فصلنامه فیزیک زمین و فضا
سال سی و چهارم شماره 2 (تابستان 1387)

تجزیه طیفی ابزاری قدرتمند برای تحلیل داده های لرزه ای است. تبدیل فوریه امکان بررسی محتوای بسامدی سیگنال را فراهم می کند. اما برای سیگنال های غیر ایستا، از جمله سیگنال لرزه ای، که محتوای بسامدی آنها با زمان تغییر می کند تبدیل یک بعدی به فضای بسامد برای پاره ای از اهداف پردازشی کافی نیست. قبلا انتقال ردلرزه به فضای زمان و بسامد را با استفاده از تبدیل فوریه روی پنجره های کوچکی به دست می آوردند. این روش تحت عنوان تبدیل فوریه زمان کوتاه شناخته می شد. قدرت تفکیک زمان- بسامدی در روش تبدیل فوریه زمان کوتاه با انتخاب طول پنجره محدود می شد. بعدها مشکل پنجره کردن در تحلیل زمان- بسامد با استفاده از تبدیل موجک پیوسته برطرف شد. تبدیل موجک پیوسته از خاصیت تغییر مقیاس و جابه جایی موجک استفاده می کند و نقشه زمان- مقیاس سیگنال مورد نظر را تهیه می کند. مقیاس به نوعی نشانگر مؤلفه بسامدی است. تبدیل مقیاس به بسامد منجر به نقشه زمان- بسامد می شود که قابل مقایسه با نقشه زمان- بسامد حاصل از تبدیل فوریه زمان کوتاه است. مقاطع لرزه ای تک بسامد که با استفاده از روش های تحلیل زمان- بسامد مقاطع لرزه ای تولید می شوند، در این مقاله از آنها درحکم نشانگر لرزه ای برای آشکارسازی سایه های کم بسامد ناشی از مخازن هیدروکربور و تجزیه و تحلیل لایه های نازک با ضخامت نزدیک به حد تیونینگ استفاده شده است.

روش مگنتوتلوریک (MT) یکی از روش های ژئوفیزیکی در حوزه بسامد است که در بررسی های زیرسطحی از اعماق ده ها متر تا چند صد کیلومتر به کار می رود. داده های صحرایی برداشت شده طی تحقیق MT می بایستی پردازش شده و برای وارون سازی و تفسیر آماده شوند. در این تحقیق، مروری بر مراحل پردازش داده های مگنتوتلوریک شامل تحلیل سری های زمانی (چگونگی انتقال داده ها از حوزه زمان به حوزه بسامد) و نیز مراحل موسوم به پردازش دستی داده ها، همراه با چند مثال کاربردی عنوان شده است.

گسلش عادی روی رسوب های بدون چین خوردگی پلیوسن-کواترنری در شمال غرب زنجان با روش های جستجوی شبکه ای، روش وارون سازی به همراه تحلیل محورهای کشش و فشار، آرایش خش لغزش و وارون سازی چندمرحله ای مورد بررسی دقیق قرار گرفت. نتایج روش های مزبور از دیدگاه تحلیل تنش دیرین در منطقه مورد بررسی، به کار برده شد. نتایج به دست آمده از آن روش ها با تعیین زاویه نابرازش حدود 34/1درجه منتهی به محاسبه تانسور تنش تقلیل یافته شد. تحلیل منطقه مورد بررسی روشن ساخت که موقعیت بزرگ ترین تنش تراکمی اصلی قائم و کوچک ترین تنش تراکمی اصلی افقی است (با روند جنوب جنوب شرق). شکل هندسی بیضوی تنش دیرین به صورت دوکی شکل با برآورد شد. زاویه اصطکاک داخلی توده سنگ حدود 30 درجه محاسبه شد. این مقدار با رسم دایره موهر سه محوری بدون مقیاس، نشان دهنده چیره بودن فعالیت گسل های مزدوج در منطقه است.

داده های مغناطیس هوایی قبل از تفسیر نیازمند تصحیحات متعددی اند. پس از ویرایش اولیه داده ها، میدان هسته زمین با تصحیح IGRF از داده ها حذف می شود. سپس با استفاده از داده های ثبت شده در ایستگاه ثابت زمینی، تصحیح تغییرات روزانه صورت می گیرد. پس از اعمال این تصحیحات، مرحله اصلی پردازش یعنی هم سطح سازی به انجام می رسد. در این مقاله از برازش اسپلاین های نوع B و مکعبی روی مقادیر تفاوت با دو پارامتر متغیر کشش و نرمی استفاده شد که در این مرحله مقدار جزئی تفاوت باقی مانده در نقاط تقاطع در فاصله دو نقطه برخورد سرشکن می شود. به طور کلی پردازش داده های مغناطیس هوایی با تحلیل آماری داده ها و اعمال جابه جایی ثابت و سپس استفاده از اسپلاین های نوع B و مکعبی نتایج بسیار خوبی در بر داشته است. برای آزمودن توانایی روش ارائه شده در حذف اثرات نامطلوب از داده های ژئوفیزیک هوایی منطقه بصیران واقع در جنوب بیرجند که در سال گذشته از سوی سازمان زمین شناسی کشوری و با بالگرد برداشت شده است، استفاده شد. فاصله خطوط پرواز بستگی به نوع هدف و مرحله اکتشاف دارد که در این منطقه 250 متر است. مقایسه نقشه های پردازش شده نهایی با نقشه های خام اولیه نشان از توانمندی روش ارائه شده در هم سطح سازی نقشه های ژئوفیزیک هوایی دارد.

برخلاف لرزش های بلند دوره زمین ناشی از زمین لرزه که قابل پیش بینی و برآورد ند لرزش های بسامد زیاد زمین ماهیتی تصادفی دارند و به صورت احتمالی رفتار می کنند. در مناطقی که ثبت های شتاب نگاری وجود ندارد می توان از روش احتمالی بور اقدام به شبیه سازی لرزش های بسامد زیاد زمین لرزه کرد. روش های شبیه سازی احتمالی بر دو نوع اند: در نوع اول منبع لرزه ای منبعی نقطه ای است و در نوع دوم که شبیه سازی براساس گسل محدود نام دارد، منبع لرزه ای یک گسل مستطیلی است که در راستای طولی و عرضی خود به صورت منابع نقطه ای یکسان المان بندی شده است. سه پارامتر ضریب کیفیت، کاپا و افت تنش از جمله پارامترهای مهم شبیه سازی براساس گسل محدودند که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته اند. در این تحقیق مشخص شده است که اثر عمده ضریب کیفیت در بسامدهای زیاد است و تغییر این پارامتر تاثیر چندانی روی شتاب های طیفی در بسامدهای کم ندارد. همچنین با افزایش کاپا مقدار شتاب های طیفی و همچنین شتاب ماکزیموم زمین، PGA کاهش می یابد؛ البته مقدار کاهش شتاب های طیفی در بسامدهای زیاد، بیشتر است و در نهایت افزایش افت تنش مقدار شتاب های طیفی را افزایش می دهد که مقدار این افزایش در بسامدهای زیاد قابل توجه است. در این تحقیق اثر سرعت موج برشی و چگالی نیز روی شتاب های شبیه سازی شده بررسی شده است.

کاوش های مغناطیسی در شرق روستای کرکسار واقع در جاده بیستون به سنقر برای تشخیص گسل صحنه صورت گرفت. در 200 ایستگاه، چهار نیم رخ میدان مغناطیسی زمین توسط دستگاه مغناطیس سنج پروتون GSM19 اندازه گیری شده است. علاوه بر این، داده های الکترومغناطیسی با بسامد بسیار کم (VLF) همراه با داده های مغناطیسی برداشت شده است. با استفاده از تفسیر داده های مغناطیسی بسامد کم موقعیت و پارامترهای گسل نهان صحنه در منطقه مشخص شد. با استفاده از داده های مغناطیسی، ژرفای کمر بالایی گسل 37 متر و شیب گسل 74 درجه به دست آمد. جهت شیب در طول خط گسله متغیر است و از شمال غرب در شرق به شمال در مرکز و غرب تغییر می کند. بسامد مورد استفاده در VLF، 6/18 کیلوهرتز است. شبه مقاطع مولفه حقیقی VLF مسیر شکستگی را مشخص کرده که با نقشه های تصویری مغناطیسی کاملا مطابقت دارد.

در این مقاله نحوه تغییرات میانگین ماهانه و فصلی تراز سطح آب در خلیج فارس، دریای عمان و شمال دریای عرب در طی سال 1994 مورد تحقیق و بررسی قرار می گیرد. به این منظور 365 تصویر روزانه که از ارتفاع سنجی های روز به روز که با ماهواره های تاپکس/ پوزیدون و جیسون-1 در این منطقه، تهیه شده و مورد پردازش قرار گرفته است. بیشترین تغییرات مشاهده شده در منطقه در طول سال 1994 برابر cm 5/57+ و cm 5/47- است که هر دو مربوط به جنوب شرقی قطر است. بیشترین تغییر تراز آب به ترتیب در ماه های اکتبر و ژانویه و کمترین تغییر تراز آب در ماه های ژوئن و اوت مشاهده شده است. ولیکن مقدار میانگین سالانه این تغییرات در طی سال 1994 میلادی صفر است. به علاوه، دراغلب سواحل ایران و به خصوص در تنگه هرمز میانگین ماهانه تغییرات تراز آب همواره کمتر از cm 15 و فقط در حوالی دهانه اروندرود مقدار قدر مطلق این تغییرات تا حدود cm 30~20 نیز رسیده است.

بی هنجاری هوای آزاد را می توان از طریق مشاهدات ارتفاع سنجی ماهواره ای در نقاطی با مختصات معلوم روی سطح متوسط دریا (MSL) محاسبه کرد. با استفاده از این بی هنجاری و از طریق حل معادله مسئله معکوس سه بعدی گرانی در فضای مکان و در فضای بسامد عمق سنگ بستر و یا به عبارت دیگر ضخامت رسوب ها را می توان تعیین کرد. برای تحقیق ساختار زیرسطحی از داده های پتانسیل مثل داده های گرانی و مغناطیسی روش های گوناگونی توسعه یافته است. آنها به سه دسته روش مستقیم، ارائه خصوصیات خاص از داده ها به صورت بارز و روش معکوس تقسیم می شوند. روش معکوس از داده های نامنظم بی هنجاری های گرانی اطلاعاتی راجع به اجرام زیرسطحی که همان بی هنجاری های گرانی هستند، به دست می دهد. غیر یکتا بودن جواب از مشخصه های روش معکوس است، و این بستگی به فرضیه های ریاضی و یا زمین شناسی که مسئله را مقید می کند و اجازه به دست آوردن نتایج واقعی را می دهد، دارد. روش های ارائه شده چاکراوارتی و ساندارجان (2004)؛ پارکر (1973) و الدنبرگ (1974) که حل مسئله معکوس در فضاهای مکان و بسامد هستند برای تعیین ضخامت رسوب ها در ناحیه ای در دریای عمان به کار برده شده اند. نتایج به دست آمده از روش های فوق، توافق قابل قبولی با ضخامت هایی دارد که وایت (1984) به دست آورده است.

در این بررسی الگوهای همدیدی که بیشترین بارش را روی منطقه خراسان طی دوره زمانی سال های 1985 تا 2000 داشته اند، بررسی و به سه نوع تقسیم شده اند. نوع الف: شامل سامانه های واچرخندی با حرکت نسبتا سریع و هسته سرد هستند که از کشورهای اسکاندیناوی و اروپای مرکزی، در طی فصول سرد سال، در جهت شرق یا جنوب شرق حرکت می کنند. این سامانه ها ابتدا دریای خزر و سپس منطقه خراسان را تحت تاثیر قرار می دهند، که بارش آنها نسبتا کم ولی با سرمای زیادی همراه هستند و حداکثر حدود 24 الی 36 ساعت بعد، از روی منطقه خارج می شود. نوع ب: شامل چرخندهای جبهه ای کژفشار با منشا شرق مدیترانه ای که پس از عبور از مرکز ایران، منطقه خراسان را تحت تاثیر قرار می دهند. در صورتی که این سامانه ها با یک کم فشار دیگری که منشا آن از دریای سرخ بوده و به شکل یک ناوه گرمایی وارون (Inverted thermal trough، این ناوه گرمایی وارون از نظر شکل کاملا شبیه ناوه های وارون Inverted trough در مناطق حاره است که روی موج های شرقی در شرق اقیانوس ها در مناطق حاره شکل می گیرد. ولی از نظر منشا، این ناوه به دلیل بالا رفتن بیشتر دمای سطح زمین شمال شرق قاره افریقا و تا حدودی شبه جزیره عربستان شکل گرفته و به صورت یک ناوه گرمایی است که دارای قدرت کژفشاری ضعیف است. چنان چه این موج با سامانه های جوی همراهی کننده با ناوه تراز بالا، که تا عرض های پایین کشیده شده همراهی کند، آن گاه قدرت کژفشاری آن به دلیل فرارفت نیروهای واداشتی تقویت گشته و به شکل یک موج بسته درآمده و به سمت شرق یا شمال شرق به حرکت در می آید) است، همراه باشند، به علت اثرات نیروی واداشتی تقویت شده و باعث ریزش بارش های بیشتری نسبت به نوع الف ولی با سرمای نه چندان زیادی می شوند. نوع ج: شامل واچرخندهای سرد در عرض های جغرافیایی بالا (مانند نوع الف) هستند که در حال حرکت با مراکز چرخند (یا ناوه) عبوری از روی دریای مدیترانه و یا دریای سرخ (مانند نوع ب) روی کشور با هم برخورد کرده و باعث گرادیان شدید فشاری و دمایی در نوار شمالی کشور می شوند و نهایتا موجب شکل گیری منطقه جبهه ای روی استان خراسان می شوند. با عبور این الگو بارش های سنگین برف و باران را در منطقه خراسان داریم. در هر یک از حالات فوق برای گروهی که بارش قابل توجه ای نسبت به دو نوع دیگر داشت، کمیت های تاوایی نسبی، مطلق، و فرارفت آنها در تراز 500 هکتو پاسکالی محاسبه و بررسی شده است. بیشترین بارش در مدت 24 ساعت به مقدار 40 میلی متر در مشهد (از نوع ج) در تاریخ 21 بهمن ماه 1376 گزارش شده است که تاوایی نسبی و فرارفت آن در مقایسه با دو نوع دیگر بیشترین مقدار خود را در این نوع به بزرگی و داشته است.

عمق کم زیرزمین همیشه مورد توجه بشر بوده است. این محل، محل آب های زیرزمینی، مواد مورد مصرف در ساختمان سازی، محل دفن زباله ها و صدها کاربرد دیگر است. یافت حفرات و غارهای زیرزمینی هم از نظر باستان شناسی و هم از نظر آب های زیرزمینی از اهمیت ویژه ای برخوردار است (نیل، 2004). روش رادار یکی از روش های با قدرت تفکیک بالا در آشکارسازی بی هنجاری های زیرزمینی است. در عمارت خسرو در شهر قصر شیرین یک سری محل های غار مانند با سن حدود 1500 سال وجود دارد که می توان از آنها درحکم مدل برای تحقیق در مورد روش رادار و مقایسه آن با روش مغناطیسی استفاده کرد. اگرچه یکی از این ساختارها از دید عادی پنهان است. شهر قصر شیرین در جنوب غرب ایران در عرض جغرافیایی شمالی 5/34 درجه شمالی و در طول 6/45 درجه شرقی قرار دارد (شکل 1). ساختارهای ساخته شده در رس قرمز رنگ واقع شده اند و از قسمت شرق قابل مشاهده و دسترسی هستند (شکل 2). روش رادار نفوذی زیرزمینی: این روش در مناطقی به کار می رود که ثابت دی الکتریک لایه ها اختلاف زیادی داشته باشند. در منطقه کاوش سه نیم رخ به طول های 54 متر، 35 متر و 30 متر در جهت شمال و جنوب پیاده شد. دو مورد اول بر هم منطبق بوده ولی سومی 8 متر در جهت شرق با نیم رخ اول فاصله دارد. سیستم مورد استفاده RAMAC GPR ساخت کشور سوئد است و از دو آنتن 50 مگا هرتز و 100 مگا هرتز پوششی استفاده شده است. در هر نقطه طبق تنظیم قبلی 16 نگاشت بر روی هم جمع آوری می شود تا سیگنال به نوفه بهبود یابد. پردازش داده های رادار: بسته نرم افزاری لرزه ای سندمیر (سندمیر، 1997) برای پردازش و تفسیر داده های رادار مورد استفاده قرار می گیرد. پردازش برای اجتناب از تفسیر غلط داده ها مورد نیاز است. از صافی میان گذر 30 تا 85 مگاهرتز برای صافی داده ها استفاده شد. از صافی بهره خودکار (AGC) برای تقویت داده های انتهای نگاشت ها استفاده شد. صافی مهاجرت برای حذف پراش ها و برگرداندن شیب ها به مقدار واقعی بهره می بریم. نیم رخ اول: آنتن 50 مگاهرتز غیر پوششی (unshielded) برای یافت بی هنجاری های این نیم رخ به کار گرفته شد. شکل 3 رادارنگاشت خام این نیم رخ را نمایش می دهد. بی هنجاری های موجود با حروف لاتینی نمایش داده شده اند. سرعت موج در این نیم رخ با استفاده از روش نقطه میانی (CMP)m/ns 061/0 به دست آمده است که برای یافت عمق بی هنجاری استفاده می شود. نیم رخ دوم: این نیم رخ در همان مکان و امتداد پروفیل 1 ولی با طول 33 متر پیاده شده است. آنتن مورد استفاده 100 مگاهرتز غیر پوششی است و نگاشت حاصله در شکل 4 آمده است. در این شکل مرزها واضح نیستند. برای وضوح بهتر از همه صافی ها به غیر از صافی میان گذر استفاده شده است. شکل 5 نگاشت حاصل را نمایش می دهد که در آن بی هنجاری ها با حرف لاتینی آمده اند. پنج ساختار تو خالی در نگاشت دیده می شود ولی یک ساختار تو خالی در نگاشت هست که در مشاهدات صحرایی وجود ندارد ولی به نظر می رسد که عمدا پوشیده شده است (شکل 2). ابعاد به دست آمده از نگاشت رادار در جدول 1 آمده است. نیم رخ سوم: این نیم رخ در 8 متری غرب دو نیم رخ قبلی است و هیچ گونه به هنجاری در رادار نگاشت آن وجود ندارد (شکل 6). روش مغناطیس سنجی: جهت آشکارسازی بی هنجاری ها از روش اندازه گیری میدان کل مغناطیسی زمین در محل نیم رخ های رادار نیز استفاده شده است. پذیرفتای مغناطیسی خاک بستر ساختارها SI 4-10×90/5 است در حالی که دیوارها و سقف آنها دارای مقدار SI 6-10×56/12 هستند که دومی به علت ساختار رسوبی سنگ های به کار رفته است. پذیرفتای مغناطیسی با دستگاه بارتینگتون (Bartington MS2) ساخت کشور انگلستان اندازه گیری شده است. میدان کل مغناطیسی توسط مغناطیس سنج پروتون با دقت یک صدم نانو تسلا اندازه گیری شده است. فاصله قرائت ها پنج سانتی متر بوده است. نقشه میدان کل حاصل از سه نیم رخ در شکل 7 آمده است که مکان اکثر بی هنجاری ها در آن مشخص است. نبود بعضی از بی هنجاری ها احتمالا به علت عدم وجود تباین مغناطیسی بین تاق ها و بستر رسی است. شکل های 8، 9 و 10 میدان کل، گرادیان افقی میدان و گرادیان عمودی نیم رخ اول را نمایش می دهند. روش رادار روش مفیدی برای تشخیص حفرات و ساختارهای تو خالی در تشکیلات مقاوم است. پارامترهای هندسی این بی هنجاری ها به راحتی در صورت فراهم بودن شرایط فیزیکی و عمق کم قابل محاسبه و اندازه گیری است که با شرایط واقعی اختلاف چندانی ندارند. این تحقیق نشان می دهد که استفاده از آنتن بسامد زیادتر به افزایش قدرت تفکیک می انجامد. روش مغناطیس سنجی هم در صورت وجود تباین مغناطیسی بین بی هنجاری و بستر آنها به آشکارسازی بی هنجاری ها می انجامد ولی دقت روش رادار از مغناطیس بسیار بیشتر است. تنها محدودیت روش رادار عمق کم کاوش است.