Повърхностните геофизични методи варират широко според параметрите които измерват, а стойностите са в пряка зависимост от физичните, електричните и химичните характеристики.

Някои методи са особено подходящи за измерване на последователните изменения в средата, като : GROUND PENETRATING RADAR (GPR) - GEORADAR, FREQUENCY DOMAIN ELECTROMAGNETICS (FDEM), VERY LOW FREQUENCY (VLF), SPONTANTENOUS POTENTIAL (SP), MAGNETIC (MAG), GRAVITY (GRAV), THERMAL (THERM) и RADIOMETRIC (RAD). Други са подходящи за измерване на дълбочината и плътността на структурите като : TIME DOMAIN ELECTROMAGNETICS (TDEM), RESISTIVITY (RES) и SEISMIC (SEIS).

Обикновено измерванията се извършват на базата на точки-станции по профилни линии. Някои методи като GPR, FDEM, MAG, METAL DETECTOR (MD), THERM и RAD позволяват изследването да се извършва по непрекъснати профили. Тези измервания осигуряват висока хоризонтална разрешаваща способност (резолюция) за картиране на последователните изменения в средата.

Някои от повърхностните геофизични методи могат да се приспособят за използване в сладки и солени води, обхващащи средата.

GROUND PENETRATING RADAR (GPR) – GEORADAR

GPR е рефлективен метод при който се използват високочестотни електромагнитни вълни (10 MHz - 2000 MHz) за набиране на подповърхностна информация.

GPR регистрира промените в електричните характеристики (проводимост и диелектрична проницаемост), които са в пряка зависимост от почвите и скалите, влажността и порестостта им.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

GPR основно се използва за възпроизвеждане на вертикални разрези с висока резолюция на геоложките, хидрогеоложките и аномалните условия.

GPR се използва с голям успех за локализиране и оценяване на изградени структури, вкл. пътища, писти, фундаменти, канали, комуникации и др.

GPR също е приложим за детектиране и картиране на опасни отпадъци, разливи, течове и пр.

ПРЕДИМСТВА:

- изследванията се извършват относително лесно;

- GPR осигурява най-високата резолюция от всички методи;

- непрекъснатите профили са ефективни за мащабни изследвания с висока хоризонтална резолюция;

- изходните данни се изобразяват като графики (радарграми) в реално време на дисплей;

- не е нужен интрузивен контакт;

- антената може да се тегли на ръка или от автомобил със скорост до 35 мили в час.

- честотата (резолюцията и дълбочинността) на антените може да се избира от 10 до 2000 MHz.

- ниските честоти осигуряват дълбоко проникване, но с ниска резолюция, а високите честоти много висока резолюция, но слабо проникване;

- при подходящи условия изследването може да се извърши през асфалт, бетон и др. покрития;

- при трудни терени може да се извърши поточково измерване, при което се постига и по-добро проникване;

- дълбочинността надхвърля 100 фута в среди с ниска проводимост, но е обикновено в рамките на 30 фута при повечето почви.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- дълбочинността зависи от местните условия;

- проникването в солени среди, глини и материали имащи проводимост повече от 0,01 S/m е силно ограничено;

- относително сложен процесинг.

FREQUENCY DOMAIN ELECTROMAGNETICS (FDEM)

FDEM измерва проводимостта в почвите и скалите чрез изследване на амплитудата и фазата на индуцирания ток. Проводимостта е функция на почвената и скалната матрица, влажността, порестостта и флуидите.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

FDEM основно се използва за профилиране и картиране на последователните разлики в геоложките, хидрогеоложките и аномалните условия.

FDEM успешно локализира метални резервоари, контейнери, варели, тръби и др. комуникации.

FDEM е приложим за детектиране и картиране на замърсявания, течове, разливи, опасни отпадъци и др.

ПРЕДИМСТВА:

- измерванията са сравнително лесни и бързи;

- електромагнитните методи имат отлична хоризонтална резолюция;

- не е нужен интрузивен контакт;

- извършват се измервания с дълбочинен обхват от няколко фута до 200 фута;

- мобилно натрупване на данни по непрекъснати профили при дълбочини до 50 фута.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- FDEM има ограничено приложение за дълбочинно профилиране (сондиране) поради слабата си вертикална резолюция;

- чувствителност към интерференции от близки метални тръби, кабели и др.

- ефективността на електромагнитните измервания намалява при много ниски проводимости (в тези случаи са подходящи RES).

VERY LOW FREQUENCY (VLF)

VLF изследванията се извършват чрез измерване на изкривяванията на VLF вълните от далекодистанционен предавател. Изкривяванията на полето са в следствие на локални повишавания / понижавания на проводимостта на средата. Обикновено това се наблюдава при цепнатини и кухини, като повишаването на проводимостта е следствие от присъствието на проводими материали - вода, глина или минерали.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

VLF основно се използва за локализиране и картиране на вертикални контакти, цепнатини и кухини съдържащи вода, глина или минерали. VLF се прилага успешно за трасиране на водни и рудни жили.

ПРЕДИМСТВА:

- изследванията са лесни и бързи;

- не е нужен интрузивен контакт;

- може да се провеждат сравнително дълбоки изследвания.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- VLF не може да функционира добре при хоризонтални слоеве с много цепнатини или ако проводимостта им е много висока (влажни и глинести почви);

- протежението на аномалията трябва да е ориентирано относително съосно с VLF предавателя;

- чувствителност към интерференции от близки метални тръби, кабели и др.

- грешки от промяна в режима на предавателя или от загуба на сигнала.

RESISTIVITY (RES)

RES изследванията се извършват чрез провеждане на ток в земята и измерване на резултатното напрежение на повърхността. Дълбочината на изследването зависи от разстоянието между електродите. RES измерва големината на съпротивлението, което е функция на почвената и скалната матрица, влажността, порестостта и флуидите.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

RES се използва основно за вертикално профилиране и определяне дълбочинността и дебелината на геоложките и аномалните слоеве. Също се прилага и хоризонтално профилиране за локализиране на аномалии в геоложките условия, детектиране и картиране на замърсявания, разливи, опасни отпадъци, минерали и др. RES се използва и за определяне на ориентацията на линейни аномалии.

ПРЕДИМСТВА:

- добра вертикална резолюция;

- може да се използва и за хоризонтално профилиране;

- измерванията се извършват сравнително лесно на дълбочини до стотици фута;

- съществуват различни електродни схеми за различните приложения.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- нужен е интрузивен контакт със средата;

- обикновено се прилага точково измерване;

- електродната схема е твърде дълга с отстояния от 6 до 18 пъти нужната дълбочина;

- чувствителност към интерференции от близки метални обекти;

- обикновено не може да се използва върху асфалт и бетон;

- ефективността рязко намалява при ниски стойности на съпротивлението (в тези случаи са подходящи FDEM).

MAGNETIC (MAG)

MAG измерват интензивността на земното магнитно поле. Девиацията на полето е следствие от промяна в концентрацията на естествените магнитни минерали или от наличието на феромагнитни тела.

ЛОКАЛИЗИРАНЕ И КАРТИРАНЕ НА ФЕРОМАГНИТНИ МЕТАЛИ

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Изследванията се извършват за локализиране и картиране на заровени феромагнитни метални резервоари, варели, контейнери, комуникации и др. Обикновено се използва вертикален магнитен градиометър. Измерените стойностите са функция на масата и дълбочината на обекта.

ПРЕДИМСТВА:

- измерванията се извършват лесно и бързо;

- не е нужен интрузивен контакт;

- детектира само феромагнитни метални тела;

- измервания по точки и непрекъснати профили;

- носим на ръка или мобилен;

- градиентните измервания детектират 55 галона варел на 10 фута дълбочина (при измерване на общото поле до 18 фута);

- градиентните измервания детектират дузина варели на 20 фута (при измерване на общото поле до 36 фута);

- вертикално-градиентните измервания са нечувствителни към естествените промени на земното магнитно поле и по-малко чувствителни към интерференции от близки феромагнитни обекти.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- градиентните измервания са по-малко чувствителни от измерванията на общото поле;

- градиентните измервания са податливи на интерференции от близки големи железни обекти;

- възможна е детекция само на феромагнитни обекти.

КАРТИРАНЕ НА ГЕОЛОЖКИ СТРУКТУРИ

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Изследванията се извършват за геоложко картиране на промените в магнитната възприемчивост на почвите и скалите. Обикновено се използва измерване на общото магнитно поле.

ПРЕДИМСТВА:

- измерванията са относително лесни;

- не е нужен интрузивен контакт;

- носи се на ръка при точкови изследвания;

- може да се използва мобилно при непрекъснати профили.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- чувствителност към интерференции от железни обекти;

- измерването на общото поле се влияе от естествените флуктуации на земното магнитно поле и се налага използването на базова станция за изчистването им.

METAL DETECTOR (MD)

MD реагира на присъствието на феромагнитни и неферомагнитни метали. Реакцията му е функция на площта и дълбочината на металния обект.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

MD се използват за детектиране на метални варели, контейнери, резервоари, комуникации и др. Особено ефективни са при трасиране на линейни метални обекти.

ПРЕДИМСТВА:

- изследванията са лесни и бързи;

- не е нужен интрузивен контакт;

- позволяват изследване на непрекъснати профили;

- имат най-добрата пространствена резолюция в сравнение с FDEM и MAG;

- удобни са за ръчна работа и могат да се използват мобилно.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- чувствителност към интерференции от тръби, кабели и др.

- реакцията им рязко намалява с увеличаване на дълбочината;

- ефективността им силно намалява в силно минерализирани и проводими среди.

SEISMIC REFRACTION (REFR)

REFR отчитат времето за което сеизмичната вълна пътува от повърхността през един слой до друг, пречупва се и пътува обратно към повърхността, където се засича от геофони. Времето на преминаване на сеизмичната вълна е функция на почвената и скалната плътност и твърдост.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Основното приложение е за определяне дълбочината и плътността на геоложките слоеве и аномалните условия. Резолюцията е обратнопропорционална на разноса на геофоните. Като се измерят скоростите на надлъжните P или напречните S вълни може да се определи еластичният модул на почвите и скалите.

Използва се и за определяне на ориентацията на аномалиите. Успешно се прилага за оценяване на изградени структури.

ПРЕДИМСТВА:

- типично изследванията са до 100 фута, но могат да се достигнат големи дълбочини;

- могат да се разделят до 5 слоя;

- може да се определи дълбочината под всеки геофон;

- могат да се измерват P и S вълните;

- за източник на сеизмична енергия може да се ползва 10 паундов чук.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- дължината на изследваната линия трябва да бъде 4-5 пъти нужната дълбочина;

- изисква интрузивен контакт със средата;

- само точкови измервания;

- чувствителност към акустичен шум и вибрации;

- скоростта на сеизмичните вълни е нужно да се повишава с дълбочината;

- не може да засича тънки слоеве или слоеве с инверсни скорости;

- дълбочинните изследвания изискват експлозиви или мощни сеизмични източници.

SEISMIC REFLECTION (REFL)

REFL измерва времето за което сеизмичната вълна изминава пътя от земната повърхност до контакт между две геоложки среди, където част от енергията се отразява обратно до геофоните на повърхността, а останалата енергия продължава до следващия контакт. Времето на вълната е функция на почвената и скалната плътност и твърдост.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Основно се прилага за определяне на дълбочината и плътността на геоложките слоеве и аномалните условия.

ПРЕДИМСТВА:

- възпроизвежда вертикални разрези с висока резолюция по дължина на профила;

- съществуват методи с много висока резолюция използващи честоти до стотици херца и нагоре;

- изследването може да се извършва до хиляди футове;

- изследванията на малки дълбочини се извършват без експлозиви, чрез пневматичен или обикновен чук, като източник на сеизмична енергия;

- дължината на изследваната линия е 1 до 2 пъти нужната дълбочина (много по-малко в сравнение с REFR);

- P и S вълните могат да се измерват.

НЕДОСТАТЪЦИ:

- нужен е интрузивен контакт със средата;

- само точкови измервания;

- чувствителност към акустичен шум и вибрации;

- нужен е сложен процесинг.

ЛИТЕРАТУРА: