Sovellettu geofysiikka

Sovellettu geofysiikka on haara geofysiikan että käytöt mittausmenetelmiä fysikaaliset ominaisuudet pohjamaan maan havaita tai päätellä läsnäolo ja sijainti pitoisuudet mineraalien ja hiilivetyjen .

Geofyysinen etsintä

Geofysikaaliseen tutkimukseen sisältyy maaperän fysikaalisten ominaisuuksien vaihtelun tutkiminen avaruudessa, mutta myös ajassa:

kilometrimittakaavassa (öljy- ja kaasututkimus, kaivostutkimus, maalämpö),
senttimetrin ja sadan metrin välillä (maa- ja vesirakentaminen, hydrogeologia, geologia, riskien ehkäisy, arkeologia).

Historia

Kurinalaisuus ilmestyi sotien välillä varmistaakseen hiilivetyjen ja mineraalien kasvavan maailman tarpeen .

Kaksi veljeä, Conrad ja Marcel Schlumberger , ajattelivat maaston sähköisten ominaisuuksien mittaamista sen paremmin luonnehtimiseksi ja synnyttivät siten geofysiikan.

Tekniikat

Sähkövastus (kartografia)

Periaate

Sähköinen vastus on geofysikaalinen etsintä menetelmä , jonka avulla kuvaamaan sisustan avulla tulkintaa näennäinen ominaisvastus maahan. Mittaukset tehdään mittaamalla potentiaaliero (AV) ja intensiteetti (I).

Kentällä etsintä suoritetaan implantoimalla elektrodit , sitten mittaamalla näennäinen resistiivisyys. Lopuksi laadimme kartan kartan laskettuaan maaperän sähköisen resistanssin:

{\ displaystyle r = k. {\ frac {\ Delta {V}} {I}}}

k: laitteen geometrinen kerroin.

Käyttötila

Käytetään neljää elektrodia, jotka istutetaan maahan ja jotka on kytketty laitteeseen sähkövastuksen mittaamiseksi. Ruiskutuselektrodien sijoittelusta riippuen on olemassa erilaisia laitteita (katso vastakuvat):

Wenner Alpha : Ruiskutuselektrodit sijaitsevat mittauspisteen molemmilla puolilla: ${\ displaystyle k = 2 \ pi. {a}}$
Wenner Beta : Ruiskutuselektrodit sijaitsevat mittauspisteen samalla puolella: ${\ displaystyle k = 6 \ pi. {a}}$

a on kahden elektrodin välinen etäisyys.

Sitten koko laite siirretään seuraavaan mittauspisteeseen.

tietää : Aikaa säästää temppu hyvin lukuisissa mittauksissa: koska kaikki elektrodit ovat identtisiä, riittää vain siirtää viimeinen elektrodi alavirtaan ensimmäisestä.

Sähköpaneeli (profiili)

Laitekuvaus

Ensinnäkin istutamme pitkin profiilia, jota haluamme tutkia, elektrodit erilleen vakiona (yleensä 5 metriä). Sitten yhdistämme kukin niistä monisolmuun. Tämän laitteen avulla voidaan "tunnistaa" jokainen elektrodi (tietää niiden sijainti, järjestys jne.). Lopuksi käytetään multiplekseria voidakseen määrittää roolin jokaiselle elektrodille. Kaikki on kytketty resistiivimittariin, joka suorittaa mittaukset automaattisesti. Tätä profiilia varten käytetään vain Wenner-Alpha-laitetta (sama etäisyys elektrodien välillä).

Periaate

Sähköinen paneeli , kuten sähköinen vastus , on mittauksen perusteella potentiaaliero ja kahden elektrodin välissä istutetaan maahan, jotta voidaan laskea sähköinen resistanssi maahan.

Sähköpaneeli koostuu itse asiassa lukuisista äänipisteistä. Itse asiassa käytämme 32 elektrodin aluetta erilaisten etäisyyksien luomiseen (vähintään 1,5 m ja enintään 10 m) tarvitsematta siirtää elektrodeja; mikä lyhentää huomattavasti mittausaikaa. Tämän järjestelmän ansiosta on mahdollista tehdä 155 erilaista sointikokoonpanoa (multiplekserin ansiosta) ja suorittaa mittaukset noin puolessa tunnissa. 32 elektrodia ovat vain tuotemerkin tarjoamia ... Voimme myös saavuttaa napapylväslaitteita vertailuelektrodilla - potentiaali laitteen "äärettömyydessä" (10 kertaa suurin etäisyys) ja myös toinen injektio "äärettömässä" "(kaivo), tämä laite mahdollistaa kaikkien muiden kvadrupolien yhdistämisen.

Sähkökysely (tutkimus)

Luotauksen tavoitteena on tietää, kuinka näennäinen resistiivisyys vaihtelee pystysuunnassa tietyssä pinnan kohdassa. Kun tiedetään, että tutkimuksen syvyys riippuu laitteen mitasta, suoritetaan peräkkäiset mittaukset, joka kerta lisätään laitteen pituutta, jolloin jälkimmäisen kasvu vahvistaa sähkövirran suuremman tutkimuksen syvyyden, kukin näennäisen resistiivisyyden arvo määritetään näennäsyvyydelle laitteen tyyppiin nähden.

Magneettinen etsintä

Maan pinnalla magneettikenttä vaihtelee tilassa ja ajassa. Spatiaaliset vaihtelut syntyvät ympäröivien materiaalien magneettisten ominaisuuksien vaihteluista. Ajalliset vaihtelut ovat seurausta maapallon suunnan muutoksesta aurinkoon nähden, vuorokausivaihteluista, auringon aktiivisuudesta ja sähkömagneettisista vuorovaikutuksista ylemmässä ilmakehässä. Etsinnän tarkoituksena on tuoda esiin materiaalien magneettisten ominaisuuksien (indusoitu magnetisaatio (dia-, para-, ferromagneettinen sl), remanenttimagnetisaatio (ferromagneettinen sl) spatiaalinen vaihtelu. Paikallinen magneettikenttä etsinnän aikana. Tätä varten voidaan käyttää kahta lähestymistapaa: käyttää perustana magneettimittaria staattisessa asennossa tai mitata paikallinen gradientti joko gradiometrillä (fluxgate-gradiometri) tai kaksoisanturilaitteella (optinen pumppaus). Magneettimittarin protoneja käytettiin ensimmäisinä. optiset pumppaavat magnetometrit mahdollistavat suuremman toimintanopeuden (10-20 Hz). fluxgate-tekniikka mahdollistaa korkeammat taajuudet ja keventää erityisesti laitetta pienimmällä virrankulutuksella Optinen pumppaus mahdollistaa magneettikentän voimakkuuden absoluuttisen mittaamisen resoluutiolla 0,1 nT taajuudella 10 Hz. Fluxgate-knologia, mittaus on yksi- tai kolmiaksiaalinen, mutta instrumenttivirhe, joka ei salli tällaisen resoluution saavuttamista.

Protonimagnetometri (kartografia) Periaate ja käyttötapa

Käytämme protonimagnetometriä (sisään) mittaamaan kokonaismagneettikentän, toisin sanoen maapallon magneettikentän , joka on lisätty poikkeavuuksien luomaan magneettikenttään. Koska laitteen herkkyys on kuitenkin 1 nT: n sisällä, on välttämätöntä, että magnetometriä pitävä henkilö ei ole magneettinen , jotta mittauksia ei häiritä. Tämän laitteen tutkintasyvyys vaihtelee anturin korkeuden mukaan.

Lisäksi kahden profiilin välissä (edestakainen matka) tehdään mittaus pohjaan, jotta pystytään määrittämään maapallon magneettikentän ajallinen ajo . Mittausten tarkkuuden lisäämiseksi päätämme palata referenssiin yhden profiilin päättymisen jälkeen ja ennen seuraavan profiilin alkua.

Sähkömagneettinen etsintä

EM31 (kartografia)

Tämän tyyppinen menetelmä hyödyntää sähkömagneettisen induktion periaatetta johtavissa materiaaleissa. Tätä menetelmää kutsutaan "aktiiviseksi", koska emittoimme keinotekoisesti primäärisen magneettikentän, jonka maaperä johtaa ja jonka pinnalla mitatut modifikaatiot antavat meille tietoa maan ominaisuuksista. Lisäksi se on taajuusmenetelmä (9,8 kHz) ja jolla on geometriansa (emitteri / vastaanotin etäisyys: 3,66 m) ansiosta pieni induktioluku.

Laitekuvaus

Todellisuudessa menetelmä, jota käytämme, on Slingram- tyyppinen menetelmä , joka käyttää kahta silmukkaa: lähettäjän ja vastaanottimen. Käytetyn laitteen, EM31 , on luonut alalle erikoistunut ja erittäin luotettava Geonics-yritys. Geometrisen kokoonpanonsa ansiosta mittaukset eivät enää ole liian alttiita ihovaikutukselle (vaimennusvaikutus riippuu signaalin etäisyydestä). Maan etsimiseksi valitsimme HCP-kokoonpanon (vaakasuora tasainen), toisin sanoen kelojen taso on vaakasuora (magneettinen dipoli on siis pystysuora).

Tällaisen laitteen tutkintasyvyys on noin 5,5 metriä (1,5 kertaa emitterin / vastaanottimen etäisyys). Kuitenkin HCP: ssä eniten huomioon otettu syvyys on s / 2 (s: kelojen pinta).

Periaate

Käytännössä mitataan maaperän magneettikenttä, kenttä, joka on verrannollinen tontin näennäiseen sähkönjohtavuuteen (siemens / metri). $\ sigma$

Itse asiassa, kun EM31 käynnistetään, kelojen läpi kulkee virta, joka indusoi magneettikentän ( ensisijaisen kentän ). Tämä maassa etenevä kenttä kohtaa johtavampia vyöhykkeitä, joissa indusoituvat pyörrevirrat , jotka itse synnyttävät uuden magneettikentän ( toissijainen kenttä ). Lopuksi laitteen vastaanottokäämi mittaa ensisijaisen kentän ja toissijaisen kentän summan. Tästä syystä laite on herkempi johtaville aineille kuin vastustuskykyisille materiaaleille.

Käyttötila

Tämän menetelmän tärkein etu on, että se on suhteellisen nopea eikä vaadi kosketusta maahan. Siksi riittää, että liikkuu maassa ennalta määritetyn verkon jälkeen.

GeoRadar (profiili)

GPR on sähkömagneettinen laite luoda profiilin funktiona topografia dielektrisen permittiivisyyden ja johtavuus . Se on seismisen heijastuksen kaltainen menetelmä, mutta käyttökelvoton johtavassa ympäristössä (veden alla, viemäreissä jne.).

Laitekuvaus

Laite koostuu lähettimestä ja vastaanottimesta (keloista), jotka ovat yhtä kaukana mittauspisteestä (näiden kahden yksikön välinen etäisyys pysyy vakiona), sekä rajapinnasta PC: n kanssa mittausten hankkimiseksi. Voit myös lisätä matkamittarin (pyörälle asennettu järjestelmä) kuljetun matkan määrittämiseksi. Lähetetty sähkömagneettinen aalto on suurtaajuusalueella (225 MHz). Kutakin mittausta varten se lähetetään pulssin muodossa, joka toistetaan tietty määrä kertoja keskiarvon ottamiseksi mittausten tarkkuuden optimoimiseksi.

Aaltojen liikerata ja nopeus vaikuttavat suhteelliseen dielektriseen läpäisevyyteen ( muista :), johtavuuteen ja niiden magneettiseen läpäisevyyteen (joiden vaihteluilla ei ole juurikaan vaikutusta mittauksiimme). Saven läsnäolo tekee maasta liian johtavan aaltojen päästämiseksi. Itse asiassa aalto heijastuisi melkein kokonaan ja estäisi tiedon hankkimisen alla olevasta; samalla tavalla kuin maahan upotettu metallilevy (erittäin johtava elementti) heijastaisi täydellisesti aaltoja. Profiilista on tehtävä myös topografia, jotta saatu profiili voidaan tulkita oikein syvyyden funktiona. $\ varepsilon _ {r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon = \ varepsilon _ {0}. \ varepsilon _ {r}}$ $\ sigma$ $\ mu$

Käyttötila

Laitetta liikutetaan profiilia pitkin ja emissio, ja siksi mittaus suoritetaan 10 senttimetrin välein.

Matkamittarin avulla sinun tarvitsee vain kääntää tutkaa, mittaukset tehdään automaattisesti.

Manuaalisesti sinun on laitettava tutka maahan ja aloitettava mittaus. Kaapelit välittävät mittaukset yksikköön, joten tulokset voidaan tarkkailla suoraan profiilissa.

Lisäksi maan nopeuden mallin määrittämiseksi on suoritettava CMP (Common MidPoint). Riittää, kun maadoitustutka sijoitetaan riittävän kauas poikkeavuudesta ja sitten sen yläpuolelle ja siirretään vähitellen kahden kelan välinen etäisyys (lähetys / vastaanotto).

Gravimetrinen etsintä

Klassinen menetelmä massan eron määrittämiseksi maanpinnan alapuolella on gravimetrian käyttö. Tämä massaero korostuu painovoimakentän poikkeavuuksilla. Teoreettisesti tällä menetelmällä mitataan painovoimakentän erot verrattuna vertailupainokentään, laskettuna vertailuelipsoidille. Mikrogravimetrinen menetelmä vaatii säännöllistä paluuta tukikohtaan korjaamaan maan ja tähtien pyörimisen aiheuttaman ajautumisen. Gravimetrillä on kvartsijousi, se kulkee premium-luokassa, joten sen kuljetus on kallista ja riskialtista. Asennus edellyttää, että se on täysin pystysuora.

Seisminen etsintä

Seisminen heijastus

Seisminen heijastus käyttää heijastus aaltojen väliset rajapinnat geologisten useita tasoja. Seisminen heijastus voi olla yksi- tai monikanavainen. Jälkimmäisessä tapauksessa signaali-kohinasuhteen lisäämisen lisäksi on mahdollista laskea ylitetyn median nopeudet. Näitä tietoja käytetään sitten tietojen muuntamiseen perusteellisesti.

Seisminen taittuminen

Seisminen taittuminen hyödynnetään aallon etenemisnopeus pitkin rajapintoja geologisten tasolla. Tämä menetelmä soveltuu erityisen hyvin tietyille maa- ja vesirakennussovelluksille. Sen avulla voidaan arvioida nopeusmalli ja kerrosten lasku. Se on tällä hetkellä rajoitettu käytännössä tavoitteisiin, joiden syvyys on alle 300 metriä, mutta se on peräisin Afrikan suurimman Hassi-Messaoud-öljykentän keskimääräisestä 3300 metrin syvyydestä vuonna 1956.