع أن نفترض أن الرياح الشمسية -والتي هي جسيمات تنفصل من الشمس أو البلازما الشمسية -تضرب المجال المغناطيسي الخارجي للأرض بسرعة 300 – 800 كم/ث. هذا يؤدي إلى تشوه الخطوط المغناطيسية الشبه اهليليجية الأخرى للقوة . من المعروف جيداً كما هو الحال في الكواكب الأخرى " عطارد مثلاً" ان خطوط القوة للمجال الأرضي تتوسع أبعد من الكوكب نفسه في الجانب البعيد عن الشمس. الموجات الصادمة انشأت بواسطة تأثير المواد الشمسية وكنتيجة لذلك فإن موجات هيدرومغناطيسية تسافر وتتفاعل مع صفائح تيارات الأيونوسفير. وبالتالي تنتج الموجات الكهرومغناطيسية. تلك الموجات تنتشر بتوهين قليل لمسافات واسعة بين سطح الأرض والأيونوسفير الذي يتراوح ارتفاعه بين 40 -140 كم. الأيونوسفير يتأين بثبات بالأشعة الفوق بنفسجية وأشعة جاما من الشمس. بالاضافة الى ذلك بجانب التغيرات اليومية المعتادة في الأيونوسفير " التيارات عادة تزيد وتقل بحسب الوقت من اليوم" فإن كل هيجان للمادة الشمسية على الشمس – على سبيل المثال كنتيجة للبقع الشمسية – يؤدي الى تشويش قوي للتيارات في الأيونوسفير (عاصفة شمسية).
دعونا نتخيل أن ثوران الموجة الصادمة من مجال الأرض المغناطيسي  يبدو كاندفاع ديراكي "Dirac" . سوف نستخدم X(t) لتمثيلها. الأيونوسفير يتصرف على نحو ما كمرشح وسوف يمثل بالدالة   K(t). الناتج " مثلاً التشويش المنبعث الآن بواسطة الأيونوسفير" هو حاصل ضرب X(t) في K(t) ونظراً لأن عمليات كثيرة متراكبة فإن النتيجة النهائية تصبح:
  = 




المقاومة ρ والنسبة  أو  . هذه النسبة تسمى معاوقة وهي مهمة في تقييم وتفسير القياسات المغنوتيلورية. وهكذا فإن ρ يمكن أن تحدد من تلك القيم ،لتردد معين  ، وثابت نفاذية المادة .
حيث Y هي المعاوقة ،  هي الموصلية  ( وهي  من المقاومة الظاهرية ) ، و T هي الفترة (1/التردد) . لو كانت القاعة عازلة مثالية وكانت الطبقات التي تعلوها ذات موصلية  ،تختلف بوضوح عن تلك التي للقاعدة فان هذا يميل الى القيمة النهائية :
هذا مماثل لحالة الطبقتين حيث  s= تمثل الطبقة الأولى (  = سمك الطبقات ) . s هي موصلية الطبقات الرسوبية ويمكن تحديدها من المعاوقة . من خلال قيم s عند نقاط كثيرة يمكن رسم الخرائط المغنوتيلورية .من ثم تصبح s قطاع نوعي لتضاريس الحدود العليا لقاعدة المتبلرة بشكل مماثل لحالة منحنى  ، أي أن المنحنيات يمكن أن تقود لتمثيل التركيب التحت سطحي . القاعدة المتبلرة تبدو هنا كمستوى جيولوجي مميز لأنه عموماً على حدودها العليا يوجد تغير ملحوظ في الموصلية (أي المقاومة الكهربية).
هذه العلاقة صحيحة فقط للحالة المثالية لمنطقة متجانسة ، وبالتالي فإن المصطلح المقاومة الظاهرية  يستخدم لقياسات الأرض . عندما يكون ما تحت السطح في طبقات كما هو الحال في الطبيعة فانه من الضروري أن نمضي خطوة واحدة للأمام في الزمن وأن نبحث أولاً عن حل للطبقة الأولى. بنفس الطريقة يتم ايجاد حل للطبقة الثانية . ثم يجب أن نصحح شروط الحدود عند مناطق التماس ( بقدر ما تبقى القيم والموصلية ثابتة). بالطبع عند الترددات العالية فإن الطبقة الثانيى لا تعطى أهمية. الأرقام التالية تعطي فكرة عن عمق الإختراق: لتردد 0.1 هيرتز نتوقع عمق اختراق 1.6 كم ، لتردد  هيرتز عمق الاختراق سيكون حوالي 25 كيلومتر. عمق الاختراق يحدد بواسطة اختزال السعة ل  من قيمة السطح.
الطرق المغنوتيلورية لها مميزات كثيرة عن الطرق الكهربية العادية ، انها تخلصنا من مصدر التيار والأسلاك الموصلة ويمكن أن تخترق لأبعاد أكبر بكثير من طرق المقاومة العادية. القياسات المغنوتيلورية لهذا غالباً ما تطبق في مشكلات استثنائية ، على سبيل المثال سبر الأعماق ، أو كطريقة مساعدة في تفسير القياسات الزلزالية رديئة الجودة أو كطريقة أولى بالاشتراك مع القياسات الجاذبية والمغناطيسية في استكشاف الأحواض الرسوبية الغير معروفة.