بطور کلی ژئوفیزیک به مطالعه خصوصیات فیزیکی زمین و محیط اطراف آن میپردازد. در عمل این مطالعه به دو صورت محض و کاربردی دنبال میشود. مطالعات ژئوفیزیکی به کشف گیلبرت (1600) که میگفت زمین مانند یک مغناطیس غولپیکر عمل میکند، برمیگردد. اما اولین قدم در کاربرد این علم برای اکتشاف مواد معدنی به سال 1843 میرسد و زمانیکه فونورده از تئودولیت مغناطیسی برای اندازهگیری تغییرات میدان مغناطیسی زمین به منظور اکتشاف تودههای آهن استفاده نمود. بدنبال آن در سال 1879 پروفسور رابرت تالن با تالیف کتاب کشف ذخایر آهن بوسیله روشهای مغناطیسی قدم موثری در جهت کاربردی نمودن ژئوفیزیک اکتشافی برداشت.
پس از آن تقاضای روز افزون بازار به فلزات و افزایش بیسابقه استفاده از نفت، گاز و مشتقات آنها در ابتدای قرن بیستم منجر به توسعه بسیاری از روشهای ژئوفیزیکی شد. و در زمینه ابداع و توسعه دستگاههای ژئوفیزیکی نیز از زمان جنگ جهانی دوم پیشرفتهای بسیاری حاصل شد.
از آغاز دهه 1960 با استفاده گسترده از رایانه در پردازش و تفسیر دادههای ژئوفیزیکی، تحول عظیمی در این شاخه از دانش ایجاد شد.
از آنجا که اکثر ذخایر معدنی مدفون در زیر سطح زمین، بوسیله یک روباره پوشیده شدهاند، کشف این ذخایر به خواصی که آنها را از محیط اطراف متمایز مینماید بستگی دارد. در صورتیکه تفاوت خواص فیزیکی بین ماده معدنی و سنگ درونگیر آن وجود داشته باشد؛ میتوان از ژئوفیزیک سطحی برای کشف ماده معدنی مربوطه استفاده کرد.
با توجه به نوع خواص فیزیکی، روشهای مختلف ژئوفیزیکی ایجاد میشوند و بر این اساس روشهای ذیل شکل گرفتهاند.
· روشهای لرزهای مبتنی بر خواص الاستیک (کشسانی) سنگها در محیط مورد مطالعهاند.
· روشهای الکتریکی وابسته به خواص الکتریکی زمین مورد مطالعه میباشند.
· روشهای ثقلسنجی در ارتباط با ویژگیهای چگالی سنگها میباشند.
· روشهای مغناطیسسنجی با خواص مغناطیسپذیری سنگها در ارتباط است.
· روشهای رادیومتری با خاصیت رادیواکتیو سنگها مرتبطاند.
با کاربرد این روشها، اطلاعاتی از ساختارهای مدفون زمینشناسی بدست میآید که میتوان از آنها به صورت مستقیم یا غیر مستقیم در اکتشاف موادمعدنی، هیدروکربورها، آبهای زیرزمینی، بررسیهای مهندسی، زیستمحیطی، باستانشناسی و ... استفاده نمود.
امروزه اندازهگیریهای ژئوفیزیکی کاربرد و گسترهای بسیار وسیع یافتهاند تا حدی که در حال حاضر این مطالعات در کرات ماه و مریخ نیز انجام میشوند.
ژئوفیزیک کاربردی که عمدتاً در اکتشاف مواد معدنی، هیدروکربوری و مطالعات آبهای زیرزمینی مورد استفاده قرار میگیرد به روشهای زیر تقسیمبندی میگردند:
- روشهای ثقلسنجی
- روشهای مغناطیسسنجی
- روشهای لرزهنگاری
- روشهای الکتریک
- روشهای الکترومغناطیسی
- روشهای رادیومتری
- روشهای چاهپیمایی
- روشهای فیزیکی حرارتی و ...
ژئوفیزیک عمدتاً نشانگر ویژگیهای زمینشناسی ساختارهای مدفون همراه با ذخایر معدنی نفت، گاز و ... است.
انتخاب نوع روش یا روشهای ژئوفیزیکی در عمل به منظور موقعیتیابی یک ذخیره معدنی معین وابسته به طبیعت (خواص فیزیکی) مادهمعدنی مربوطه و نشاندهنده مستقیم حضور ماده معدنی مورد مطالعه میباشد. مثل روش مغناطیسسنجی که برای اکتشاف کانههای آهن یا نیکل کاربرد دارد.
در دیگر اوقات روش ژئوفیزیکی ممکن است نشانگر آن باشد که آیا شرایط برای تشکیل مادهمعدنی مطلوب مساعد است یا خیر؟
به عنوان مثال بهرهگیری از روش مغناطیسسنجی در اکتشاف نفت، به عنوان ابزار تعیین ضخامت رسوبات تا سنگ بستر است و مشخص نماید که آیا رسوبات به اندازه کافی ضخیم هستند که قابلیت نگهداری قابل توجه هیدروکربور را در خود دارا باشند؟
از دیدگاه دیگر، بررسیهای ژئوفیزیکی در عمل به چهار صورت زمینی، هوایی، دریایی و درون چاهی اجرا میشوند.
برداشتهای هوایی:
روشهای مغناطیس، الکترومغناطیس، رادیومتری و اخیراً ثقلسنجی هوابرد، سریعترین روشهای ژئوفیزیک اکتشافی میباشند. به ویژه اینکه این روشها برای پوشش مناطق وسیع، کمهزینهتر از روشهای زمینی هم هستند و عمدتاً در فاز پیجویی موادمعدنی کاربرد دارند. در این روش عملیات برداشت با نصب تجهیزات مناسب در داخل یا بدنبال هواپیما و بالگرد انجام میشود.
اکتشاف دقیقتر مناطق امیدبخش شناسایی شده با روشهای هوابرد، توسط روشهای ژئوفیزیک زمینی پیگیری میشود.
برداشتهای دریایی:
محیط برداشت در این بخش، محیط آبی است. هدف شناسایی ویژگیهای فیزیکی زمین زیربستر آب است. تجهیزات موردنیاز در این بخش با بخشهای دیگر تفاوتهای ساختاری اندکی دارند؛ ولی تئوری همه این روشها تقریباً یکسان است. این تجهیزات میتوانند در داخل کشتیها یا بدنبال آنها نصب گردند. عمده روشهای قابل اجرا در این محیط، روشهای لرزهنگاری، ثقلسنجی، مغناطیسسنجی، الکترومغناطیس و ... است.
برداشتهای چاهپیمایی:
در این برداشتها، تجهیزات ژئوفیزیکی در یک محفظه استوانهای به نام سوند با قطر کمتر از گمانه، توسط یک رشته کابل متصل به دستگاه اندازهگیری سر چاه (سطح زمین)، به داخل چاه (گمانه) فرستاده میشود. ثبت پیوسته خصوصیات فیزیکی سازندهای موجود در داخل گمانه از اهداف این بررسیهاست. روشهای قابل اجرا در این بخش شامل روشهای صوتی، رادیومتری (پرتو نوترون، پرتو گاما، پرتو گاماگاما و ...)، مقاومتسنجی، الکترومغناطیسالقایی و ... است.
برداشتهای زمینی:
این برداشتها روی سطح زمین توسط دستگاههای مختص این امر انجام میشود. متنوعترین برداشتهای ژئوفیزیکی در این بخش صورت میگیرد و بیش از سایر بخشها توسعه یافته است.
انواع روشهای ژئوفیزیک زمینی عبارتند از:
روش ثقلسنجی:
در این روش اندازهگیری تغییرات میدان جاذبه زمین در نقاط مختلف آن انجام میشود. با توجه به وابستگی میان میدان جاذبه و چگالی تودههای مختلف زیرسطحی، با ثبت میدان جاذبه میتوان مواد معدنی با چگالی بیشتر یا کمتر از سنگهای درونگیر آنها را کشف نمود.
این روش را میتوان در سطح زمین یا در داخل تونلهای زیرزمینی اجرا نمود. در اکتشافات هیدروکربوری این روش به همراه روش مغناطیسسنجی به عنوان یک ابزار شناسایی کاربرد دارد. اجرای این روش ارزان تر از روشهای لرزهنگاری و گران قیمتتر از سایر روشهای ژئوفیزیکی است. در مطالعات مهندسی و باستانشناسی خصوصاً برای کشف حفرههای زیرزمین کاربرد ویژه دارد.
در روش ثقلسنجی، همانند روشهای مغناطیسسنجی، رادیومتری و برخی روشهای الکتریکی، اندازهگیری میدان با چشمه طبیعی زمینی انجام میشود.
اولین بار گالیله در حدود سال 1589 تاثیر شتاب جاذبه زمین بر روی اجسام با وزنهای مختلف را کشف نمود. پس از او نیز کپلر قوانین حرکت سیارات را اثبات کرد و بدنبال او نیوتن قوانین عمومی جاذبه زمین را در سال 1685 گزارش نمود.
پییربوگر طی سالهای 45-1735 بسیاری از روابط اساسی ثقلسنجی از جمله تغییرات شتاب جاذبه با ارتفاع، عرضجغرافیایی و ... را بدست آورد.
اولین دستگاه اندازهگیری میدان جاذبه (آونگ مرکب) در سال 1817 توسط کاپیتان هنریکِیتِر ابداع شد.
در سال 1901 اولین برداشت ثقلسنجی توسط رونالدفون اوتوس روی دریاچه یخی والاتون انجام شد و به تدریج این روش مطالعاتی گسترش یافت.
اولین اکتشاف ژئوفیزیکی نفت در دسامبر سال 1922 با اندازهگیریهای ثقلسنجی در میدان نفتی اسپیندلتا اجرا شد.
روش مغناطیسسنجی:
روش مغناطیسسنجی که قدیمیترین روش ژئوفیزیک اکتشافی است؛ در اصول و حتی تعبیر و تفسیر شباهتهای بسیاری با روشهای ثقلسنجی دارد. اما به طور معمول این روش پیچیدهتر است و تغییرات میدانمغناطیسی نیز نامنظمتر و محلیتر از شتاب ثقل زمین است.
در این روش اندازهگیری تغییرات میدان مغناطیسی زمین انجام میشود. چرا که برخی از مواد مانند مگنتیت در میدان مغناطیسی زمین، آنومالیهای بالای مغناطیسی نشان میدهند. کانسارهای آهن، مسهای اسکارن، نیکل و آزبست به دلیل همراهی با کانههای مغناطیسی، با برداشتهای مغناطیسسنجی به راحتی قابل اکتشافند. حتی برخی از ژئوفیزیکدانان اکتشافی، این روش را برای اکتشاف طلای پلاسری به علت همراهی آن با ماسههای سیاه حاوی مقادیر بالای مگنتیت، توصیه میکنند.
اولین بار گیلبرت (سال 1600) پزشک مخصوص ملکه الیزابت اول در کتاب مغناطیس، مفهوم میدان مغناطیسی زمین را با تعیین جهت آن در هر نقطه از سطح زمین مشخص نمود.
در حدود سال 1640 به منظور اکتشاف آهن، در سوئد آنومالیهای محلی با اندازهگیری میدان مغناطیسی زمین شناسایی شد. در پایان قرن هفدهم استفاده از این روش مطالعاتی برای اکتشاف کانسارهای آهن امری متداول و معمول بود.
اولین مگنتومتر نسبتاً دقیق اندازهگیری میدان مغناطیسی در سال 1873 توسط پروفسور تالن ابداع شد.
روش لرزهنگاری
اساس روشهای لرزهنگاری بر این حقیقت استوار است که امواج الاستیک با سرعتهای متفاوت در لایههای مختلف زیر سطح سیر میکنند. لذا در این روشها، امواج در یک نقطه تولید شده و در یک سری نقاط دیگر، زمان رسید انرژی منعکس یا منکسره از ناپیوستگیها یا فصلمشترک لایههای مختلف اندازهگیری میشود. با استفاده از روش لرزهنگاری موقعیت و ساختار لایههای زیرسطحی مشخص میشود. مهمترین مزیت روشهای لرزهنگاری نسبت به سایر روشهای ژئوفیزیکی، این است که با بکارگیری مناسب این روش تفسیر دقیقتر و با وضوح بیشتری از ساختار زیر سطح حاصل میشود.
عمده تئوریهای لرزهای پیش از ساخت دستگاههای اندازهگیری آن شناسایی شده بود. پیش از اکتشافات لرزهای، علم زلزلهشناسی که در تئوری، شباهتهای زیادی با روش لرزهنگاری دارد؛ توسعه یافت.
در سال 1845، مالِت با ایجاد زلزلههای مصنوعی، اندازهگیری سرعت امواج لرزهای در لایههای مختلف زمین را آزمایش نمود.
در سال 1899، نات در یک مقاله علمی، تئوری مربوط به عبور امواج انعکاسی و انکساری از مرز بین لایهها را گزارش نمود.
طی جنگ جهانی اول قوای درگیر در جنگ با انجام تحقیقاتی موقعیت توپخانههای سنگین یکدیگر را با ثبت زمان رسید امواج لرزهای مشخص نمودند. اگرچه این تحقیقات خیلی موفق نبود، اما قدم موثری در توسعه لرزهنگاری اکتشافی قلمداد میشد. چراکه بر اساس نتایج تحقیقات فوقالذکر دانش فنی گسترش یافت و تجهیزات لرزهنگاری ابداع شد.
شناسایی گنبدنمکی اورچارد تگزاس در سال 1924 طی یک عملیات برداشت لرزهنگاری انکساری، اولین موفقیت عملی در کاربرد روشهای لرزهنگاری اکتشافی بود. تا سال 1930 اکثر گنبدهای نمکی کمعمق ایالت فوقالذکر با استفاده از این روش شناسایی شده بود. اما روش انعکاسی برای شناسایی سایر ساختارهای مدفون زمینشناسی مناسبتر تشخیص دادهشد.
عمده کاربرد روشهای لرزهنگاری در اکتشافات نفت این است که در این بخش این روشها بهطور وسیعی بکار گرفته میشوند. روشهای لرزهنگاری در شناسایی ساختارهای زمینشناسی بزرگ مقیاس به منظور بررسیهای ساختگاهی و پروژههای مهم مهندسی نظیر تعیین عمق سنگ کف، شناسایی ذخایر شن و ماسه، شناسایی مناطق خردشده آبدار و ... نیز کاربرد زیادی دارند.
روشهای رادیومتری:
عناصر رادیواکتیو در سنگها باعث ایجاد تشعشعات آلفا و بتا و گاما و کا-کپ مختلف میشوند. شدت و ضعف این تشعشعات بسته به نوع عنصر رادیواکتیو و مقدار آن در سنگها متغیر است. اگر بتوانیم این شدت و ضعف و نوع تشعشع را ثبت نماییم؛ مقصود که شناسایی عنصر رادیواکتیو و مقدار آن در سازند است، حاصل میشود.
در اکتشافات رادیومتری تنها ثبت اشعه گاما قابل اهمیت است؛ چرا که تشعشعات آلفا و بتا تنها با وجود پوشش نازکی از خاک، آب یا هوا قابل آشکارسازی نیستند. البته اشعه گاما نیز تنها تا چند اینچ داخل سنگ و خاک و تا چندصد فوت در هوا نفوذ میکند و قابل ثبت است. در نتیجه تنها ذخایر رادیواکتیوی را میتوان با این روش کشف نمود که رخنمون داشتهباشند؛ یا در اعماق بسیار کم زمین واقع شده یاشند.
مدت کوتاهی پس از کشف اشعه ایکس در سال 1859 توسط رونتگن، خاصیت رادیواکتیویته توسط بکرل (1896) کشف گردید. بکرل دریافت که کانیهای حاوی اورانیوم مثل نمکهای اورانیوم تشعشعاتی ساطع میکنند که از مواد عبور میکنند و فیلم عکاسی را مشابه اشعه ایکس تحت تاثیر قرار میدهند؛ و احتمالاً قادرند گازها را نیز یونیزه کنند. به دنبال این کشف، عناصر رادیواکتیو دیگری نیز شناسایی شدند. اگرچه تا کنون حداقل بیست عنصر که به صورت طبیعی دارای خاصیت رادیواکتیو هستند، شناخته شده است؛ اما تنها دو عنصر اورانیوم و توریم و یک ایزوتوپ پتاسیم (ایزوتوپ 40 پتاسیم) از اهمیت اکتشافی برخوردارند. از سوی دیگر روبیدیم در تعیین سن سنگها مفید است، اما بقیه عناصر رادیواکتیو یا خیلی نادرند یا از نظر رادیواکتیویته ضعیفند؛ به همین دلیل در ژئوفیزیک اکتشافی اهمیتی ندارند. عناصر اورانیوم و توریم در دنیای امروز به عنوان منابع تولید انرژی قابل اهمیتاند.
عمده روشهای رادیومتری، روشهای ژئوفیزیک هوابرد است و روشهای زمینی چندان توسعه نداشتهاند. چرا که به ازای افزایش هر صد متر ارتفاع، شدت اشعه گامای ساطع شده از کانیها تنها 50% افت میکند و از این نظر روشهای هوابرد بسیار مقرون به صرفهتر از روشهای زمینی است.
روشهای رادیومتری در مقایسه با روشهای دیگر ژئوفیزیکی از اهمیت کمتری برخوردارند. این روشها ابتدا در دهه 1930 برای تطبیق چینهشناسی در چاهپیمایی نفت بکار برده شد.
در اواخر دهه 1950 اکتشافات رادیومتری هوابرد بطور قابل ملاحظهای با استفاده از شمارشگرهای گایگر با کریستالهای بزرگ انجام شدهاست. البته نتایج برداشتها به دلیل ناتوانی تفکیک زمینه از و آنومالی چندان رضایت بخش نبوده است. پیجویی رادیومتری طی دوره 1945- 1957 بسیار پرطرفدار بود و به دنبال آن به دلیل کاهش تقاضای مصرف اورانیوم، کاهش یافت. بازگشت مجدد برای استفاده از اورانیوم در اوایل دهه 1970 به دلیل تحریم نفتی غرب توسط اعراب در زمان جنگ اعراب و اسرائیل و همچنین ابداع نشانگرهای حساس و دقیق اشعه گاما، باعث رشد روشهای اکتشاف مواد رادیواکتیو شد.
لازم به ذکر اینکه عوامل فوقالذکر روشهای رادیومتری چاهپیمایی را هرگز تحت تاثیر قرار نداد؛ چرا که این روشها بطور معمول از زمان ابداع آنها مورد استفاده قرار میگرفتند.
شمارشگرهای گایگر و سنتیلومترها که از ابزار اندازهگیری این روش میباشند؛ به سادگی قابل جابجایی میباشند و میتوانند به وسیله فرد، اتومبیل یا هواپیما حمل شوند.
روشهای الکتریکی:
این روشها که از متنوعترین روشهای ژئوفیزیک اکتشافی محسوب میشوند، اطلاعات بسیار مفیدی در مورد توزیع جانبی یا عمقی خواص الکتریکی مواد زیرسطح زمین فراهم مینمایند؛ که این اطلاعات بطور مستقیم یا غیرمستقیم میتواند به منظور اکتشاف موادمعدنی و یا اهداف دیگر مورد استفاده قرار گیرد. چشمه یا منبع انرژی در روشهای الکتریکی میتواند طبیعی یا مصنوعی باشد.
الف)روشهای الکتریکی با چشمه طبیعی
برخی از مهمترین این روشها عبارتند از:
روش پتانسیل خودزا:
در حدود دهه 1910 اولین بار شلومبرژه دریافت که با قرار دادن دو الکترود به فواصل معین از یکدیگر، اختلاف پتانسیل یا ولتاژی طبیعی بین دو سر الکترودها ایجاد میگردد؛ این پدیده به نام پتانسیل خودزا نامیده شد. پس از مدتی، از این روش برای اکتشاف کانههای سولفیدی که در اعماق کم واقع شدهاند؛ استفاده شد. در آن زمان این روش به علت سهولت اجرا، سرعت بالا و هزینههای اندک محبوبیت زیادی بین ژئوفیزکدانان داشت. اما امروزه به علت کشف ذخایرنزدیک به سطح زمین، استفاده از آن برای تشخیص کانسارهای عمقی به علت محدودیتهای این روش، عملاً محدود شده است. اندازهگیری آنومالیهای پتانسیلخودزا به منظور اکتشاف منابع زمینگرمایی نیز از اواخر دهه 1970 مورد توجه قرار گرفت.
روش پتانسیل خودزا همانطور که از نام آن پیداست، بر پایه اندازهگیری اختلاف پتانسیل طبیعی که در داخل زمین وجود دارد، بنیان نهادهشده است. بخشی از این اختلاف پتانسیل ثابت و بخشی متغیر (پلاریزاسیونالقایی) است. در عمل اختلاف پتانسیل ثبت شده مربوط به بخش ثابت است که به علت واکنشهای الکتروشیمیایی با مکانیزمهای مختلف شکل میگیرد.
مقدار پتانسیلخودزای ثبت شده در سطح زمین از کمتر از یک میلیولت تا صدها میلیولت متغیر است. مقادیر بالای پتانسیلخودزا بر روی تودههای سولفیدی، گرافیتی، مگنتیت و چند کانی هادی دیگر مثل زغالسنگ و منگنز قابل اندازهگیری است.
روش تلوریک:
جریانهای تلوریک به جریانهایی گفته میشود که در زیرسطح زمین وجود دارند. چشمه ایجاد این جریانات در خارج از کره زمین قرار دارد. تغییرات دورهای و ناگهانی با تغییرات روزانه میدان مغناطیسی زمین ارتباط دارد و علت آنها تشعشعات خورشیدی، شفق قطبی و ... میباشد. این فعالیتها تاثیر مستقیمی روی جریانهای یونسفری داشته و گمان میرود جریانهای تلوریک در زمین به وسیله جریانهای یونسفری القا میشود.
وجود جریانهای زمینی طبیعی در مقیاسهای بزرگ اولین بار توسط بارلو در سال 1847 طی یک سری مطالعه روی سیستم تلگراف کشور انگلستان شناسایی شد. اندازهگیریهای طولانی مدت جریانهای تلوریک در گرینویچ، پاریس و برلین در اواخر قرن نوزدهم انجام شد.
با اندازهگیریهای تلوریک میتوان به شناسایی گنبدهای نمکی، تاقدیسها و ناودیسهایی که در قاعده آنها سنگ با مقاومت ویژه بالا وجود دارد، پرداخت. چرا که سنگ فوقالذکر باعث انحراف جریانهای تلوریک در محور ساختارهای مذکور میشود. این روش همچنین در شناسایی ناهمواریهای سنگ بستر نیز کاربرد دارد.
روش مگنتوتلوریک:
روش مگنتوتلوریک شامل مقایسه بین دامنهها و فازهای میدانهای الکتریکی و مغناطیسی مرتبط با جریانهای تلوریک میباشد. در روش تلوریک هدف اندازهگیری میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ناشی از این جریانهاست. اندازهگیری میدان الکتریکی (روش تلوریک) نسبتاًآسان است. اما اندازهگیری میدان مغناطیسی مشکلتر و پیچیدهتر است چرا که با فرکانسهای کمتر از 001/0 هرتز تا بالای 10کیلوهرتز سروکار داریم.
به علت ضعیف بودن چشمه انرژی طبیعی در داخل زمین، سیگنالهای اندازهگیری شده در این روش ضعیف است و به طور عمده تحت تاثیر پارازیت قرار میگیرد. با این حال عمق پیجویی در این روش نسبت به روشهای دیگر الکتریکی بیشتر است و حتی به چندین کیلومتر هم میرسد. این روش به دنبال توسعه تئوریهای الکترومغناطیس و روش تلوریک شناسایی شده و گسترش یافت (اواخر دهه 1940).
تفسیر دادههای مگنتوتلوریک اولین بار توسط کانیارد در سال 1953 با استفاده از منحنیهای استاندارد مطرح شد.
این روش در اکتشاف ذخایر هیدروکربوری، سولفیدهای تودهای (ماسیوسولفیدها)، فلزات پایه و قیمتی و منابع انرژی ژئوترمال کاربرد دارد. به علاوه در بررسیهای زمینشناسی ساختمانی، سنگشناسی (به خصوص مطالعه پوسته و گوشته بالایی زمین)، زیستمحیطی و ژئوتکنیک نیز کاربرد دارد.
ب)روشهای الکتریکی با چشمه مصنوعی
برخی از مهمترین این روشها عبارتند از:
روش مقاومتسنجی:
این روش که در کشور ما به غلط به نام روش ژئوالکتریک مصطلح است، از قدیمیترین روشهای الکتریکی است.
در روش مقاومتسنجی هدف ثبت اختلاف پتانسیل ایجاد شده ناشی از ارسال جریان مستقیم یا متناوب با فرکانس بسیار پایین به داخل زمین است. برای ثبت این اختلاف پتانسیل از آرایشهای مختلف الکترودی استفاده میشود. اندازهگیریهای انجام شده با استفاده از روابط ساده ریاضی به مقاومت ویژه الکتریکی سنگها تبدیل میشود و در نهایت اطلاعات بدست آمده تعبیر و تفسیر میشوند.
این روش در اوایل دهه 1900 توسعه داده شد؛ اما با دسترسی به کامپیوتر برای پردازش و آنالیز دادهها، از دهه 1970 کاربرد وسیعی یافت.
به طور عمده از این روش برای اکتشاف موادمعدنی (خصوصاً فلزات)، شناسایی منابع آبهای زیرزمینی، بررسیهای مهندسی به منظور شناسایی حفرهها، گسلها، شکافها، یخچالها، تونلهای زیرزمینی، باستانشناسی خصوصاً برای شناسایی ساختمانهای قدیمی و بناهای مدفون و ... استفاده میشود.
روش پلاریزاسیونالقایی:
مشابه روش مقاومتسنجی در این روش نیز جریان مصنوعی با آرایشهای مشابه روش مقاوتسنجی به داخل زمین ارسال میگردد و اختلاف پتانسیل ایجاد شده بعد از قطع جریان ارسالی به داخل زمین، اندازهگیری میشود. اندازهگیریهای انجام شده در دو قلمرو فرکانس و زمان قابل ثبت است.
پدیده پلاریزاسیونالقایی برای اولین بار توسط کنراد شلومبرژه در سال 1912 شناسایی شد. از آن زمان این روش مورد استفاده قرار گرفت تا اواخر دهه1940. تا اینکه این روش در طی جنگ جهانی دوم توسط ویلیام کک و دیوید بلیل که در یکی از پروژههای نیروی دریایی امریکا جهت شناسایی مینهای دریایی مشغول فعالیت بودند؛ توسعه یافت. در دهه 1980 پیشرفتهای قابل ملاحظهای در بخش دستگاهی و روشها ایجاد شد؛ مثل ابداع روش پلاریزاسیونالقایی طیفی توسط پلتون و همکارانش در سال 1978.
کاربردهای ویژه این روش در اکتشاف فلزات افشان مانند مس پرفیری، سرب و روی افشان، گرافیت، منابع شیل و رس، اکتشافات نفتی، منابع زمینگرمایی، بررسی آبهای زیرزمینی و مطالعات زیست محیطی است.
روش اتصال به جرم:
در این روش یک الکترود جریان به توده کانساری هادی دارای رخنمون متصل میشود و الکترود جریان دیگر در فاصله دور از الکترود اول قرار دادهمیشود؛ آنگاه پتانسیل الکتریکی در چند نقطه روی سطح زمین یا درون گمانهها پس از حذف پتانسیلخودزا اندازهگیری میشود.
کاربرد ویژه این روش در تشخیص اندازه و حجم تودههای کانیسازی هادی دارای رخنمون است. به عبارت دیگر میتوان با استفاده از این روش دریافت که اولاً چند توده زیرسطحی وجود دارد؛ ثانیاً وجود یا عدم وجود کانیسازی در اعماق زمین نیز قابل تشخیص است.
روش مغناطیسسنجی مقاومتویژه:
در این روش جریان مستقیم الکتریکی از طریق دو الکترود با فواصل نسبتاً زیاد از یکدیگر، به داخل زمین تزریق میشود. آنگاه رسانندگی آنومالی زیرسطحی در وسط دو الکترود فرستنده جریان با کمک میدان مغناطیسی ثانویه ناشی از عبور جریان به داخل زمین، توسط یک مغناطیسسنج بسیار حساس با پارازیت کم که عمود بر خط واصل بین دو الکترود قرار گرفته، اندازهگیری میشود.
تئوری این روش در سال 1933 توسط جاکوسکی شناسایی شد ولی به طور عملی از سال 1974توسط ادوارد بکارگرفته شد.
از این روش برای شناسایی تودههای هادی زیرسطحی و شناسایی گسلهای هادی استفاده میشود.
روش پلاریزاسیونالقایی مغناطیسی:
این روش تشابه زیادی با روش مغناطیسسنجی مقاومتویژه دارد؛ مشابهت این دو روش به یکدیگر همانند مشابهت روش پلاریزاسیونالقایی به روش مقاومتسنجی است. این روش نیز در دو قلمرو زمان و فرکانس قابل اندازهگیری است. در این روش دو کمیت ثبت میشود. یکی از مولفههای میدان مغناطیسی ناشی از عبور جریان مستقیم نیز بکار گرفته میشود. در قلمرو فرکانس، ابتدا میدان مغناطیسی اولیه نرمالیزه و سپس مقدار مغناطیسسنجی مقاومتویژه اندازهگیری میشود. اما در قلمرو زمان، بارپذیری میانگین در فواصل زمانی معین با تقسیم بر میدان مغناطیسی اولیه، نرمالیزه شده، سپس ثبت میشود.
این روش همزمان با روش مغناطیسسنجی مقاومتویژه و در سال 1974، توسط سیگل ابداع شد.
کاربرد ویژه این روش در شناسایی کانسارهای زیرسطحی هادی خصوصاً فلزی و کانسارهای افشان و پرفیری است.
روش تشدید مغناطیسی هستهای:
اساس این روش پدیده فیزیکی تشدید مغناطیس هستهای است؛ که توسعه یافته روش طیفسنجی نور با فرکانسهای مایکروویو (تقریباً هزار تا صدهزار مگا هرتز) و رادیویی (تقریباً ده کیلوهرتز تا صد مگارهرتز) میباشد. در این بازههای فرکانسی نور جذب شده و به وسیله همان فرایندها در طول موجهای دیگر طیف الکترومغناطیسی منتشر میشود. فلسفه اصلی این روش بر اساس این واقعیت است که هسته بسیاری از اتمها از جمله پروتونهای آب به دلیل وجود ذرات باردار درحال چرخش، دارای یک گشتاور دوقطبی غیرصفر میباشد.
این روش اولین بار توسط دانشمندان روسیه ابداع شد. وسیله اندازهگیری در این روش هیدروسکوپ نامیده میشود.
کاربرد عمده این روش در بررسی کیفیت و اکتشاف منابع آبهای زیرزمینی است.
روشهای الکترومغناطیسی:
امروزه روشهای الکترومغناطیسی در بین روشهای ژئوفیزیکی به استثنای روش مغناطیسی بیشترین کاربرد را در اکتشاف موادمعدنی دارد. این روشها برای اکتشاف نفت مناسب نیستند چرا که بهترین پاسخ در این روشها مربوط به تودههای هادی واقع در اعماق کم زیرسطح است. در فعالیتهای مهندسی هم این روشها خیلی استفاده نشدهاند. با اینحال گاهی برای شناسایی لولهها و کابلهای مدفون، آشکارسازی مینها و به منظور بررسی آلودگیهای واقع در اعماق کم بکار برده میشوند.
همانطور که از نام این روشها پیداست، این روشها شامل انتشار میدانهای الکترومغناطیس موج مداوم یا گذرا بالای سطح زمین یا در اعماق آن میباشند. در این روشها فرستنده، گیرنده و توده هادی مدفون، در یک تقابل سهجانبه با میدان الکترومغناطیسی قرار دارند و جریانهای الکتریکی در داخل توده هادی به همراه القای الکترومغناطیس، بطور همزمان به وجود میآیند. عموماً در این روشها چشمه انرژی از طریق القا در داخل زمین ایجاد میشود؛ هرچند در چند مورد از روشهای زمینی الکترومغناطیس، این چشمه در تماس مستقیم با زمین قرار دارد. روشهایی مانند مگنتوتلوریک نیز که چشمه انرژی آنها طبیعی است، بعضاً جز روشهای الکترومغناطیس مطرح میشوند. گیرنده نیز پاسخ را توسط القا دریافت میکند.
روش زمینی الکترومغناطیس در دهه 1920 در کشورهای اسکاندیناوی، ایالات متحده امریکا و کانادا که ذخایر فلزی پایه در آنها در داخل سنگ میزبان مقاوم و عموماً با روباره کمضخامت وجود دارد؛ بکار گرفته شد.
روشهای هوابرد الکترومغناطیس نیز 30 سال بعد (در دهه 1950) بکار گرفته شد. تا اوایل دهه 1960 تجهیزات الکترومغناطیس اعم از فرستنده و گیرنده طوری ساخته شده بودند که ارسال و دریافت پاسخ به طور همزمان و در یک فرکانس صورت میگرفت. این روش، روش الکترومغناطیس قلمرو فرکانس ( FDEM یا FEM ) خوانده میشود. اگرچه تلاشهای چندی در دهه 1930 برای فرستادن پالسهای گذرا و دریافت پاسخ زمین در زمان قطع جریان صورت گرفت؛ اما اولین کاربردهای موفق این تلاشها تا سال 1962 به نتیجه نرسید.
روش الکترومغناطیس در قلمرو زمان ( TDEM یا TEM ) اولین بار در سال 1962 و در کشور شوروی سابق، به صورت هوابرد ابداع و بکار گرفته شد. از اوایل دهه 1970 رشد فزایندهای در توسعه و کاربرد روشهای الکترومغناطیس قلمرو زمانی رخ دادهاست. تقریباً همه مجموعه میدانهای الکترومغناطیس شامل یک چشمه انرژی قابل حمل میباشند. با اینحال تاکنون استفاده از فرستندههای انرژی در فرکانسهای بین 100 کیلوهرتز تا 10 مگاهرتز (فرکانس رادیویی) و بخصوص در دامنه بسیار پایین (VLF)، (15تا25 کیلوهرتز) بسیار محدود بودهاست.
البته در روش دیگری به نام روش میدان مغناطیسی با فرکانس شنوایی (AFMAG) که جزو روشهای الکترومغناطیس شناخته میشود، از انرژی جوی ناشی از رعد وبرق استفاده میکند.
روش رادار نفوذی به زمین:
این روش که عمده صاحبنظران آنرا جزو روشهای الکترومغناطیس محسوب مینمایند؛ عبارتست از انتشار امواج الکترومغناطیسی با فشار بالا به منظور بررسیهای زیرسطحی که این موضوع به تحقیقات هولس میر در سال 1904 برمیگردد. درصورتی که اولین منابع راجع به امکان استفاده از پالسهای الکترومغناطیس به دهه 1920 توسط شرکت آلمانی سایزموس (1923) و آقای هولسنبک (1926) برمیگردد. اما هیچ یک از این فعالیتها منتهی به ابداع یک سیستم پایدار برای بررسیهای زمینی با امواج الکترومغناطیس فرکانس بالا تا اختراع رادار نشد.
رادار یک سیستم استفاده از پالسهای الکترومغناطیس با دوره تناوب کوتاه است که اولین بار توسط وزارت دفاع انگلستان به منظور شناسایی هواپیماهای دشمن در طی جنگ جهانی دوم بکار گرفته شد. گو اینکه چندین سیستم مشابه قبل از این جنگ در فرانسه، آلمان، امریکا و حتی انگلستان وجود داشت.
بجز کاربردهای بسیار متنوع نظامی و مهندسی، رادار امروزه یک وسیله بسیارمهم در بررسیهای زیرسطحی است. با توجه به فرکانس زیاد مورد استفاده در این روش، عمق نفوذ در زمین بسیار کم است لذا در اکتشافات موادمعدنی جز برای مواد نزدیک به سطح کاربرد دیگری ندارد. اما در بسیاری از فعالیتهای مهندسی خصوصاً ژئوتکنیک، بررسی خاک، بررسیهای زمینشناسی، شناسایی حفرهها، بررسیهای باستانشناسی، بررسی منابع آبهای زیرزمینی کمعمق و آلودگیهای زیرسطحی کاربردهای گستردهای دارد.
