التنقيب الجيوفيزيائي Exploration geophysics، هي فرع تطبيقي من الجيوفيزياء هوتطبيقات الجيوفيزياء العامة في استكشاف ما تحت سطح الأرض من بنى جيولوجية ومكامن مفيدة كالنفط والغاز والمياه الجوفية، والمكامن المعدنية والمقلعية، أوأيَّ أجسام دفينة، طبيعية كانت أم صنعية، بالإضافة إلى فهم الصفات الفيزيائية لطبقات الأرض الحاملة لأساسات الأبنية والمنشآت الهندسية الكبرى (سدود، جسور،...الخ)، أواستكشاف الكهوف واستخدامات خاصة كثيرة في الاستثمار المنجمي هدفها المحافظة على سلامة المنشأة الهندسية، أوالمنجمية وضمان ارتباطها الوثيق بالأساسات والصخر المحيط (الجيوفيزياء الهندسية engeneering geophysics). كما يهتم التنقيب الجيوفيزيائي بالخصائص المكمنية الدقيقة اللازمة للاستثمار كالمسامية، ونوعية الإشباع ودرجته والنفوذية والبنى الجيولوجية وهجريب الصخور (الجيوفيزياء البئرية borehole geophysics أوwell logging).

وللحصول على جميع هذه المعلومات تطبق طرائق جيومغناطيسية، وجاذبية (ثنطقية)، وسيسمية (زلزالية)، وجيوكهربائية، وجيوحرارية، وإشعاعية.

التقنيات الجيوفيزيائية

الطريقة الجيومغنطيسية

وتبنى على الصفات المغنطيسية للفلزات (المعادن) والصخور، إذ تقيس الانحرافات أوالشذوذات anomalies التي تسببها هذه الفلزات والصخور للحقل المغنطيسي الأرضي في مواقع وجودها. ويستخدم في ذلك ميزان المغنطيسية (المغناط) لقياس القيمة الإجمالية للحقل المغنطيسي F أوإحدى مركباتها (الشاقولية Z أوالأفقية H). والوحدات المستخدمة هي التسلا tesla أوالغاما Gamma. وتنفذ القياسات على شبكات تتفاوت فُرَجها، أوعلى خطوط يتباعد بعضها عن بعض كثيراً أوقليلاً حسب حجم الشذوذ المتسقط. كما يمكن حتى تجري القياسات على سطح الأرض أومن الجوبوساطة طائرات أومروحيات تجر وراءها المغناط المناسب (مغناط الرنين البروتوني Proton resonause m، أومغناط النوى المشبعة Saturated kern n وغيرها). وتعرض القيم المقيسة، بعد معالجتها، على خرائط بمقاييس مناسبة لنوعية المسح، تظهر فيها الشذوذات الناتجة عن الأهداف المطلوب التنقيب عنها، إذا وجدت، على شكل انحرافات عن السلوك العام للحقل المغنطيسي النظامي. ومن كِبر هذه الانحرافات واتساعها وشكلها يستنتج الجيوفيزيائي وجود الأهداف المطلوبة تحت سطح الأرض ويقدر أعماقها وأحجامها وأشكالها وكيفية توضعها بين الصخور المحيطة، فيحدد، بناء على ذلك، مواقع الآبار أوالحفر اللازمة للكشف عن هذه الأهداف واستثمارها لصالح الإنسان.

تساعد هذه الطريقة في استكشاف مكامن الفلزات الحديدية، والتوضعات الصخرية الاندفاعية والآثار وتضاريس الركيزة الصخرية القديمة (البلورية)، وفي الكشف عن النفط والغاز عن طريق تحديد بنية الرسوبيات في أحواض وتكونها، وثخانتها.

طريقة الثنطقة

وتبنى على تغيرات الحقل الجاذبي الأرضي، التي يسببها تفاوت كثافة الفلزات أوالصخور المكونة للقشرة الأرضية وتقود إلى انحرافه عن شكله النظامي. وتقاس هذه التغيرات بمقاييس الثنطقة gravity meters بوحدات تسمى الغال Gal. وتعرض القيم المقيسة بعد إرجاعها إلى مستوى سطح البحر وتخليصها من تأثير التضاريس المحيطة، على خرائط بمقياس مناسب تظهر عليها الانحرافات عن السلوك الجاذبي النظامي، منها يستنتج الجيوفيزيائي أيضاً التباين الكثافي تحت سطح الأرض وعمقه وحجمه، الذي يمكن حتى يسببه جسم فلزي كثيف يتوضع داخل صخر أقل كثافة، أوتماس بين نوعين من الصخور متفاوتي الكثافة تفصلهما صدوع وفوالق، أواقتراب طبقة ذات كثافة كبيرة من سطح الأرض (تحدب) أونهوض في الركيزة البلورية crystalline uplift أوذات كثافة أقل (قبة ملحية)...الخ. وهي تساعد بذلك في تحديد المصائد النفطية ومواقع الانقطاعات الصخرية والفوالق والمكامن الفلزية والكهوف والمغاور.

الطريقة الزلزالية

وتعتمد على ناقلية صخور القشرة الأرضية للصوت. وهي تقيس زمن ارتحال الموجة الصوتية الزلزالية من المنبع الصوتي إلى مسقط المستقبل (اللاقط)، إما مباشرة وإمّا بعد انعكاسها أوانكسارها، وتسجيل التغيُّرات التي طرأت عليها من ناحية السعة أوالتردد أوالطور. وتحظى الموجة الطولية (الضغطية أوالأولية P-wave) بالاهتمام الأكبر لأنها تخترق جميع الأوساط صلبة كانت أم مائعة، أما الموجات العرضية فإنها تخترق الأوساط الصلبة فقط، وتتخامد حتى الموت في الأوساط المائعة ولها تطبيقات هامة على خلاف الأمواج السطحية (أمواج رايلي Rayleigh، وأمواج لوف Love) التي تعد أمواجاً ضوضائية، ليس لها أهمية في التطبيقات الزلزالية لأنها لا تخترق أعماق الأرض ولا تجلب معها أيّ معلومات.

وتتجلى أهمية الطريقة الزلزالية في اختلاف سرعة الصوت بين صخر وآخر، فهي في الرمال الجافة المفككة بحدود 300م/ثا، وتصير في الرمال المشبعة بالماء نحو1500م/ثا. وتزداد في الغضار والغضار الصفحي shale لتصل إلى ما بين 1800 و2200م/ثا، وفي الحجر الرملي أوالكلسي أوالدولوميتي أكثر من 3000م/ثا.

وتُوَلَّد الطاقة الزلزالية بضربة مطرقة على سطح الأرض، أوبثقل يُسقط من ازدياد عدة أمتار، أوبصدمات متكررة تطلقها رجّاجات آلية ضخمة، وهناك شحنات متفجرة تُفجَّر على سطح الأرض أوتحتها، أوتحت سطح الماء، أما اللواقط فهي محولات transducers حسّاسة تحول الطاقة الميكانيكية الصوتية إلى كهربائية يسهل تسجيلها وتضخيمها.

ويُميز بين طريقتين لتسجيل الإشارة الزلزالية: طريقة انعكاسية وأخرى انكسارية.

الطريقة الانعكاسية

وفيها تُلْتَقَط الموجات التي تنعكس عن السطوح الفاصلة بين الطبقات الصخرية المتنوعة، في مواقع متعددة موزعة على مسافات مختلفة من نقطة المنبع أوالطلقة shot point، ويُحصل على سجل سيسمي seismogram يحوي عدداً من الآثار الزلزالية يساوي عدد محطات القياس. وللحصول على إشارة زلزالية أصيلة واضحة خالية ما أمكن من جميع أشكال الموجات الضوضائية، كتلك المنعكسة عدة مرات، أوالتي سلكت طرقاً غير الطريق المنعكسة، تطبق عدة إجراءات، أهمها: زيادة عدد الآثار الزلزالية بزيادة عدد محطات القياس، وزيادة عدد اللواقط المزروعة في جميع محطة إلى 12 حتى 48 لاقطاً موزعة بشكل هندسي مناسب ومربوطة على التوازي لتكوّن أثراً زلزالياً واحداً. إضافة إلى وضع عدد من الشحنات أوالرجاجات في نقطة الطلقة وتوزيعها على نحومشابه لما هومستخدم في توزيع اللواقط وتفجيرها أورجها بآن واحد، وبتكرار الرمي الزلزالي بهدف الحصول على إشارات متعددة تنعكس جميعها في نقطة مشهجرة ولكن بزوايا ورود (وانعكاس) مختلفة، بحيث تتم تغطية متكررة لكل نقطة من نقاط السطح العاكس (12 إلى 48 مرة) وتقضي، عند جمعها أوتكديسها، على الإشارات المشوشة. ويمكن أيضاً تكرار الرمي الزلزالي للحصول على إشارات منعكسة في نقطة مشهجرة ليس فقط بزوايا ورود مختلفة، وإنما من اتجاهات مختلفة أيضاً، مما يسمح بالحصول على صورة مجسمة لما تحت الأرض (مبتر زلزالي مجسم أوثلاثي الأبعاد)، وهي تقانة حديثة جداً وغنية بالمعلومات، لكنها باهظة التكاليف، ولا تستخدم إلا في مساحات محدودة ولحل مسائل بنيوية تفصيلية في المصائد النفطية التي كُشفت بالطرائق الزلزالية التقليدية. وتخزن الإشارات الزلزالية بصيغة رقمية في رقمي الحاسوب، وترسل إلى المخبر لمعالجة المعطيات والحصول على صورة للسطوح الفاصلة بين الطبقات، وأشكال البنى الجيولوجية حتى أعماق من سطح الأرض تصل إلى عشرة آلاف متر أوتزيد.

وتعد الطريقة الانعكاسية أغنى الطرق الجيوفيزيائية على الإطلاق، من حيث حجم المعلومات ودقتها، ولا تحفر بئر نفطية حالياً إلا بعد استكشاف مسقطها جيوفيزيائياً بهذه الطريقة.

الطريقة الانكسارية

وهي تسجل الإشارات الزلزالية التي تنكسر كلياً على السطح الفاصل بين طبقتين على حتى تكون سرعة الصوت للطبقات العميقة أكبر من سرعته للطبقات السطحية بحيث يكفي تحقيق الانكسار الكلي على بعد أفقي مقبول من مسقط المنبع الزلزالي ومن الزمن الذي استغرقته الإشارة على مسارها المنكسر، التي يتم بيانها على شكل منحنيات زمن ـ مسافة، يستنتج الجيوفيزيائي عمق السطح الفاصل وسرعة نقله للصوت. ويمكن ترجمة هذه إلى مقاطع بنيوية جيولوجية تظهر عليها (ولكن بتفاصيل أقل دقة بكثير من الطريقة الانعكاسية) البنى المتنوعة. وتخدم هذه الطريقة في كشف تضاريس الركيزة الصخرية البلورية وتخطيطها، والدراسات الجيوهندسية للتربة والأساسات، وتصنيف الصخور حسب قساوتها.

الطريقة الجيوكهربائية

وتعتمد على تفاوت المقاومة (أوالناقلية) الكهربائية والانشحانية chargeability للفلزات والصخور. وتقاس هذه الصفات بإيصال التيار إما مباشرة إلى الأرض بوساطة مساري مناسبة (الطريقة الغالفانية) أوبإيصال الحقل الكهربائي المغنطيسي إلى الأرض تحريضياً بوساطة وشائع تجري فيها تيارات كهربائية متناوبة (الكيفية التحريضية). وهناك طرق تستفيد من حقول وتيارات طبيعية، مثل الطرق التلورية Telluric والتلورية المغنطيسية Magneto-telluric والكمون الذاتي self-Potential، أومن حقول كهربائية مغنطيسية صنعية موجودة لم تولد خصيصاً لها، مثل كيفية الترددات المنخفضة جداً F.LV. التي تستخدم الحقول الكهرطيسية الإذاعية، وغيرها الكثير من الطرائق التي تستخدم تيارات وحقول كهربائية اصطناعية والتي أهمها طريقة السبر الجيوكهربائي الشاقولي vertical electrical sounding (V.E.S). التي تعد الطريقة الأولى للتنقيب عن المياه الجوفية وتخدم في استكشاف البنيات الرسوبية والآثار الدفينة وفي حل المسائل الجيوهندسية.

الطريقة الجيوحرارية

وتبحث عن مصادر الطاقة الحرارية الأرضية وتحديد مناطق الضعف في تكتونية القشرة الأرضية. وهي تعتمد على قياس الناقلية الحرارية للصخور وتحديد الشذوذات في قيم التدرج الحراري الطبيعي.

طريقة الكشف بالأشعة

وتقيس الإشعاعات الطبيعية للصخور كأشعة غاما، وتميز بين طيوف طاقتها، بقصد التمييز بين أنواع الفلزات المشعة (يورانيوم، ثوريوم، بوتاسيوم) والأجهزة المستعملة في ذلك أجهزة قياس إشعاعات غاما، مثل عداد غايغر وعداد الوميض الطيفي scintillometer.

الطريقة الجيوفيزيابئرية

وهي تستخدم في الأعماق جميع الطرائق الجيوفيزيائية المعروفة في عمليات المسح على سطح الأرض، إضافة إلى عدد كبير من التقانات التي لا تصلح على سطح الأرض. فيتم إنزال مجسات أوسوابر داخل البئر وإرسال النتائج بوساطة حبل كهربائي متعدد العروق إلى أجهزة تسجيل وتضخيم موجودة في عربة القياس قرب فوهة البئر، ليستفيد منها الجيوفيزيائي والجيولوجي ومهندس النفط ومهندس الإنتاج وغيرهم. فالقياسات الجيوفيزيائية البئرية هي الضوء الذي ينير ساحة الاستكشاف تحت سطح الأرض محدداً نوع جميع هدف من أهداف عملية الاستكشاف ومسقطه وحجمه وسبل الوصول إليه.

الاستخدامات

التنقيب المعدني

الغاز والنفط

الهندسة المدنية

فهم الآثار

انظر أيضاً: مسح جيوفيزيائي (فهم الآثار)

الطب الشرعي

الكشف عن الذخائر غير المنفجرة

انظر أيضاً

• جيوفيزياء أثرية
• التنقيب الهيدروكربوني
• Kola Superdeep Borehole
• List of free geophysics software
• التنقيب المعدني
• Ore genesis
• جيولوجيا النفط
• جمعية المنقبين الجيوفيزيائيين

المصادر

المراجع

• ميليتسر، هــ، فيبر،ف، وآخرون: الجيوفيزياء التطبيقية: الطرائق الفهمية في استكشاف باطن الأرض، ثلاثة أجزاء، نقله إلى العربية: ف. شقير (دمشق 1991).
• Dobrin , M.B, Introduction to geophysical prospecting 2 nd ed. (New york, 1960).

وصلات خارجية

• U. S. Society of Exploration Geophysicists SEG
• European Society of Geophysicists and Engineers EAGE
• Canadian Society of Exploration Geophysicists CSEG
• Australian Society of Exploration Geophysicists ASEG
• International Association of Geophysical Contractors