خدمات ژئوفیزیک

شناخت کامل وضعیت لایه‏های زیر سطحی و مشخصات دینامیکی لایه‏های خاک از عوامل مهم در تحلیل دینامیکی یک سازه می‌باشد. به منظور تکمیل اطلاعات ژئوتکنیکی و لزوم ارزیابی پارامترهای دینامیکی لایه‌های زمین و تعیین نوع زمین از نظر مهندسی زلزله، آزمایشات لرزه‌ای درون گمانه‌ای با استفاده از امواج تراکمی و برشی انجام می گردد.

تئوری روشهای لرزه­ای

روشهای‌ لرزه‌ای‌ بر مبنای‌ انتشار امواج‌ مکانیکی دریک محیط‌ الاستیک‌ استوار هستند. موج تولید شده توسط چشمه لرزه‌ای (نظیر ضربه چکش) به گیرنده امواج (ژئوفون) می‌رسد و سپس توسط دستگاه لرزه نگار تقویت و ثبت می‌شود. بر اساس جهت حرکت موج در داخل زمین دو نوع موج در پروژه‌های مهندسی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. امواج تراکمی یا طولی (Longitudinal) که جهت حرکت ذره در جهت انتشار موج است. امواج برشی یا عرضی (Shear) که حرکت ذره عمود بر جهت انتشار موج است. با در دست داشتن سرعت امواج تراکمی و سرعت امواج برشی و همچنین چگالی محیط انتشار می‌توان مدولهای دینامیکی لایه‌های خاک را محاسبه نمود. انرژی لازم برای تولید امواج تراکمی یا P، ضربه قائم چکش بر یک صفحه‌ بوده است. برای‌ تولید امواج‌ برشی‌ یا S از ضربه‌ پتک‌ به‌ دو سر یک میز مخصوص تولید امواج برشی که‌ عمود بر خط واصل بین وسط میز و مرکز دهانه گمانه قرار گرفته و استفاده‌ گردد.

چون در روشهای لرزه‌ای درون گمانه‌ای امواج به صورت تقریبا مستقیم از چشمه به گیرنده می‌رسند بنابراین از دقت بیشتری نسبت به روشهای سطحی برخوردار هستند. با توجه به موقعیت فرستنده و گیرنده روشهای درون گمانه‌ای خود به روشهای زیر تقسیم می‌شوند:

الف- روش سطح به عمق (Down hole): در این روش معمولاً چشمه لرزه‌ای در سطح و در نزدیکی دهانه گمانه و گیرنده امواج در داخل، تمام طول گمانه را جاروب می‌کند. از این روش در محلهایی که نوفه (Noise) وجود دارد، استفاده می‌شود، زیرا با رفتن گیرنده به عمق از دامنه نوفه دریافتی توسط آن کاسته شده و بر کیفیت نگاشتها افزوده می‌شود.

ب- روش عمق به سطح (Uphole): در این روش معمولا گیرنده امواج در سطح و نزدیک دهانه گمانه و چشمه لرزه‌ای در داخل گمانه، تمام طول گمانه را جاروب می‌کند. در این روش به دلیل این که گیرنده در سطح قرار می‌گیرد، بنابر این کنترل بیشتری روی آن وجود دارد. در صورتی که این کنترل در روش درون گمانه‌ای سطح به عمق با تلاش و صرف زمان زیادتری بدست می‌آید.

ج- روش چاه پیمایی (logging): در این روش معمولاً چشمه لرزه‌ای و گیرنده امواج هر دو در داخل گمانه در دو عمق مختلف قرار می‌گیرند. به دلیل فاصله کم این روش، امواج‌ مسیر مستقیم را طی می‌کنند. بنابر این سرعتهای بدست آمده در این روش نسبت به روشهای دیگر از دقت بالاتری برخوردار هستند.

د- روش پروفیل قائم لرزه‌ای (Vertical Seismic Profiling): این روش شبیه روش سطح به عمق (Down hole) است با این تفاوت که چشمه لرزه‌ای در فاصله‌های مختلفی از دهانه گمانه قرار می‌گیرد. در این روش سرعت میانگین لایه‌ها در فاصله میان فرستنده وگیرنده بدست می‌آید. به این ترتیب هنگامی که گیرنده امواج لرزه‌ای را به تدریج از سطح به عمق در اعماق مختلف مستقر می‌کنیم، لایه‌های موجود را می‌توان به صورت جداگانه اندازه گیری کرد.

روش ژئورادار                   

ژئورادار (GPR) یک روش ژئوفیزیکی سطحی غیرمخرب می­باشد که برای مکان­یابی پدیده­های زیرسطحی و یا پیوستگی جانبی سطح مشترک خاک و سنگ در اعماق کم بکار می­رود. در این روش امواج رادیویی با فرکانس بسیار بالا (انرژی الکترومغناطیس) به درون زمین ارسال می­شود و این امواج با برخورد به اشیاء و یا مرز نسبتاً واضح بین لایه­های زیرزمینی بازتابیده شده و توسط دستگاه به صورت نگاشت ثبت می­گردد. 

بازتابشهای رادار به وسیله تفاوت گذردهی الکتریکی (ثابت دی الکتریک) بین موادی که امواج الکترومغناطیس را از خود عبور می­دهند ایجاد می­گردد. امواج الکترومغناطیس هنگام برخورد به ناپیوستگیهای الکتریکی درون لایه­های زمین قسمتی بازتاب یافته و قسمتی به درون لایه­های زیرین نفوذ می­کند تا در نهایت موج مستهلک گردد. زمان رفت و برگشت امواج الکترومغناطیس منعکس شده از سطح مشترک اهداف زیرسطحی اندازه­گیری شده و با معلوم بودن سرعت امواج الکترومغناطیس موقعیت هدف در زیر زمین بر روی مانیتور دستگاه به صورت مقطع رادار به نمایش در می­آید. بنابراین مقطع رادار بیش از آن که چگالی را به نمایش در آورد، ویژگی الکتریکی زمین را نشان می­دهد.

امواج الکترومغناطیس ژئورادار از موادی که دارای هدایت الکتریکی کمی باشند عبور کرده اما به سرعت توسط مواد با هدایت الکتریکی بالا مانند رسها، خاکهای آلی اسیدی و مواد اشباع با آب شور جذب می­شود. مقدار نفوذ عمقی GPR به شدت توسط جذب امواج منتقل شده به درون زمین محدود می­شود. بهترین کارآئی GPR در خاکهای ماسه­ای خشک با سطح آب زیرزمینی پائین می­باشد.

امتیاز بالقوه GPR در به نقشه درآوردن شرایط زیرسطحی طبیعت، غیرمخرب بودن آن است. در این روش هیچ نیازی به حفاری گمانه و یا سوراخ کردن خاک نمی­باشد، در حالی که تکنیکهای مخرب، هزینه بر، زمان بر و اساساً از بین برنده ساختار ناحیه نمونه­گیری و اطلاعات آن می­باشند. علاوه بر آن، پیمایش­های GPR سریعتر و اقتصادی تر بوده و دقت فضایی بیشتر و بهتری را نسبت به روشهای متداول دیگر فراهم می­کند. این روش قابلیت تهیه اطلاعات زیرسطحی را از عمق چند سانتیمتر تا چند ده متر دارد.