الجيوفيزياء القريبة من السطح

المسح الجيوفيزيائي هو مجموعة من القياسات التي تُجرى باستخدام جهاز جيوفيزيائي. غالبًا ما تكون هذه القياسات على طول خط أو مسار . تتضمن العديد من المسوحات مجموعة من المسارات المتوازية ومجموعة أخرى عمودية عليها للحصول على تغطية مكانية جيدة. ^{[ 5 ]} تشمل التقنيات المستخدمة في المسوحات الجيوفيزيائية ما يلي:

• الأساليب الزلزالية ، مثل علم الزلازل الانعكاسي ، والانكسار الزلزالي ، والتصوير المقطعي الزلزالي .
• الطريقة الزلزالية الكهربائية
• تقنيات الجيوديسيا والجاذبية ، بما في ذلك قياس الجاذبية وقياس تدرج الجاذبية .
• التقنيات المغناطيسية ، بما في ذلك المسوحات المغناطيسية الجوية وأجهزة قياس المغناطيسية .
• التقنيات الكهربائية ، بما في ذلك التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية ، والاستقطاب المستحث ، والجهد التلقائي .
• الأساليب الكهرومغناطيسية ، مثل المغناطيسية الأرضية ، والرادار المخترق للأرض ، والكهرومغناطيسية العابرة/المجال الزمني .
• الجيوفيزياء البئرية، وتسمى أيضاً تسجيل الآبار .
• تقنيات الاستشعار عن بعد ، بما في ذلك التصوير الطيفي الفائق .

غالباً ما تتطلب البيانات الأولية من المسح الجيوفيزيائي تحويلها إلى صيغة أكثر فائدة. وقد يشمل ذلك تصحيح البيانات لمعالجة التباينات غير المرغوب فيها؛ فعلى سبيل المثال، يُصحَّح مسح الجاذبية الأرضية لمراعاة تضاريس السطح. كما تُحوَّل أوقات انتقال الموجات الزلزالية إلى أعماق. وفي كثير من الأحيان، يُكشف عن هدف المسح على أنه شذوذ ، أي منطقة ذات قيم بيانات أعلى أو أدنى من المنطقة المحيطة بها. ^{[ 5 ]}

قد لا توفر البيانات المُخفَّضة صورة جيدة بما فيه الكفاية بسبب ضوضاء الخلفية . ويمكن تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء عن طريق إجراء قياسات متكررة لنفس الكمية متبوعة بنوع من أنواع التوسط مثل التجميع أو معالجة الإشارة . ^{[ 5 ]}

بمجرد الحصول على صورة دقيقة للخاصية الفيزيائية المقاسة مباشرةً، يجب تحويلها إلى نموذج للخاصية قيد الدراسة. على سبيل المثال، تُستخدم قياسات الجاذبية للحصول على نموذج لتوزيع الكثافة تحت السطح. يُسمى هذا بالمسألة العكسية . بمعرفة نموذج الكثافة، يمكن التنبؤ بقياسات الجاذبية على السطح؛ ولكن في المسألة العكسية، تكون قياسات الجاذبية معروفة، ويجب استنتاج الكثافة. تُعاني هذه المسألة من عدم اليقين بسبب التشويش ومحدودية تغطية السطح، ولكن حتى مع التغطية الكاملة، قد تتوافق العديد من النماذج المحتملة للباطن مع البيانات. لذا، يجب وضع افتراضات إضافية لتقييد النموذج.

بحسب تغطية البيانات، قد يكون النموذج ثنائي الأبعاد فقط لملف تعريف. أو قد تُفسَّر مجموعة من المقاطع العرضية المتوازية باستخدام نموذج ثنائي الأبعاد ونصف، يفترض أن المعالم ذات الصلة ممتدة. أما بالنسبة للمعالم الأكثر تعقيدًا، فيمكن الحصول على نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام التصوير المقطعي . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تُعدّ المرحلة الأخيرة في أي مشروع هي التفسير الجيولوجي. قد يشير الشذوذ الجاذبي الموجب إلى تداخل ناري ، بينما يشير الشذوذ السالب إلى قبة ملحية أو فراغ. وقد تحتوي منطقة ذات موصلية كهربائية أعلى على الماء أو الغالينا . وللحصول على تفسير دقيق، يجب دمج النموذج الجيوفيزيائي مع المعرفة الجيولوجية للمنطقة. ^{[ 5 ]}

تُستخدم تقنية الانعكاس الزلزالي لتصوير الطبقات شبه الأفقية في باطن الأرض. تشبه هذه الطريقة إلى حد كبير تقنية السبر بالصدى . ويمكن استخدامها لتحديد الطيات والصدوع، والبحث عن حقول النفط والغاز. وعلى نطاق إقليمي، يمكن دمج المقاطع للحصول على التسلسل الطبقي ، مما يُتيح تحديد عمر الطبقات الرسوبية وتحديد ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي . ^{[ 7 ]}

لا يمكن استخدام الانكسار الزلزالي فقط لتحديد الطبقات في الصخور من خلال مسارات الموجات الزلزالية، ولكن أيضًا لاستنتاج سرعات الموجات في كل طبقة، مما يوفر بعض المعلومات عن المادة الموجودة في كل طبقة. ^{[ 7 ]}

يمكن استخدام الطرق الجيوفيزيائية للعثور على موقع أثري أو رسم خريطته عن بعد، مما يجنب الحفر غير الضروري. كما يمكن استخدامها لتحديد تاريخ القطع الأثرية.

في مسوحات المواقع الأثرية المحتملة، يمكن الكشف عن المعالم المحفورة في الأرض (مثل الخنادق والحفر وآثار الأعمدة) حتى بعد ردمها، باستخدام طرق المقاومة الكهربائية والمغناطيسية. كما يمكن الكشف عن الردم باستخدام الرادار المخترق للأرض. وقد تحمل الأساسات والجدران بصمة مغناطيسية أو كهربائية. وقد تُظهر الأفران والمواقد والأفران الصناعية شذوذًا مغناطيسيًا قويًا نتيجةً لتراكم التمغنط الحراري المتبقي في المعادن المغناطيسية. ^{[ 13 ]}

استُخدمت الأساليب الجيوفيزيائية على نطاق واسع في الدراسات الحديثة حول الآثار الغارقة لمدينة الإسكندرية القديمة، بالإضافة إلى ثلاث مدن غارقة مجاورة (هيراكليون، كانوبوس، ومينوثيس). ^{[ 14 ]} وكشفت الأساليب التي شملت السونار الجانبي ، والمسوحات المغناطيسية، والمقاطع الزلزالية، عن سوء اختيار مواقع التنقيب، وتقصير في حماية المباني من المخاطر الجيولوجية. ^{[ 15 ]} علاوة على ذلك، ساعدت هذه الأساليب في تحديد مواقع هياكل يُحتمل أن تكون المنارة الكبرى المفقودة وقصر كليوباترا ، على الرغم من أن هذه الادعاءات محل جدل. ^{[ 14 ]}

يتزايد استخدام الجيوفيزياء الجنائية للكشف عن الأجسام/المواد القريبة من سطح الأرض، والمرتبطة بالتحقيقات الجنائية أو المدنية. ^{[ 16 ]} وتُعدّ عمليات الدفن السرية لضحايا القتل من أبرز الأدلة في التحقيقات الجنائية، إلا أن الجيوفيزياء الجنائية تشمل أيضاً تحديد مواقع الدفن غير المُعلّمة في المقابر، والأسلحة المستخدمة في الجرائم، أو مخابئ المخدرات أو الأموال المدفونة. أما التحقيقات المدنية، فتسعى في أغلب الأحيان إلى تحديد موقع وكمية (والأصعب من ذلك) توقيت إلقاء النفايات بشكل غير قانوني، والتي تشمل الملوثات المادية (مثل إلقاء النفايات عشوائياً) والسائلة (مثل الهيدروكربونات). وتتوفر العديد من الطرق الجيوفيزيائية التي يمكن استخدامها، وذلك بحسب الهدف والمواد المحيطة به. ويُستخدم الرادار المخترق للأرض بشكل شائع، ولكنه قد لا يكون دائماً الأسلوب الأمثل للكشف.

تستخدم الدراسات الجيوتقنية الجيوفيزياء القريبة من السطح كأداة أساسية، سواءً لتوصيف الموقع مبدئيًا أو لتحديد المواقع التي تتطلب إجراء دراسات استكشافية متعمقة (SI) تشمل حفر الآبار وحفر الاختبار. ^{[ 1 ]} في المناطق الريفية، قد تُستخدم طرق الاستكشاف التقليدية، أما في المناطق الحضرية أو المواقع الصعبة، فتُتيح التقنيات الجيوفيزيائية المُوجّهة توصيف الموقع بسرعة لإجراء دراسات لاحقة مكثفة على السطح أو بالقرب منه. ومن أكثرها شيوعًا البحث عن المرافق المدفونة والكابلات التي لا تزال قيد الاستخدام، وأساسات المباني التي تم تنظيفها، وتحديد نوع التربة وعمق الصخور الأساسية تحت سطح الأرض، وتلوث النفايات الصلبة/السائلة، ومناجم الفحم ^{[ 17 ]} ، والمناجم القديمة تحت الأرض، وحتى دراسة اختلاف ظروف التربة. ^{[ 18 ]} وقد أُجريت دراسات جيوفيزيائية داخلية أيضًا. ^{[ 19 ]} وتختلف التقنيات باختلاف الهدف والمواد المحيطة به كما ذُكر.