"إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي"

Transcript

1 مجلة جامعة تشرين للبحوث والد ارسات العلمية - سلسلة العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 4102 Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies - Basic Sciences Series Vol. (36) No. () 2014 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" الدكتور فواز األزكي * )تاريخ اإليداع.4102 / 2 / 01 قبل للنشر في )2014/ 9 / 6 ملخ ص يتوصل البحث إلى إمكانية تفسير منحنيات السبر الكهربائي الشاقولي لمنحنيات حقلية حقيقية, بعد أن تم التوصل إلى حساب المقاومية الظاهرية من خالل معادلة صالحة لجميع التشكيالت. V(r)=I/2 πr[c 1 p n + T( ) + C 2 p 1 ] نتائج البحث توفر الكثير من الوقت والجهد في معالجة و تفسير المعطيات الجيوكهربائية, وتنعكس ايجابيا على تفسير السبر الكهربائي الشاقولي أكاديميا و تطبيقيا. الكلمات المفتاحية: التفسير الجيوكهربائي, المقاومة الظاهرية * أستاذ مساعد - قسم الجيولوجيا- كلية العلوم- جامعة تشرين- سورية. 72

2 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" األزكي مجلة جامعة تشرين للبحوث والد ارسات العلمية - سلسلة العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 4102 Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies - Basic Sciences Series Vol. (36) No. () 2014 "Illumination on quantitative interpretation of the vertical electrical sounding curves" Dr. Fawaz Azki * (Received 10 / 4 / Accepted 3 / 9 /2014) ABSTRACT Paper Find the possibility of interpreting the vertical electrical sounding curves in real field, having been reached resistivity virtual account through the equation is valid for all configurations V(r)=I/2 πr[c1pn+ T( ) + C2p1] Search results provide a lot of time and effort in processing and interpretation of the geoelectrical data, and reflected positively on the interpretation of the vertical electrical sounding academic and an applied. Keywords: Geoelectrical interpretation, Apparent resistivity * Associate Professor, Dep. of Geology, Faculty of Sciences,Tishreen university, Lattakia, Syria. 72

3 Tishreen University Journal. Bas. Sciences Series مجلة جامعة تشرين العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 7102 مقدمة: يتميز السبر الجيوفيزيائي الكهربائي عن السبور الجيوفيزيائية األخرى بطرق القياسات الحقلية, حيث تتنوع تشكيالت السبر الكهربائي الشاقولي حسب الطبيعة التضاريسية و عمق االخت ارق, و ينتج عن ذلك العديد من نماذج نظرية لمنحنيات المقاومية الظاهرية, التي تؤدي إلى العديد من التفسي ارت المتوافقة مع كل نموذج نظري, و تتعدد أهداف المسح الجيوكهربائي لكن الفعالية القصوى تكون في األعمال الهيدروجيولوجية و الجيولوجيا الهندسية و كلما كان العمق المطلوب استكشافه جيوفيزيائيا قليال كلما كانت معطيات المقاومية أكثر دقة, و لتفادي االرتياب مع ازدياد العمق, يتم تغيير المسافة بين االلكترودين حساب المقاومية الكهربائية هي M,N طردا مع ازدياد المسافة بين المسارين A,B R=ΔV/I VΔ حيث هي فرق الكمون المقاس في الحقل و I و لهذا فإن معادلة هي شدة التيار المعروفة من خالل جهاز التنقيب الكهربائي, و من توزيع االلكترودين M,N والمسارين A,B على سطح األرض ينتج معنا تشكيل جيوكهربائي, هذا التشكيل ينتج عنه ثابت التشكيل K و لذلك فإننا نسمي جداء المقومية الكهربائية بثابت التشكيل بالمقاومية الظاهرية p a حيث : p a =.K ΔV/I و التي تقاس باألوم.متر, إن تغيير M,N مع كل تغيير ل A,Bيتطلب الكثير من الجهد والوقت والتكلفة, بإلضافة إلى ضياع شدة التيار والمعطيات التي تفتقر إلى الدقة المطلقة. المعطيات وعلى تفسير النتائج. الذي ينعكس على معالجة يدرس البحث امكانية تحسين التشكيالت الجيوكهربائية بحيث تساهم في اعطاء نتائج أدق في كل من القياس والمعالجة والتفسير. أهمية البحث وأهدافه: للبحث أهميتان: أهمية أكاديمية من خالل التوصل إلى معادلة متطورة عن معادلة حساب المقاومية الظاهرية الكالسيكية, و أهمية تطبيقية من خالل تسهيل عملية التنقيب الجيوكهربائي بواسطة السبر الكهربائي الشاقولي. ويهدف البحث إلى محاولة التوصل إلى معادلة تخدم حساب المقاومية الكهربائية الظاهرية ط ارئق البحث و مواده: يعتبر البحث بحثا نظريا, مع امكانية اج ارء تطبيقات عملية, لذلك فهو يعتمد على األسس النظرية الرياضية و الفيزيائية للحقل الجيوفيزيائي الكهربائي, و قوانين حساب المقاومية الكهربائية لألوساط الجيولوجية المتجانسة, و قانون المتخصص في IPI2Win حساب المقاومية الكهربائية الظاهرية, بمساعدة بعض المعادالت و استخدام برنامج معالجة و تفسير المعطيات الجيوكهربائية. -III تحديث في حساب المقاومية الكهربائية الظاهرية ألي من التشكيالت: حساب المقاومية الظاهرية من أجل أي تشكيل يعتمد على حساب الكمون عند السطح لحالة حقل ذو توضع طبقي أفقي, و الناتج عن مصدر نقطي متوضع على سطح الحقل أيضا. أول معادلة رياضية لهذا الكمون وضعها سابا شتيفانيسكو عام 0361: V(r)=I p 1 /2π )0( 72

4 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" األزكي المقاومية الظاهرية للطبقة األولى. : تابع نواة سابا شتيفانيسكو, r :المسافة بين مصدر التيار و نقطة قياس الكمون : حيث: p 1 المكافئة: حيث: I: شدة التيار J: 0 تابع بيسل من المرتبة 0 λ: متحول التكامل في عام 0391 قام كويفويد باستخدام العالقة: (( T(λ)=p1(1+2ɵ1(λ )نواة )Schlichtes و اقترح العالقة (2)V(r)=I/2π حيث: T(λ) هي تابع مسم ى من كويفويد محو لة المقاومية التابع T(λ) يتم تعيينه استئنافيا باستخدام عالقة باكيريس )0391( المتكيفة من قبل كويفويد )0393( T i (λ) = p i T(λ)=T 1 (λ), T 1 (λ) = p 1 (3) ترمز للمقاومية الظاهرية و h i T n ( =p n tanh (x) = e x -e -x /e x + e -x ترمز لسماكة الطبقة i p i يرمز لعدد الطبقات, أما n في المعادلة( 2 ) يمكن اج ارء تعويضλ =λ/r لنحصل على عالقة الكمون V(r) : V(r)=I/2π (4) max T(λ)= p n لدينا: (i=1,2.,n-1)/r < x 1 hi minλ من وجهة النظر العددية, يمكن تحديد قيمتين x 1 x, 2 بحيث: h1/r والتي هي -4 10, tanh(x)=0, من اجل إذا كان x<x 1 آخذين باالعتبار القيم الحدية للنسبة و 10 4 يمكن تحديد قيمتين: و λ T(λ/r<λ max /r)= p 1 == T(λ/n حيث : max/r = p 1,T(λ/r <λ min /r)= p n و باستخدام هذه النتائج يمكن كتابة: V(r)=I/2πr[C 1 p n + λ/r)j 0 (λ)dλ + C 2 p 1 ] () حيث: C 1 =, C 2 = = 1- (6), ) من الشكل: ( آخذين باالعتبار تجزئة المجال λ 1 = [ / ] i/m i=0,.,m اآلن يمكن كتابة: λ/r)j 0 (λ)dλ = = (7) 01

5 Tishreen University Journal. Bas. Sciences Series مجلة جامعة تشرين العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 7102 λi= و Ci= (8) حيث: :Ci عامل يتم حسابه من التكامل العددي. : J0 تابع بيسيل و أخي ار من () و (6) ينتج من خالل تعويض (6) في (): V(r)=I/2πr[C 1 p n + λ/r)j 0 (λ)dλ + C 2 p 1 ] V(r)=I/2πr[ p n + λ/r)j 0 (λ)dλ +{1- }p 1 ] V(r)=I/2πr[C 1 p n + نصل إلى العالقة: + C 2 p 1 ] (9) مع األخذ باالعتبار أن : = V كمون التيار الكهربائي المستقبل من الحقل r= المسافة بين مساري التشكيل p= 1 المقاومية الكهربائية للطبقة األولى p= n المقاومية الكهربائية للطبقة االخيرة )Schlichtes )نواة =T(λ يالحظ تشابه العالقة األخيرة اختالف أن العالقة (9) مع عبارة المقاومية الظاهرية بطريقة الفلتر الخطي )جونسون 0391(, مع (9) لها ميزة تمثيلها لنموذج عام لحساب المقاومية الظاهرية والتي تتوافق مع أي نوع من تشكيالت السبر الكهربائي الشاقولي مستخدمة العامل Ci نفسه.والذي يتم حسابه مرة واحدة حسب الدقة المطلوبة. المقاومية الظاهرية المتوافقة مع تشكيل حقلي تعطى من خالل العالقة: pa=k.δv/i I حيث: K العامل الهندسي لتشكيل القياس الحقلي VΔفرق الكمون بين الكترودي القياس, يحسب من العالقة (9) شدة التيار المرسل في التربة بواسطة الكترودي التيار. استخدام الطريقة العكسية في تفسير منحنى المقاومية الظاهرية التي وضعها جونسون )0391(, من الممكن استخدامها في العالقة (9) في التفسير اآللي للمعطيات الجيوكهربائية الحقلية. -IV تحديث في تفسير منحنيات السبر الكهربائي الشاقولي المنف ذ بتشكيل حقلي: الشاقولي( V.E.S ) خالل المسح الكهربائي للحقل المتطبق, تقنية القياس العامة المطبقة هي طريقة السبر الكهربائي. تفسير المقاوميات الظاهرية الناتجة فرضية تشكيل قياس )شلومبرجير( حيث المسافة بين الكترودي القياس M,N يتم من خالل مقارنتها مع القيم النظرية المحسوبة من خالل بحدها األصغري. في الواقع العملي ال يمكن إج ارء السبر بمسافة صغيرة جدا بين الكترودي القياس, بسبب أن فرق الكمون بين الكترودي الكمون يتم تحديده من التيار المرسل في التربة من خالل التشكيل يصبح مقارن مع فرق الكمون الناتج عن التيا ارت التيلورية أو مصادر أخرى غير متعلقة بالتشكيل المستخدم والتي ال يمكن التقليل منها من خالل التصحيحات السابقة. 00

6 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" األزكي في هذه الشروط, حقليا يتم استخدام تشكيالت بحيث النسبة AB/MN متغيرة بين 01 و, 6 أحيانا يكون هذا المجال أوسع. انظر الجدول) 0 ( جدول) 1 (: مجموعة من قيم AB/2 MN/2, مستخدمة في السبر الكهربائي الشاقولي AB/ MN/ ينتج من هنا أن التفسير الكمي للمعطيات الحقلية يكون محققا مع وجود أخطاء القياس و األخطاء الناتجة عن اعتبار الحقل وسط متطبق, واألخطاء الناتجة عن االختالف بين المستخدمة في الحقل. من أجل التخلص تشكيالت لشلمبرجير من هذه األخطاء الناتجة عن القيم المقاسة بتشكيلة مستخدمين النسبة صغيرة, يجب تحويلها الى قيم متوافقة مع تشكيل شلومبرجير. المستخدمة في التفسير وتلك AB/MN بقيمة أو األخطاء الناتجة عن المعطيات الحقلية, يجب مقارنتها مع القيم النظرية المحسوبة من أجل كل توزع للتشكيل المستخدم في الحقل. من أجل تقدير قيمة األخطاء الناتجة عن التقريب بين تشكيل القياس الحقلي مع التشكيل من نوع شلمبرجير او وينير, تم وضع برنامج لحساب المقاومية الظاهرية المتوافقة مع تشكيل بحيث االلكترودات تتوزع في أي وضع ف ارغي, و بشكل خاص تلك التي تتوافق مع التشكيل المستخدم حقليا. طريقة الحساب تم شرحها في الفصل السابق, حساب المقاوميات الظاهرية من أجل تشكيل شلمبرجير, نظريا يعتمد على طريقة الفلتر الخطي )كويفويد.)0393 تم استخدام البرنامج من أجل إنشاء سلسلة من منحنيات VES من نوع األشكال) 9-0 ( و كذلك لبعض منحنيات VES الموجودة في جدول) 0 ( أي بقيم متغيرة للنسبة AB/2,MN/2 K,H,Qبحيث AB/MN يبقى ثابتا, األشكال )3-1( المتوافقة مع سلسلة األطوال AB/2,MN/2 الشكل) 1 (: منحنيات VES من نمط AB/MN=3) K(AB/MN=10 & من 3 طبقات من أجل سماكات مختلفة للطبقة الثانية 07

7 Tishreen University Journal. Bas. Sciences Series مجلة جامعة تشرين العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 7102 الشكل) 2 (: منحنيات VES من نمط AB/MN=3) K(AB/MN=10 & من 3 طبقات من أجل سماكات مختلفة للطبقة الثانية الشكل) 1 (: منحنيات VES من نمط AB/MN=3) H(AB/MN=10 & من 3 طبقات من أجل سماكات مختلفة للطبقة الثانية الشكل) 4 (: منحنيات VES من نمط AB/MN=3) K(AB/MN=10 & من 3 طبقات من أجل سماكات مختلفة للطبقة الثانية الشكل) (: منحنيات VES من نمط ( Q حيث AB/MN متغير حسب الجدول ) 1 3 طبقات بسماكات مختلفة للطبقة الثانية 00

8 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" األزكي الشكل) 6 (: منحنيات VES من نمط ( Q حيث AB/MN متغير حسب الجدول ) 1 3 طبقات بسماكات مختلفة للطبقة الثانية يمكن التأكد من وجود اختالف ملحوظ بين منحنيات VES منفذة من أجل نسب AB/MN مختلفة. يالحظ أن بقدر ما يكون AB/MN أصغر يكون منحني VES الناتج م ازح نحو الخارج اكثر بالمقارنة مع منحني شلمبرجير النظري, حيث االختالف بسيط حيث لم يعد من الضروري رسم المنحني AB/MN=10 VES مدى االنتقال لفاصلة نقطة من المنحني يزداد بشكل اكبر مع ازدياد فرق المقاومية بين طبقتين, خاصة األج ازء المتناقصة من منحنى. VES هذه الحقيقة من وجهة النظر العملية يمكن استخدامها في تنفيذ VES حيث تتم مالحظة تغير طول MN فقط في األج ازء المت ازيدة من منحنى.VES و يتم تجنب التغير في الجزء المتناقص من المنحنى من خالل تكبير تيار االرسال. كذلك انح ارف منحنى VES شلمبرجير عن منحنى الحقل أكبر في حال منحنيات VES من نوع H و. Q األخطاء التي تظهر في التفسير من خالل تجاهل هذا المظهر يجعلنا نحصل على سماكات طبقات أكبر من السماكات الحقيقية. من خالل التفسير الكمي لمنحنيات VES من نوع H حيث تشكيل القياس له النسبة AB/MN=3 و كأنه تم تنفيذه بتشكيل شلمبرجير تم الحصول على النتائج التالية جدول) 2 ( جدول) 2 (: منحنى VES بثالث طبقات نوع H الطبقة التشكيل شلمبرجير AB/MN=10 AB/MN= [Ω m]/1[m] 100[Ω m]/1[m] 97[Ω m]/1.1[m] 2 10[Ω m]/4[m] 10[Ωm]/4.1[m] 11[Ω m]/[m] 3 100[Ω m] 100[Ω m] 00[Ω m] من منحنيات VES في الشكلين 0 و 6 يمكن مالحظة تناقص واضحللحد األعظمي واألصغري مع تناقس النسبة AB/MN.يؤدي ذلك إلى أن التشكيالت ذات النسبة AB/MNبقيمة كبيرة يمكن أن تقدر بشكل جيد التباينات الصغيرة للمقاومية, كذلك تشكيل شلمبرجير هو األكثر فعالية حين يكون البحث عن طبقات ذات تباين خفيف في المقاومية. في الشكلين 1 و 3 يمكن مالحظة الفروق الذي يمكن أن تظهر نتيجة استخدام التشكيالت الحقيقية بنسبة AB/MN متغيرة بالمقارنة مع منحنيات VES لشلمبرجير. 02

9 Tishreen University Journal. Bas. Sciences Series مجلة جامعة تشرين العلوم األساسية المجلد )63( العدد )( 7102 يجب وضع خط تحت القف ازت الكبيرة في األج ازء ذات التقوس الكبير لمنحنيات VES الحقلية, و التي يجب أن ال تأخذ باالعتبار بعض التباينات المكانية قرب الكترودي القياس, بل فقط نلك الناتجة عن األسباب الوادة أعاله. بشكل عام فإن منحنى VES يبدأ بقيم صغيرة للنسبة.AB/MN قيم المقاومية الظاهرية المتوافقة مع أطوال صغيرة لAB/2 تكون قريبة من قيم شلمبرجير, ألن عمق االخت ارق في التشكيل يكون مقارن مع سماكة الطبقة األولى. حين يزداد طول AB/2 مع المحافظة على طول MN فإن المقاوميات الظاهرية المقاسة ستكون قريبة من شلمبرجير, و بالتالي أول قطعة من منحني VES الحقلي و المعبرة عن أول طول ل MN يجب عدم تعديلها. بدءا من أول تغيير لMN, منحنى الحقل سوف يبدأ باالبتعاد عن منحنى VES لشلومبرجير بتناسب عكسي مع AB/2. من هنا خالل إنشاء منحنى VES الحقلي, و حين سيتم تجنب النقاط المضاعفة عند نغيير, MN القيم من احد القطع التالية ألول قطعة يجب تفاضلها بحيث تتسع قطعة منحنى. VES من المقبول أن يتم تحويل معطيات الحقل و تعديلها بحيث تصبح قريبة من منحنى شلمبرجير.VES لكن يجب االنتباه بدقة إلى خبرة الجيوفيزيائي المفس ر. من أجل التفسير الكمي للمعطيات الحقلية األكثر دقة يجب استخدام ب ارمج لحساب المقاومية الظاهرية التي تتبع شروط القياس. تلك الب ارمج تجنبنا من الحذر الذي يجب اتخاذه من قبل مهندس الحقل الذي يجري القياسات السبرية حول مواقع االلكترودات و توافقها مع احداثيات االلكترودات االفت ارضية في التشكيل النظري. االلكترودات يمكن وضعها بأي شكل, المطلوب فقط تدوين احداثياتها من أجل امكانية استخدامها الحقا في حساب المقاومية الظاهرية. طريقة حساب المقاومية المباشرة و التي تسمح أيضا بالحساب العكسي للمعطيات المقاسة, هذه الطريقة تم توضيحها في الفقرة IV من البحث االستنتاجات والتوصيات: 0- المعادلة المعدلة التي توصل لها البحث لحساب كمون المقاومية الكهربائية تتيح المجال للجيوفيزيائي باختيار احداثيات االكترودات القياس بحرية, بما يتناسب مع الطبيعة التضاريسية لمنطقة الد ارسة. 2- تحديث آلية التفسير اآللي للمعطيات الجيوكهربائية يوفر الكثير من الجهد و الوقت و التكلفة في أعمال السبر الكهربائي الشاقولي. متخصصة. 6- يوصى بإج ارء د ارسات نظرية أخرى لجميع ط ارئق التنقيب الكهربائي. 9- يوصى بإج ارء تطبيق عملي لنتائج البحث ضمن بحث تطبيقي آخر. 1- من المفيد أن تتوسع الد ارسة لتشمل جميع الط ارئق الجيوفيزيائية التي تتطلب التفسير اآللي عبر ب ارمج 0

10 "إضاءات على التفسير الكمي لمنحنيات السبر الكهربائي الشاقولي" األزكي الم ارجع: 1- Johansen, H.K.,197, An Interactive computer/graphic-display terminal system for interpretation of resistivity sounding. Geophysical Prospecting, 23, Koefoed,O., 1970, A fast method for determining the layer distribution from raised Kernal function in geoelectrical sounding, Geophysical Prospecting, 18, Koefoed,O., 1979, Geosounding Principles, I Resistivity Sounding Measurement : Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-Oxford-New York. 4- Pekeris,C.L., 1940, Direct Method of Interpretation in Resistivity Prpspecting, Geophysics,, Stefanescu, S.S., Schlumberger, C. and M., 1930, Sur la distribution electriquepotentielleautour d un prise de terreponctuelledans terrain a couches horizontals, homogenes et isotropes, J.Phys.Radium,7,