تعبیر و تفسیر و ارائه مقاطع رسانندگی- عمق داده‌های الکترومغناطیس هلیکوپتری حوزه فرکانس در منطقه کلاته رشم

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری ۱۳ اسفند ۱۳۸۶

چکیده :
امروزه برداشتهای الکترومغناطیسی و بخصوص الکترومغناطیس هوایی با توجه به دارا بودن مزایای قابل توجه از جمله سرعت بالا و هزینه پایین آنها نسبت به سایر روشهای ژئوفیزیکی از اهمیت و محبوبیت خاصی برخوردارند. در این میان دقت و قدرت تفکیک برداشتهای الکترومغناطیس هلیکوپترى در مقایسه با روشهای الکترومغناطیس هوایی دیگر عموماً بالاتر است. در روش الکترومغناطیس هلیکوپترى حوزه فرکانس، برداشت داده‌ها با استفاده از آرایش‌هاى پیچه‌ای و فرکانس‌های مختلف انجام و نتایج به صورتهای مختلف از جمله مقاطع رسانندگى- عمق نشان داده مى‌شوند. یکی از روشهای انجام این کار که در این مقاله بدان پرداخته مى‌شود، بکارگیری روش تصویرسازى رسانندگى-عمق یا CDI بر روی داده‌ها پس از تبدیل آنها به حوزه زمان است. در این روش، سیگنال‌هاى اندازه‌گیرى شده با استفاده از یک تبدیل ساده و سریع به صورت تصویرى از توزیع قائم رسانندگى زمین در ‌آمده و نتایجى مشابه با یک روش معکوس‌سازى لایه‌اى هموار (که معمولاً دشوار و کند است) را ارائه مى‌دهند. تفسیر مقاطع CDI داده‌های الکترومغناطیس هلیکوپترى برداشت شده در منطقه کلاته – رشم دامغان، که به کمک نرم‌افزارEMFlow  تهیه و در این مقاله ارائه شده‌اند، نشان مى‌دهد که عمق اکتشاف بر روی نواحى رسانا بشدت افت مى‌کند. برای کاهش خطاهای مقاطع CDI نسبت به حالت زمین واقعی از روش‌هاى وزن‌دهى به شیوه خاصی استفاده مى‌شود. 

داریوش شکری، دانشجوی کارشناسی‌‌ارشد ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود،dariush_shokri@yahoo.com
علیرضا عرب امیری، دانشجوی دکتری مهندسی اکتشاف معدن، دانشگاه صنعتی شاهرود،aamiri@gsi.ir
ابوالقاسم کامکار روحانی، دکتری ژئوفیزیک اکتشافی، دانشگاه صنعتی شاهرود، kamkarr@yahoo.com
علی مرادزاده، دکتری ژئوفیزیک اکتشافی، دانشگاه صنعتی شاهرود،Moradzadeh@shahroodut.ac.ir
محمد رضا اخوان‌اقدم، کارشناسی ارشد پترولوژی، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مقدمه:
سیستم‌های الکترومغناطیس هلیکوپتری حوزه فرکانس دارای چندین فرکانس در محدوده کمتر از 400 هرتز تا بالای 140 کیلو هرتز و با آرایش‌های پیچه ای فرستنده و گیرنده در جهات مختلف هم‌صفحه افقی ((HCP و هم‌محور قائم (VCX) هستند. به علت تنوع زیاد داده‌ها، مقادیر اندازه‌گیری شده در این سیستم‌ها به شکل گسترده‌ای مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند و به صور مختلف نیز نشان داده می‌شوند. یکی از این صور ارائه نتایج، مقاطع رسانندگی- عمق است. اما چندین روش برای تهیه مقاطع رسانندگی– عمق وجود دارد که از این میان می‌توان به روش‌های SVD ( هوانگ و پالاکی، 1991 )، روش اکام (کانستیبل و همکاران 1987)، روش سنگپیل و روش CDI (مکنا و لامونتیج 1987، ولفگرام و کارلیک 1995 ) اشاره نمود [1].
به طور کلی با کاهش فرکانس سیستم شارش جریان‌های گردابی در عمق‌های بیشتری انجام می‌شود و برعکس. همچنین می‌توان بیان نمود که هر فرکانس سیستم، مقاومت‌ویژه مربوط به عمق خاصی را اندازه‌گیری می‌نماید، که جریان در آن شارش داشته است. لذا از این خاصیت می‌توان در ترسیم تغییرات رسانندگی  (عکس مقاومت‌ویژه ()) نسبت به عمق بهره برد [2].
اما در یک زمین همگن، شارش جریان به شکل حلقه‌هایی صورت می‌گیرد؛ که عمق مرکز این حلقه‌ها (یا بیشترین شدت جریان در زمین) تقریبا برابر با نصف عمق پوسته است. البته مقدار عمق پوسته از رابطه زیر بدست می‌آید [2]:
(1)                                                                                                    
در این رابطه، SD عمق پوسته (Skin Depth)،  مقاومت‌ویژه و  فرکانس سیستم اندازه‌گیری است. برای هر فرکانس عمق حلقه جریان متفاوت است و این عمق اغلب عمق ماکزیمم حساسیت آن فرکانس فرض می‌شود. واضح است که با افزایش مقاومت‌ویژه یا کاهش فرکانس، عمق پوسته افزایش می‌یابد.
در یک زمین لایه‌ای، با لایه‌های دارای مقاومت‌ویژه مختلف، الگوی شارش جریان پیچیده‌تر است. در این مناطق شارش جریان‌ تمایل به تمرکز بیشتر در لایه‌های رسانا و تمرکز کمتر در لایه‌های مقاوم دارد. این موضوع علت اصلی مشکلات موجود برای اکتشاف لایه‌های مقاوم با این برداشت‌هاست. مگر اینکه لایه‌های مقاوم خیلی ضخیم باشند. در این حالت جریان‌های گردابی مربوط به فرکانس‌های بالا در لبه بالایی لایه مقاوم و جریان‌های مربوط به فرکانس‌های کم در لبه پایینی لایه مقاوم قرار می‌گیرند. اما برای یک لایه خیلی رسانا، جریان‌های گردابی تمام فرکانس‌ها ممکن است در همین لایه رسانا متمرکز شوند.
علاوه بر موارد فوق، هنگامی که مقاومت‌ویژه سنگ میزبان به طور جانبی تغییر می‌کند، پاسخ دریافت شده در امتداد داده‌ها تغییر می‌کند و این تغییرات می‌تواند باعث محو پاسخ‌های کوچکتر مربوط به رساناهای عمیق‌تر شود. همچنین، عمق اکتشاف به مقدار زیادی وابسته به هندسه میدان‌های مغناطیسی اولیه و ثانویه است.
اما روش تصویرسازی رسانندگی-عمق (CDI) تبدیلی است که در آن سیگنال‌های اندازه‌گیری شده به صورت تصویری از توزیع قائم رسانندگی زمین در می‌آید و نتایجی مشابه با یک روش معکوس‌سازی لایه‌ای هموار را ایجاد می‌نماید [2]. در این روش، مقطعی از لایه‌های با ضخامت ثابت به دست می‌آید؛ به طوری که امکان برقراری یک تناظر یک به یک بین لایه‌های نشان داده شده در مقطع CDI با لایه‌های زمین واقعی ممکن نیست. روش CDI سریع‌‌تر از روش‌های معکوس نیز می‌باشد. لازم به ذکر است که در نتیجه تبدیل داده‌های حوزه فرکانس به حوزه زمان در روش CDI، ممکن است که نتایجی دور از واقع حاصل شوند. لذا در انجام این روش نیازمند داده‌های با کیفیت بالایی هستیم.
بحث :
 
در این مقاله بمنظور تهیه مقاطع CDI از داده‌های الکترومغناطیس هلیکوپتری برداشت شده در منطقه کلاته – رشم واقع در 120 کیلومتری جنوب شهر دامغان استفاده شده است. در این پروژه که برداشت داده‌های آن توسط سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور انجام شده، خطوط پرواز امتدادی برابر E 31.5 N و فواصلی برابر 400 متر داشته‌اند. سیستم برداشت  (Aerodat)و پنج فرکانس برداشتی برای پیچه‌های هم‌صفحه افقی 875 ،4920 و 33000 هرتز و برای پیچه‌های هم‌محور قائم 927 و 4490 هرتز بوده است.
به طور کلی زمین‌شناسی ناحیه برداشت شامل واحدهای کربناته دگرگون شده پیش از کرتاسه و واحدهای آتشفشانی- نفوذی ترشیاری می‌باشند. وجود آنومالی‌های شدت مغناطیسی بالا در این منطقه نیز شاهدی بر وجود واحدهای آندزیتی- داسیتی، توف‌های آتشفشانی و بازالت‌های دگرگون است. مقادیر مقاومت‌ویژه به دست آمده برای این واحدها در یک گستره 400 تا بیش از 10000 اهم- متر متغیر است.
برای تهیه مقاطع مورد نیاز ابتدا یک فایل توصیفی بوسیله برنامه  CRCAMETیکی از نرم‌افزارهای شرکت Encom، برای تعریف هندسه سیستم و رابطه فرستنده- گیرنده، شکل موج ارسالی، فرکانس‌های سیستم و تعریف فرمت داده‌های ورودی برای نرم‌افزار EMFlow تهیه شد. این مرحله برای اجرای یک پردازش صحیح ضروری است و هرگونه تعریف نامناسب منجر به نتایج پردازش نادرست خواهد شد.
پس از تهیه فایل مذکور، با استفاده از نرم‌افزارEMFlow  داده‌های حوزه فرکانس ورودی به داده‌های حوزه دامنه- زمان (Tau Domain) تبدیل می‌شوند که این کار با انجام یک فرایند واپیچش (Deconvolution) انجام می‌شود. لازم به ذکر است که پیش از انجام این فرایند نیازمند به تعریف یک سری تابع پایه (Basis Function) هستیم. این توابع پس از ترکیب با داده‌های موجود، داده‌هایی را برای جهت واپیچش آماده‌سازی می‌نمایند. این داده‌ها دارای کمترین وابستگی به سیستم برداشت هستند و نتیجه بهره‌مندی از آنها تولید یک مقطع CDI مطمئن‌تر خواهد بود. در انتها مقاطع CDI از روی داده‌های حوزه دامنه- زمان به دست می‌آیند [3].
به طور کلی مقادیر مقاومت‌وی‍ژه در منطقه برداشت خیلی زیاد است و در بازه کمتر از چند صد اهم‌متر تا بالای چند هزار اهم‌متر متغیر است. که این مقادیر بالای مقاومت‌وی‍ژه به طور معمول باعث تولید سیگنال‌های خیلی کم در فرکانس‌های پایین (875 هرتز ) می‌شوند. اگر چه پاسخ‌های خیلی قوی این فرکانس‌ها نیز در بالای مناطق کانی‌سازی شده و زون‌های رسانا قابل مشاهده است.
تفسیر مقاطع CDI:
به طور کلی، ماکزیمم عمق اکتشاف برای سیستم مورد استفاده، به طور تئوری در حدود 150 متر و کمتر از آن تخمین زده می‌شود [4]. با این وجود عمق اکتشاف این سیستم به مقدار خیلی زیادی در بالای نواحی رسانا کاهش می‌یابد و ممکن است حتی به کمتر از 50 متر نیز در این نواحی برسد. اما عمق واقعی اکتشاف تعیین شده با تبدیلات رسانندگی– عمق باز هم کمتر از این مقدار است. که این موضوع ناشی از مشکلات کیفی موجود در داده‌هاست. به عنوان مثال، مقطع CDI مربوط به خط پرواز 6 (شکل 1) به خوبی این موضوع را نشان می‌دهد. در این شکل نواحی رسانا باعث کنترل عمق اکتشاف سیستم شده‌اند. همانطور که در این شکل دیده می‌شود، در قسمت‌های مرکزی مقطع، به دلیل قرارگیری واحدهای رسانا در سطح زمین، عمق اکتشاف به مقدار زیادی کاهش یافته و در حدود 50 متر و کمتر است. در سایر نواحی بسته به قرارگیری واحدهای رسانا در اعماق مختلف، عمق اکتشاف سیستم متغیر است. در نهایت حداکثر عمق مورد بررسی در این پروفیل، در قسمت شمال‌شرق (سمت چپ مقطع) و حدود 140 تا 150 متر است.
در قسمت مرکزی همین مقطع نیز واحدهای رسانا قرار دارند که تا عمقی حدود 50 متر قابل تشخیص هستند. احتمالاً این نواحی رسانا مربوط به کربنات‌های دگرگون شده کرتاسه هستند که بعضاً دارای کانی‌سازی مس، سرب، روی و در برخی مناطق طلا می‌باشند. بر روی این واحدهای کربناته، تشکیلات مقاوم‌تری نیز قرار گرفته‌اند که ممکن است مربوط به واحدهای آتشفشانی– نفوذی ترشیاری و رسوبات کواترنری باشند. از روی مقطع حاصل به وضوح دیده می‌شود که واحدهای مقاومی نیز در اعماق 120 تا 130 متر و در جنوب غرب ( سمت راست مقطع) و حتی عمق 40 تا 50 متری شمال شرقی ناحیه نیز وجود دارند. همچنین مشاهده می‌شود که لایه‌های مقاوم واقع در بخش جنوب‌غربی دارای شیب بیشتری نسبت به بخش شمال‌شرق هستند؛ که این موضوع می‌تواند حاکی از وجود یک چین نامتقارن ( با روند شمال‌غرب – جنوب‌شرق) باشد. در این نواحی واحد رسانا در زیر واحدهای مقاوم قرار گرفته و شیب آن نیز در نواحی مختلف، متفاوت است. در شکل 2 که مقطع مربوط به خط پرواز شماره 10 می‌باشد نیز این موضوع عینیت دارد.
از سوی دیگر کیفیت مقاطع CDI وابسته به داده‌های هم‌سطح شده (Levelling) همفاز و ناهمفاز است. یعنی اینکه بسته به نتایج هم‌سطح سازی، مقاطع CDI نتایج مناسب یا نامطلوبی را ارائه می‌نمایند [4]. به طور کلی پاسخ‌های همفاز در فرکانس‌های پایین و در بالای زمین با محتوای مغناطیسی، ممکن است که بسیار کاهش یابد و حتی در مواردی منفی شوند ‍[3].این پاسخ‌های منفی، سطح نویز سیستم برداشت را افزایش می‌دهند که در مقایسه با قدرت سیگنال مورد انتظار در این نواحی مقاوم بیشتر است. مقاطع CDI در نواحی مقاوم مانند توده‌های آتشفشانی– نفوذی ترشیاری و برخی واحدهای کربناته ممکن است محتوی ساختارهای رسانای عمیق غیر واقعی (Artifacts) باشند؛ که این نواحی پاسخ‌های اندازه‌گیری شده خیلی نزدیک یا پایین‌تر از سطح نویز هستند. در مقطع CDI مربوط به خط پرواز شماره 7 نمونه‌ای از این نواحی رسانای مصنوعی در بخش جنوب غربی ( سمت چپ مقطع) به وضوح و در عمقی بیش از ماکزیمم عمق اکتشاف سیستم (150 متر) ایجاد شده است. این نواحی رسانا مقادیر رسانندگی محاسبه شده در نواحی کم‌عمق‌تر را نیز تحت تاثیر قرار خواهند داد. در سایر نواحی که سطح سیگنال بالاتر از سطح نویز است، نتایج CDI تولید شده به مقدار زیادی درست خواهد بود. همچنین بدلیل وجود داده‌های با کیفیت پایین، یک سری ستون‌های مقاوم (آبی رنگ) در مقطع CDI ظاهر می‌شود که در همین شکل بخوبی قابل مشاهده است.
اما با استفاده از روش‌های وزن‌دهی (Weighting) در نرم‌افزار مورد استفاده، می‌توان مقاطع حاصله را نسبت به این خطاها تا حدودی مصون نمود. به این صورت که یک فاکتور وزنی خیلی کم یا وزن صفر (Weighting out) برای پاسخ‌های مولفه همفاز کمترین فرکانس در نظر می‌گیریم تا در طی فرایند واپیچش کمترین تاثیر را بر روی محاسبات داشته باشد [4]. بنابراین در محاسبات مربوط به داده‌های خط پرواز شماره 7 ، وزن‌دهی 0.25 برای داده‌های مولفه همفاز کمترین فرکانس انجام شد؛ تا نتایج به شکل مقطع شکل 4 در آمد. همانطور که در این شکل مشاهده می‌شود؛ نواحی رسانای مصنوعی عمیق که در شکل 3 مربوط به همین خط پرواز دیده می‌شد؛ به مقدار زیادی حذف شدند. اما بدلیل سیگنال بسیار پایین در برخی نواحی مغناطیسی و مقاوم (طرفین مقطع)، یک لایه مقاوم (آبی رنگ) به صورت ضخیم در دو طرف دیده می‌شود که باعث عدم شناسایی ساختارهای موجود در این نواحی شده است [5].
نتیجه‌گیری:
 
مقاطع CDI برای داده‌های الکترومغناطیس هلیکوپتری حوزه فرکانس برداشت شده از منطقه کلاته – رشم دامغان پس از تبدیل به حوزه زمان، تهیه و مورد تفسیر قرار گرفتند. نتایج حاصله حاکی از آن است که روش CDI نسبت به روشهای معکوس‌سازی سریع‌‌تر بوده و در بسیاری موارد نتایج قابل قبولی را ارائه می‌نماید. کیفیت مقاطع CDI بدست آمده وابسته به داده‌های هم‌سطح شده همفاز و ناهمفاز است. در نواحیی که سطح سیگنال بالاتر از سطح نویز است، نتایج CDI تولید شده تا حدود زیادی درست بوده و عدم دقت یا خطا در مقاطع حاصله را می‌توان با استفاده از روش‌های وزن‌دهی به شیوه خاصی کاهش داد

کلید واژه ها: کلاتهرشم ژئوفیزیک الکترومغناطیس هلیکوپتر دامغان معکوس‌سازی فرکانس سمنان