Geofizikada Yer Fizikası Əsas Prinsipləri
Geofizika, fizika prinsiplərindən istifadə edərək Yer kürəsini öyrənən yer elmlərinin bir qoludur. Geologiya səthdəki süxurların və strukturların müşahidələrinə çox güvənsə də, geofizika Yer kürəsini dolayı yolla dalğalar, cazibə sahələri, maqnetizm, elektrik, istilik və radiasiya kimi fiziki reaksiyalar vasitəsilə "görür". Başqa sözlə, geofizika hər yeri qazmadan və ya qazmadan səthin altında nə baş verdiyi, materiallarının xüsusiyyətləri və hansı proseslərin baş verdiyi kimi suallara cavab tapmağa çalışır.
Geofizikanın dərindən başa düşülməsini təmin etmək üçün geofiziki metodların əsasını təşkil edən Yer fizikası prinsiplərini nəzərdən keçirməliyik. Bu prinsiplərə elastik mühit, dalğaların yayılması, potensial sahələr, elektromaqnit induksiyası, istilik ötürülməsi və materialların fiziki xüsusiyyətləri ilə geoloji şərait arasındakı əlaqə anlayışları daxildir.
1. Yer fiziki sistem kimi: tərkibi, quruluşu və maddi xüsusiyyətləri
Fiziki olaraq, Yer kürəsi təbəqəli bir sistem kimi düşünülə bilər: qabıq, mantiya, maye xarici nüvə və bərk daxili nüvə. Bu təbəqəli fərqlər sadəcə geoloji bölünmələr deyil, həm də sıxlıq, elastiklik, elektrik keçiriciliyi, temperatur və maqnetizm kimi fiziki xüsusiyyətləri əks etdirir. Geofizikada bu fiziki xüsusiyyətlər əsas "parametrlər"dir.
Müxtəlif materiallar qüvvələrə və enerjiyə fərqli reaksiya verir. Məsələn, sıx maqmatik süxurlar boş çöküntülərə nisbətən daha yüksək sıxlığa malikdir; su ilə doymuş süxurlar quru süxurlara nisbətən elektrik cərəyanına daha çox keçiricidir; və maqnetit kimi maqnit mineralları süxurlara daha yüksək maqnit həssaslığı verir. Cavabdakı bu fərqlər ölçülə bilən anomaliyalar yaradır.
2. Qravitasiya sahəsi və potensial sahə anlayışı
Yer fizikasının fundamental prinsiplərindən biri cazibə qüvvəsidir. Kütlənin qeyri-bərabər paylanması səbəbindən Yerin cazibə qüvvəsi sahəsi vahid deyil. Yüksək sıxlıqlı süxurlar daha az sıxlıqlı süxurlara nisbətən daha güclü şəkildə "çəkəcək". Qravitasiya geofizikası yeraltı strukturları şərh etmək üçün cazibə qüvvəsinin sürətlənməsindəki kiçik dəyişikliklərdən (cazibə anomaliyaları) istifadə edir.
Riyazi olaraq, cazibə qüvvəsi potensial sahədir, yəni potensial funksiyadan əldə edilə bilən və müəyyən şərtlər altında Laplas/Puasson tənliyini ödəyən sahədir. Bu vacibdir, çünki bir çox geofiziki metodlar - cazibə qüvvəsi və maqnit - unikal olmayan bir xüsusiyyətə malikdir: tək bir anomaliya nümunəsi müxtəlif yeraltı konfiqurasiyalardan qaynaqlana bilər. Buna görə də, şərh geoloji məlumatlar, seysmik məlumatlar və ya qazma məlumatları kimi əlavə məhdudiyyətlər tələb edir.
Onun praktiki tətbiqlərinə çöküntü hövzələrinin xəritələşdirilməsi, duz qübbələrinin müəyyən edilməsi və izostaziyanı (litosferin mantiyaya nisbətən kütlə balansı) öyrənmək daxildir. İzostaziya prinsipi dağların niyə daha yüngül və ya daha qalın "köklərə" malik olduğunu və bu da onların mantiyaya nisbətən üzməsinə imkan verdiyini izah edir.
3. Yerin maqnetizmi: maqnit sahələri və maqnit anomaliyalarının mənbələri
Yer kürəsinin maye xarici nüvəsinin (geodinamonun) dinamikasından qaynaqlanan ilkin maqnit sahəsi var. İlkin sahədən əlavə, maqnitlənmiş süxurlardan lokal maqnit sahələri də mövcuddur. Maqnit geofizikası, xüsusən də maqnit mineralları ilə zəngin olan maqmatik və metamorfik süxurlarla əlaqəli geoloji strukturları xəritələşdirmək üçün maqnit sahəsinin variasiyalarını ölçür.
Burada əsas prinsip süxurların maqnitləşməsinin iki komponentdən ibarət olmasıdır: induksiya olunmuş maqnitləşmə ( Yerin cari maqnit sahəsi ilə müqayisə edilə bilən) və qalıq maqnitləşmə (süxur əmələ gəldikdə keçmiş maqnitləşmənin qalığı). Qalıq maqnitləşmə paleomaqnetizmdə tektonik plitələrin hərəkətini və Yerin maqnit qütblərinin tərsinə çevrilmə tarixini yenidən qurmaq üçün çox faydalıdır .
Regional miqyasda maqnit məlumatları qalın çöküntülərin altındakı zirzəminin (yataq süxurunun) xəritələşdirilməsinə, çatların izlənməsinə və mineralların araşdırılmasına kömək edir.
4. Seysmik dalğalar və mühitin elastikliyi
Geofizikada mərkəzi fiziki prinsiplərdən biri elastik mühitlərdə dalğa mexanikasıdır. Seysmik metodlar Yer kürəsində yayılan elastik dalğalardan istifadə edir . Yer kürəsinin daxilində iki əsas dalğa növü mövcuddur: P-dalğaları (ilkin, uzununa) və S-dalğaları (ikinci dərəcəli, eninə). P-dalğaları bərk və mayelərdə yayıla bilər, S-dalğaları isə mayelərdə yayıla bilməz. Bu fiziki fakt Yer kürəsinin xarici nüvəsinin maye olduğunu bilməyimizin vacib səbəbidir: S-dalğaları oradan keçə bilməz.
Seysmik dalğa sürəti materialın elastiklik modulu və sıxlığı ilə müəyyən edilir. Sadə dillə desək, daha sərt və daha sıx süxurlar daha yüksək dalğa sürətlərinə malikdirlər. Dalğalar fərqli xüsusiyyətlərə malik təbəqələrdən keçdikdə, optikada Snell qanununa bənzər prinsiplərə əməl edərək əks olunma və sınma baş verir. Dalğanın hərəkət müddətindən, amplitudasından və dalğa formasından geofiziklər təbəqənin dərinliyini, çöküntü qalınlığını və hətta mayelərin mövcudluğunu qiymətləndirə bilərlər.
Qlobal seysmologiya mantiya və nüvənin strukturunu xəritələşdirmək üçün zəlzələləri öyrənir, kəşfiyyat seysmologiyası isə neft, qaz və geotermal rezervuarları daha lokal miqyasda xəritələşdirir.
5. Elektrik və elektromaqnetizm: keçiricilik, müqavimət və induksiya
Bir çox yeraltı proseslər mayelər, minerallaşma və temperatur fərqlərini əhatə edir - bunların hamısı elektrik keçiriciliyinə təsir göstərir. Elektrik və elektromaqnit metodlarının əsas prinsipi elektrik cərəyanı, elektrik sahəsi və mühitin xüsusiyyətləri arasındakı əlaqədir və tez-tez σ keçiricilik olmaqla, Om qanunu ilə davamlı formada (J = σE) ümumiləşdirilir.
Müqavimət, induksiyalı polyarizasiya (İP), maqnitotellurik (MT) və digər elektromaqnit metodları həm süni, həm də təbii cərəyan/sahə mənbələrinə yeraltı təbəqənin reaksiyasını ölçür. Faraday qanununda ifadə edilən elektromaqnit induksiyası prinsipi dəyişən maqnit sahələrinin torpaqda elektrik sahələri və burulğan cərəyanları necə yaratdığını izah edir. Bu burulğan cərəyanları daha sonra səthdə ölçülən ikinci dərəcəli maqnit sahələri yaradır.
Duzlu su ilə doymuş materiallar yüksək keçiriciliyə malikdir; gillər də səth keçiriciliyinə görə tez-tez keçiriciliyə malikdir. Bunun əksinə olaraq, quru kristal süxurlar və karbohidrogenlər müqavimət göstərməyə meyllidirlər. Buna görə də, EM metodları yeraltı sular , geotermal, sulfid mineral kəşfiyyatı və maye ilə dolu qırılma zonalarının öyrənilməsi üçün geniş istifadə olunur .
6. Geotermal və istilik ötürülməsi: keçiricilik və konveksiya
Yer statik deyil; o, istilik enerjisini daxili səthdən səthə ötürür. İstilik ötürülməsinin prinsiplərinə keçiricilik (kütlə ötürülməsi olmadan maddədən istilik axını) və konveksiya (çox yavaş axan mantiya kimi kütlə ötürülməsi ilə müşayiət olunan istilik axını) daxildir. Furye qanunu keçirici istilik axınını temperatur qradiyenti və istilik keçiriciliyi ilə mütənasib olaraq təsvir edir.
Geotermal qradiyentlərin, istilik axınlarının və süxurların istilik xüsusiyyətlərinin ölçülməsi geotermal sistemləri, metamorfizmi və tektonik dinamikanı anlamağa kömək edir. Məsələn, subduksiya zonalarında istilik nümunələrinə subduksiya lövhələri, maye dövranı və təmas sərhədindəki sürtünmə təsir göstərir. Orta okean silsilələrində isti mantiya materialının qalxması istilik axınını artırır və hidrotermal sistemlər əmələ gətirir.
7. Fiziki xüsusiyyətlər və interpretasiya arasındakı əlaqə: inversiya və unikallıq problemi
Geofizikanın mahiyyəti sadəcə ölçmək deyil, həm də şərh etməkdir. Səthdə, havadan və ya peyk mənbələrindən götürülən ölçmələr yeraltı modellərə çevrilməlidir. Bu proses inversiya adlanır. Fiziki və riyazi cəhətdən inversiyalar çox vaxt unikal deyil: birdən çox model eyni məlumatları izah edə bilər. Buna görə də, müasir geofizika nizamlama, statistika və çoxməlumatlı inteqrasiya prinsiplərinə əsaslanır.
Məsələn, cazibə qüvvəsi anomaliyası yüksək sıxlıqlı bir cismin mövcudluğunu göstərə bilər, lakin bu, onun bazalt müdaxiləsi və ya metal filizinin olub-olmadığını birbaşa göstərmir - hər ikisi mümkündür. Maqnit, seysmik və ya EM məlumatları əlavə etməklə şərh daha möhkəm və real olur.
8. Miqyas və məqsəd: kəşfiyyatdan qlobal Yer kürəsinin anlaşılmasına qədər
Geofizikada Yer fizikasının prinsipləri bir çox miqyasda fəaliyyət göstərir. Qlobal miqyasda peyk seysmologiyası və cazibə qüvvəsi Yerin mantiyasının, geoidinin və daxili sirkulyasiyasının heterojenliyini xəritələşdirməyə kömək edir. Regional və yerli miqyasda geofiziki metodlar resursların kəşfiyyatı (neft, qaz, minerallar, geotermal), fəlakətlərin azaldılması (vulkan monitorinqi, zəlzələ mikrozonasiyası), geotexniki mühəndislik (təməl sabitliyi) və ətraf mühit tədqiqatları (torpaq və suyun çirklənməsi) üçün istifadə olunur.
Onların hamısını birləşdirən şey, fiziki xüsusiyyətlərdəki dəyişikliklərin - sıxlıq, elastiklik, keçiricilik, maqnetizasiya və temperaturun - geoloji proseslərlə birbaşa əlaqəli olması prinsipidir. Geofiziki metodlar bu dəyişikliklərə kəmiyyət baxımından bir pəncərə təmin edir.
Bağlanır
Geofizikada Yer fizikasının əsas prinsipləri ölçülə bilən fiziki reaksiyalar vasitəsilə Yer kürəsini anlamaq cəhdi kimi ümumiləşdirilə bilər: cazibə qüvvəsi və maqnetizm potensial sahələr kimi, seysmik elastik dalğaların yayılması kimi, elektrik və elektromaqnit metodları keçiricilik və induksiya reaksiyaları kimi və geotermal daxili istilik axını kimi. Hər bir metodun güclü və məhdudiyyətləri var, xüsusən də şərhin unikallığı ilə əlaqədardır, buna görə də məlumatların inteqrasiyası və material fizikasının başa düşülməsi əsasdır.
Fizikada güclü təmələ malik geofizika, səthdəki müşahidələri altındakı mürəkkəb reallıqla əlaqələndirə bilər - bu da insanlara Yer kürəsinin quruluşunu anlamağa, onun resurslarından daha uyğun şəkildə istifadə etməyə və daha yaxşı modelləşdirmə və monitorinq yolu ilə fəlakət risklərini azaltmağa kömək edir.
