Seismoelektrisk metod

Den seismoelektriska metoden (som skiljer sig från den elektroseismiska fysikaliska principen) är baserad på generering av elektromagnetiska fält i jordar och bergarter genom seismiska vågor . Denna teknik är fortfarande under utveckling och i framtiden kan den ha tillämpningar som att detektera och karakterisera vätskor i underjorden genom deras elektriska egenskaper, bland annat, vanligtvis relaterade till vätskor (porositet, transmissivitet, fysikaliska egenskaper).

Drift

När en seismisk våg möter ett gränssnitt skapar den en laddningsseparation vid gränssnittet som bildar en elektrisk dipol . Denna dipol utstrålar en elektromagnetisk våg som kan detekteras av antenner på markytan.

När de seismiska ( P eller kompression ) vågorna stressar jordmaterial uppstår fyra geofysiska fenomen:

1. Jordmaterialens resistivitet moduleras av den seismiska vågen;
2. Elektrokinetiska effekter analoga med strömningspotentialer skapas av den seismiska vågen;
3. Piezoelektriska effekter skapas av den seismiska vågen; och
4. Högfrekventa, ljud- och högfrekventa radiofrekventa impulsiva svar genereras i sulfidmineraler (ibland kallade RPE).

Den dominerande tillämpningen av den elektroseismiska metoden är att mäta den elektrokinetiska effekten eller strömningspotentialen (punkt 2, ovan). Elektrokinetiska effekter initieras av ljudvågor (typiskt P-vågor) som passerar genom en porös bergart och inducerar relativ rörelse av bergmatrisen och vätskan. Rörelse av den joniska vätskan genom kapillärerna i berget sker med katjoner (eller mindre vanligt anjoner) som företrädesvis vidhäftar till kapillärväggarna, så att pålagt tryck och resulterande vätskeflöde i förhållande till bergmatrisen producerar en elektrisk dipol. I en icke-homogen formation genererar den seismiska vågen ett oscillerande flöde av vätska och ett motsvarande oscillerande elektriskt och EM-fält. Den resulterande EM-vågen kan detekteras av elektrodpar placerade på markytan.

Men P-vågor som rör sig genom ett fast material som innehåller en del fukt genererar också ett elektriskt fenomen som kallas koseismiska vågor. De koseismiska vågorna färdas med P-vågor och är inte känsliga för underytans elektriska egenskaper. Dipolantennen kan inte skilja elektrokinetisk signal från koseismisk signal så den registrerar dem båda, och koseismiska vågor måste tas bort medan fältdata behandlas för att faktiskt kunna tolka elektrokinetisk effekt.

För närvarande finns det ingen fältrutindriftsmetod, men i vetenskapliga studier placeras en grupp av flera dipolantenner längs en rät linje för att registrera seismoelektriska vågor, och en grupp geofoner placerade mellan dipolantenner för att registrera seismiska vågankomster. Geofoner är nödvändiga för att kunna undertrycka koseismiska vågor från den seismoelektriska signalen, så att elektrokinetisk effekt kan separeras och studeras.

Begränsningar

Den elektroseismiska metoden är mycket känslig för elektriskt kulturbrus och har också samma bruskällor som den seismiska reflektionsmetoden, som inkluderar markrullning, multiplar och slumpmässigt brus. Seismoelektrisk metod har också ett mycket lågt signal-brusförhållande, eftersom dämpningen av elektromagnetiska vågor inuti jorden är 1/r^3, vilket teoretiskt begränsar dess utforskningsdjup till trehundra meter. Typiska elektroseismiska signaler är på mikrovoltnivå. Den elektroseismiska signalen är proportionell mot trycket från den seismiska vågen. Således är det möjligt att öka signalen genom att använda starkare seismiska källor.

Den elektrokinetiska effekten produceras av flera typer av kontraster mellan skikt som porositetskontraster, potentialkontraster, viskositetskontraster och mättnad i vätskekontraster bland annat. De möjliga orsakerna till elektronkinetisk effekt mellan lager är fortfarande en fråga om studier. Med dagens kunskap och teknik är det verkligen svårt att avgöra utan ytterligare data (som borrhål eller andra geofysiska data från platsen), vad som produceras av elektrokinetiska omvandlingar och ytterligare studier kommer att behöva utföras för att kunna tolka elektrokinetiska data korrekt. Även om det har den elektrokinetiska effekten en lovande framtid inom geofysik nära ytan och borrhål.

Exempel på framgångsrika fältstudier

Utbredningen av seismiska vågor i porösa bergarter är förknippad med en liten transient deformation av bergmatrisen och porutrymmet som kan orsaka elektromagnetiska fält med observerbar amplitud om porerna är mättade. Seismoelektriska fältmätningar förväntas hjälpa till att lokalisera permeabla skikt i porösa bergarter och ge information om anelastiska egenskaper. Denna teoretiska potential för hydrogeologiska tillämpningar bekräftas dock än så länge endast av ett mycket begränsat antal framgångsrika fältstudier. Som en konsekvens är den seismoelektriska metoden fortfarande långt ifrån rutinmässigt använd.

Se även

• Seismo-elektromagnetik

Vidare läsning

• En beskrivning av seismoelektrisk och elektroseismisk koppling