بکارگیری روش دو آرایش متقارن نیم شلومبرگر برای اکتشاف منابع آبهای زیرزمینی در زمینهای سخت (کارست)، کانسارهای فلزی و گسلهای پنهان

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده ایرج پیروز
تاريخ برگزاری ۰۲ آبان ۱۳۸۴

ABSTRACT
A combination of DC-resistivity sounding and profilin measurements can be used to obtain the maximum information about distribution of resistivities in the earth . Combined sounding - profiling measurements with the Half - Schlumberger arrays A and B are considered . The resistivity data from such measurements can be presented as : pseudo - sections ,to emphasize the influence of the target objects.

چکیده:
در این مقاله نخست روش دو آرایش متقارن نیم شلومبرگر معرفی شده است، سپس نتایج حاصله از بکارگیری این روش جهت اکتشافات:
الف- منابع آبهای زیرزمینی در زمینهای سخت (کارست)،
ب- رگه های فلزی که بطور قائم تا نزدیک سطح زمین بالا آمده اند،
ج- گسل های قائم که در زیر آبرفت پنهان می باشند،
نشان داده شده اند. نتایج فوق الذکر نشان می دهند که توسط بکارگیری این روش می توان بیشترین و      صحیح ترین اطلاعات را از نحوه توزیع مقاومت ویژه الکتریکی در زیر سطح زمین، در اکتشافات فوق الذکر بدست آورد.
مقدمه:
الف- در مورد اکتشاف منابع آبهای زیرزمینی در زمینهای سخت (کارست):
در اثر عملکرد نیروهای تکتونیکی، گسلها و درزه ها و شکافهایی در زمین های سخت بوجود می آیند. همچنین در اثر نفوذ آب در اینگونه زمین ها و حل شدن قسمتی از زمین مذکور، حفره ها، غارها و کانالهایی در زیر سطح زمین ایجاد می شوند. آب حاصل از باران و برف، در روی این زمینها اغلب کمتر جاری می شوند، بلکه بیشتر این آبها از طریق مجاری ایجاد شده فوق الذکر در اعماق زمین تجمع نموده و در نهایت، منابع آبهای زیرزمینی را در زمین های سخت تشکیل می دهند. نظر به اینکه اینگونه آبها دارای مقاومت ویژه الکتریکی کمتری نسبت به سنگهای دربر گیرنده خود می باشند، لذا با استفاده از روش فوق الذکر می توان آنها را در زیر سطح زمین اکتشاف نمود.
ب- در مورد اکتشاف کانسارهای فلزی:
کانسارهای فلزی رگه ای که به طور قائم تا نزدیک سطح زمین بالا آمده اند را می توان با توجه به مقاومت ویژه الکتریکی کم آنها نسبت به مقاومت ویژه الکتریکی سنگهای دربر گیرنده آنها توسط روش یاد شده اکتشاف نمود.
با بکارگیری این روش می توان محل رگه مذکور را حتی اگر دارای ضخامت کمی باشد نیز بطور دقیق در زیر سطح زمین مشخص نمود.
ج- در مورد اکتشاف گسلهای پنهان:
اغلب بر روی نقشه های زمین شناسی دیده می شود که وقتی امتداد گسلهای اصلی وارد آبرفت می شوند، این امتداد به صورت خط چین نشان داده می شود. علت آن این است که تشخیص وجود و یا عدم وجود گسل در مناطق آبرفتی صاف، بدون انجام اکتشافات ژئوفیزیکی، غیرممکن می باشد. از طرفی شناخت اینگونه گسلها در نزدیکی شهرها از نظر بروز زلزله و انجام مطالعات عمرانی فوق العاده حیاتی می باشد.با استفاده از روش یاد شده می توان گسلهای مذکور را اکتشاف و حتی شیب صفحه آنها را نسبت به سطح زمین تعیین نمود.
در صورتیکه در محل خوردشدگی حاصل از عملکرد گسل، فقط هوا نفوذ نماید به علت خیلی زیاد بودن مقاومت ویژه الکتریکی هوا نسبت به سنگهای دربر گیرنده آن، مقاومت ویژه محل خورد شده در مجموع نسبت به مقاومت ویژه قسمتهای خورد نشده خیلی زیادتر می باشد ولی اگر در قسمتهای خورد شده آبی که حاوی املاح می باشد نفوذ کند، مقاومت ویژه الکتریکی در این قسمتها نسبت به مقاومت ویژه الکتریکی قسمتهای خورد نشده کاهش می یابد.
 
بحث:
معرفی روش دو آرایش متقارن نیم شلومبرگر:
توسط آرایش نیم شلومبرگر می توان هم به روش پروفیل زنی الکتریکی و هم به روش سونداژ الکتریکی     اندازه گیری نمود. همچنین می توان هر دو روش پروفیل زنی و سونداژ را تواماً انجام داد (روش ترکیب یافته از سونداژ و پروفیل زنی الکتریکی) که نتیجه کار، یک شبه مقطع قائم مقاومت ویژه الکتریکی می باشد (توسط رسم منحنی های میزان داده های اندازه گیری شده مقاومت ویژه) که در آن هم تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی بطور جانبی و هم تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی به طور عمقی دیده می شوند.
توسط بکارگیری آرایش نیم شلومبرگر A  و ترکیب نمودن روش سونداژ و پروفیل زنی، می توان        داده های مقاومت ویژه حاصله را بصورت  نشان داد.
k=1,2,3,…n,      i=1,2,3,…m
اندیس های i و k به ترتیب تغییرات مقاومت ویژه را بطور عمقی و بطور جانبی نشان می دهند. این داده ها تشکیل یک ماتریس  را می دهند. همچنین توسط بکارگیری آرایش نیم شلومبرگر    B و ترکیب نمودن روش سونداژ و پروفیل زنی، می توان داده های مقاومت ویژه حاصله را بصورت  نشان داد. این    داده ها تشکیل یک ماتریس  را می دهند. الکترودهای جریان در آرایش A  و در آرایش B همواره بطور نظیر به نظیر در امتداد خط پروفیل جابجا می شوند و نسبت به نقطه O (واقع در وسط الکترودهای اندازه گیری اختلاف پتانسیل N و M) متقارن می باشند. در حالیکه الکترود A و الکترود B هر یک در آرایش مربوطه، الکترود جریان قطب مثبت هستند، الکترود جریان قطب منفی در فاصله ای نسبتاً زیاد (بینهایت) نسبت به آنها قرار دارد. حال چنانچه از داده های  و  مطابق رابطه زیر میانگین گرفته شود:
داده های حاصله تشکیل یک ماتریس مقاومت ویژه میانگین  را می دهند که بدینوسیله می توان توسط   نرم افزارهای رایانه ای مانند Surfer شبه مقطع قائم مقاومت ویژه مربوطه را رسم نمود.
مهمترین مزیت بکارگیری روش مذکور این است که توسط این روش، منطقه مرده (منطقه کور) و آنومالیهای کاذبی که در اثر بوجود آمدن تصویر چشمه الکتریکی (که در هنگام پروفیل زنی بر روی یک فصل مشترک قائم که بین دو محیط با مقاومتهای ویژه متفاوت قرار دارد) حاصل می شوند، بطور قابل توجهی اصلاح می گردند.
 
نتیجه گیری:
الف-نتیجه به دست ‌آمده از اکتشاف منابع آبهای زیرزمینی در زمینهای سخت:
به منظور حصول اطمینان از صحت عملکرد روش فوق الذکر در رابطه با اکتشاف ‌آبهای زیرزمینی در زمینهای سخت، روش یاد شده در کنار چاه ‌آبی که در کوههای آهکی تپال (واقع در شمال شرق شاهرود - دره         کال قرنو) حفر شده است و متعلق به شرکت ذغالسنگ البرز شرقی (ذوب آهن شاهرود) می باشد به کار گرفته شد. بطوریکه از شکل PIC-1 دیده می شود امتداد خط پروفیل در امتداد کف دره (از غرب به شرق) انتخاب شده است در این شکل اطاقک مربوط به چاه آب مذکور و گسلی که بر امتداد خط پروفیل عمود می باشد دیده می شود. اثر این گسل در روی دیواره جنوبی دره یاد شده به خوبی قابل مشاهده می باشد. شبه مقطع قائم حاصل از بکارگیری این روش در امتداد خط پروفیل یاد شده، در شکل PIC-2  نشان داده شده است.
در این شبه مقطع، فلش سیاه رنگ، محل اطاقک چاه مذکور را در فاصله 60 متری از مبدا اندازه گیری نشان   می دهد. همچنین در فاصله 70  متری از مبدا اندازه گیری، محل تقاطع گسل یاد شده با امتداد خط پروفیل      می باشد. بطوریکه در این شبه مقطع دیده می شود، در محل این تقاطع، در اعماق زمین، مقاومت ویژه نسبت به سنگهای اطراف آن بطور جانبی کاهش یافته است. این کاهش مقاومت ویژه، دال بر وجود آب در شکاف این گسل می باشد.
ب-نتیجه به دست آمده از اکتشاف کانسارهای فلزی:
به منظور حصول اطمینان از صحت عملکرد روش فوق الذکر در رابطه با اکتشاف رگه های فلزی، روش یاد شده بر روی یکی از رگه های غنی معدن مس چاه موسی واقع در شمال غرب شهرستان ترود (جنوب شاهرود) بکار گرفته شد. در شکل PIC-3 ترانشه ای که در امتداد این رگه حفر شده است، توسط فلش 3 نشان داده شده است. امتدا خط پروفیل مربوط به این اندازه گیری در این شکل توسط یک خط راست ضخیم، نشان داده شده است که توسط فلش 2 مشخص شده است. این امتداد، عمود بر امتداد رگه مذکور انتخاب شده است شبه مقطع قائم مقاومت ویژه حاصل از این اندازه گیری در شکل PIC-4 نشان داده شده است. محل ترانشه یاد شده در این شبه مقطع توسط یک فلش مورب مشخص شده است در محل ترانشه، مقاومت ویژه نسبت به سنگهای اطراف آن در سطح زمین کمتر می باشد. همچنین مشاهده می گردد که در محل ترانشه، از سطح زمین تا عمق  30 متر، رگه مذکور توسط منحنی میزان 60 اهم متر مشخص شده است. موضوع جالب تر این است که در فاصله 160 متری از مبدا اندازه گیری، از عمق 12 متری از سطح زمین، رگه خالص تری نسبت به رگه مربوط به ترانشه تشخیص داده می شود که مقاومت ویژه آن 40 اهم متر می باشد.
ج-نتیجه به دست آمده از اکتشاف گسلهای پنهان:
به منظور حصول اطمینان از صحت عملکرد روش فوق الذکر در رابطه با اکتشاف گسلهای پنهان، روش یاد شده بر روی گسل دامغان بکار گرفته شد. این گسل با امتداد شرقی - غربی حدوداً از 15 کیلومتری شمال دامغان عبور می نماید و فقط در روی ارتفاعات قابل رویت می باشد. در این اندازه گیری بطوریکه در شکل PIC-5 دیده می شود امتداد خط پروفیل این اندازه گیری، عمود بر امتداد گسل مزبور انتخاب شده است. در محل   اندازه گیری سطح زمین فقط توسط آبرفتهای کواترنر پوشیده شده است که ضخامت آنها در بعضی نقاط به 1 متر می رسد. در شکل PIC-6 شبه مقطع قائم مقاومت ویژه مربوط به این اندازه گیری نشان داده شده است که در آن در فاصله 84 متری از مبدا اندازه گیری، محل تقاطع خط پروفیل با امتداد گسل را می توان تشخیص داد. بطوریکه در این شبه مقطع دیده می شود، تا قبل از فاصله 84 متری از مبدا، خطوط میزان مقاومت ویژه، در مجموع دارای یک روند افقی می باشند ولی در طرفین این فاصله، خطوط میزان روند عمودی به خود گرفته اند و متراکم شده اند با توجه به شرایط زمین شناسی اطراف گسل مزبور، می توان گفت که سنگهای با مقاومت ویژه کم که در عمق واقع بوده اند (توفهای مربوط به پالئوژن) در اثر عملکرد گسل بالا آمده و در مقابل سنگهای با مقاومت ویژه بیشتر (کنگلومرای اواخر نئوژن) قرار گرفته اند.

کلید واژه ها: شلومبرگر کارست مقاومتویژه گسل اکتشاف گسل‌پنهان‌ آبزیرزمینی ژئوفیزیک سایر موارد