Fræðilegur grunnur og beiting VLF-aðferðarinnar í jarðeðlisfræði
Pendahuluan
VLF-aðferðin (Very Low Frequency, mjög lágtíðni) er rafsegulfræðileg jarðeðlisfræðileg aðferð sem notar mjög lágtíðni útvarpsbylgjur (um 15–30 kHz) til að greina breytingar á rafmagnseiginleikum neðanjarðar. Ólíkt viðnámsfræðilegri rafsegulfræðilegri aðferð sem krefst straumspýtingar í gegnum rafskaut í jörðina, er VLF-aðferðin almennt óvirk þar sem hún notar bylgjulindur frá tiltækum VLF-útvarpssendum (venjulega fyrir hernaðarsamskipti eða leiðsögu). Með þessum eiginleikum er VLF hagnýt, hraðvirk og tiltölulega ódýr aðferð til að framkvæma upphafsmælingar á ýmsum jarðfræðilegum markmiðum, sérstaklega leiðandi mannvirkjum eins og misgengissvæðum, vatnsfylltum sprungum, súlfíðsteinefnum og jarðfræðilegum slóðum. grunnvatn.
Þessi grein fjallar um fræðilegan grunn VLF aðferðarinnar, mælireglur, túlkunaraðferðir og almenna notkun á sviði jarðkönnunar og umhverfisjarðeðlisfræði.
-
Fræðilegur grunnur VLF aðferðarinnar
1. Hugtakið rafsegulbylgjur og örvun
VLF-merki eru rafsegulbylgjur sem samanstanda af rafsviðsþáttum (E) og segulsviðsþáttum (H) sem berast um andrúmsloftið og hafa samskipti við yfirborð jarðar. Þegar þessar bylgjur lenda á jörðinni berst hluti orkunnar út sem yfirborðsbylgjur og hluti fer niður í undirlagið. Ef hlutur eða svæði hefur meiri rafleiðni en bergið í kring (t.d. blautur leir, vatnskennd misgengissvæði, súlfíðæðar), mun aðalrafsegulsviðið valda hvirfilstraumum innan leiðandi hlutarins.
Þessir hvirfilstraumar mynda aukasvið sem tækið greinir síðan. Með öðrum orðum, VLF frávik koma upp vegna mismunar á svörun milli aðalsviðsins frá sendinum og aukasviðsins sem myndast í neðanjarðarbyggingunni.
2. Aðalsviðsgjafi: VLF sendandi
VLF aðferðin notar öfluga VLF senda sem senda stöðugt merki á ákveðinni tíðni. Á mörgum svæðum er hægt að taka á móti mörgum VLF stöðvum samtímis, en rekstraraðilar velja yfirleitt senda sem:
– merkið er sterkast og stöðugast á könnunarstaðnum,
– stefna sendisins er nægilega í samræmi við stefnu skotmarksins (til dæmis hornrétt á stefnu misgengisins sem verið er að leita að),
– tíðni og útbreiðsluskilyrði eru fullnægjandi.
Þar sem þessi aðferð notar utanaðkomandi orkugjafa þarfnast hún ekki rafal eða lykkjusendis á vettvangi, sem gerir mælinguna mjög skilvirka.
3. Mikilvægir þættir: leiðni og dýpt í gegndræpi
VLF-svörunin er mjög háð rafleiðni (σ) miðilsins. Algengt hugtak til að meta hversu langt bylgja getur „komist í gegnum“ er húðdýpt (δ), sem er dýptin þar sem sveifluvídd bylgjunnar fellur niður í um það bil 1/e af yfirborðsgildi hennar. Einfaldlega sagt:
– Gegndræpi eykst þegar viðnám er hátt (leiðni er lág).
– Skarpskyggni minnkar þegar leiðni er mikil, því sviðið dempast hratt.
Með VLF tíðnum (~kHz) er þessi aðferð almennt næm fyrir grunnt til meðaldýpi (tugir metra, hugsanlega meira eftir jarðfræðilegum aðstæðum). Þess vegna hentar VLF mjög vel til að kortleggja grunn mannvirki eins og sprungusvæði og misgengi.
4. Reitarþættir og skautun
Í VLF-framkvæmd er aðalmælingin breyting segulsviðsins (eða segulhallans) eins og leiðandi uppbyggingin hefur áhrif á. Þegar aðalsviðið lendir á aflangri leiðara (t.d. misgengissvæði) myndast aukasvið með þáttum sem valda breytingum á:
– hallahorn (hallahorn landslagsins),
– ífasa (raunveruleg) og ferfasa (ímynduð) þættir merkisins.
Í-fasa þátturinn tengist tiltölulega „góðri“ og beinni leiðaraviðbrögðum, en ferningslaga tengist oft fasaáhrifum og eiginleikum leiðara/leirs sem og rúmfræði og dýptarskilyrðum.
-
Meginreglur um mælingar á vettvangi
1. Könnunarferli
VLF-mælingar eru framkvæmdar með því að ganga eftir mælislóð (prófíl) með ákveðnum punktametum (t.d. 5–20 m). Rekstraraðili beinir tækinu að völdum sendi og skráir síðan VLF-breyturnar á hverri stöð. Sérfræðingar fara venjulega í margar samsíða ferðir til að búa til tvívítt frávikakort.
Lykillinn að rúmfræði í VLF er: augljósustu frávikin birtast þegar braut og stefna skotmarksins skerast vel stefnu aðalsviðsins. Aflöng leiðandi skotmörk sem eru staðsett næstum samsíða sendinum framleiða oft veikari svörun.
2. Helstu gögn: í fasa og ferhyrningur
Nútíma VLF tæki framleiða yfirleitt tvær meginrásir:
– Í fasa (% eða gráður): svörun í fasa við aðalsviðið.
– Kvaðrat (% eða gráður): 90° fasamismunur.
Þessar tvær rásir eru mikilvægar vegna þess að:
– Í fasa er oft áberandi fyrir tiltölulega góða og grunna leiðara.
– Kvaðratrið hefur tilhneigingu til að aukast í veikari leiðurum, dýpri leiðurum eða í miðlum sem valda dreifingu/fasa töf áhrifum.
3. Gagnavinnsla: Fraser og Karous-Hjelt síur
Óunnin VLF gögn eru oft erfið í lestri vegna smárra breytinga sem myndast vegna hávaða. Tvær vinsælar vinnsluaðferðir eru:
– Fraser sía
Að umbreyta gögnum í fasa í túlkanlegri mynd með því að varpa ljósi á breytingar á halla. Niðurstaðan er oft ferill með tindum sem samsvara staðsetningu leiðara.
– Karous–Hjelt sía
Býr til gervisnið af straumþéttleika til að sjá hlutfallslega staðsetningu og dýpt leiðara. Þótt þetta sé ekki „sönn“ umsnúningur eins og nútíma ERT eða EM, þá auðveldar þetta síu hraða túlkun, sérstaklega fyrir línulegar mannvirki.
-
Túlkun á VLF frávikum
1. Almenn einkenni leiðarafrávika
Línulegir leiðarar eins og misgengissvæði gefa oft tilefni til eftirfarandi mynstra:
– breyting á formerki (núllgangur) í fasa,
– samhverfar eða ósamhverfar tindar/íhólkar eftir halla og dýpt,
– ferningssvörun sem hjálpar til við að ákvarða hvort frávikið stafar af raunverulegum leiðara eða einfaldlega af yfirborðslegum landslags-/ójöfnuðaráhrifum.
Sterk frávik benda venjulega til:
– mikil leiðni (t.d. súlfíðsteinefni eða blautur leir),
– grunnur leiðari,
– „kjör“ leiðarastefnu miðað við stefnu sendandans.
2. Óljósleiki og takmarkanir
VLF aðferðin hefur takmarkanir sem þarf að skilja:
– Háð sendanda: gagnagæði eru háð merkisstyrk og truflunum á útbreiðslu.
– Viðkvæm fyrir menningarlegum hávaða: Rafmagnslínur, vírgirðingar, pípur, teinar og annar innviðir geta valdið fölskum frávikum.
– Óeinstæð túlkun: frávik geta stafað af ýmsum samsetningum dýptar, halla og leiðni.
– Takmarkað dýpi: almennt áhrifaríkt fyrir grunn til meðalstór skotmörk; fyrir dýpri skotmörk þarf aðrar rafsegulfræðilegar eða jarðraffræðilegar aðferðir.
Þess vegna er VLF tilvalin sem upphafsgreiningar- eða kortlagningaraðferð sem síðan er staðfest með öðrum aðferðum eins og tvívíddarviðnámi/ERT, IP, segulmælingum eða borunum.
-
Notkun VLF-aðferðarinnar í jarðeðlisfræði
1. Kortlagning misgengis- og sprungusvæða
Algengasta notkun VLF er að greina byggingarsvæði sem leiða vegna vatns, leirs eða umbreytinga. Í jarðhitaleit, til dæmis, virka misgengi og sprungur sem vökvaleiðir; VLF hjálpar til við að kortleggja þessar leiðir hratt á yfirborðinu.
2. Grunnvatnskönnun
Í vatnsgeðfræði er VLF notað til að leita að:
– sprungur í hörðu bergi (grunnvatnsæð hörðu bergi),
– jarðfræðilegir tengiliðir sem halda vatni,
– veðrað svæði sem er meira vatnsmettað og leiðir betur.
Þessi aðferð er oft notuð til að ákvarða mögulegri staðsetningu fyrir borun brunna, sérstaklega á svæðum með myndbreytingu eða storkubergi.
3. Námuleit
VLF getur greint leiðandi steinefni eins og gríðarleg súlfíð, grafít eða ákveðin umbreytingarsvæði. Þó að VLF sé ekki aðalaðferðin til að meta forða, þá er það áhrifaríkt fyrir:
– rakning á leiðandi bláæðum,
– kortlagning á uppbyggingu sem stýrir steinefnamyndun,
– hraðkönnun á stórum svæðum til að ákvarða lengra komin skotmörk.
4. Umhverfis- og verkfræðijarðeðlisfræði
Í umhverfisrannsóknum hjálpar VLF til við að bera kennsl á:
– síunarleiðir á stíflum/fjörðum,
– vatnsmettuð jarðvegssvæði sem eru viðkvæm fyrir skriðum,
– vísbending um mengun með gosstrók ef leiðnin er andstæð.
Einnig er hægt að nota VLF á fyrstu stigum jarðtæknilegra rannsókna sem hraðkortlagningu á leiðniójöfnum nálægt yfirborði.
-
Niðurstaða
VLF aðferðin er óvirk rafsegulfræðileg tækni sem notar mjög lágtíðnisenda til að greina leiðandi neðanjarðarmannvirki. Fræðilegur grunnur hennar byggir á rafsegulfræðilegri örvun: aðalsvið veldur straumi í leiðara, sem leiðir til aukasviðs sem mælist sem breyting á fasa og ferhyrningi. Með hraðri reitmælingu, lágum kostnaði og getu til að varpa ljósi á línulegar mannvirki eins og misgengi og sprungur, er VLF mjög gagnlegt fyrir... grunnvatnskönnun, kortlagning jarðfræðilegrar uppbyggingar, jarðefnaleit og umhverfisnotkun. Hins vegar er túlkun þess óljós og viðkvæm fyrir menningarlegum hávaða, þannig að niðurstöður VLF ætti að sameina við aðrar jarðeðlisfræðilegar aðferðir til staðfestingar.
Ef þú vilt get ég bætt við sýnishornshluta af VLF könnunarferlinu frá skipulagningu til frávikakorts, eða búið til heildstæða uppbyggingu vísindagreina með stöðluðum tilvísunum.
