آشنایی با روش های الکتریکی در ژئوفیزیک اکتشافی
روش های الکتریکی در ژئوفیزیک اکتشافی اطلاعات بسيار مفيدی در مورد توزيع جانبي يا عمقي خواص الكتريكي مواد زير سطح زمين فراهم مي نمايند.
اساس كليه روش های الكتريكی در ژئوفیزیک ، بر اندازه گيري مقاومت زمين در برابر عبور جريان الكتريكي يا ميزان قابليت هدايت الكتريكي آن مي باشد.
با توجه به آنكه خواص الكتريكي هر يك از خاك ها و سنگ هاي روي پوسته زمين تا حدودي شناخته شده است، اطلاع از ميزان مقاومت يا هدايت الكتريكي مواد مي تواند براي شناسايي جنس آنها به كار برود.
روش های الکتریکی در ژئوفیزیک به دو گروه روش هاي الكتريكي با چشمه طبيعي و روش هاي الكتريكي با چشمه مصنوعي، بنا به نوع چشمه يا منبع انرژي (طبيعي يا مصنوعي)، تقسيم مي شوند.
يكي از روش های الکتریکی در ژئوفیزیک مبتني بر چشمه مصنوعي و اندازه گيری مقاومت الكتريكي زمين كه به نسبت ساير روش هاي الكتريكي از كاربرد بيشتري در مطالعات ژئوتكنيك برخوردار است، روش مقاومت سنجي مي باشد.
روش مقاومت سنجي از روش های الکتریکی در ژئوفیزیک
اساس كار روش مقاومت سنجي به عنوان یکی از روش های الکتریکی در ژئوفیزیک ، محاسبه مقاومت الكتريكي محيط بين دو الكترود كه روي زمين كار گذاشته شده اند، مي باشد.
بنابر قانون اهم با داشتن اختلاف پتانسيل و شدت جريان بين دو الكترود مذكور مي توان مقاومت الكتريكي آن را محاسبه كرد.
با داشتن مقاومت الكتريكي و استفاده از جداول و اطلاعات مقاومت ويژه الكتريكي انواع خاك ها و سنگ ها، مي توان جنس لايه ها را تخمين زد.
از اين روش براي مطالعه لايه هاي زير سطحي و تعيين سطح آب زير زميني استفاده مي شود.
در شکل 1 جانمايي صحرايي ابزارهاي مورد استفاده در برداشت مقاومت الكتريكي نشان داده شده است.
شکل 1- جانمايي تجهيزات در برداشت مقاومت الكتريكي
براي محاسبه مقاومت ويژه الكتريكي داریم :
که در آن ρ ، مقاومت ويژه الكتريكي محيط، u∆ اختلاف پتانسیل و I شدت جریان بین دو نقطه مورد بررسی و K پارامتري كه تابع آرايش الكترود ها مي باشد، هستند.
در صورتي كه بررسي تغييرات مقاومت ويژه خاك در يك سطح افقي مورد نظر باشد مي توان فاصله الكترود ها را ثابت نگه داشته و موقعيت مركز آن را تغيير داد.
اين نحوه بررسي به پروفيل زني موسوم است.
همچنين در حالتي كه بررسي تغييرات عمقي مقاومت ويژه خاك مورد نظر باشد مي توان مركز الكترود ها را ثابت نگه داشته و فاصله بين آن ها را تغيير داد.
با افزايش فاصله بين الكترود ها عمق مورد بررسي نيز افزايش مي يابد.
اين نحوه بررسي به سونداژ الكتريكي موسوم است.
تغييرات مقاومت ويژه الكتريكي
گستره عملي مقاومت ويژه براي مواد زمين حدود 0.01 تا 100000 اهم متر می باشد.
جنس دانه هاي سنگ و ميزان سيال بين دانه ها در اين مقاومت ويژه موثر است.
وجود كاني هاي مگنتيك، مواد فلزي مانند سولفيد هاي فلزي (بجز گالن و آسفالريت)، اكسيد هاي فلزي، كربن، گرافيت، رس هاي مرطوب و كاني هاي رسي كه داراي مقاومت ويژه كمي هستند، در داخل توده هاي سنگي و خاكي اثر قابل ملاحظه اي در كاهش مقدار مقاومت ويژه توده دارند.
برعكس توده هاي بدون كاني هاي فرعي فوق، مانند كوارتزيت، داراي مقاومت ويژه زيادي هستند.
تخلخل، پارامتر ديگري است كه نقش حائز اهميتي در مقدار مقاومت ويژه الكتريكي دارد و افزايش تخلخل در محيط اشباع موجب كاهش مقاومت ويژه مي شود.
آب جريان الكتريكي را از خود عبور مي دهد و مقاومت الكتريكي چنداني ندارد، لذا سبب كاهش مقاومت ويژة محيط هاي اشباع مي شود.
بر همين اساس محيط هاي اشباع مقاومت كمتري نسبت به محيط هاي خشك دارند، و در مرز سطح آب زيرزميني مقاومت ويژه به شدت افت مي كند.
فضاي خالي بدون آب از مقاومت الكتريكي بالايي برخوردار است.
همچنين وجود نمك و افزايش درجه حرارت نيز باعث كاهش مقاومت مي شود.
در جدول 1 تغييرات مقاومت ويژه برخي از سنگ ها و رسوبات آورده شده است.
جدول 1- تغييرات مقاومت ويژه الكتريكي برخي از سنگ ها و رسوبات
مقاومت مكانيكي توده هاي ژئوتكنيكي به عوامل زيادي بستگي دارد كه از جمله اين عوامل مي توان تخلخل را نام برد.
تخلخل زياد در يك نمونه خاكي نمايانگر مقاومت مكانيكي پايين آن است.
از طرفي ديگر مقاومت الكتريكي توده به ميزان آب موجود در فضا هاي خالي آن بستگي دارد، لذا مي توان فرض كرد كه مقاومت توده و مقاومت ويژه الكتريكي به يكديگر وابسته اند و تخلخل وجه مشترك اين دو خاصيت است.
با توجه به رابطة ميزان تخلخل و درجه اشباع، مي توان ارتباط بين مقاومت مكانيكي و مقاومت ويژة الكتريكي را به دست آورد.
از بررسي جدول 1 اين نتيجه حاصل مي شود كه با كاربرد روش مقاومت سنجي، مقادير كيفي و توصيفي براي خواص مكانيكي مصالح به دست مي آيد و نيز در تفسير اين مقادير كيفي، ميزان تخلخل، درجه اشباع و كيفيت آب در لايه هاي زير سطحي بايد مورد توجه قرار گيرد.
كارايی و محدوديت هاي روش مقاومت سنجی
بررسي دقيق روش مقاومت سنجي الكتريكي به عنوان یک روش های الکتریکی در ژئوفیزیک نشان مي دهد كه اگر اين روش تحت شرايط صحيح بكار گرفته شود، با صرف زمان و هزينه اندك نسبت به روش هاي مستقيم اطلاعات وسيعي را از شرايط زير سطحي ساختگاه سازه ها به دست مي دهد.
در مجموع از اين روش مي توان در تعيين موقعيت سنگ كف، ضخامت آبرفت ها و طبقات روبار سنگ كف، تشخيص گسل ها ي احتمالي، شناسايي مناطق كارستيك، بررسي كيفيت لايه ها ي زيرين از نظر تخلخل و قابليت نفوذ، تعيين محل عوارض مدفون شده زيرزميني، بررسي وضعيت آب هاي زيرزميني و نيز در كشف ذخيره هاي اقتصادي شن و ماسه نزديك محل احداث سد ها جهت مصرف در بدنه سد، استفاده كرد.
همچنين اين روش براي مطالعه مسير بزرگراه ها و پروژه هاي مشابه كه در آن ها اطلاعات ساختار كلي مسير مورد نياز است، كارايي دارد.
از محدوديت هاي كاربرد اين روش ميتوان به موارد زير اشاره كرد:
1- در صورتي كه ساختگاه از شرايط زمين شناسي پيچيده اي برخوردار باشد، به طوري كه لايه ها از نظر روند شيب و امتداد و همچنين از نظر جنس وضعيت ساده اي نداشته باشند، تفسير داده ها مشكل خواهد بود و كاربرد اين روش جاي تامل دارد.
2- در صورتي كه لايه هاي مختلف زيرزميني در محل ساختگاه سازه از اختلاف بارزي در مقاومت الكتريكي برخوردار نباشند، تشخيص و تفكيك لايه ها ميسر نيست.
برخي محققين توصيه مي كنند در پروژه هاي بزرگ قبل از كاربرد گسترده اين روش، چند سونداژ الكتريكي به صورت آزمايشي برداشت شود و در صورتي كه تفسير اين سونداژ ها كارايي روش مقاومت سنجي را تأييد كردند، اين روش به كار برود.
3- در پروژه هاي درون شهري وجود كابل هاي الكتريكي برق در رو يا زير سطح زمين باعث ايجاد تداخل در اندازه گيري مقاومت شده و لذا در چنين مواردي ممكن است روش مقاومت سنجي كارايي چنداني نداشته باشد.
4- در برخي موارد، به علت كمبود فضاي كافي در يك جهت براي گسترش خط الكترود ها، حداكثر عمق بررسي توسط اين روش محدود مي گردد.
در اين ارتباط مي توان به ساختگاه سد هاي واقع در دره هاي تنگ و يا مطالعه پروژه هاي درون شهري در محل هايي كه ساختمان ها داراي تراكم زيادي هستند و طول مستقيم چنداني براي كارگذاشتن الكترود ها وجود ندارد اشاره کرد.
