بررسی کاربرد روش گرانی سنجی- مغناطیس سنجی مهندسی ژئوفیزیک در اکتشافات زیر سطحی باستان شناسی

 

بررسی کاربرد روش گرانی سنجی- مغناطیس سنجی مهندسی ژئوفیزیک

در اکتشافات زیر سطحی  باستان شناسی

 

دکتر توحید ملک زاده دیلمقانی[1]

 

چکیده فارسی

با پیشرفت علوم مهندسی ، اکتشافات زیر زمینی منابع و معادن و به تبع آن اکتشافات باستانشناسی وارد عصر جدیدی گردید که به جرات می توان این علم را علم مهندسی باستان شناسی نامید. در این علم همچون سایر علوم مهندسی مدرن ، ابزار آلات کلاسیک اکتشاف باستانشناسی جای خود را به ابزار الات و روشهای مدرن و پیشرفته اکتشافات می دهد. روشهای اکتشاف عناصر زیرزمینی اعم از منابع ، معادن و ابزارآلات باستانی بر اساس اصول مهندسی ژئوفیزیک انجام می گردد. مهندسی ژئوفیزیک علم استفاده از روشهای فیزیکی نظیر امواج مکانیکی، الکترومغناطیسی، P ، S ، گرانی سنجی، مغناطیس و الکتریکی برای اکتشافات منابع ، معادن و اشیاء فلزی و سنگی مدفون می باشد. در کنار این مسائل استفاده از سایر روشهای فیزیکی نظیر رادیواکتیو و کربن 14 برای سن یابی اشیاء کاربرد زیادی دارد. یکی از روشهای جالب توجه در اکتشافات ژئوفیزیکی باستانشناسی  روش گراویمتری( گرانی سنجی) – مغناطیسی سنجی می باشد که کاربرد فراوانی در اکتشافات اشیا حجیم مدفون نظیر سنگ قبر، مزار، دیواره های مدفون و شهرهای تخریب شده و مدفون دارد. در این روش با استفاده از دستگاهای مغناطیس سنج و گرانی سنجی به بررسی آنومالی های ناحیه ای پرداخته می شود. در قدم اول داده های گرانی و مغناطیسی زمین در پیمایش پروفیل هایی که از قبل انتخاب شده  و احتمالا از نظر باستان شناسی دارای اهمیت می باشد جمع آوری می گردد. در قدم بعدی داده های جمع آوری شده از طریق نرم افزارهایی نظیرGeomodel  مدلسازی شده و جنس احتمالی، ابعاد ، عمق دفینه ، سنگ مزارهای مدفون و غیره ارزیابی می گردد.

 

 

کلمات کلیدی: روش گراویمتری، مغناطیس سنجی، مهندسی ژئوفیزیک، اکتشافات باستان شناسی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abstract

According with promotion of engineering science, underground sources, min and archeological investigations enter to new era. İn this new era new investigation instruments have altered with old method and instruments. İnvestigation of underground sources, min and archeological instruments is based on geophysical explorartion methods. Geophysical engineering is based on useing mechanical waves, elechtromagnetic waves, P and S waveves, gravimatry, magnetometry and electical methods prospecting. Besides this methods , we use radioactive and carbon 14 methosd to reveal age of  buried and unburied materyals.

One of the wonderful geophysical methods is gravimatry- magnetism methods which is used for buried stones, sepulcher, dameged walls and buried sities. İn this method first we gather magnetic- gravity data from ancient field then we modeles software by useing of modelling software looklike geomodel software. İn this modelling way we reveal propety, dimantions and dephts of buried materyals.

 

 

 

key words: garvimatry, magnetometry, geophysical engineering, Archological investigation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

ژئوفیزیک علمی است که با فیزیک زمین ارتباط دارد. تارخ پیدایش آن با کشف گیلبرت Gilbert  در مورد اینکه زمین مانند یک مغناطیس بزرگ عمل می کند بر می گردد. با این کشف اولیه قدم ابتدایی ایجاد علم ژئوفیزیک برداشته می شود. اولین کاربرد علم ژئوفیزیک به منظور کشف معادن و کانی های فلزی به سالهای 1845 بر می گردد. تقاضای مداوم و فزاینده انواع فلزات و افزایش خیلی زیاد و مصرف نفت و گاز طبیعی باعث توسعه بسیاری از تکنیک های ژئوفیزیک با دقتهای زیاد گردیده است. بایستی خاطرنشان ساخت که تکنیکهای ژئوفیزیکی فقط قادرند ناپیوستگی ها و آنومالی های خواص فیزیکی زمین اعم از گراویته، مغناطیس ، الکتریک و امواج را تشخیص دهند و کار ژئوفیزیکدان مطالعه این آنومالی ها و سپس تجزیه- تحلیل آثار آن می باشد. قسمت مهم و مشکل کار ژئوفیزیکدان بررسی این مساله و تجزیه و تحلیل این نتایج می باشد.

روشهای لرزه ای ، گرانش، مغناطیس، الکتریکی، الکترومغناطیس، رادیو اکتیو و چاه نگاری روشهایی است که در اکتشافات ژئوفیزیکی کاربرد فراوان دارد. انتخاب هر کدام از این تکنیکها برای اکتشافات به مورد اکتشاف بر می گردد. در این میان کاوشهای گرانی سنجی  متضمن اندازه گیری تغییرات در میدان گرانی زمین و انجام اکتشافات مغناطیس سنجی متضمن اندازه گیری تغییرات مغناطیس زمین می باشد( تلفورد، 1375).

هر دو روش گرانی و مغناطیس سنجی از چندین جهت مشابهند و بطوریکه کوشش بر این است که اختلافهای اندک در میدان نیروی بسیار بزرک اندازه گیری شود ولی در عین حال تغییرات چگالی در مقایسه با تغییرات خودپذیری مغناطیسی نسبتا کوچک و یکنواخت است. بی هنجاری گرانی از بی هنجاری های مغناطیسی کوچکتر و خیلی هموارتر است. دستگاههایی که برای سنجش گرانی بکار برده می شود به سبب ماهیت عمل حساستر  از دستگاههای مغناطیس می باشند. در روش مغناطیس سنجی دقت اندازه گیری میدان بسیار زیاد می باشد حال اینکه در اندازه گیری های گرانی سنجی دقت زیاد نمی باشد.  علاوه بر این، دستگاههای گرانی سنجی گرانی سنجی گرانتر و عملیات صحرایی آن پرخرجتر و نیازمند افراد ماهرتری می باشد. در مرحله آنالیز داده ها تفسیر دقیق داده ای مغناطیسی مشکلتر از تفسیر داده های گرانی سنجی است چرا که نقشه های مغناطیس عموما پیچیده تر و تغییرات میدان نابسامانتر و محلی تر از نقشه های گرانی سنجی است. با اینحال در بررسی های ماکرو مقیاس  هنوز هم روش مغناطیس سنجی به مراتب  کاراترین روشهای ژئوفیزیکی می باشد. یک برنامه ژئوفیزیکی بدون کاربرد روش گرانی سنجی - مغناطیس سنجی در آن حداقل در مرحله شناسایی به سختی قابل تصور می باشد.

 

بررسی مساله

میدان مغناطیسی بر حسب اورستد بیان می گردد که نسبتا واحد بزرگی می باشد. در کاوشهای مغناطیسی معمولا از واحد کوچکتری به نام گاما  استفاده می شود که اندازه مناسبی برای کارهای ژئوفیزیکی می باشد.

عناصر مختلف میدان مغناطیسی که در اندازه گیری های دستگاهی بدست می آید عبارتند از X; Y; Z ; F; D; I . در بین این عناصر 3 عنصر اولیه کاربرد بیشتری دارد.

وسایل اولیه که بویژه برای اکتشافات مغناطیسی بکار می رفت نوعی اصلاح شده قطب نمای دریایی نظیر قطب نمای معدن سوئدیSwedish Mining Compass بود که زاویه شیب I  و همچنین انحراف مغناطیسی D را اندازه میگرفت. مجموعه های متناسبی از دستگاهها در طول پنجاه سال گذشته برای تعیین مولفه های نیرو F; Z; H  تکامل یافت. مدلهای اولیه که به واریومتر های مغناطیسی Magnetic Variometers  معروفند اساسا سوزنهای شیبدار با حساسیت زیاد می باشند. دستگاههای جدیدتر شامل مغناطیس سنجهای فلاکس گیتFluxgate  ، حرکت تقدیمی هسته ای Nuclear precession و بخار روبیدیوم Rubidium vapor می باشند. هر کدام از این دستگاهها مزایا و معایبی دارند. حساسیت لازم در دستگاههای مغناطیسی برای یک میدان کلی بین یک گاما تا ده گاما می باشد. بنابراین حساسیت آنها کمتر از حساسیت گرانی سنج هاست که کمتر از یک گال       می باشد.

گرانی سنجی نیز از تغییرات شتاب گرانی زمین بهره مند می گردند. امروزه معلوم شده است که بزرگی گرانی زمین در روی سطح زمین به پنچ عامل بستگی دارد: عرض جغرافیایی، ارتفاع ، توپوگرافی زمین ، جذر و مد زمین و تغییرات چگالی زیر سطح زمین. آخرین عامل تنها عاملی است  که در کاوش گرانی حائز اهمیت می باشد. برای مثال تغییرات گرانی زمین از استوا تا قطب حدود 5 میلی گال یا 5/0 درصد مقدار متوسط g است در حالی که بی هنجاری گرانی در اکتشافات نفتی ممکن است حدود 10 میلی گال باشد و در مناطق معدنی مقدار آن شاید به یک دهم این مقدار بالغ شود ( تلفورد، 1375). از آنجایی که آشکارسازی بی هنجاری در کاوشهای گرانی مستلزم امدازه گیری تغییرات کوچک در g  است که دست کم 1/0 میلی گال می رسد لزوم انجام داده برداری با دقت بسیار زیاد بیش از پیش احساس می گردد. دستگاههای گرانی سنجی گالف Galf و بولیدن Boliden  از جمله دستگاههای گرانی سنجی است که با دقت زیاد کارهای گرانی سنجی را انجام می دهد.

مرحله  بعدی عملیات اکتشافی انجام عملیات داده برداری می باشد . در اکتشافات، روش گرانی سنجی و مغناطیس سنجی برای تعیین عمق تقریبی، توپوگرافی ، خصوصیات پی سنگها بکار می رود. از آنجایی که خود پذیری سنگهای رسوبی نسبتا کم است پاسخ اصلی مربوط به سنگهای آذرین رسوبها می باشد. برای اکتشافات با عمق کم ارتفاع دستگاهها نبایستی از یک متر تجاوز کند. فاصله پیموده شده توسط دستگاه با توجه به مساحت محوطه باستانی متفاوت بوده و قرائتها در حداکثر نیم متر به نیم متر قرائت می گردد. بهتر است قرائت دستگاههای گرانی سنجی و مغناطیس سنجی همزمان باشد.

 

داده ها و روش کار

برای بررسی داده های گراویته- مغناطیس حاصل از پیمایش یک میدان باستانی از نرم افزار ژئومودل Geomodel استفاده می گردد. پس از باز کردن نرم افزار تابلوی داده ها، داده های حاصله از  پیمایش میدان و یا محوطه باستانی وارد نرم افزار می شود. در این مرحله نرم افزار با پیش شرط اگر جسمی با دانسیته مشخص و عمق مشخص دارای میدان مغناطیسی- گرانی دارای منحنی خط چین می باشد حرکت میکند. منحنی داده های حقیقی میدان مغناطیس- گرانی حقیقی نیز با خط پر مشخص می گردد. شکل 1

 

 

شکل 1-  منحنی های داده های حقیقی و مجازی داده های گراوی متری و مغناطیس سنجی

 

 با تغییر دادن داده های مندرج در Body properties  از طریق علامتهای بالا و پایین دانسیته، نفوذ پذیری مغناطیسی، جهت، عمق و شکل جرم سعی می گردد تا منحنی های سیاه و خط چین بر هم منطبق شوند شکل 2 و 3.

 

                            شکل 2- تغیر داده های جسم فرضی برای تطابق دو خط از طریق تغییر داده های تابلو

 

 

                            شکل 3- تغیر داده های جسم فرضی برای تطابق دو خط

 

در شکلهای 3- 4 گرچه تقریبا خطوط بر روی هم منطبق نیستند ولی به وضوح عمق، دانسیته و جرم اجسام مدفون در زیر اشکال نوشته شده است. شکل4و 5 تلاش نرم افزار را برای برهم نهی هر دو خط نشان می دهد. پس از تطابق تقریبی دو خط می توان مشخصات جسم مدفون و حتی ابعاد تقریبی آنرا مشخص کرد.

 

                         شکل4- تغیر داده های جسم فرضی برای تطابق دو خط

 

 

                شکل 5- تطابق تقریبی داده های فرضی و اصلی- قرائت مشخصات جسم مدفون

 

بحث و نتا یج

مهندسی ژئوفیزیک علم استفاده از روشهای فیزیکی نظیر امواج مکانیکی، الکترومغناطیسی، P ، S ، گرانی سنجی، مغناطیس و الکتریکی برای اکتشافات منابع ، معادن و اشیائ فلزی و سنگی مدفون می باشد. در کنار این مسائل استفاده از سایر روشهای فیزیکی نظیر رادیواکتیو و کربن 14 برای سن یابی اشیائ کاربرد زیادی دارد. یکی از روشهای جالب توجه در اکتشافات ژئوفیزیکی باستانشناسی  روش گراویمتری( گرانی سنجی) – مغناطیس سنجی می باشد که کاربرد فراوانی در اکتشافات اشیا حجیم مدفون نظیر سنگ قبر، مزار، دیواره های مدفون و شهرهای تخریب شده و مدفون دارد. در این روش با استفاده از دستگاههای مغناطیس سنج و گرانی سنجی به بررسی آنومالی منطقه مفروض پرداخته می شود. در قدم اول داده های گرانی و مغناطیسی زمین در پیمایش   پروفیل هایی که از قبل انتخاب شده  و احتمالا از نظر باستان شناسی دارای اهمیت می باشد جمع آوری می گردد. در قدم بعدی   داده های جمع آوری شده از طریق نرم افزارهایی نظیرGeomodel  مدلسازی شده و جنس احتمالی، ابعاد ، عمق دفینه ، سنگ مزارهای مدفون و غیره ارزیابی می گردد. اطلاعات بدست آمده کامپیوتری می تواند برای اکتشافات باستانشناسی منطقه کاربرد فراوان داشته باشد.

 

 

 

منابع و ماخذ

گارلند، جورج.د.، 1369، آشنایی با ژئوفیزیک ، ترجمه رخمتی و شجاع طاهری، مرکز نشر دانشگاهی، تهران

تلفورد، دبلیو،. ام،1375، ژئوفیزیک کاربردی، جلد دوم، ترجمه دکتر زمردیان، دکتر حاجب حسینیه، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تهران

Geomodel software: created  by: G.R.J.Cooper, 1994-2004

 

---

    [1] دکترای مهندسی ژئوفیزیک – استادیار دانشگاه آزاد اسلامی  واحد اهر

          Tel:  [phone] [e-mail] 

www.tohidmelikzade1.blogfa.com