تاريخچه ژئوفيزيك اكتشافي

  بطور كلي ژئوفيزيك به مطالعه خصوصيات فيزيكي زمين و محيط اطراف آن مي‌پردازد. در عمل اين مطالعه به دو صورت محض و كاربردي دنبال مي‌شود. مطالعات ژئوفيزيکي به كشف گيلبرت (1600) كه مي‌گفت زمين مانند يك مغناطيس غول‌پيكر عمل مي‌كند، برمي‌گردد. اما اولين قدم در كاربرد اين علم براي اكتشاف مواد معدني به سال 1843 مي‌رسد و زمانيكه فون‌ورده از تئودوليت مغناطيسي براي اندازه‌گيري تغييرات ميدان مغناطيسي زمين به منظور اكتشاف توده‌هاي آهن استفاده نمود. بدنبال آن در سال 1879 پروفسور رابرت تالن با تاليف كتاب كشف ذخاير آهن بوسيله روشهاي مغناطيسي قدم موثري در جهت كاربردي نمودن ژئوفيزيك اكتشافي برداشت.

پس از آن تقاضاي روز افزون بازار به فلزات و افزايش بي‌سابقه استفاده از نفت، گاز و مشتقات آنها در ابتداي قرن بيستم منجر به توسعه بسياري از روشهاي ژئوفيزيكي شد. و در زمينه ابداع و توسعه دستگاههاي ژئوفيزيكي نيز از زمان جنگ جهاني دوم پيشرفتهاي بسياري حاصل شد.

 از آغاز دهه 1960 با استفاده گسترده از رايانه در پردازش و تفسير داده‌هاي ژئوفيزيكي، تحول عظيمي در اين شاخه از دانش ايجاد شد.

 از آنجا كه اكثر ذخاير معدني مدفون در زير سطح زمين، بوسيله يك روباره پوشيده شده‌اند، كشف اين ذخاير به خواصي كه آنها را از محيط اطراف متمايز مي‌نمايد بستگي دارد. در صورتيكه تفاوت خواص فيزيكي بين ماده معدني و سنگ درون‌گير آن وجود داشته باشد؛ مي‌توان از ژئوفيزيك سطحي براي كشف ماده معدني مربوطه استفاده كرد.

 با توجه به نوع خواص فيزيكي، روشهاي مختلف ژئوفيزيكي ايجاد مي‌‌شوند و بر اين اساس روشهاي ذيل شكل گرفته‌اند.

 · روشهاي لرزه‌اي مبتني بر خواص الاستيك (كشساني) سنگها در محيط مورد مطالعه‌اند.

 · روشهاي الكتريكي وابسته به خواص الكتريكي زمين مورد مطالعه‌ مي‌باشند.

 · روشهاي ثقل‌سنجي در ارتباط با ويژگيهاي چگالي سنگها مي‌باشند.

 · روشهاي مغناطيس‌سنجي با خواص مغناطيس‌پذيري سنگها در ارتباط است.

 و در نهايت

 · روشهاي راديومتري با خاصيت راديواكتيو سنگها مرتبط‌اند.

 با كاربرد اين روشها، اطلاعاتي از ساختارهاي مدفون زمين‌شناسي بدست مي‌آيد كه مي‌توان از آنها به صورت مستقيم يا غير مستقيم در اكتشاف موادمعدني، هيدروكربورها، آبهاي زيرزميني، بررسي‌هاي مهندسي، زيست‌محيطي، باستان‌شناسي و ... استفاده نمود.

 امروزه اندازه‌گيريهاي ژئوفيزيكي كاربرد و گستره‌اي بسيار وسيع يافته‌اند تا حدي كه در حال حاضر اين مطالعات در كرات ماه و مريخ نيز انجام مي‌شوند.

 ژئوفيزيك كاربردي كه عمدتاً در اكتشاف مواد معدني، هيدروكربوري و مطالعات آبهاي زيرزميني مورد استفاده قرار مي‌گيرد به روشهاي زير تقسيم‌بندي مي‌گردند:

 - روشهاي ثقل‌سنجي

 - روشهاي مغناطيس‌سنجي

 - روشهاي لرزه‌نگاري

 - روشهاي الكتريك

 - روشهاي الكترومغناطيسي

 - روشهاي راديومتري

 - روشهاي چاه‌پيمايي

 - روشهاي فيزيكي حرارتي و ...

ژئوفيزيك عمدتاً نشانگر ويژگيهاي زمين‌شناسي ساختارهاي مدفون همراه با ذخاير معدني نفت، گاز و ... است.

 انتخاب نوع روش يا روشهاي ژئوفيزيكي در عمل به منظور موقعيت‌يابي يك ذخيره معدني معين وابسته به طبيعت (خواص فيزيكي) ماده‌معدني مربوطه و نشان‌دهنده مستقيم حضور ماده معدني مورد مطالعه مي‌باشد. مثل روش مغناطيس‌سنجي كه براي اكتشاف كانه‌هاي آهن يا نيكل كاربرد دارد.

 در ديگر اوقات روش ژئوفيزيكي ممكن است نشانگر آن باشد كه آيا شرايط براي تشكيل ماده‌معدني مطلوب مساعد است يا خير؟

 به عنوان مثال بهره‌گيري از روش مغناطيس‌سنجي در اكتشاف نفت، به عنوان ابزار تعيين ضخامت رسوبات تا سنگ بستر است و مشخص نمايد كه آيا رسوبات به اندازه كافي ضخيم هستند كه قابليت نگهداري قابل توجه هيدروكربور را در خود دارا باشند؟

 از ديدگاه ديگر، بررسي‌هاي ژئوفيزيكي در عمل به چهار صورت زميني، هوايي، دريايي و درون چاهي اجرا مي‌شوند.

 روشهاي مغناطيس، الكترومغناطيس، راديومتري و اخيراً ثقل‌سنجي هوابرد، سريعترين روشهاي ژئوفيزيك اكتشافي مي‌باشند. به ويژه اينكه اين روشها براي پوشش مناطق وسيع، كم‌‌هزينه‌تر از روشهاي زميني هم هستند و عمدتاً در فاز پي‌جويي موادمعدني كاربرد دارند. در اين روش عمليات برداشت با نصب تجهيزات مناسب در داخل يا بدنبال هواپيما و بالگرد انجام مي‌شود.

 اكتشاف دقيقتر مناطق اميدبخش شناسايي شده با روشهاي هوابرد، توسط روشهاي ژئوفيزيك زميني پيگيري مي‌شود.

 محيط برداشت در اين بخش، محيط آبي است. هدف شناسايي ويژگيهاي فيزيكي زمين زيربستر آب است. تجهيزات موردنياز در اين بخش با بخشهاي ديگر تفاوتهاي ساختاري اندكي دارند؛ ولي تئوري همه اين روشها تقريباً يكسان است. اين تجهيزات مي‌توانند در داخل كشتيها يا بدنبال آنها نصب گردند. عمده روشهاي قابل اجرا در اين محيط، روشهاي لرزه‌نگاري، ثقل‌سنجي، مغناطيس‌سنجي، الكترومغناطيس و ... است.

 اين روش كه در كشور ما به غلط به نام روش ژئوالكتريك مصطلح است، از قديمي‌ترين روش‌هاي الكتريكي است.

 در روش مقاومت‌سنجي هدف ثبت اختلاف پتانسيل ايجاد شده ناشي از ارسال جريان مستقيم يا متناوب با فركانس بسيار پايين به داخل زمين است. براي ثبت اين اختلاف پتانسيل از آرايش‌هاي مختلف الكترودي استفاده مي‌شود. اندازه‌گيري‌هاي انجام شده با استفاده از روابط ساده رياضي به مقاومت ويژه الكتريكي سنگها تبديل مي‌شود و در نهايت اطلاعات بدست آمده تعبير و تفسير مي‌شوند.

 اين روش در اوايل دهه 1900 توسعه داده‌ شد؛ اما با دسترسي به كامپيوتر براي پردازش و آناليز داده‌ها، از دهه 1970 كاربرد وسيعي يافت.

 به طور عمده از اين روش براي اكتشاف موادمعدني (خصوصاً فلزات)، شناسايي منابع آبهاي زيرزميني، بررسي‌هاي مهندسي به منظور شناسايي حفره‌ها، گسلها، شكافها، يخچالها، تونلهاي زيرزميني، باستان‌شناسي خصوصاً براي شناسايي ساختمان‌هاي قديمي و بناهاي مدفون و ... استفاده مي‌شود.

 مشابه روش مقاومت‌سنجي در اين روش نيز جريان مصنوعي با آرايش‌هاي مشابه روش مقاوت‌سنجي به داخل زمين ارسال مي‌گردد و اختلاف پتانسيل ايجاد شده بعد از قطع جريان ارسالي به داخل زمين، اندازه‌گيري مي‌شود. اندازه‌گيري‌هاي انجام شده در دو قلمرو فركانس و زمان قابل ثبت است.

 پديده‌ پلاريزاسيون‌القايي براي اولين بار توسط كنراد شلومبرژه در سال 1912 شناسايي شد. از آن زمان اين روش مورد استفاده قرار گرفت تا اواخر دهه1940. تا اينكه اين روش در طي جنگ جهاني دوم توسط ويليام كك و ديويد بليل كه در يكي از پروژه‌هاي نيروي دريايي امريكا جهت شناسايي مين‌هاي دريايي مشغول فعاليت بودند؛ توسعه يافت. در دهه 1980 پيشرفت‌هاي قابل ملاحظه‌اي در بخش دستگاهي و روشها ايجاد شد؛ مثل ابداع روش پلاريزاسيون‌القايي ‌طيفي توسط پلتون و همكارانش در سال 1978.

 كاربردهاي ويژه اين روش در اكتشاف فلزات افشان مانند مس پرفيري، سرب و روي افشان، گرافيت، منابع شيل و رس، اكتشافات نفتي، منابع زمين‌گرمايي، بررسي آبهاي زيرزميني و مطالعات زيست محيطي است.

 اين روش تشابه زيادي با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه دارد؛ مشابهت اين دو روش به يكديگر همانند مشابهت روش پلاريزاسيون‌القايي به روش مقاومت‌سنجي است. اين روش نيز در دو قلمرو زمان و فركانس قابل اندازه‌گيري است. در اين روش دو كميت ثبت مي‌شود. يكي از مولفه‌هاي ميدان مغناطيسي ناشي از عبور جريان مستقيم نيز بكار گرفته مي‌شود. در قلمرو فركانس، ابتدا ميدان مغناطيسي اوليه نرماليزه و سپس مقدار مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه اندازه‌گيري مي‌شود. اما در قلمرو زمان، بارپذيري ميانگين در فواصل زماني معين با تقسيم بر ميدان مغناطيسي اوليه، نرماليزه شده، سپس ثبت مي‌شود.

 اين روش همزمان با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه و در سال 1974، توسط سيگل ابداع شد.

 كاربرد ويژه اين روش در شناسايي كانسارهاي زيرسطحي هادي خصوصاً فلزي و كانسارهاي افشان و پرفيري است.