Geofisiese opsporingsmetodes

Die studie van die fisiese eienskappe van die aarde is die terrein van die geofisika. Geofisiese resultate kan van groot nut wees in die opsporing van delfstowwe, waarvan die ekonomiese belangrikheid die geofisika as vak sterk geaktiveer het. Die meeste geofisiese werkmetodes berus op kunsmatig opgewekte verskynsels. Dit is egter nie die geval nie by gravimetriese opnames, waar die swaartekrag van die aarde baie noukeurig gemeet word.

By seismiese metodes word ʼn klein aardbewing veroorsaak deur ʼn kunsmatige ontploffing. Die skokgolwe wat hierdeur ontstaan, lewer deur hulle buiging en weerkaatsing inligting oor die geologiese struktuur onder die oppervlak, en deur hulle snelhede inligting oor die aard van die gesteentes. Verder is daar onder andere ook elektriese, magnetiese, elektromagnetiese en radioaktiewe metodes. 'n Spesiale tipe ondersoek word in boorgate uitgevoer, veral in die soektog na olie. In hierdie geval word die verskillende fisiese eienskappe van die gesteentes deur sensitiewe apparaat, wat in die boorgate laat sak word, geregistreer.

Gravimetriese metodes

By 'n gravimetriese opname word die swaartekrag van die aarde gemeet. Hierdie metings gee direkte inligting oor die digtheid van die gesteentes in die aardkors. Verskille wat waargeneem word in die swaartekrag, word veroorsaak deurdat die gesteentes nie almal dieselfde digtheid het nie. Die metings word deur middel van 'n gravimeter, 'n slinger of 'n torsiebalans gedoen. ʼn Swaartekragversnelling van 1 cm sek ² (dit wil se 1 cm per sekonde per sekonde) staan bekend as 1 gal.

Aangesien baie klein afwykings gemeet kan word, word daar in die praktyk gewoonlik in milligal (10 ⁶ gal) gemeet. Gravimetriese metings word gewoonlik as Bougueranomalieë uitgedruk. Die Bougueranomalie (genoem na Franse wetenskaplike Pierre Bouguer, 1698-1758) is die verskil tussen die teoretiese swaartekrag en die waargenome swaartekrag op 'n bepaalde plek. Dit kan ʼn positiewe of 'n negatiewe waarde hê. Om die Bougueranomalie te bepaal, moet 'n aantal korreksies aangebring word:

1. 'n Korreksie wat afhang van die geografiese posisie (die breedtegraadkorreksie), omdat die aarde by die pole effens afgeplat is.

2. 'n Hoogtekorreksie, wat alle waardes na 'n verwysingsvlak (gewoonlik seespieël) verwerk.

3. 'n Bouguerkorreksie, wat die invloed van die gesteentelae tussen die meetpunt en die verwysingsvlak in ag neem.

4. Die topografiese korreksie, wat die topografie in die omgewing van die meetpunt in ag neem.

Die Bougueranomalieë word dan op 'n kaart aangebring en kontoerlyne, wat gelyke waardes verbind (isogallyne), word getrek. Hieruit kan 'n mens aflei waar gesteenteliggame met hoë of lae digtheid onder die oppervlak teenwoordig is. Selfs die vorm van die liggame kan, deur gebruik te maak van teoretiese model lê, bepaal word.

Boorgatondersoek

Hoewel geofisiese metings gewoonlik aan die oppervlak van die aarde gedoen word, kan metings ook deur middel van boorgate onder die oppervlak uitgevoer word. In so ʼn geval word 'n sonde (peilstif), wat die verskillende meetapparate bevat, aan 'n kabel in die boorgat laat sak. Inligting oor die elektriese eienskappe, die radiometriese eienskappe, die poreusheid, die digtheid en die magnetisme van die gesteentelae waardeur die boorgat sny, kan op hierdie manier verkry word. Aangesien verskillende gesteentes spesifieke geofisiese eienskappe het, kan daar deur 'n kombinasie van bogenoemde eienskappe presies bepaal word watter soort gesteentes in die boorgat voorkom.

Seismiese metode

Hierdie metode berus op die feit dat skokgolwe deur gesteentes teen verskillende snelhede voortgeplant word (hoe groter die digtheid, hoe groter die snelheid), en dat die golwe by diskontinuïteitsvlakke, dit wil sê waar gesteentes met verskillende digthede mekaar ontmoet, gebuig of weerkaats word. Die skokgolwe word gewoonlik kunsmatig geskep of deur 'n ontploffing in ʼn boorgat te veroorsaak of deur ʼn swaar voorwerp op die aarde te laat val of, in die geval van seismiese ondersoeke ter see, met behulp van die sogenaamde lugkanon, 'n apparaat wat skokgolwe deur middel van saamgeperste lug in die water veroorsaak.

Die skokgolwe wat deur diskontinuïteitsvlakke weerkaats word (refleksiemetode), word deur middel van geofone, wat op gereelde af-stande van die oorsprong geplaas is, geregistreer. Hierdie skokgolwe word gewoonlik elektronies versterk en deur 'n seismograaf geregistreer. So 'n staat van skokgolwe staan bekend as 'n seismogram. Die tyd wat dit die skokgolwe kos om van die oorsprong tot by die verskillende geofone te beweeg, word akkuraat gemeet en op grond daarvan kan die diepte van die diskontinuïteitsvlak bepaal word.

Sommige golwe word deur die diskontinuïteitsvlak gebuig (refraksiemetode) en deur dieperliggende vlakke weerkaats. Deur al die resultate te kombineer en ongewenste steurings uit te skakel (gewoonlik met behulp van ʼn rekenaar), kan die geologiese struktuur onder die oppervlak akkuraat bepaal word. Daar kan byvoorbeeld bepaal word wat die aard van die gesteentes is, wat hulle hellings is, of dit geplooi is en of daar verskuiwings bestaan. Dit is soms selfs moontlik om die poreusheid van die gesteentes uit die resultate af te lei. Die refleksiemetode word algemeen gebruik in die soektog na olie aangesien dit die beste metode is waarmee geskikte opvangstrukture vir olie geïdentifiseer kan word.

Ander metodes

Elektriese metodes

Elektriese geofisiese metodes kan in drie tipes gegroepeer word. By die selfpotensiaalmetode (SP) word gebruik gemaak van die geleidingsvermoë van die vloeistowwe wat in die porieë van gesteentes voorkom. Twee elektrodes word in die aarde geplaas (gewoonlik koperelektrodes in 'n poreuse pot met ʼn kopersulfaatoplossing) en die potensiaal tussen die elektrodes gemeet. Die metode kan ook gebruik word om geleidende ertsliggame op te spoor.

Die interpretasie is egter moeilik, omdat die liggame selde reëlmatig is. By die weerstandsmetode word vier elektrodes, wat op 'n bepaalde afstand van mekaar in die aarde geplaas word, gebruik. 'n Spanning word oor twee elektrodes opgewek en die stroom tussen die ander elektrodes gemeet. Hoe hierdie poreusheid van die gesteente, hoe laer is die weerstand. Die geïnduseerde-polarisasie metode (IP) maak gebruik van die feit dat metaal- of sulfieddeeltjies in elektrochemiese ewewig met hul omgewing verkeer. Wanneer 'n stroom deur die gesteentelae gestuur word, word die ewewig versteur. Deur die weerstand in een rigting te meet en dan weer in die teenoorgestelde rigting, kan bepaal word hoeveel geleidende deeltjies daar is. Dit staan bekend as die metaalfaktor. Die metode kan ook by die opsporing van steenkoollae gebruik word.

Magnetiese metode

Hierdie metode is een van die oudste geofisiese opsporingsmetodes en berus, soos in die geval van gravimetriese metodes, op die waarneming van versteurings in die aarde se magneetveld. Die magnetisme word deur 'n magnetometer gemeet. Vroeër is grootliks van die balanstipe magnetometers gebruik gemaak, maar vandag word die meeste opmetings deur die protonmagnetometer gedoen. Die werking van die instrument steun op die presessiefrekwensie van waterstofkerne wat hulle in die aarde se magneetveld rig.

Gedeeltes of ertsliggame wat magnetiese minerale byvoorbeeld pirrotiet bevat, versteur die aarde se magneetveld en kan deur so 'n magnetiese opname omlyn word. Die verskille is gewoonlik so groot dat korreksies minder belangrik is as by gravimetriese opnames. Nietemin moet korreksies vir temperatuur en vir daaglikse wisselings in die aarde se magneetveld aangebring word. Magnetiese opnames kan ook uit die lug of ter see uitgevoer word.

Radioaktiewe metode

Hierdie metode het ten doel die opsporing van minerale wat radioaktiewe elemente soos uraan en torium bevat. Die sintelasieteller, waarmee radio aktiewe uitstraling gemeet word, kan ook in boorgate en uit die lug gebruik word. Ondanks die feit dat gammastrale net deur 'n paar honderd millimeter rots kan dring, kan radioaktiewe elemente op 'n afstand van 'n paar tientalle meters opgespoor word deur die radioaktiewe gas radon, wat vrygelaat word.

Hierdie gas beweeg opwaarts deur die porieë in die gesteentes of langs nate en verskuiwings, en kan aan die oppervlak gemeet word. Laasgenoemde is egter net 'n indirekte metode wat 'n aanduiding gee dat daar radioaktiewe minerale dieper af geleë is.

Elektromagnetiese metode

Met hierdie metode word afwykings in die induksie-eienskappe van gesteentes gemeet. 'n Wisselstroom met 'n hoë frekwensie word deur ʼn spoel, wat nie met die aarde verbind is nie en selfs deur 'n vliegtuig getrek kan word, gestuur. Hierdie stroom wek 'n magnetiese veld op wat deur die rotse vervorm kan word. Afwykings in die magneetveld word deur 'n tweede spoel gemeet. Die diepte wat met hierdie metode bereik kan word, is nie so groot as wat met elektriese metodes wat aan die oppervlak gedoen word, bereik kan word nie.

Verwysings

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409494 band