مسح سيزمي

طرق القياس السيزمي

ومن ناحية أخرى، ، فقد تكون عبارة عن طبقتين أو ثلاثة أو طبقات متعددة (أكثر من ثلاثة ) أو عبارة طبقات بطيئة السرعة أو الطبقات التي تزداد بها السرعة بازدياد العمق.

( بارستيس، 1990 : 266 -288 ؛ عبدو، 1992 : 238 - 254 )

1- طريقة الانكسار السيزمي :

إضافةً إلى ذلك، وتختلف طريقة القياس في كل نوع من هذه الطبقات اعتمادا على مدى الاختلاف في نوعية هذه الطبقات من حيث مكوناتها وخصائصها الفيزيائية والسيزمية، ولكل واحدة من هذه الحالات قوانينها الرياضية الخاصة بها لحساب سرعة انتقال الموجات السيزمية فيها، وهذه القوانين تعتمد على الاختلافات السابقة الذكر .

إضافةً إلى ذلك، وتعتمد هذه الطريقة على قياس سرعة الموجات المنكسرة عن الطبقات الفاصلة داخل باطن الأرض وهي تختلف من حالة لأخرى بحسب عدد الطبقات التي تسري بها الموجات السيزمية

من جهة ثانية، وفي هذه الطريقة يتم حساب أعماق أسطح الانفصال بين الطبقات المختلفة من واقع القياسات التي تؤخذ للموجات التي تنعكس عند هذه الأسطح، فإذا تحدد الزمن الذي تستغرقه الموجة في سريانها من المصدر إلى سطح الانعكاس ومنه إلى المستقبل على سطح الأرض، وإذا عرفت سرعة سريان الموجات الطولية في الطبقات التي تسري خلالها الموجات،أمكن حساب سمك كل طبقة، وقد تكون هذه الطبقات أفقية أو طبقات تفصلها أسطح مائلة .

2- طريقة الانعكاس السيزمي :

1- المستقبل : detector

من جانب آخر، وهو جهاز إلكتروني، الغرض منه تكبير خواص التيار الكهربائي الخارج من المستقبل حيث يمكن تسجيله بوضوح.

من جهة ثانية، والغرض منه فصل ما تحدثه المؤثرات الخارجية واستبعادها عن ناتج حركة الأرض، ومن أمثلة هذه المؤثرات الرياح وتحركات القشرة الأرضية .

وفي هذا الصدد، يتكون هذا النوع من أجهز الاستقبال من ملف ومغناطيس موصولان بالإطار الخارجي، بحيث يكون أحدهما مثبتا بشكل تام في الإطار ويتحرك معه بنفس المقدار، بينما يتصل الآخر بالإطار اتصالا بحيث يعطيه حركة حرة بحيث تختلف حركته عن حركة الإطار، ويكون الملف مثبتا بإطار الجهاز بينما يكون المغناطيس متصلا بالإطار بواسطة زنبركين، فإذا ما تحرك الجهاز رأسيا نتيجة للحركة الرأسية لسطح الأرض والتي تحدثها موجات الضغوط، فإن الملف يتحرك بنفس المقدار الذي يتحرك به الجهاز بينما تختلف حركة المغناطيس، وينتج عن الاختلاف في حركة الملف والمغناطيس أن يتولد تيار كهربائي يمكن قياسه .

2- المكبر amplifier:

4- المسجل recorder :

كذلك، وهذا الجهاز هو الذي يعمل على تبيان وصول الموجات السيزمية، وأجهزة الاستقبال متنوعة من حيث الخصائص الطبيعية التي يعتمد عليها كل نوع في أدائه، وفيما يلي وصف مختصر لتركيب وعمل جهاز الاستقبال الكهرومغناطيسي :

3- المكثف filter :

من جانب آخر، وهي أجهزة تستعمل لتسجيل ناتج أجهزة الاستقبال بعد تكبيرها وتكثيفها وتستعمل كذلك لتسجيل اللحظة التي تنطلق فيها أول موجة إلى باطن الأرض. ( المرجع السابق: 235-236 )

الأجهزة المستعملة في الطرق السيزمية

وعلى صعيد آخر، يتم استعمال مجموعة أجهزة متكاملة في عملية القياس فوق سطح الأرض عند استعمال الطرق السيزمية وهذه الأجهزة هي :

مصادر الموجات السيزمية

وفي هذا السياق، في الشكل المرافق يرمز له بالحرف (أ) وهو الجهاز الذي يقيس الزمن الذي تستغرقه الموجة أثناء سريانها من المصدر إلى المستقبل، وتظهر قراءة الزمن مباشرة ومسجلة بوحدة القياس ( المللي ثانية وهي تساوي1000/1 من الثانية ) وهو يقابل المسجل في الجهاز السابق .

ومن ناحية أخرى، 3- مطرقة بوزن أربعة كيلو غرامات ويرمز لها بالحرف (د) وهي تستعمل لتكوين الموجات السيزمية وذلك عن طريق الطرق على قرص معدني (ه) موضوع على سطح الأرض، وتتصل يد المطرقة بالسيزموجوغراف بواسطة سلك معزول (و)، ويتم تزويدها بمفتاح كهربائي يعمل على توصيل الدارة عندما تلامس المطرقة القرص المعدني، فيتسبب التيار الكهربائي في تحريك علامة إلكترونية على السيزموغراف تتوقف عند وصول الموجة إلى المستقبل، وبناء على ذلك يتم قياس الزمن .

علاوةً على ذلك، الأجهزة ومصادر الموجات المستعملة في الكشف عن طبقات محدودة العمق

1- الانفجارات :

ومن ناحية أخرى، أفضلية عظمى على طرق التثقيب العادية مما يبرر كثرة استعمال هذه الطريقة في حالات كثيرة مثل أعمال الأساسات .

إضافةً إلى ذلك، ومن أهم مميزات هذه الطريقة هي السرعة، فالوقت اللازم لعملية الكشف عن طبقات بسمك يصل إلى نحو ثلاثين مترا لا يستهلك أكثر من نصف ساعة، وهذه الصفة تعطيها أفضلية

3- الضغوط المترددة:

من جانب آخر، هنالك عدة طرق تستعمل لإحداث الموجات السيزمية على سطح الأرض حتى تنتشر في باطنها ثم تعود لترتد ثانية إلى السطح، حيث يتم تسجيل وتحليل النتائج للحصول على المعلومات المختلفة والطرق المستعملة بنجاح وفاعلية هي :

ومن ناحية أخرى، إذا كان هدف الباحث من المسح هو الكشف عن نوع التربة والصخور وتحديد أعماق أو تحديد منسوب المياه في جوف الأرض أو الكشف عن طبقات أثرية قريبة من السطح ومحدودة العمق بحيث لا يزيد عمقها عن نحو ثلاثين مترا فإن الأجهزة التي تستعمل في مثل هذه الحالات تكون أبسط كثيرا من الأجهزة السابقة، كما وتختلف كذلك في طرق تكوين الموجات السيزمية عند سطح الأرض، ويتكون هذا الجهاز من الأجزاء التالية :

1- السيزموجراف seismograph :

ومن جهة أخرى، 2- بأن يتم إسقاط كتلة يصل وزنها إلى نحو ثلاث أطنان من ارتفاع يصل إلى 1.50 مترا، وهذا يعمل على إنتاج ضغط مفاجئ على سطح الأرض مسببا في انتشارا الموجات في باطن الأرض .

2- المستقبل:

في هذا الإطار، ولأجل تشغيل هذا الجهاز يكتفى برجلين أحدهما يطرق على القرص المعدني بالمطرقة والأخر يسجل الأزمنة على السيزموجراف، ويوضع القرص المعدني على مسافات تبداء من ثلاثة أمتار من المستقبل وتتزايد بنفس القدر إلى أن تصل إلى قرابة ثلاثين مترا، وفي كل مرة يسجل الزمن والمسافة بين المصدر والمستقبل .

من جهة ثانية، وهو يسمى كذلك بالسماعة الأرضية geophone ويرمز له بالشكل المرافق بالحرف (ب) ويوضع هذا الجهاز على الأرض ويتصل بالسيزموجراف عن طريق سلك معزول يرمز له بالكل بالحرف (ج) .

( المرجع السابق: 236 – 237 )

إضافةً إلى ذلك، وتتلخص هذه الطريقة في إحداث موجات ضغط متردد على سطح الأرض، إلا أن هذا الضغط عادة يكون صغيرا إذا ما قورن بالضغوط التي يتم إنتاجها بواسطة الطريقتين السابقتين، وبناء على فإن استخدام هذه الطريقة مقتصر على مسح الأعماق الصغيرة.

ومن جهة أخرى، حيث يتم حفر الحفر على سطح الأرض ثم يوضع في هذه الحفر كميات من الديناميت، وما إن يتم تفجير هذه المتفجرات حتى تتولد الضغوط على السطح، وينتج عن ذلك توليد الموجات السيزمية، وهذه الطريقة هي الأكثر فاعلية فيما إذا أريد الوصول إلى أعماق كبيرة .

الطريقة الحقلية field procedure

من جانب آخر، عندما يتم تحديد منطقة الاستكشافات، فإن أول ما يقوم به الباحثون في عملية المسح السيزمي هو اختيار مواقع آبار التفجير ( shot –holes ) .

في هذا الإطار، ويتم تهيئة هذه الآبار عن طريق الحفر اليدوي auguring إذا الهدف هو الحصول على حفر غير عميقة ( shallow holes )، أما إذا أريد الحصول على آبار استكشافية عميقة فيتم استخدام أجهزة مناسبة لهذه الغاية، وقد يصل عمق هذه الآبار في هذه الحالة إلى مئة متر أو أكثر، فضلًا عن ذلك فإن كتلة شحنة التفجير الديناميت تتراوح من بضعة غرامات إلى بضعة كيلو غرامات، لذا فإن عمق الآبار وكتلة شحنة التفجير هما العوامل الأكثر أهمية والتي تسيطر على نوعية تسجيلات السيزموغراف .

كذلك، أما الخطوة الثانية هي وضع السماعات الأرضية بقوة على سطح الأرض وأحيانا تدفن جزئيا تحت سطح الأرض، ويتم وضع المجسات في أغلب أعمال الاستكشاف الجيوفيزيائي على طول خط مستقيم ( يعرف بتسجيلات القطاع الجانبي )، حيث يمر بجميع النقاط على السطح ويكون عموديا على بؤرة نقطة التفجير epicenter على السطح، ولهذا السبب تسمى هذه الطريقة بالتفجير الخطي profile shooting وقد تم استعمال أنماط أخرى من التفجيرات الزلزالية .

ومن ناحية أخرى، لاحقًا يتم وصل المجسات بجهاز التسجيل بواسطة أسلاك طويلة، كذلك تربط مضخات الإشارة مع مرشحاتها بصورة جيدة، وبعد أن يبدأ فلم التسجيل بالدوران، عندها يشغل التفجير، وبعد عدة ثوان يوقف دوران الفلم عندما تكون حركة الأرض قد سكنت لحد كبير، كما أن لحظة التفجير تسجل على فلم التصوير كانقطاع في التتابع المستمر الموجود عند أحد حافات الفلم .

www.aapg.org/maya seismic 052002 explorer.mht

www.aapg.org/maya seismic 052002 explorer.mht) )

دراسة تطبيقية على المسح السيزمي

إضافةً إلى ذلك، أنه في نحو 850 ميلادي بدأ النسيج الاجتماعي لشعب المايا بالانهيار، حيث تشير الأدلة الأثرية إلى اضطراب واضح، حيث العنف والحرب، وربما جاءت سنوات طويلة من الجفاف والمجاعة والمرض، ويشير العلماء إلى أن حضارة المايا لم تنهار إنما انهارت الطبقة الحاكمة للمايا في قرابة 900 ميلادي، ويعتقد العلماء أن المسح الزلزالي سوف يفتح سر حضارة المايا .

وفي السياق ذاته، 1- أثناء عملية المسح عام 2000 أجهزة ال geophone زرعت مع فراغ مترين بين كل جهاز وذلك على جانب واحد من الهرم A-15 مع خمس مصادر زلزالية نقطية على الجانب المعاكس من الأهرام، مما أعطى التوزيع هندسة مشابهة ل VSP على جانبيها .

علاوةً على ذلك، - مميزات هذه الطريقة : أنها غير مدمرة وغير متلفة للوقع الأثري، كما أنها تغطي مساحات كبيرة.

علاوةً على ذلك، بدء التنقيب في موقع CHAN CHICH عام 1997 م من قبل جامعة تكساس في أوستن .

- الاستنتاجات :

ومن ناحية أخرى، استعملت هذه الطريقة الحديثة سابقا في الكشف عن الغاز الطبيعي والنفط، أما هنا فقد استعملت من أجل رسم خارطة زلزالية لأهرام المايا الذي قد يحتوي على مقابر وغرف دفن للطبقة الحاكمة أو للأثرياء .

كذلك، - المناطق المشمولة بالمسح : اثنين من أهرامات المايا، مواقع أثرية في MA'AX NA و

إضافةً إلى ذلك، في عامي 2000 و 2001 استعملت تقنية المطرقة الزلزالية مع ثلاث أجهزة geophone، حيث تمكن الباحث من الحصول على بيانات مد زلزالي عالي الدقة لاثنين من أهرامات المايا والساحة المجاورة لها في منطقة MA'AXNA الأثرية وفي موقع CHAN CHICH الموجود في ريوديجانيرو وريو برافو المدارة من قبل ( RBCMA ) .

- المواسم: 2000 م – 2001 م.

- ما تم التوصل إليه من خلال عمليات المسح :

ومن جهة أخرى، لا يمكن للطاقة الزلزالية الاختراق والانتقال خلال الأنقاض والبقايا الأثرية، لذلك كان على الباحث استخدام الطاقة الزلزالية لعمل شرائح توموغرافية ثنائية الأبعاد، إلى جانب صور انعكاس للموجات الزلزالية خلال أساسات هياكل الأبنية.

من جهة ثانية، أحد التفسيرات المحتملة لمثل هذه القيم الشاذة هو وجود مناطق مفتوحة يمكن أن تكون غرفا للدفن أو مقابر .

علاوةً على ذلك، أول الإشارات الضوضائية العالية التي وصلت تم تسجيلها في بيانات، كما أن معالجة الطاقة المنكسرة أو ما يسمى بزمن وصول الطاقة الزلزالية أعطى صورة مقطعية تبين المعالم الداخلية لهياكل الأبنية .

من جهة ثانية، - الباحث : الدكتور روبرت ستيوارت، أستاذ الجيوفيزياء في جامعة كالغاري ورئيس لجمعية CREWES ( THE CONSORTIUM FOR RESEARCH IN ELASTIC WAVE EXPLORATION SEISMOLOGY )

وفي هذا الصدد، - تعريف بحضارة المايا : حضارة المايا نشأت في أميركا الوسطى، ووصل عدد سكانها من 12 – 20 مليون شخص، وقد عاشوا في مدن واسعة احتوت على ساحات عامة، ومذابح للاحتفالات الدينية، والمحاكم، وملاعب الكرة، والأهرامات .

وعلى صعيد آخر، 2- أثناء عملية المسح عام 2001، أجهزة ال geophone زرعت على ارتفاع مترين على خطوط كنتورية موازية للهرم A-15 مع 27 مصدرا نقطيا زلزاليا وضعت في نفس مستوى خطوط أجهزة ال geophone المستقبلة .

في هذا الإطار، وقد أشار الباحثون إلى أنه يجب التقليل من عدد الحفريات التي تقام بالقرب من الهياكل، ذلك أن عمليات الحفر تزعزع وتضعف استقرار بنية الهياكل، كما أن هذه الحفريات تستهلك الكثير من الوقت المال للقيام بها بالشكل الصحيح، فضلًا عن أن الباحثين لم يتمكنوا من خلال هذه الحفريات التقليدية من التعرف إلى مراحل البناء في المراحل المبكرة من الحضارة .

ومن ناحية أخرى، هذه المنطقة تقع بالقرب من الحدود مع غواتيمالا، ومملوكة من قبل القطاع الخاص (RBCMA ) ومساحتها تبلغ 260000 فدان، وهي تمثل قرابة 4% من مساحة اليابسة في منطقة بليز .

من جانب آخر، - الموقع : منطقة الغابات المطيرة في بليز العليا وتشان تشيتش في المكسيك التي تحتوي على آثار لحضارة المايا .

من جانب آخر، وقد تبين أن الأهرامات الصغيرة تحتاج إلى ترددات زلزالية عالية، بينما تحتاج الأهرامات الكبيرة إلى ترددات منخفضة .

علاوةً على ذلك، بناء على حجارة البناء الجيرية والقصارة المستعملة في البناء فإن السرعات السيزمية الداخلية في الأبنية تتراوح ما بين 200-300 متر / ثانية إلى 500 – 700 متر / ثانية .

ومن جهة أخرى، الحفرية التالية كانت في موقع CHAN CHICH الذي اكتشف عام 1938 م، حيث يعتقد أن هذه المدينة قد احتلت من قبل شعب المايا ما بين عامي 770 ق.م إلى 900 م .

- مراحل الدراسة :

ومن جهة أخرى، في سنة 2000 استعملت تقنية المطرقة الزلزالية التي حملها طالب عمره 18 عاما، حيث استهلك الكثير من القوة العضلية لحملها وضرب نقاط المصدر الاهتزازي الزلزالي 20 مرة في كل نقطة .

وفي هذا الصدد، نحو 900 ميلادي، أي في أواخر العصر الكلاسيكي المتأخر، حضارة المايا كانت فريدة من نوعها في كتاباتها الهيروغليفية، وعلوم الكونيات، والتي اختفت كلها في ظروف غامضة .

كذلك، وقد ظهرت قيم شاذة لسرعات زلزالية أحاطت بمناطق السرعات المنخفضة، وكانت هذه القيم العالية السرعة تتواجد في داخل نواة الأهرامات .

وفي هذا الصدد، استنتج د. ستيوارت أن طريقة المسح السيزمي تعطي صورا أعمق للمواقع الأثرية تحت سطح الأرض أكثر من الطرق الجيوفيزيائية الأخرى مثل المسح المغناطيسي، أو الصور الحرارية، أو الرادار GPR، أو طريقة المسح بالمقاومية والموصلية، وهذا أمر طبيعي ذلك لأن المسح السيزمي يعطي صورا لأعماق تصل الكيلومترات تحت سطح الأرض .

من جانب آخر، أما في عام 2001 فقد تم استخدام آلة ميكانيكية لعملية الطرق، حيث وفرت هذه الآلة الكثير من الجهد، كما أعطت ترددا أفضل من الطرق اليدوي .

في هذا الإطار، وقد أكد العلماء أن التصوير الزلزالي سوف يوفر صورا تحت السطح تبين موقع الجدران والأرضيات وغرف الدفن والمقابر ومختلف مراحل البناء، ومن هنا ظهرت فاعلية هذه التقنية، حيث سوف تتم هذه التقنية ومعالجة بياناتها في الميدان .

وعلى صعيد آخر، عملية سحب معدات ال GPR عبر الغابات الرطبة وخلال وفوق الأهرامات دون أن تعلق كانت تحديا عظيما مع الآثاريين مقارنة مع تقنية المسح الزلزالي البسيطة التي لا تحتاج عملية زرع أجهزة الجيوفون إلى إزالة الغطاء النباتي للتمكن من ذلك .

إضافةً إلى ذلك، وفي عامي 2000 و 2001 استعملت تقنية المسح بواسطة المطرقة الزلزالية حول قاعدة الهرم A -15 في CHAN CHICH، وهو أضخم المباني في منطقة بلازا العليا، حيث يرتفع البناء 18 م ومساحة قاعدته تبلغ 40*40 مترا مربعا .

في هذا الإطار، وبناء إلى ما أشار إليه الباحثون، فقد كان د. ستيوارت أول من استعمل الصور الزلزالية الثنائية الأبعاد للكشف عن مقابر المايا، ومن خلال نتائج هذه الصور تمكن الباحثون من تحديد ثلاث مراحل بنائية داخل هرم MA'AXNA، حيث كان البناءون في حضارة المايا يزيدون من ارتفاع الأهرام في كل مرحلة بناء إضافية .

من جهة ثانية، في سنة 2001 أجري مسح مماثل في هرم MA'AXNA الذي بلغت أبعاده 28*28 مترا مربعا عند القاعدة وارتفاعه 15 م .

وفي هذا السياق، المنطقة تحتوي على 14 موقعا أثريا معروفا في منطقة الأنهار الثلاث، تم التحقيق في 7 مواقع منها باستثناء منطقة MA'AXNA، أما أغلب المناطق المتبقية فقد تعرضت للنهب بفعل اللصوص .

كذلك، CHAN CHICH و MA'AXNA مدينتين أثريتين بنيتا في EOCENE AGE وهما مبنيتان من الحجر الجيري، المنطقة تضم شبه جزيرة يوكاتان، وهي جزء من مرتفعات BAIOS التي هي عبارة عن سلسلة مرتفعات تمتد في منطقة الأنهار الثلاثة والتي تمتد على جانبي الحدود بين بليز وغواتيمالا .

ومن جهة أخرى، بدأت التنقيبات الأولى في الموقع عام 1997 م، أما البيانات السيزمية الحديثة في MA'AXNA فقد بينت وجود 20 – 25 هيكلا بنائيا ضخما وهي بحالة سليمة ولم تتعرض للسرقة أو النهب .

وفي هذا الصدد، في الربيع، في الغابات الاستوائية في منطقة بليز فكر الجيوفيزيائيون في مساعدة الآثاريين في إعادة بناء الأحداث التي أدت إلى اختفاء حضارة المايا بشكل غامض، وذلك باستعمال طريقة المسح السيزمي، في حين أن الآثاريين كانوا يقومون بحفريات تقليدية بقياسات تصل من سم إلى متر، الجيوفيزيائيون نظروا إلى أن المساحة التي تغطيها المنطقة الأثرية تصل مئات الأمتار والكيلومترات، لذلك لجئوا إلى أسلوب المسح الزلزالي الذي يستطيع أن يغطي مساحات كبيرة جدا .

وفي هذا السياق، - التقنية المستعملة : المسح السيزمي بواسطة المطرقة الزلزالية .

علاوةً على ذلك، CHAN CHICH الموجودة في ريو برافو والتي تديراها القطاع الخاص (RBCUMA ).

من جانب آخر، كما أن الرادار لا يعمل دائما في الأراضي الرطبة أو التربة الموصلة، وقد وافق الكثير من الباحثين على ذلك، ذلك أن GPR لا يعطي قراءات جيدة في التربة الرطبة في المناطق المدارية، لأنه بحاجة إلى مستوى سطح جيد للحصول على قراءة جيدة .

- الصعوبات :

• أجهزة ال geophone زرعت في خطوط كنتورية متوازية بارتفاع مترين فوق قاعدة الهرم
• A-15 .
• ستيوارت أجرى هذه العملية على مرحلتين :

في هذا الإطار، في كل من عامي 2000 و 2001 استعمل في المسح الزلزالي ثلاث أجهزة geophone سطحية، و 60 قناة اهتزاز محمولة، ومصدر التأثير الزلزالي السطحي كانت مطرقة زلزالية .

وفي السياق ذاته، في منطقة MA'AXNA الأهرام الذي يبلغ ارتفاعه 15 مترا مغطى بأشجار وغابات مدارية كثيفة، وفي الحقيقة أن الأشجار تفضل الأهرامات المبنية من الحجر الجيري لأن الأشجار تستطيع أن تغرس جذورها فيها إلى الأعماق كما لو كانت تربة ناعمة .

هذه النتائج شجعت الباحث للعودة إلى بليز لإجراء موسم ثالث .