مطالعات ژئوفیزیکی به طریقه VLF بر روی کانسارهای سولفیدی و منابع آب زیرزمینی

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده محمدرضا خسروی بیگی
تاريخ برگزاری ۲۷ بهمن ۱۳۷۵
با توجه به نیاز روز افزون دنیا و مخصوصاٌ کشور ایران به منابع معدنی و آبهای زیرزمینی و همچنین بروز مشکلات آبهای زیرزمینی در معادن، ضرورت اکتشاف آنها ایجاب می کند. هدف از این مجموعه بررسی یکی از روشهای ژئو فیزیکی اکتشافی به نام VLF است که در مسیر اکتشافات آبهای زیر زمینی و مواد معدنی فلزی رگه ایی و همچنین شناخت ساختارهای زیر زمینی رسانا، کمک موثری می تواند بکند.
امروزه ایستگاههای فرستنده این امواج در کشورهای مختلف جهان استقرار یافته اند و امواج VLF به شکل جریانهای نوسانی با فرکانس های بین 15 الی 30 کیلو هرتز از آنتن های این ایستگاهها در فضا منتشر می گردد. در اثر نوسان این جریان ها، میدان های مغناطیسی بصورت دوایر متحد المرکز پیرامون خط انتشار امواج شکل گرفته که این حلقه ها با سطح زمین بصورت موازی بوده و یک میدان الکتریکی نیز عمود بر این میدان مغناطیسی آن را قطع می کند. هر دو میدان مغناطیسی و الکتریکی با هم، هم فاز بوده و امواج نوسانی الکترو مغناطیسی را بوجود می آورند.
مقدمه:
اصول روشهای الکترو مغناطیسی عموماٌ برای اکتشاف کانسارهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرند. روشهای الکترو مغناطیسی (EM) بر روی اندازه گیری میدان مغناطیسی حاصل از جریانهای متناوب القا شده در زیر سطح زمین، توسط میدان اولیه پایه گذاری شده است. در اغلب این روشها میدان اولیه بوسیله عبور یک جریان متناوب از یک سیم واقع در روی زمین و یا از میان یک سیم پیچ حاصل می شود. این امواج الکترو مغناطیسی به داخل زمین نفوذ کرده و در داخل سنگهای زیر سطحی منتشر می شوند. میدان الکترو مغناطیس اولیه از سیم پیچ فرستنده به سمت سیم پیچ گیرنده منتشر می شوند. این عمل یا از بالای سطح زمین و یا از زیر زمین صورت می گیرد. جایی که سنگهای زیر سطحی هموژن و از نظر الکتریکی عایق باشند معمولاٌ هیچ گونه اختلافی بین میدان های منتشره در بالای سطح زمین و یا داخل زمین وجود نخواهد داشت و اختلاف فاز صفر است. فقط یک مقدار از شدت میدان که در داخل زمین منتشر می شود کاسته می شود. ولی در صورت هادی بودن جسم زیر سطحی نوسان های میدان حاصله از مولفه مغناطیسی میدان الکترو مغناطیسی اولیه سبب القا جریان متناوب در داخل جسم هادی خواهد شد.
روش های الکترو مغناطیسی بطور کلی به دو دسته تقسیم می شوند:
1- روش های میدان مصنوعی
2- روش های میدان طبیعی
عمل اصلی روش های الکترو مغناطیسی میدان مصنوعی، آشکار سازی توده های با هدایت الکتریکی بالا می باشد. اغلب اهداف مناسب این روش ها، توده های معدنی فلزی به خصوص توده های ماسیو سولفیدی هستند. این روشها برای شناسایی گسل ها و شکستگی ها و رگه های هادی باریک نیز بکار برده می شوند. امتیاز مهمی که این روش ها بر روش های مقاومت ویژه الکتریکی دارند، این است که احتیاج به اتصال زمینی نداشته و از طریق هوا هم قابل کاربرد است.
اندازه گیری های EM سطحی خیلی سریع تر از سایر روش های الکتریکی صورت می گیرد. از همه مهم تر این که در روش EM می توان فرستنده و گیرنده را در هواپیما تعبیه کرد.
- اصول فیزیکی VLF
وقتی که میدان الکترو مغناطیسی از فرستنده VLF از جسم هادی عبور کند، جریان القایی ثانویه در جسم ایجاد می گردد. (اصل القا) این جریان ثانویه میدان ثانویه ای تولید میکند که این میدان سعی دارد میدان اولیه را دفع (خنثی) کند.
فقط اجسام با مقاومت الکتریکی کم می توانند میدان ثانویه ایجاد کنند و اکتشاف EM را بصورت هوایی انجام داد. روش های EM هوایی بطور گسترده در اکتشاف توده های کانسنگی هادی مورد استفاده قرار می گیرند.
به منظور تولید هر نوع میدان ثانویه، جسم باید اندازه و مقاومت مشخصی داشته باشد. به طور معمول جهت انجام عمل القاء طول امتداد جسم باید بیشتر از 50 متر و عمق جسم بیش از 10 متر باشد. ضخامت جسم بین 0/5 الی 1 متر کافی است. علاوه بر این میدان فرستنده VLF باید بطور عمود از جسم بگذرد، به طور مثال جهت فرستنده در جهت استرایک جسم باشد.
- تعبیر و تفسیر یافته های VLF
تعبیر و تفسیر یافته های VLF، همانند دیگر داده های ژئو فیزیکی بطور غیر مستقیم صورت می گیرد و بستگی به اطلاعات حاصله دارد. زیرا هر چه اطلاعات به دست آمده از برداشت دارای کیفیت بهتری باشد، به همان نسبت تعبیر و تفسیر آسانتر می گردد. لذا برای کسب اطلاعات بهتر ضروری است که به مواردی مانند، طراحی نقاط برداشت، محدودیت ها و منابع خطا توجه گردد.
- تفسیر داده های VLF با استفاده از کامپیوتر:
به علت نامتقارن بودن مولفه های حقیقی و مجازی و همچنین تاثیر توپوگرافی و عوامل متعدد دیگر تفسیر منحنی های حقیقی و مجازی مشکل می باشد. به همین خاطر امروزه دستگاههای جدید VLF با استفاده از کامپیوتر وابسته به آن اطلاعات اولیه برداشت را فیلتره می نمایند. چون منحنی های فیلتر شده برای تفسیر آسانتر هستند. همچنین نرم افزارهایی تهیه شده اند که به وسیله کامپیوتر های معمولی PC، می توان چگالی جریان هم ارز داده ها را محاسبه نمود و نتایج را به صورت شبه مقطع نمایش داد.
چگونگی روش فیلتره کردن، در سال 1983 توسط کاروس و جلت منتشر گردید که چگالی جریان آن از رابطه زیر به دست می اید.
I (O)= K -0.102 H-3 + 0.059 H-2 + 0.56 H1-0.059 H2 + 0.102H3
که K بستگی به فاصله بین ایستگاهها داشته و Hn قرائت مربوط به ایستگاه n است و اندیس های منفی برای ایستگاههای پشت سر و اندیس های مثبت برای ایستگاههای واقع در جلوی سر مورد نظر و( I(O چگالی جریان در ایستگاه مورد نظر است.
ادعا می شود که خطای موجود در این فیلتر کمتر از 8% بوده و با کاربرد فیلتر برای فواصل مختلف بین نقاط (3dx,2dx,dx,…) می توان چگونگی تغییرات چگالی جریان را نسبت به عمق، مورد مطالعه قرار دارد. بدین طریق از مقطع عمقی ساختار زیر سطحی به دست می آید.
نتیجه گیری:
با توجه به مطالب فوق می توان نتایج زیر را بیان کرد:
1- به خاطر نیاز به آبهای زیر زمینی در سازند های سخت و کارستیک، این روش قادر به شناسایی زون های آبدار کم عمق در این سازند ها میباشد.
2- با این روش می توان گسل های مدفون در زیر آبرفت ها و همچنین مناطق خرد شده و زون های آبداری که در معادن می توانند مشکل آفرین باشند، شناسایی کرد.
3- این روش می تواند برای به نقشه در آوردن ساختارهای زیر زمینی کم عمق و رسانا که با سازند های اطراف خود تباین مقاومت ویژه الکتریکی دارند، مناسب باشد.
4- این روش در تشخیص یک رسانا در برابر یک عایق در اندازه های نسبتاٌ بزرگ به کار برده می شود. به این معنی اگر رسانای مدفون شده در زمین به صورت پراکنده باشد همانند سولفید های افشان و پرفیری، استفاده از این روش در تشخیص این گونه آنومالی مشکل بوده و تنها به عنوان یک روش مکمل همراه با سایر روش های ژئو فیزیکی در اکتشافات مواد معدنی از این نوع، مورد استفاده قرار می گیرد.
به عبارت دیگر تشخیص مواد معدنی به صورت توده ایی توسط روش VLF امکان پذیر بوده ولی اگر مواد معدنی به صورت پراکنده باشد این امکان وجود ندارد.

کلید واژه ها: کانسار آبزیرزمینی کارست ژئوفیزیک سایر موارد