کاربرد روش گراني سنجي- مغناطيس سنجي مهندسي ژئوفيزيک در اکتشافات زير سطحي باستان شناسي

مقدمه
 

ژئوفيزيک، علمي است که با فيزيک زمين ارتباط دارد. تاريخ پيدايش آن با کشف گيلبرت Gilbert درمورد اينکه زمين مانند يک مغناطيس بزرگ عمل مي کند، مرتبط است. با اين کشف، قدم ابتدايي ايجاد علم ژئوفيزيک برداشته مي شود. اولين کاربرد علم ژئوفيزيک به منظور کشف معادن و کاني هاي فلزي به سالهاي 1845 بر مي گردد. تقاضاي مداوم و فزاينده انواع فلزات و افزايش خيلي زياد و مصرف نفت و گاز طبيعي باعث توسعه بسياري از تکنيک هاي ژئوفيزيک با دقتهاي زياد گرديده است. بايستي خاطرنشان ساخت که تکنيکهاي ژئوفيزيکي فقط قادرند ناپيوستگي ها و آنومالي هاي خواص فيزيکي زمين، اعم از گراويته، مغناطيس، الکتريک و امواج را تشخيص دهند و کار ژئوفيزيکدان، مطالعه اين آنومالي ها و سپس تجزيه- تحليل آثار آن مي باشد. قسمت مهم و مشکل کار ژئوفيزيکدان بررسي اين مساله و تجزيه و تحليل اين نتايج مي باشد.
روشهاي لرزه اي، گرانش، مغناطيس، الکتريکي، الکترومغناطيس، راديواکتيو و چاه نگاري، روشهايي هستند که در اکتشافات ژئوفيزيکي کاربرد فراوان دارند. انتخاب هر کدام از اين تکنيکها براي اکتشافات برمي گردد. در اين ميان کاوشهاي گراني سنجي متضمن اندازه گيري تغييرات در ميدان گراني زمين و انجام اکتشافات مغناطيس سنجي متضمن اندازه گيري تغييرات مغناطيس زمين مي باشد (تلفورد، 1375).
هر دو روش گراني و مغناطيس سنجي از چندين جهت مشابهند، بطوريکه کوشش بر اين است که اختلافهاي اندک در ميدان نيروي بسيار بزرگ اندازه گيري شود، ولي در عين حال تغييرات چگالي در مقايسه با تغييرات خودپذيري مغناطيسي نسبتاً کوچک و يکنواخت است. بي هنجاري گراني از بي هنجاري هاي مغناطيسي کوچکتر و خيلي هموارتر است. دستگاه هايي که براي سنجش گراني بکار برده مي شود، به سبب ماهيت عمل حساستر از دستگاه هاي مغناطيس مي باشند. در روش مغناطيس سنجي، دقت اندازه گيري ميدان بسيار زياد مي باشد. حال اينکه در اندازه گيري هاي گراني سنجي دقت زياد نمي باشد. علاوه بر اين، دستگاه هاي گراني سنجي گرانتر و عمليات صحرايي آن پرخرجتر و نيازمند افراد ماهرتري مي باشد. در مرحله آناليز داده ها تفسير دقيق داده اي مغناطيسي مشکلتر از تفسير داده هاي گراني سنجي است، چرا که نقشه هاي مغناطيس عموماً پيچيده تر و تغييرات ميدان نابسامانتر و محلي تر از نقشه هاي گراني سنجي است. با اينحال، در بررسي هاي ماکرو مقياس هنوز هم روش مغناطيس سنجي به مراتب کاراترين روشهاي ژئوفيزيکي مي باشد. يک برنامه ژئوفيزيکي بدون کاربرد روش گراني سنجي- مغناطيس سنجي در آن حداقل در مرحله شناسايي، به سختي قابل تصور مي باشد.

بررسي مساله
 

ميدان مغناطيسي بر حسب اورستد بيان مي گردد که نسبتا واحد بزرگي مي باشد. در کاوشهاي مغناطيسي معمولا از واحد کوچکتري به نام گاما استفاده مي شود که اندازه مناسبي براي کارهاي ژئوفيزيکي مي باشد.
عناصر مختلف ميدان مغناطيسي که در اندازه گيري هاي دستگاهي به دست مي آيد، عبارتند از I؛ D؛ F؛ Z؛ Y؛ X در بين اين عناصر 3 عنصر اوليه کاربرد بيشتري دارد.
وسايل اوليه که بويژه براي اکتشافات مغناطيسي بکار مي رفت، نوعي اصلاح شده قطب نماي دريايي نظير قطب نماي معدن سوئدي swedish Mining Compass بود که زاويه شيب I و همچنين انحراف مغناطيسي D را اندازه مي گرفت. مجموعه هاي متناسبي از دستگاه ها در طول پنجاه سال گذشته براي تعيين مولفه هاي نيرو؛ F؛ H؛ Z تکامل يافت. مدلهاي اوليه که به واريومترهاي مغناطيسي Magnetic Variometers معروفند، اساسا سوزنهاي شيبدار با حساسيت زياد مي باشند. دستگاه هاي جديدتر شامل مغناطيس سنجهاي فلاکس گيت Fluxgate، حرکت تقديمي هسته اي Nuclear precession و بخار روبيديوم Rubidium Vapor مي باشند. هر کدام از اين دستگاه ها مزايا و معايبي دارند. حساسيت لازم در دستگاه هاي مغناطيسي براي يک ميدان کلي بين يک گاما تا ده گاما مي باشد. بنابراين حساسيت آنها کمتر از حساسيت گراني سنج هاست که کمتر از يک گال مي باشد.
گراني سنجي نيز از تغييرات شتاب گراني زمين بهره مند مي گردند. امروزه معلوم شده است که بزرگي گراني زمين در روي سطح زمين به پنج عامل بستگي دارد: عرض جغرافيايي، ارتفاع، توپوگرافي زمين، جذر و مد زمين و تغييرات چگالي زير سطح زمين. آخرين عامل تنها عاملي است که در کاوش گراني حائز اهميت مي باشد. براي مثال، تغييرات گراني زمين از استوا تا قطب حدود 5 ميلي گال يا 0/5 درصد مقدار متوسط g است، در حالي که بي هنجاري گراني در اکتشافات نفتي ممکن است حدود 10 ميلي گال باشد و در مناطق معدني مقدار آن شايد به يک دهم اين مقدار بالغ شود (تلفورد، 1375). از آنجايي که آشکارسازي بي هنجاري در کاوشهاي گراني مستلزم اندازه گيري تغييرات کوچک در g است که دست کم 0/1 ميلي گال مي رسد لزوم انجام داده برداري با دقت بسيار زياد بيش از پيش احساس مي گردد. دستگاه هاي گراني سنجي گالف Galf و بوليدن Boliden از جمله دستگاه هاي گراني سنجي است که با دقت زياد کارهاي گراني سنجي را انجام مي دهند.
مرحله بعدي، عمليات اکتشافي انجام عمليات داده برداري مي باشد. در اکتشافات، روش گراني سنجي و مغناطيس سنجي براي تعيين عمق تقريبي، توپوگرافي، خصوصيات پي سنگها بکار مي رود. از آنجايي که خود پذيري سنگهاي رسوبي نسبتا کم است، پاسخ اصلي مربوط به سنگهاي آذرين رسوبها مي باشد. براي اکتشافات با عمق کم ارتفاع دستگاه ها نبايستي از يک متر تجاوز کند. فاصله پيموده شده توسط دستگاه با توجه به مساحت محوطه باستاني متفاوت بوده و قرائتها در حداکثر نيم متر به نيم متر قرائت مي گردد. بهتر است قرائت دستگاه هاي گراني سنجي و مغناطيس سنجي همزمان باشد.

داده ها و روش کار
 

براي بررسي داده هاي گراويته- مغناطيس حاصل از پيمايش يک ميدان باستاني از نرم افزار ژئومودل Geomodel استفاده مي گردد. پس از بازکردن نرم افزار تابلوي داده ها، داده هاي حاصله از پيمايش ميدان و يا محوطه باستاني وارد نرم افزار مي شود. در اين مرحله نرم افزار با پيش شرط اگر جسمي با دانسيته مشخص و عمق مشخص داراي ميدان مغناطيسي- گراني داراي منحني خط چين مي باشد، حرکت مي کند. منحني داده هاي حقيقي ميدان مغناطيس- گراني حقيقي نيز با خط پر مشخص مي گردد. (شکل 1) با تغييردادن داده هاي مندرج Body properties از طريق علامتهاي بالا و پايين دانسيته، نفوذپذيري مغناطيسي، جهت، عمق و شکل جرم سعي مي گردد تا منحني هاي سياه و خط چين بر هم منطبق شوند شکل (2 و 3.)
در شکلهاي 3-4 گرچه تقريبا خطوط بر روي هم منطبق نيستند، ولي به وضوح عمق، دانسيته و جرم اجسام مدفون در زير اشکال نوشته شده است. شکل 4 و 5 تلاش نرم افزار را براي برهم نهي هر دو خط نشان مي دهد. پس از تطابق تقريبي دو خط مي توان مشخصات مدفون و حتي ابعاد تقريبي آنرا مشخص کرد.

نتيجه
 

مهندسي ژئوفيزيک علم استفاده از روشهاي فيزيکي نظير امواج مکانيکي، الکترومغناطيسي، s,p گراني سنجي، مغناطيس و الکتريکي براي اکتشافات منابع، معادن و اشياي فلزي و سنگي مدفون مي باشد. در کنار اين مسائل، استفاده از ساير روشهاي فيزيکي نظير راديواکتيو و کربن 14 براي سن يابي اشيا کاربرد زيادي دارد. يکي از روشهاي جالب توجه در اکتشافات ژئوفيزيکي باستان شناسي روش گراويمتري (گران سنجي)- مغناطيس سنجي مي باشد که کاربرد فراواني در اکتشافات اشيا حجيم مدفون نظير سنگ قبر، مزار، ديواره هاي مدفون و شهرهاي تخريب شده و مدفون دارد. در اين روش، با استفاده از دستگاه هاي مغناطيس سنج و گراني سنجي به بررسي آنومالي منطقه مفروض پرداخته مي شود. در قدم اول داده هاي گراني و مغناطيسي زمين در پيمايش پروفيل هايي که از قبل انتخاب شده و احتمالا از نظر باستان شناسي داراي اهميت مي باشد، جمع آوري مي گردد. در قدم بعدي داده هاي جمع آوري شده از طريق نرم افزارهايي نظير Gemodel مدلسازي شده و جنس احتمالي، ابعاد، عمق دفينه، سنگ مزارهاي مدفون و ... ارزيابي مي گردد. اطلاعات به دست آمده کامپيوتري مي تواند براي اکتشافات باستانشناسي منطقه کاربرد فراوان داشته باشد.
1- گارلند، جورج.د، 1369، آشنايي با ژئوفيزيک، ترجمه رخمتي و شجاع طاهري، مرکز نشر دانشگاهي، تهران
2- تلفورد، دبليو، .ام، 1375، ژئوفيزيک کاربردي، جلد دوم، ترجمه دکتر زمرديان، دکتر حاجب حسينيه، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تهران
3-Geomodel Software: created by: G.RJ.Cooper, 1994-2004
منبع: نشريه اطلاعات علمي -شماره 359