آشنایی با روش های ژئوفیزیک لرزه ای
امواج صوتي با سرعت های متفاوتي در لايه هاي زمين حركت مي كنند و اين نكته اساس روش ژئوفیزیک لرزه ای مي باشد.
در اين روش امواج صوتي بوسيله يك منبع در نقطه اي معين توليد مي شود.
پس از مدتي، امواج با برخورد به ناپيوستگي ها يا فصل مشترك لايه ها ي مختلف، انعكاس يا انكسار مي يابند كه به وسيله گيرنده ها ثبت مي گردند.
با توجه به طول مسير و زمان، مي توان سرعت امواج را در لايه هاي گوناگون زمين محاسبه نمود.
به طور كلي روش هاي لرزه اي كاربردي در مطالعات ژئوتكنيك، شامل روش هاي لرزه اي انعكاسي يا بازتابي Seismic reflection ، روش هاي لرزه اي انكساري يا شكست مرزي Seismic refraction و روش تحليل طيفي امواج سطحي Spectral analysis of surface wave هستند.
معمولاً روش هاي لرزه اي انعكاسي براي بررسي هاي زمين شناسي اعماق زياد و اكتشاف ذخاير نفت و گاز مورد استفاده قرار مي گيرند، ولي در مطالعات ژئوتكنيك ساختگاه ها و بررسي لايه هاي كم عمق زمين از روش هاي لرزه اي انكساري و تحليل طيفي امواج سطحي استفاده مي شود.
با توجه به اهميت و كاربرد روش هاي لرزه اي در مهندسي عمران شرح بيشتري پيرامون هر يك از اين روش ها در ادامه ارائه مي گردد.
در شكل 1 مسير امواج انكساري و انعكاسي ايجاد شده توسط يك انفجار نشان داده شده است.
توجه : برای آشنایی با روش های الکتریکی در ژئوفیزیک اکتشافی اینجا کلیک کنید.
شکل 1- امواج انكساري و انعكاسي توليد شده توسط يك انفجار
روش انكساري لرزه ای از روش های ژئوفیزیک لرزه ای
در روش انكسار لرزه اي يا شكست مرزي، سرعت موج فشاري با استفاده از يك رديف ژئوفن كه در محل كار گذاشته شده اند، اندازه گيري مي شود.
با استفاده از نتايج آن، عمق سنگ بستر و ضخامت لايه هاي زير سطحي و احيانا سطح آب زيرزميني تعيين مي گردد.
روش انجام اين آزمايش به صورت استاندارد در ASTM-D5777 ارائه شده است.
در شکل 2 جانمايي ابزارها در برداشت لرزه اي به روش انكساري نشان داده شده است.
شکل 2- جانمايي ابزارها در برداشت ژئوفیزیک لرزه ای به روش انكساري
در عمل ممكن است اين كار صرفاً با استفاده از يك ژئوفن و با تغيير محل قرارگرفتن آن انجام شود.
به طور معمول امواج صوتي با زدن ضربه روي صفحه اي فلزي كه در سطح زمين قرار دارد، توليد مي شوند.
امواج فشاري توليد شده از اين منبع، وارد لايه زير سطحي شده و پس از طي مسيري توسط گيرنده ها (ژئوفن) دريافت مي گردند.
هر چه فاصله ژئوفن بيشتر شود امواجي كه دريافت مي نمايد عمق بيشتري را طي كرده و به سطح زمين مي رسند.
نهايتاً در يك فاصله خاصي موج توليد شده پس از ورود به لايه رويي، از طريق مرز دو لايه به ژئوفن مي رسد.
اين فاصله براي محاسبه عمق لايه رويي كارايي دارد.
بر همين اساس از اين روش به عنوان روش شكست مرزي نيز ياد مي شود.
روش انعكاسی از روش های ژئوفیزیک لرزه ای
روش انعكاسي (بازتابي) نيز نظير روش انكساري با امواج صوتي شناور كار مي كند. در اين روش پس از توليد پالس بوسيلة منبع، با گذشت زماني مشخص، انعكاس امواج لرزه اي از زير سطح زمين به ژئوفون ها مي رسد.
با اندازه گيري زمان دريافت امواج منعكس شده در موقعيت هاي مكاني متوالي، مي توان پروفيل يا مقطعي از زمان هاي حركت امواج لرزه اي تهيه كرد.
تفاوت اين روش با روش انكساري ژئوفیزیک لرزه ای در آن است كه امواج مورد بررسي و تحليل در روش انعكاسي، امواج منعكس شده از سطح مشترك لايه ها ي زير سطحي مي باشند، در حالي كه در روش انكساري امواجي كه در سطح مشترك لايه ها به علت اختلاف سرعت در لايه ها انكسار مي يابند، ثبت و تحليل مي شوند.
هنگامي كه امواج از منبع واقع در سطح زمين منتشر مي شوند، با توجه به شرايط زير سطحي، گروهي از امواج به صورت مستقيم، گروهي ديگر به صورت انكساري يا انعكاسي در فضا منتشر شده و نهايتاً ژئوفن ها همه امواج مذكور را دريافت مي كنند.
در روش انعكاسي تحليل هاي ژئوفيزيكي بر اساس آن دسته از امواجي است كه بصورت انعكاسي به گيرنده ها رسيده اند و چون اين امواج به لحاظ عملي و تئوري از پيچيدگي بالاتري برخوردار هستند.
براي به دست آوردن تصوير درست از لايه هاي زير سطحي لازم است تعداد زيادي ژئوفن در سطح وجود داشته باشد، ولي با توجه به سرعت بالاي امواج انكسار يافته از لايه هاي رويي سطح زمين صرفاً با تعداد اندكي ژئوفن مي توان امواج انكساري را دريافت نموده و به راحتي مورد تحليل قرار داد.
روش تحليل طيفي امواج سطحي از روش های ژئوفیزیک لرزه ای
در روش تحليل طيفي امواج سطحي (SASW) بوسيلة يك منبع توليد امواج لرزه اي، امواج سطحي توليد مي شود و سپس با استفاده از دو ژئوفن كه به همراه منبع در يك امتداد روي زمين كار گذاشته شده اند، امواج مذكور دريافت و ثبت مي گردند.
بدين طريق سرعت امواج سطحي اندازه گيري شده و با توجه به رابطه بين سرعت امواج سطحي و سرعت امواج برشي ، مقادير سرعت موج برشي و … نيز محاسبه مي گردد.
به طور معمول براي توليد امواج سطحي، از يك منبع توليد نيروي قائم كه به صورت ديناميكي ضربه هايي را بر سطح وارد مي كند استفاده مي شود و براي ثبت زمان دريافت امواج در نقاط مختلف، موقعيت ژئوفن ها جابجا مي شود.
مزيت عمده روش SASW نسبت به ساير روش ها عدم نياز به حفاري گمانه و تعداد كم ژئوفن مورد استفاده مي باشد.
از طرف ديگر، حداكثر عمق مورد بررسي در آن تابع محدودة فركانس امواج توليدي و يا به عبارت ديگر طول موج آن هاست.
در واقع روش SASW مبتني بر تحليل امواج سطحي مي باشد و امواج مذكور تا عمق خاصي از زمين، كه تابع طول موج توليدي است، نفوذ مي كنند.
همچنين در صورتي كه يك لايه سخت بر روي يك لايه نرم واقع شده باشد و شناسايي لايه نرم مورد نظر باشد، تحليل و تفسير نتايج دشوار است.
به طور كلي تفسير نتايج در روش SASW نيازمند كارشناسان مجرب مي باشد.
از روش SASW مي توان براي محاسبه عمق سنگ بستر، اندازه گيري سرعت امواج برشي، ضخامت و سختي لايه روسازي و كيفيت و ميزان ترك هاي آسفالت در پروژه هاي راهسازي استفاده كرد.
