پژوهش های ژئوفیزیک کاربردی
سال:1396 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

استفاده از روش های ژئوفیزیکی در کاوش های باستانی، قبل از حفاری، جهت تعیین مرز بی هنجاری ها می تواند مفید و مؤثر باشد. در این میان، به دلیل نداشتن اثرات مخرب محیطی، روش مغناطیس سنجی یکی از روش های پرکاربرد است. در محوطه های باستانی تغییر مغناطیدگی در محیط به دلایل طبیعی و فعالیت های بشری صورت می گیرد. به کمک روش مغناطیس سنجی، تباین خودپذیری مغناطیسی محیط پیرامون به طورکلی با اقلام فلزی، مصالح ساختمانی مورداستفاده و حفره های پرشده با مواد متنوع که دارای خاصیت مغناطیسی هستند، موردمطالعه قرار می گیرد. در این مقاله از داده های مغناطیس مصنوعی، واقعی و فیلترهای فازی به منظور بررسی ساختارهای زیرسطحی در محوطه باستانی تپه حصار دامغان استفاده شده است. در این راستا از فیلترهای زاویه تمایل، نقشه تتا، لاپلاسین و تانژانت هایپرپولیک استفاده شد. همچنین در این مقاله یک فیلتر توانمند جدید که یک زاویه از نسبت مشتق های افقی است و در راستای محور قائم نرمالیزه شده، معرفی شد. این فیلتر روی لبه ها بیشینه می شود و به خوبی مرزها را آشکار می کند. نتایج حاصل از بررسی داده های مغناطیسی تپه حصار با نتایج حفاری های انجام شده انطباق بالایی دارد.

موجک منتشر شده در زمین که از لایه های مختلف بازتاب می شود، ناپایا است و با انتشار در درون زمین به خاطر جذب و پدیده های دیگر تغییر می کند. واهمامیخت لرزه ای ابزاری برای استخراج سری ضرایب بازتاب زمین از ردلرزه ثبت شده و یا به عبارتی حذف اثر موجک از ردلرزه است. در تئوری واهمامیخت پایا فرض می شود که موجک منتشر شده پایا بوده و تغییر نمی کند؛ پس نمی تواند راه حل خوبی برای یک ردلرزه ناپایا باشد. روش واهمامیخت گابور یک مسئله ناپایا را به چند زیر مسئله تقسیم کرده و فرض می کند که هرکدام پایا باشد و با استفاده از واهمامیخت پایا، سری ضرایب بازتاب هر بخش را تخمین زده و در نهایت با تصویر کردن آن ها تقریبی از سری ضرایب بازتاب زمین ایجاد می کند. واهمامیخت گابور به دلیل خطاهای سیستماتیک ناپایدار است و از طرفی چون مسئله وارون برای هر زیر مسئله جداگانه حل می شود؛ منظم سازی مسئله وارون بسیار وقت گیر است و اعمال قید مناسب و اطلاعات اولیه در حل مسئله وارون دشوار است. روش واهمامیخت گابور تصویر شده با جابجایی ترتیب انجام واهمامیخت پایا و عملگر تصویر کردن، علاوه بر این که باعث کاهش خطای سیستماتیک و در نتیجه پایداری بهتر مسئله وارون می شود؛ کاهش چشم گیری در زمان انجام محاسبات به همراه دارد؛ زیرا نیاز است تنها یک مسئله وارون حل شود. همچنین می توان قیدهای مورد نظر یا اطلاعات اولیه را به راحتی وارد مسئله وارون کرد. در این مقاله راه حلی برای واهمامیخت ناپایا در حضور نوفه گوسی و اسپایکی بر مبنای روش گابور تصویر شده ارائه می شود. نتایج اعمال این روش بر مثال های مصنوعی و داده های واقعی نشان می دهد که واهمامیخت گابور تصویر شده جواب دقیق تر و پایدارتری نسبت به واهمامیخت گابور دارد.

یک مسئله کلیدی در پردازش داده های لرزه ای و تصویرسازی با استفاده از این داده ها، تخمین درست سرعت انتشار امواج لرزه ای است. وارون سازی شکل موج کامل، یک روش نوین جهت تخمین پارامترهای زیرسطحی مانند سرعت، چگالی و فاکتور کیفیت است. این روش، یک مسئله وارون در ژئوفیزیک محسوب می شود؛ که در آن به دنبال پارامترهایی می باشند که شکل موج های ثبت شده (لرزه نگاشت ها) را توصیف نمایند. فرآیند وارون سازی شکل موج کامل در قالب یک مسئله بهینه سازی از طریق تعریف یک تابع هزینه به صورت اختلاف بین شکل موج های مشاهده ای (ثبت شده) و شکل موج های محاسبه ای بیان می شود. در تصویرسازی دوبعدی و سه بعدی، اندازه فضای پارامترهای مدل و همچنین پیچیدگی های محاسباتی مدل سازی مستقیم اجازه ی استفاده از روش های بهینه سازی سراسری را نخواهد داد و باید تابع هزینه از طریق روش های بهینه سازی محلی، کمینه شود. مسئله حداقل سازی در این روش اغلب به صورت یک فرآیند تکراری از طریق روش های گرادیانی که بر پایه مشتقات مرتبه اول و دوم تابع هزینه عمل می کنند، انجام می شود. در این مقاله به مقایسه عملکرد دو الگوریتم بهینه سازی، الگوریتم گاوس-نیوتن با حضور قطر اصلی شبه هشین و الگوریتم شبه نیوتنی L-BFGS پرداخته می شود. الگوریتم گاوس-نیوتن با حضور قطر اصلی شبه هشین، یک الگوریتم استاندارد گاوس-نیوتن به شمار می رود؛ که با اصلاحاتی بر محاسبه ی صریح ماتریس هشین جهت کاهش بار محاسباتی همراه شده است و الگوریتم L-BFGS، یک الگوریتم شبه نیوتنی است که در آن نیازی به محاسبه صریح ماتریس هشین ندارد. در این مقاله، عملکرد و کارایی این دو الگوریتم بهینه سازی از لحاظ کیفی و کمی روی یک مدل سرعت مصنوعی بررسی می شود. مطابق نتایج ملاحظه خواهد شد که هر دو روش موفق شده اند مدل صحیح را به لحاظ کیفی به خوبی بازسازی نمایند. همچنین با بررسی کمی عدم تطابق بین مدل صحیح و مدل وارون شده برای هر دو الگوریتم، این جمع بندی به دست می-آید که عملکرد الگوریتم گاوس-نیوتن با حضور قطر اصلی شبه هشین، در 40 تکرار صورت گرفته در این مطالعه، عملکرد نسبتاً بهتری داشته است.

گرانی سنجی یکی از روش های ژئوفیزیکی است که به کمک دیگر روش های ژئوفیزیکی در حل بعضی از مسائل و مشکلات موجود در تفسیر ساختارهای زمین شناسی کمک می کند. هرچند به منظور دست یابی به یک تفسیر جامع می توان از مدل سازی داده های ژئوفیزیکی بهره برد. یکی از این روش ها، مدل سازی وارون داده ها است. مدل سازی وارون به منظور تعیین پارامترهای مدل از داده ها به کار می رود. در وارون سازی داده های ژئوفیزیکی، پارامترهای مدل دو دسته اند: 1) فیزیکی 2) هندسی. بر همین مبنا دو روش وارون سازی داده های میدان پتانسیل وجود دارد، در روش اول پارامترهای هندسی ثابت و پارامترهای فیزیکی به عنوان مجهولات مسئله در نظر گرفته می شود و در روش دوم پارامترهای فیزیکی مدل ثابت فرض شده و پارامترهای هندسی مانند عمق در روند وارون سازی تخمین زده می شود. در این تحقیق با برداشت 380 داده گرانی سنجی در منطقه محلات و انجام تصحیحات لازم، پردازش داده ها و اعمال فیلترینگ مناسب جهت تشخیص روندهای سطحی و تلفیق داده ها با اطلاعات زمین شناسی موجود، سعی گردید روندهای سطحی و عمقی تأثیرگذار بر روی چشمه های آبگرم موجود در منطقه تعیین شده و مخازن احتمالی موجود در منطقه با استفاده از آن شناسایی گردد.

توده گرانیتوئیدی چالو، در جنوب شرق شهرستان دامغان و در شمالی ترین بخش پهنه ساختاری ایران مرکزی واقع شده است. تزریق این توده نفوذی به درون سنگ های آتش فشانی و آتش فشانی-رسوبی و سیال های گرمابی حاصل از آن ها، باعث ایجاد فرایندهای دگرسانی و کانه زایی شده است. در مجموع دو فاز دگرسانی پروپیلیتی و آرژیلیکی در این توده قابل شناسایی است. قابلیت پذیرفتاری مغناطیسی (Km) در نمونه های سالم و انواع دگرسان شده توده گرانیتوئیدی چالو با استفاده از روش فابریک مغناطیسی اندازه گیری شده است. پذیرفتاری مغناطیسی میانگین اندازه گیری شده برای مونزودیوریت ها و کوارتز دیوریت های سالم، به ترتیب SIµ 3410 ± 28872 SIµ 3916 ± 21487 است. گردش سیالات گرمابی از میان توده نفوذی باعث ایجاد تغییرات مهم کانی شناسی شده و خواص مغناطیسی اصلی توده را تغییر داده است؛ به گونه ای که میانگین پذیرفتاری مغناطیسی (Km) در نمونه های دارای دگرسانی پروپیلیتی و آرژیلیتی در دو واحد سنگی سازنده این توده به ترتیب SIµ 988 ± 25117 و SIµ 1577 ± 6262 کاهش یافته است. ماهیت انواع کانی های کدر موجود در این توده نفوذی نیز بر اساس منحنی های ترمومغناطیسی (تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی با دما) تعیین شده است. این یافته ها نشان می دهند که چگونه میزان بزرگای پذیرفتاری مغناطیسی، همگام با پیشرفت مراحل مختلف دگرسانی گرمابی به علت حذف یا کاهش در اندازه منیتیت و یا تبدیل آن به کانی های مغناطیسی دیگر نظیر هماتیت (فرومغناطیس) و یا پیریت (پارامغناطیس) کاهش می یابد؛ بنابراین به نظر می رسد روش ناهمسانگردی قابلیت پذیرفتاری مغناطیسی (AMS) علاوه بر آشکارسازی الگوی درونی توده های نفوذی و پی بردن به ساز و کار جای گیری آن ها می تواند موجب به کمیت در آوردن شدت و نوع دگرسانی های مختلف در داخل آن ها شده و الگوی مناسبی برای اکتشاف و شناسایی مسیر سیالات گرمابی شود.

در این مقاله با استفاده از یک روش وارون سازی غیرخطی داده های گرانی، پارامترهای عمق، شعاع، ضریب دامنه و عامل شکل چشمه بی هنجاری محاسبه می شود. با تعیین مقدار گرانی در مبدأ مختصات و نیز دو مقدار دیگر گرانی در روی پروفیل برداشت، عمق چشمه بی هنجاری با حل معادله غیرخطی f(z)=0 تخمین زده می شود. از آنجایی که در طبیعت، چشمه های بی هنجاری گرانی ناهمگن بوده و دارای شکل هندسی نامنظم می باشند؛ داده های گرانی پروفیلی معمولاً نسبت به نقطه مبدأ-که دارای مقدار گرانی بیشینه، بدون توجه به علامت مثبت و منفی آن، است و معرف مرکز چشمه بی هنجاری است-نامتقارن است و منحنی تغییرات میدان گرانی در راستای پروفیل ناهموار است. به همین دلیل در عمل از چندین داده در طول یک پروفیل برای تخمین پارامترهای عمق، ضریب دامنه و عامل شکل استفاده می شود. با دانستن مقدار عمق، سه پارامتر شعاع، ضریب دامنه و عامل شکل قابل محاسبه می باشند. روش پیشنهادی، برای چشمه هایی با شکل های هندسی استوانه عمودی، استوانه قائم و کروی مورد بررسی قرار می گیرد. کارایی روش مذکور با افزودن نوفه تصادفی به میدان گرانی محاسبه شده برای مدل های مصنوعی نیز تحلیل می شود. همچنین تأثیر عمق و اختلاف فاصله در تعیین نقطه مبدأ چشمه بی هنجاری گرانی بررسی خواهد شد. از روش وارون سازی غیرخطی برای تخمین عمق، شعاع و نیز تعیین شکل حدودی یک گنبد نمکی استفاده می شود. در این مطالعه گنبد نمکی آجی چای بررسی شده و طی آن عمق گنبد مذکور در حدود 63/64 متر زمین و شعاع آن 8/34 متر برآورد شده است. همچنین شکل هندسی این گنبد نمکی بر اساس عامل شکل که 43/1 محاسبه شده است، به کره قابل تشبیه است.

در این مقاله وارون سازی سه بعدی داده های گرانی برای تعیین توده زیرسطحی به روش زمین آماری کوکریجینگ بررسی شده است. سطح زیرین در ناحیه برداشت داده های گرانی، به تعداد زیادی مکعب با ابعاد و موقعیت معلوم تقسیم شده است. تباین چگالی مجهول هر یک از این مکعب ها (به عنوان پارامتری که باید تخمین زده شود)، در نظر گرفته شده است. از آنجا که این نوع وارون سازی از نوع تصادفی به شمار می آید؛ تابع هدف شامل ماتریس کواریانس گرانی و ماتریس کواریانس چگالی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت به ترتیب در داده ها و پارامترهاست. علاوه بر آن از ماتریس وزن دهی عمقی به منظور جلوگیری از انقباض توده به سمت سطح نیز استفاده شده است. برای وارون سازی رابطه وارون از روش گرادیان مزدوج پیش شرط (PCG) استفاده شده است. برنامه کامپیوتری به زبان متلب نوشته شده است و این برنامه روی یک مدل مکعبی به عنوان مدل مصنوعی آزمایش شده است. نتایج از نظر چگالی و موقعیت در تطابق خوبی با مدل مکعبی است. در انتها داده های گرانی برداشت شده روی معدن منگنز صفو واقع در شمال غرب ایران با استفاده از برنامه وارون-سازی مذکور برگردان و مدل سازی شده اند. نتایج وارون سازی توزیع ماده معدنی توده ای با گسترش عمقی 5 تا حدود 35 متری را نشان می دهد؛ که با نتایج حاصل از حفاری انطباق دارد.

استان کرمان به دلیل قرارگیری در زون های ساختاری مختلف و تکتونیک فعال آن، می تواند دارای مناطق با پتانسیل بالای ژئوترمال باشد. در این پژوهش، با استفاده از تصاویر سنجنده های مودیس، ETM+ و استر و داده های مغناطیسی هوابرد و زمینی، به بررسی نشانه های وجود پتانسیل منابع ژئوترمال در منطقه سیرچ-گلباف استان کرمان پرداخته شد. دمای سطح زمین با استفاده از بررسی های سنجش از دور و روش های الگوریتم پنجره مجزا تعمیم یافته، نرمال سازی گسیلندگی و روش تخمین دمای سطح زمین سنجنده ETM+، جهت شناسایی بی هنجاری های حرارتی منطقه و تخمین اینرسی حرارتی ظاهری که در ارتباط با منابع ژئوترمال سطحی بوده، محاسبه شد. نتایج نشان می دهد یک بی هنجاری حرارتی در بخش جنوب شرقی منطقه و یک بی هنجاری حرارتی دیگر در محدوده شمالی وجود دارد. از داده های مغناطیسی به منظور تعیین محل توده های نفوذی به عنوان نشانه ای از وجود منبع ژئوترمال و ردیابی گسل ها استفاده شد. با استفاده از فیلترهای ادامه فراسو، مشتق قائم و سیگنال تحلیلی روی داده های مغناطیسی هوابرد، بی هنجاری هایی در محدوده مورد مطالعه تشخیص داده شدند؛ که با توجه به ارتباط چشمه های آب گرم و توده-های نفوذی، این بی هنجاری ها می توانند مرتبط با توده های نفوذی و نیز بی هنجاری های حرارتی آشکار شده از روش دورسنجی حرارتی باشند. از طرفی، بی هنجاری های حرارتی و بی هنجاری مغناطیسی تشخیص داده شده با روش های دورسنجی و مغناطیس زمینی، با بی هنجاری های مغناطیسی آشکار شده به روش داده های مغناطیسی هوابرد مطابقت می کنند.

داده های لرزه ای بازتابی اغلب آلوده به نوفه های همدوس می باشند که بازتاب های مورد نیاز برای استخراج یک تصویر دقیق زیرسطحی را می پوشانند. یکی از مهم ترین نوفه های لرزه ای همدوس نوفه زمین غلت است که دارای محدوده فرکانسی پایین، دامنه بالا و سرعت پایینی است و در سراسر و نزدیک سطح زمین گسترش پیدا می کند. این نوفه اغلب بازتاب های کم عمق را در دورافت های نزدیک و بازتاب های عمیق را در دورافت های دور می پوشاند و اطلاعات مفید حاصل از اکتشافات لرزه ای را پنهان می کند. از این رو نوفه زمین غلت یک مشکل همیشگی در تصویرسازی لرزه ای است و تضعیف این دسته از نوفه ها یک مرحله ضروری در پردازش داده های لرزه ای خشکی به حساب می آید. روش های زیادی برای تضعیف این نوفه ها معرفی شده است. در این مقاله، به منظور تضعیف نوفه همدوس از تبدیل موجک در حوزه ردلرزه شعاعی استفاده شده است. این روش بر اساس کاربرد مشترک تبدیل موجک گسسته دو بعدی و تبدیل ردلرزه شعاعی برای تضعیف نوفه همدوس و به طور خاص نوفه زمین غلت است. چون تبدیل ردلرزه شعاعی، رخدادهای خطی در حوزه دورافت-زمان (x-t) را به رخدادهای عمودی در حوزه سرعت ظاهری-زمان (r-t) تبدیل می کند، لذا یک محیط کار مطلوب برای تبدیل موجک گسسته دو بعدی فراهم می کند. نتایج به دست آمده از داده های واقعی به خوبی بهتر بودن روش پیشنهادی را نسبت به فیلتر f-k اثبات می کند. همچنین، نتایج نشان داد که الگوریتم در مقابل تغییرات اندک مبدأ مختصات تبدیل ردلرزه شعاعی و نوع موجک تبدیل موجک گسسته دوبعدی پایدار بوده و تغییر چشم گیری در نتایج ایجاد نشده و خروجی تقریباً یکسانی تولید می کند.

پاک سازی میادین مین و مناطق آلوده به مواد منفجره عمل نکرده یکی از مسائلی است که در کشورهای جنگ زده و از جمله کشور ما، با وجود گذشت ده ها سال از زمان جنگ، نیازمند توجه جدی است. روش های مختلف ژئوفیزیکی از جمله روش GPR نقش بسیار مهمی در آشکارسازی محل این آثار مخرب باقیمانده از جنگ دارند. روش GPR هوابرد به دلیل قابلیت ها و برتری های خاصی که نسبت به روش برداشت زمینی دارد، توجه ویژه متخصصان امر را به استفاده از آن در آشکارسازی UXO معطوف داشته است. در این تحقیق به منظور امکان سنجی کاربرد روش GPR هوابرد در آشکارسازی UXO، به شبیه سازی عددی و تجزیه و تحلیل سیگنال های برگشتی از یک مین فلزی ضد نفر مدفون در عمق 10 سانتیمتری خاک با استفاده از این روش پرداخته شده است. برای این منظور دو مدل مصنوعی، شامل یک لایه هوا و یک لایه خاک، طراحی شده است که در یکی از آن ها مدل عاری از مین (Model A) و دیگری مدل حاوی یک مین فلزی ضد نفر مدفون در عمق 10 سانتی متری خاک و در موقعیت x=0. 25m (Model B) در مرکز مدل، می باشند. در ادامه ردها و نگاشت های راداری در ارتفاع های پرواز (0 تا 10 متر) و در بازه فرکانسی 100 تا 1500 مگاهرتز و منطبق با مرکز دو مدل فوق الذکر، در مجموع تعداد 638 حالت مختلف، با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزه زمان (FDTD) شبیه سازی شده-اند. تجزیه و تحلیل داده ها شامل بررسی انرژی سیگنال، تبدیل موجک برای انتقال داده ها به حوزه فرکانس و حذف نوفه و در نهایت انتقال داده ها به حوزه زمان-فرکانس در محیط نرم افزار MATLAB انجام پذیرفته است. با توجه به نتایج هر سه روش پردازش سیگنال مورد استفاده، قابلیت آشکارسازی مین با روش GPR هوابرد تا حداکثر ارتفاع پرواز 10 متر و در بازه فرکانسی 550 تا 1500 مگاهرتز تأیید شد.