مقدمه
پس از پایان جنگ جهانی دوم، دولتها برای جبران خسارت جنگ روی به منابع طبیعی آوردند با شروع جنگ سرد مکتشفان بدنبال منابع مطمئن در کشورهای نزدیک آمریکا بودند که کانادا بهترین کشور بود هم از نظر وسعت و هم از نظر منابع معدنی.
فلزات پایه مانند مس، سرب، روی و نیکل، از طرفی شرایط بد آب و هوایی از قبیل سرمای زیاد و یخبندان در قسمتی از سال اکتشافی را سخت می کرد و مهمترین عامل فاکتور زمان بود که تأخیر در هر مرحله باعث موکول شدن ادامه عملیات به فصل بعدی شود از طرفی روشهای کند ژئوفیزیکی نیز به این تأخیر کمک می کرد.
ژئوفیزیک به دلیل ویژگیهایی که دارد کم هزینه بودن و بیشترین سرعت بهترین راه برای برداشت بود اما متدهای گراویتی بدلیل دیگر مشکلات کنار گذاشته شد و روشهای قدیمی مغناطیس بدلیل وجود منبع میدان، وجود الکترود و تفسیر پیچیده کمتر استفاده شد. همین عوامل بعدها باعث توسعه روشهای ژئوفیزیکی شد، اولین تلاش برای استفاده از هواپیما در برداشت های EM توسط (1946) Hans land berg و این سیستم شامل 2 سیم پیچ که در کابین هلیکوپتر میباشد و تنها برای توده های مدفون در عمق 5 متری میباشد.
از طرفی با روی کار آمدن کامپیوتر سرعت و دقت محاسبات پیچیده این روش به عنوان سریعترین و بهترین روش بکار گرفته شد.
نیاز به کشف توده های عمیق باعث شد تا پس از دهه 1970 مطالعات و طراحی هایی در این زمینه صورت بگیرد. در این مسیر موفقیتهای (INPUT) (Induced Pulse Transient) (القا پالس زودگذر) چشمگیر بوده در دهه 1980 عمده شرکتهای معدنی بدنبال اکتشاف طلا بودند. در هر حال نیاز اورانیوم و فلزات پایه در نیمه دهه 1980 باعث شد روشهای اکتشاف عمیق استفاده شود شرکتهای Spectrem , Questem , Geotem در سال 1990 اقدام به ارائه این خدمات کردند.
فصل سوم
مبانی مغناطیس سنجی و تئوری
مقدمه:
میدان مغناطیسی زمین از دیرباز نظر محققان را به خود جلب کرده بود. همیشه این حقیقت که سوزن مغناطیسی شده آویزان از نخ همیشه در یک راستا قرار میگیرد دانشمندان را به فکر وامی داشت. تا اینکه ژیلبرت نظریه خود را حدود سه قرن پیش مبنی بر اینکه زمین مانند یک مغناطیس بزرگ و تا اندازه ای بی قاعده عمل می‌کند. این نظریه به همراه نظریه نیوتن در مورد گرانش را میتوان پایه های ژئوفیزیک دانست. در واقع به کمک ژئوفیزیک میتوان کانسار مدفون در زمین را با اطمینان مدلسازی کرد.
مطالعات ژئوفیزیکی بر مبنای خاصیت فیزیکی مورد اندازه گیری به دو دسته کلی تقسیم میشوند. روشهایی که میدانهای طبیعی زمین را اندازه گیری می‌کنند (روشهای استاتیک) که عبارتند از روشهای ثقل سنجی، مغناطیسی سنجی، تلوریک، پتانسیل خودزا و رادیومتری و روشهایی که از میدانهای مصنوعی ایجاد شده استفاده می‌کنند (روشهای دینامیک) که شامل دو دسته مهم می باشند. روشهای الکتریکی و روشهای لرزه نگاری، روشهای استاتیک نسبت به روشهای دینامیک سریع و کم خرج هستند و عموماً در اکتشاف نیمه تفصیلی و شناسایی ساختمانی زمین شناسی استفاده میشوند و بیشتر اطلاعات کیفی بدست می دهند. در روشهای دینامیکی با مطالعه تغییرات میدان مصنوعی ایجاد شده در اثر حضور مواد مختلف میتوان آنالیزهای بهتر و مشخص تری همراه با تفسیرهای کمی و کیفی انجام داد. روشهای دینامیک اغلب وقت گیر و پرهزینه هستند ولی تجارب علمی و نتایج بدست آمده، کاربرد موفقیت آمیز این روشها را ثابت کرده است.
3-1-2- میدان مغناطیسی زمین
شکل میدان مغناطیسی در سطح زمین بطور تقریب معادل شکلی است که با قرار دادن یک آهنربا کوچک ولی پرقدرت در مرکز زمین بوجود میآید به شرط آنکه قطب شمال مغناطیسی این آهنربا رو به جنوب بوده و نسبت به محور چرخش زمین مایل باشد. اگر میدان کاملاً منظم بود، خطوط نیرو در قطب محور مغناطیسی قائم و در استوای مغناطیسی افقی می بود. استوای مغناطیسی دایرة عظیمه ای است که نسبت به استوای واقعی مایل است. (به شکل زیر توجه شود.)
3-1-3- مفاهیم اصلی مغناطیس
3-1-3-1- نیروی مغناطیسی
رابطه نیروی مغناطیسی از قانون کولن برای قطبهای مغناطیسی بدست آمده و نمادگذاری آن تقریباً شبیه قانون نیوتن درباره نیروی گرانی است. این رابطه بدین صورت است:
(3-1)
F نیروی وارد بر m2 بر حسب دین، r فاصلة قطبها برحسب سانتیمتر و جهت نیرو از m1 ، m2 است. قطب ها خودشان مجازیند، زیرا نمی توانند بصورت مجزا وجود داشته باشند و فقط به صورت زوج ظاهر میشوند. تراوایی مغناطیسی است که کمیتی بدون بعد بوده و مقدار آن در خلاء دقیقاً برابر او در هوا نیز عملاً مساوی 1 است.
اگر دو قطب m2 , m1 هر یک به شدت یک emu در خلأ (emu ، واحد قطب مغناطیسی در سیستم تcgs) در فاصله یک سانتیمتری از یکدیگر قرار گیرند. نیروی بین آنها برابر یک دین است، برخلاف حالت گرانی که در آن نیرو همیشه ربایشی است، نیروی ایستا مغناطیسی موقعی ربایشی است که علامت قطبها مخالف یکدیگر باشند و زمانی رانشی است که علامتها یکسان باشند. براساس قرارداد قطبی که به سوی قطب شمال مغناطیسی زمین جذب شود (شمالجو) قطب مثبت و قطبی که به سوی قطب جنوب مغناطیسی زمین جذب شود، قطب منفی جنوبجو است.
استفاده از ایربرن در مطالعات ژئوفیزیکی
امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی و نیاز به هر چه سریع تر انجام دادن پروژه های اکتشافی بدلیل شرایط نامطلوب برداشت در فیلد، هزینه گروه اکتشاف، شرایط نامطلوب آب هوایی در فصول مختلف دلایل مهمی برای ارتقاء برداشتهای ژئوفیزیکی هستند که مکتشفان به دنبال راههایی هستند تا برداشت در زمان کمتر و با هزینه کمتر و دقت بالاتر انجام شود و در این راه در زمینه بهینه سازی پروژه های ژئوفیزیکی ایربرن (مغناطیس هوابرد) یکی از مهمترین ابزارها در دست مکتشفین و از طرفی روی کار آمدن نرم افزارهای دقیق تفسیر و تصحیح داده های مغناطیسی نیز باعث افزایش سرعت و دقت تصحیحات مختلف می شود.
2-1- مقدمه :
میتوان در نظر گرفت که بردار میدان مغناطیسی از یک تابع پتانسیل نرده ای مشتق شده است. یعنی :
و این پتانسیل را میتوان به صورت کار انجام شده برای حرکت یک قطب واحد در میدان مغناطیسی تعریف کرد:
پتانسیل مغناطیسی نرده ای تا اندازه ای مبهم میباشد زیرا قطب پتانسیلی تک، تنها یک تصور است. و در حقیقت آنچه واقعیت دارد، دو قطبی مغناطیسی است.
این واحد، اندازة مناسبی برای کارهای ژئوفیزیکی است.
2-3- مدلسازی داده های میادین پتانسیلی در حوزة فوریه: (Fourier Domain modeling) بین طول موجهای یک آنومالی میدان پتانسیلی با ابعاد، عمق و شکل تودة ایجاد کننده آنومالی روابطی وجود دارد. بطور مثال پهنای یک آنومالی ایجاد شده توسط یک دایپل، اساساً به عمق دایپل بستگی دارد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که آنالیز فوریه که یک متدولوژی جهت تبدیل داده های فضای مختصاتی به صورت تابعی از عدد موج یا فرکانسها می باشد، امکان تحلیل رابطه ای بین میادین پتانسیل و منابع ایجاد کنندة آنها را فراهم می سازد. خواهیم دید که بطور مثال تبدیل فوریة آنومالیهای گراویتی یا مغناطیسی که توسط یک منبع لایه ای ایجاد شده است، باعث تجزیة آنومالی به حاصلضرب دو عامل که یکی تابعی از عمق وضخامت لایه میباشد بوده و دیگری تابع توزیع چگالی یا مغناطیس شدگی لایه میباشد، می گردد.
توزیع منبع را در این حالت میتوان با تبدیل فوریة آنومالی با یک تابع ساده که بستگی به عمق و ضخامت توده دارد، بدست آورد. در سالهای دهة 1960 و به دنبال کار آقایان Tsuboi , Fuchida که کاربرد آنالیز فوریه در تفسیر داده های آنومالیهای مغناطیسی دریایی را ارایه دادند، با تاچاریا چندین مقالة مهم در خصوص آنالیز فوریه داده های مغناطیسی سنجی و گراویتی را انتشار داد. مهمترین نتیجه ای که او مطرح نمود آنست که اگر تکنیکهای بکار گرفته شده در تصحیح توپوگرافی از قبیل گسترش داده ها به بالا و پایین و انتقال داده ها به قطب، روابط بسیار ساده ای در حوزة فوریه هستند.
2-4- آنومالیهای سادة میادین پتانسیلی: (simple Anomalies)
با استفاده از اصول تبدیل فوریه، میتوان تبدیل فوریة میادین پتانسیل ایجاد شده توسط تعدادی از منابع سادة زیر سطحی از قبیل دایپلها، تک قطبها، خطها و نوارها را محاسبه نمود.
این منابع ساده پایة آنومالیهای بسیار پیچیده را تشکیل می دهند. اگر r فاصلة بین نقطة p که در (x , y , z) واقع شده و نقطة که در قرار داده باشد، آنگاه تبدیل فوریة یک پایة بحث مربوط به میادین پتانسیلی است چرا که این میادین به انواع مشتقات بستگی دارد. با داشتن تبدیل فوریه و قضایای خاصیت دیفرانسیل گیری تبدیل فوریه، می توانیم انواع محاسبات را انجام دهیم. اسپکتور و باتاچاریا (1966) از یک استراتژی مشابه جهت به دست آوردن توابع چگالی انرژی طیفی و توابع خود همبستگی برای آنومالیهای دایپلی و منابع خطی بکار گرفتند. اگر p را به یک سطح افقی محدود کنیم که در ارتفاع z0 واقع شده و با فرض آنکه نقطه در موقعیت قرار گرفته باشد، بطوریکه باشد،