التقنيات المستخدمة في استخدام الأساليب المغناطيسية وغيرها من الأساليب الجيوفيزيائية في الدراسات الاستقصائية للأراضي

التقنيات المستخدمة في استخدام الأساليب المغناطيسية وغيرها من الأساليب الجيوفيزيائية في الدراسات الاستقصائية للأراضي

وقد أصبحت الأساليب البحرية وغيرها من الأساليب الجيوفيزيائية أدوات لا غنى عنها في المسح الأرضي الحديث، حيث توفر نوافذ غير متغطرسة في المنطقة دون السطحية، وخلافاً للحفر أو الحفر التقليديين، تتيح هذه التقنيات لأخصائيي الآثار، وعلماء الجيولوجيين، والمهندسين المدنيين، والعلماء البيئيين الكشف عن السمات المدفونة، والهياكل الجيولوجية، وتقييم الظروف الأرضية بسرعة وفعالية من حيث التكلفة.

التعريف بالمسح الجيوفيزيائي للأراضي

وتعتمد الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية على قياس المقارنات في الممتلكات المادية للمواد دون السطحية، ونادرا ما تكون الأرض الفرعية متجانسة؛ وتحتوي على طبقات جيولوجية طبيعية، وهياكل من صنع الإنسان، وباطلة، وخامات، وخامات، وخصائص مغناطيسية، أو كهربائية، أو سمية، مقارنة بمحيطها، يمكن للصكوك الجيوفيزيائية أن تكتشفها.

تقنيات المسح المغناطيسي

وتقيس الدراسات الاستقصائية المغناطيسية التباينات المكانية في المجال المغناطيسي للأرض بسبب وجود المعادن المغناطيسية أو الأجسام الحديدية التي صنعها الإنسان، ومجال المعلومات الأساسية الطبيعية ثابت جيدا، وتدل الاضطرابات المحلية )الآلام( على السمات المدفونة، والأساليب المغناطيسية سريعة وغير متنازعة وغير مكلفة نسبيا، مما يجعلها خيارا أول في مراحل الاكتشاف الأثري للذخائر غير المتفجرة، وعمليات الكشف عن المواقع البيئية.

اقتناء البيانات باستخدام أجهزة ماغنتومتر

ويُعد مقياس المغناطيس الأداة الرئيسية لجمع قراءات الكثافة الميدانية المغناطيسية، وتجرى الدراسات الاستقصائية على امتداد مسارات موازية، إما على الأقدام مع أداة مجهزة بالخلف أو باستخدام منصة لقودية، ويسجل جهاز استقبال النظام العالمي لسواتل الملاحة موقع كل نقطة قياس، وتؤثر كثافة شبكة المسح على الحل: تستخدم أهدافا أوسع نطاقا لتحديد المواقع الجغرافية (مثلا، 0.5 متر).

Fluxgate Magnetometers

وتقيس أجهزة المغناطيس المزودة بأجهزة الفلورية مكونات المحركات في المجال المغناطيسي، وهي قوية وخفيفة الوزن، ومثالية للدراسات الاستقصائية الأرضية، وتستخدم أداة نموذجية أجهزة استشعار من نوعي أو ثلاثة أجهزة لفرق الفلور أوغنال لحساب الكثافة الميدانية الكلية أو التدرجات، وتقيس تشكيلات قياسية الفرق بين جهازي الاستشعار المائي المائي الرأسي، وتلغي التباينات الميدانية الإقليمية وتسلط الضوء على الكائنات المحيطة بالسورة.

Proton Precession Magnetometers

وتقيس أجهزة المغناطيس الجاهزة للبروتون كامل كثافة الحقل المغناطيسي عن طريق تحليل التردد الافتراضي لبروتونات الهيدروجين في سائل استشعار، وهي دقيقة ومستقرة للغاية، مما يجعلها مناسبة لرسم الخرائط الجيولوجية وكشف الذخائر غير المنفجرة، غير أنها تتطلب بضع ثوان في القراءة، مما يحد من سرعة هذه المواد مقارنة بأدوات التدفق، وهي أقل حساسية في التوجه ويمكن استخدامها في المناطق التي قد تُستخدم فيها أجهزة الفلوريدوكس.

Optically Pumped Magnetometers

وتعطي أجهزة المغناطيس المضخة على الوجه الأمثل أعلى معدل حساسية وأخذ العينات، وتستخدم تفاعل الضوء مع بخار الفلزات الآلكلي (مثلاً، السيزيوم أو البوتاسيوم) للكشف عن التغيرات الميدانية الدقيقة، وكثيراً ما تنشر أجهزة التصوير الضوئي في الدراسات الاستقصائية المحمولة جواً، ولكن توجد نماذج أرضية لإجراء تحقيقات أثرية عالية الاستبانة، حيث يتيح معدل قياسها السريع (حتى 1000 هرتز).

تجهيز البيانات وتعزيزها

وتتضمن البيانات المغناطيسية الرادعة ضوضاء من الانجراف في الأجهزة، والتدخل الثقافي (خطوط القوى، والأسيجة، والمباني)، والتغيرات في الدواجن، وتشمل خطوات التجهيز الموحدة ما يلي:

• التصويب الدوائي ] - تغيير محطات الأساس المضغوطة لإزالة التغييرات الزمنية.
• Destriping] – Removing systematic line —toline compensates caused by slight sensor high differences or heading errors.
• Microleveling] — Applying a low-pass filter to remove high-frequency noise while maintaining anomalies.
• Reduction to the pole (RTP) ] — Transforming data so that anomalies appear directly above their sources, streamlineing interpretation at mid — to high —latitudes.

وتظهر البيانات المجهزة عادة على أنها خرائط ملوثة بالألوان أو صور الإغاثة المظللة، وتسهم الإشارات التحليلية والمشتقات الرأسية والمرشحات التصاعدية في تسليط الضوء على سمات محددة، وعلى سبيل المثال، فإن ردود الشحذ المشتقات العمودية من الهيئات الضحلة، بينما تؤدي الاستمرارية إلى قمع الضجيج القريب من السطح من أجل كشف هياكل أعمق.

ترجمة شفوية

ويستلزم التفسير فهم الخصائص المغناطيسية للمواد دون السطحية، ومعظم المواد الجيولوجية ذات القدرة المنخفضة على الاستدراك، وتعزى الشذوذات أساسا إلى وجود معادن مسببة للتداخل في الحديد (مجلة، ودمية) أو معادن خصبة.

طرق جيوفيزيائية أساسية أخرى

وفي حين أن الدراسات الاستقصائية المغناطيسية تبرز في الكشف عن الأهداف المغناطيسية والمغناطيسية القوية، فإن العديد من السمات دون السطحية غير مغنطيسية، حيث إن تكامل التقنيات الجيوفيزيائية الأخرى يملأ الثغرات ويضيف بيانات تكميلية عن السلوكيات الكهربائية، والخصائص الديموغرافية، والطرائق الراقية.

GroundPenetrating Radar (GPR)

وينقل هذا البرنامج إلى الأرض نبضات كهرومغناطيسية عالية التردد (100 ميغاهيرتز إلى 2 جيهرتز) ويسجل انعكاسات الوصلات البينية التي تتغير فيها القدرة على التحمل، وهو أمر ممتاز لتحديد أماكن المرافق المدفونة، والمكافآت، والهياكل الأثرية، والطبقات الفوقية، كما أن بيانات الأشعة العالمية تقدم كجداول مثبتة للكميات (الكميات) أو كعمقية.

مقياس القدرة على المقاومة الكهربائية

ويقيّم برنامج " إيثر " المقاومة الظاهرية للسطح الفرعي عن طريق حقن تيار كهربائي منخفض التردد بين كهرباء وقياس الفرق المحتمل بين كهرباء آخرين، ويُستعان بسلسلة من القياسات على طول خط أو شبكة إنتاج نموذج مقاومة للصدمات الكهربائية من 2D أو 3D، ويتأثر نظام كهرباء حساس جداً بالتغيرات في علم الليثولوجيا، ومحتويات الفئران، ووجود نماذج مقاومة للجدار

الطرائق السيزمية

وتستخدم الدراسات الاستقصائية للنزعات السيزمية الموجات الصدمة المصطنعة (من مطرقة متحركة أو قطر وزن أو متفجرات صغيرة) وقياس أوقات السفر للموجات المنعكسة أو المتكبّدة لتحديد سرعة طبقة تحت سطح الأرض والجيوميات، والتقنيتين الرئيسيتان هما:

• Seismic refraction] - استعملت في رسم سطح وعمق الصخرة على طبقات مختصة، وهي تعتمد على موجات مُنكسة بشكل حاسم، وهي فعالة عندما تزداد سرعة الارتداد بعمق.
• - يوفر صورا عالية الاستبانة للهياكل المطبقة، مثل الموجات فوق الصوتية الطبية، وهو أكثر تكلفة وكثافة للبيانات، ولكنه يمكن أن يكشف عن أخطاء ودرجات الأشعة دون الحمراء.

ولا غنى عن الأساليب السيزمية في الهندسة الجيولوجية (تحليل القابلية للاختراق، وتصميم المؤسسات) والهيدرولوجيا (تمييز المعالم الجليدية) وهي تكمل المغناطيسية في المسح الجيولوجي: قد تشير الشذوذات المغناطيسية إلى حدوث تغيرات في علم النفس، ولكن البيانات السيزمية تؤكد عمق طبقة واستمرارية.

الدراسات الاستقصائية للجاذبية

وتقيس الدراسات الاستقصائية للجاذبية الصغرى التباينات الصغيرة )أقل من ١,٠ ميلاجول( في ميدان الجاذبية الأرضية بسبب تناقضات الكثافة، وتستخدم في تحديد أماكن التجويف والأنفاق والفراغات المدفونة، والسمات الأثرية مثل القبو أو القبور، كما أن المترات الجرافية هي أدوات حساسة تتطلب تصويبات لتوزيعها بواسطة أدوات متحركة، وخطوبة، وزتها، وطولها، وطولها، وطولها، وطولها، وطولها.

Eectromagnetic (EM) Induction

كما أن أدوات الإدارة البيئية المتكررة (مثلاً EM31 وEM38) تحفز مجالاً مغناطيسياً ثانوياً في الأرض وتقيس مدى انتشارها ومراحلها لحساب السلوك الظاهري، وهذه الأدوات مثالية لرسم خرائط لملوحة التربة، ومحتويات الرطوبة، وإقامة هياكل جيولوجية (مثل الطبقات المصغرة والودائع المعدنية)، شأنها شأن الدراسات الاستقصائية المتعلقة بالسلوك المغناطيسي، يمكن أن تُجرى بسرعة من خلال عمليات المسح التقريبي.

أفضل الممارسات في الدراسات الاستقصائية للأراضي

ويتطلب تحقيق أقصى قدر من قيمة الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية التخطيط والتنفيذ والتفسير بعناية، ويوصى باتباع أفضل الممارسات التالية:

تصميم الدراسات الاستقصائية والعيون المحايدة

وابتداء من تعريف واضح لأهداف الدراسة الاستقصائية: نوع الهدف، العمق المتوقع، والحل المطلوب، اختار الطريقة المناسبة (الطرق) وفقا لذلك، وبالنسبة للدراسات المغناطيسية، فإن سرعة الشبكــة البالغة 0.5 متر × 0.5 متر هي نموذجية بالنسبة للملامح الأثرية؛ وبالنسبة لرسم الخرائط الجيولوجية، يمكن أن يكفي 1 متر × 2 مترا، أما خطوط المسح المغناطيسي فتتراوح بين التداخل المفترض في الملامح إلى أقصى حد ممكن.

معايرة الأدوات ومراقبة الجودة

(ج) اختبار المغنطيسيات الكهرومغناطيسية سنوياً وفقاً لمواصفات الصانع، وإجراء قياسات يومية على مدى نقطة اختبار معروفة للتأكد من الانجراف والحساسية، وفحص مقاومة الاتصال بالكهرباء وضمان وجود انقلاب كهربائي جيد مع الأرض (الماء المستخدم أو المعكرونة في ظروف جافة)، وإجراء اختبار لتحديد سرعة الحركة (مثلاً تحديد عمق معروف من الأنابيب المدفونة) لتحويل أوقات السفر إلى عمق.

التكامل المتعدد الوسائط

ولا يمكن لأي طريقة جيوفيزيائية واحدة أن تكشف جميع أنواع السمات الجوفية، إذ إن الجمع بين المغناطيسي مع نظام الأفضليات المعمم أو نظام الرصد البيئي يحسن بشكل كبير معدلات الكشف ويقلل من الايجابات الخاطئة، فعلى سبيل المثال، قد يكون سبب الشذوذ المغناطيسي طبل حديد مدفون؛ ويمكن أن يؤكد النظام العالمي لتحديد المواقع على أنه نوع من الاختراق، وهو مادة عالية المحتوى، بينما قد يكشف عن التربة المحيطة بالانزعاج.

تفسير البيانات مع السياق الجيولوجي

ومن الأمور الحاسمة معرفة الخبراء بالجيولوجيا المحلية، ويمكن تفسير الشذوذات المغناطيسية على نحو خاطئ إذا لم يكن المستكشف يمثل الخلفية المغناطيسية الطبيعية للمنطقة، فعلى سبيل المثال، يمكن للتربات المتأصلة في المناطق المدارية أن تنتج ضوضاء مغناطيسية واسعة النطاق تخفي أهدافا أثرية، وبالمثل، فإن قيم المقاومة الكهربائية تتوقف بشدة على رطوبة التربة ومحتواها الطفيف؛ ويمكن أن تغيرات الموسمية في القدرة على المقاومة.

ضمان الجودة والإبلاغ

وبعد تجهيز البيانات، تنتج خرائط تبين موقع وحجم الشذوذات، وسمات جيولوجية واضحة، وتدخل ثقافي، وغايات مفسرة، وتوفر تقديرات لعدم التيقن (مثلا، خطأ العمق 10 في المائة)، وتشمل أجزاء من خطوط استعراض الأداء العام أو استعراض النتائج المشفوعة بالحدود المفسرة، وينبغي أن يوصي تقرير نهائي بحفر مواقع محددة الهدف أو حفرها على أساس النتائج الجيوفيزيائية.

القيود والتحديات

فالطرق الجيوفيزيائية قوية ولكنها محدودة، إذ لا يمكن أن تكشف الدراسات الاستقصائية المغناطيسية عن المعادن غير الحديدية (النحاس، والألومنيوم، والرصاص) أو المواد العضوية (الحطب، العظام) وفي المناطق ذات الخلفية المغناطيسية العالية (التدفقات، والتربة المغناطيسية - المتعددة)، قد تكون هناك أوجه قصور شديدة في قياس القطع الأثرية الصغيرة، ويتدهور أداء النظام العالمي للأخشاب في التربة ذات التأثير الطفولي.

دراسات الحالة والتطبيقات العملية

ولتوضيح فعالية الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية المتكاملة، النظر في الأمثلة التالية:

"التوقع الأثري في موقع "رومان فيلا

وقد أجريت دراسة استقصائية مشتركة بين المغناطيس والجيش الشعبي لإعادة التأهيل على حقلين من الهضاب في جنوب إنكلترا، وكشفت بيانات التدرج عن شبكة من الشذوذ الخطي التي تُقابل جدران حجرية مدفونة، ودليلاً شذوذياً كبيراً على وجود كيلو متر، وقد أكدت بيانات GPR 400 MHz الجدران التي تبلغ عمقها 0.5-0 متر وحددت قاعدة بناء مُسترجعة لا توجد في بيانات مثبتة.

Environmental Site Assessment for a Former Industrial Area

وفي شمال شرق الولايات المتحدة، كان من المقرر إعادة تطوير مطحن فولاذي سابق، واستُخدمت المسوحات التعريفية المغنطيسية والإنذار المبكر لتحديد مواقع طبول الفولاذ المدفونة، وخطوط الأنابيب، والمؤسسات الملموسة، واكتشفت الدراسة الاستقصائية المغناطيسية أن الحطام الخام يصل إلى حوالي 3 متر، بينما أحدثت الدراسة الاستقصائية لشبكة إدارة البيئة تغييرات في سلوك التربة أشارت إلى مناطق التلوث الكيميائي من التسربات السابقة.

إجراء تحقيقات تقنية في مجال التكنولوجيا الجيولوجية من أجل تحقيق النفقة

وبالنسبة لنفق مترو جديد في مدينة مبنية بشكل كثيف، يحتاج المهندسون إلى رسم خرائط سطح حجر الأساس وتحديد مواقع المحركات أو المكافآت المحتملة، وقد وفر مسح للأخطار السيزمية على طول مواءم النفق عمقاً للروك على فترات تتراوح بين 5 م.

خاتمة

فالأساليب المغناطيسية وغيرها من الأساليب الجيوفيزيائية هي أدوات قيمة لإجراء تحقيقات دونية غير متفشية في الدراسات الاستقصائية للأراضي، ولا تتطلب التقنيات المغناطيسية، باستخدام التدفق أو السبق الافتراضي، أو أجهزة المغناطيس المضغوطة الاصطناعية، الكشف السريع والفعال من حيث التكلفة عن الأجسام الحديدية والمعالم الجيولوجية المغناطيسية، وعند دمجها في الرادارات الأرضية، أو في عمليات المسح الكهربي، أو في البيئة المربحية

For further reading, the USGS Fact Sheet on Geophysical Methods] provides an preliminary overview, while the ] Society of Exploration Geophysicists (SEG)]]] offers advanced resources. Practical guidelines for archaeological geophysFarta:4]