مقدمه

  بطور كلي ژئوفيزيك به مطالعه خصوصيات فيزيكي زمين و محيط اطراف آن مي‌پردازد. در عمل اين مطالعه به دو صورت محض و كاربردي دنبال مي‌شود. مطالعات ژئوفيزيکي به كشف گيلبرت (1600) كه مي‌گفت زمين مانند يك مغناطيس غول‌پيكر عمل مي‌كند، برمي‌گردد. اما اولين قدم در كاربرد اين علم براي اكتشاف مواد معدني به سال 1843 مي‌رسد و زمانيكه فون‌ورده از تئودوليت مغناطيسي براي اندازه‌گيري تغييرات ميدان مغناطيسي زمين به منظور اكتشاف توده‌هاي آهن استفاده نمود. بدنبال آن در سال 1879 پروفسور رابرت تالن با تاليف كتاب كشف ذخاير آهن بوسيله روشهاي مغناطيسي قدم موثري در جهت كاربردي نمودن ژئوفيزيك اكتشافي برداشت.

پس از آن تقاضاي روز افزون بازار به فلزات و افزايش بي‌سابقه استفاده از نفت، گاز و مشتقات آنها در ابتداي قرن بيستم منجر به توسعه بسياري از روشهاي ژئوفيزيكي شد. و در زمينه ابداع و توسعه دستگاههاي ژئوفيزيكي نيز از زمان جنگ جهاني دوم پيشرفتهاي بسياري حاصل شد.

 از آغاز دهه 1960 با استفاده گسترده از رايانه در پردازش و تفسير داده‌هاي ژئوفيزيكي، تحول عظيمي در اين شاخه از دانش ايجاد شد.

 از آنجا كه اكثر ذخاير معدني مدفون در زير سطح زمين، بوسيله يك روباره پوشيده شده‌اند، كشف اين ذخاير به خواصي كه آنها را از محيط اطراف متمايز مي‌نمايد بستگي دارد. در صورتيكه تفاوت خواص فيزيكي بين ماده معدني و سنگ درون‌گير آن وجود داشته باشد؛ مي‌توان از ژئوفيزيك سطحي براي كشف ماده معدني مربوطه استفاده كرد.

 با توجه به نوع خواص فيزيكي، روشهاي مختلف ژئوفيزيكي ايجاد مي‌‌شوند و بر اين اساس روشهاي ذيل شكل گرفته‌اند.

 · روشهاي لرزه‌اي مبتني بر خواص الاستيك (كشساني) سنگها در محيط مورد مطالعه‌اند.

 · روشهاي الكتريكي وابسته به خواص الكتريكي زمين مورد مطالعه‌ مي‌باشند.

 · روشهاي ثقل‌سنجي در ارتباط با ويژگيهاي چگالي سنگها مي‌باشند.

 · روشهاي مغناطيس‌سنجي با خواص مغناطيس‌پذيري سنگها در ارتباط است.

 و در نهايت

 · روشهاي راديومتري با خاصيت راديواكتيو سنگها مرتبط‌اند.

 با كاربرد اين روشها، اطلاعاتي از ساختارهاي مدفون زمين‌شناسي بدست مي‌آيد كه مي‌توان از آنها به صورت مستقيم يا غير مستقيم در اكتشاف موادمعدني، هيدروكربورها، آبهاي زيرزميني، بررسي‌هاي مهندسي، زيست‌محيطي، باستان‌شناسي و ... استفاده نمود.

 امروزه اندازه‌گيريهاي ژئوفيزيكي كاربرد و گستره‌اي بسيار وسيع يافته‌اند تا حدي كه در حال حاضر اين مطالعات در كرات ماه و مريخ نيز انجام مي‌شوند.

 ژئوفيزيك كاربردي كه عمدتاً در اكتشاف مواد معدني، هيدروكربوري و مطالعات آبهاي زيرزميني مورد استفاده قرار مي‌گيرد به روشهاي زير تقسيم‌بندي مي‌گردند:

 - روشهاي ثقل‌سنجي

 - روشهاي مغناطيس‌سنجي

 - روشهاي لرزه‌نگاري

 - روشهاي الكتريك

 - روشهاي الكترومغناطيسي

 - روشهاي راديومتري

 - روشهاي چاه‌پيمايي

 - روشهاي فيزيكي حرارتي و ...

ژئوفيزيك عمدتاً نشانگر ويژگيهاي زمين‌شناسي ساختارهاي مدفون همراه با ذخاير معدني نفت، گاز و ... است.

 انتخاب نوع روش يا روشهاي ژئوفيزيكي در عمل به منظور موقعيت‌يابي يك ذخيره معدني معين وابسته به طبيعت (خواص فيزيكي) ماده‌معدني مربوطه و نشان‌دهنده مستقيم حضور ماده معدني مورد مطالعه مي‌باشد. مثل روش مغناطيس‌سنجي كه براي اكتشاف كانه‌هاي آهن يا نيكل كاربرد دارد.

 در ديگر اوقات روش ژئوفيزيكي ممكن است نشانگر آن باشد كه آيا شرايط براي تشكيل ماده‌معدني مطلوب مساعد است يا خير؟

 به عنوان مثال بهره‌گيري از روش مغناطيس‌سنجي در اكتشاف نفت، به عنوان ابزار تعيين ضخامت رسوبات تا سنگ بستر است و مشخص نمايد كه آيا رسوبات به اندازه كافي ضخيم هستند كه قابليت نگهداري قابل توجه هيدروكربور را در خود دارا باشند؟

 از ديدگاه ديگر، بررسي‌هاي ژئوفيزيكي در عمل به چهار صورت زميني، هوايي، دريايي و درون چاهي اجرا مي‌شوند.

 - برداشتهاي هوايي

 روشهاي مغناطيس، الكترومغناطيس، راديومتري و اخيراً ثقل‌سنجي هوابرد، سريعترين روشهاي ژئوفيزيك اكتشافي مي‌باشند. به ويژه اينكه اين روشها براي پوشش مناطق وسيع، كم‌‌هزينه‌تر از روشهاي زميني هم هستند و عمدتاً در فاز پي‌جويي موادمعدني كاربرد دارند. در اين روش عمليات برداشت با نصب تجهيزات مناسب در داخل يا بدنبال هواپيما و بالگرد انجام مي‌شود.

 اكتشاف دقيقتر مناطق اميدبخش شناسايي شده با روشهاي هوابرد، توسط روشهاي ژئوفيزيك زميني پيگيري مي‌شود.

 - برداشتهاي دريايي

 محيط برداشت در اين بخش، محيط آبي است. هدف شناسايي ويژگيهاي فيزيكي زمين زيربستر آب است. تجهيزات موردنياز در اين بخش با بخشهاي ديگر تفاوتهاي ساختاري اندكي دارند؛ ولي تئوري همه اين روشها تقريباً يكسان است. اين تجهيزات مي‌توانند در داخل كشتيها يا بدنبال آنها نصب گردند. عمده روشهاي قابل اجرا در اين محيط، روشهاي لرزه‌نگاري، ثقل‌سنجي، مغناطيس‌سنجي، الكترومغناطيس و ... است.

                   

 - برداشتهاي چاه‌پيمايي

 در اين برداشتها، تجهيزات ژئوفيزيكي در يك محفظه استوانه‌اي به نام سوند با قطر كمتر از گمانه، توسط يك رشته كابل متصل به دستگاه اندازه‌گيري سر چاه (سطح زمين)، به داخل چاه (گمانه) فرستاده مي‌شود. ثبت پيوسته خصوصيات فيزيكي سازندهاي موجود در داخل گمانه از اهداف اين بررسي‌هاست. روشهاي قابل اجرا در اين بخش شامل روشهاي صوتي، راديومتري (پرتو نوترون، پرتو گاما، پرتو گاماگاما و ...)، مقاومت‌سنجي، ‌الكترومغناطيس‌القايي و ... است.

 - برداشتهاي زميني

 اين برداشتها روي سطح زمين توسط دستگاههاي مختص اين امر انجام مي‌شود. متنوع‌ترين برداشتهاي ژئوفيزيكي در اين بخش صورت مي‌گيرد و بيش از ساير بخشها توسعه يافته است.

 انواع روشهاي ژئوفيزيك زميني عبارتند از:

 o روش ثقل‌سنجي

 در اين روش اندازه‌گيري تغييرات ميدان جاذبه ‌زمين در نقاط مختلف آن انجام مي‌شود. با توجه به وابستگي ميان ميدان جاذبه و چگالي توده‌هاي مختلف زيرسطحي، با ثبت ميدان جاذبه مي‌توان مواد معدني با چگالي بيشتر يا كمتر از سنگهاي درونگير آنها را كشف نمود.

 اين روش را مي‌توان در سطح زمين يا در داخل تونلهاي زيرزميني اجرا نمود. در اكتشافات هيدروكربوري اين روش به همراه روش مغناطيس‌سنجي به عنوان يك ابزار شناسايي كاربرد دارد. اجراي اين روش ارزان تر از روشهاي لرزه‌نگاري و گران قيمت‌تر از ساير روشهاي ژئوفيزيكي است. در مطالعات مهندسي و باستان‌شناسي خصوصاً براي كشف حفره‌هاي زيرزمين كاربرد ويژه دارد.

 در روش ثقل‌سنجي، همانند روشهاي مغناطيس‌سنجي، راديومتري و برخي روشهاي الكتريكي، اندازه‌گيري ميدان با چشمه طبيعي زميني انجام مي‌شود.

 اولين بار گاليله در حدود سال 1589 تاثير شتاب جاذبه زمين بر روي اجسام با وزنهاي مختلف را كشف نمود. پس از او نيز كپلر قوانين حركت سيارات را اثبات كرد و بدنبال او نيوتن قوانين عمومي جاذبه زمين را در سال 1685 گزارش نمود.

 پييربوگر طي سالهاي 45-1735 بسياري از روابط اساسي ثقل‌سنجي از جمله تغييرات شتاب جاذبه با ارتفاع، عرض‌جغرافيايي و ... را بدست آورد.

 اولين دستگاه اندازه‌گيري ميدان جاذبه (آونگ مركب) در سال 1817 توسط كاپيتان هنري‌كِيتِر ابداع شد.

 در سال 1901 اولين برداشت ثقل‌سنجي توسط رونالدفون اوتوس روي درياچه يخي والاتون انجام شد و به تدريج اين روش مطالعاتي گسترش يافت.

 اولين اكتشاف ژئوفيزيكي نفت در دسامبر سال 1922 با اندازه‌گيريهاي ثقل‌سنجي در ميدان نفتي اسپين‌دلتا اجرا شد.

 o روش مغناطيس‌سنجي

 روش مغناطيس‌سنجي كه قديمي‌ترين روش ژئوفيزيك اكتشافي است؛ در اصول و حتي تعبير و تفسير شباهتهاي بسياري با روشهاي ثقل‌سنجي دارد. اما به طور معمول اين روش پيچيده‌تر است و تغييرات ميدان‌مغناطيسي نيز نامنظم‌تر و محلي‌تر از شتاب ثقل زمين است.

 در اين روش اندازه‌گيري تغييرات ميدان مغناطيسي زمين انجام مي‌شود. چرا كه برخي از مواد مانند مگنتيت در ميدان مغناطيسي زمين، آنوماليهاي بالاي مغناطيسي نشان مي‌دهند. كانسارهاي آهن، مس‌هاي اسكارن، نيكل و آزبست به دليل همراهي با كانه‌هاي مغناطيسي، با برداشتهاي مغناطيس‌سنجي به راحتي قابل اكتشافند. حتي برخي از ژئوفيزيك‌دانان اكتشافي، اين روش را براي اكتشاف طلاي پلاسري به علت همراهي آن با ماسه‌هاي سياه حاوي مقادير بالاي مگنتيت، توصيه مي‌كنند.

 اولين بار گيلبرت (سال 1600) پزشك مخصوص ملكه اليزابت اول در كتاب مغناطيس، مفهوم ميدان مغناطيسي زمين را با تعيين جهت آن در هر نقطه از سطح زمين مشخص نمود.

 در حدود سال 1640 به منظور اكتشاف آهن، در سوئد آنوماليهاي محلي با اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي زمين شناسايي شد. در پايان قرن هفدهم استفاده از اين روش مطالعاتي براي اكتشاف كانسارهاي آهن امري متداول و معمول بود.

 اولين مگنتومتر نسبتاً دقيق اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي در سال 1873 توسط پروفسور تالن ابداع شد.

 o روش لرزه‌نگاري

 اساس روشهاي لرزه‌نگاري بر اين حقيقت استوار است كه امواج الاستيك با سرعتهاي متفاوت در لايه‌هاي مختلف زير سطح سير مي‌كنند. لذا در اين روشها، امواج در يك نقطه توليد شده و در يك سري نقاط ديگر، زمان رسيد انرژي منعكس يا منكسره از ناپيوستگي‌ها يا فصل‌مشترك لايه‌هاي مختلف اندازه‌گيري مي‌شود. با استفاده از روش لرزه‌نگاري موقعيت و ساختار لايه‌هاي زيرسطحي مشخص مي‌شود. مهمترين مزيت روشهاي لرزه‌نگاري نسبت به ساير روشهاي ژئوفيزيكي، اين است كه با بكارگيري مناسب اين روش تفسير دقيق‌تر و با وضوح‌ بيشتري از ساختار زير سطح حاصل مي‌شود.

 عمده تئوريهاي لرزه‌اي پيش از ساخت دستگاههاي اندازه‌گيري آن شناسايي شده بود. پيش از اكتشافات لرزه‌اي، علم زلزله‌شناسي كه در تئوري‌، شباهتهاي زيادي با روش لرزه‌نگاري دارد؛ توسعه يافت.

 در سال 1845، مالِت با ايجاد زلزله‌هاي مصنوعي، اندازه‌گيري سرعت امواج لرزه‌اي در لايه‌هاي مختلف زمين را آزمايش نمود.

 در سال 1899، نات در يك مقاله علمي، تئوري مربوط به عبور امواج انعكاسي و انكساري از مرز بين لايه‌ها را گزارش نمود.

 طي جنگ جهاني اول قواي درگير در جنگ با انجام تحقيقاتي موقعيت توپخانه‌هاي سنگين يكديگر را با ثبت زمان رسيد امواج لرزه‌اي مشخص نمودند. اگرچه اين تحقيقات خيلي موفق نبود، اما قدم موثري در توسعه لرزه‌نگاري اكتشافي قلمداد مي‌شد. چراكه بر اساس نتايج تحقيقات فوق‌الذكر دانش فني گسترش يافت و تجهيزات لرزه‌نگاري ابداع شد.

 شناسايي گنبدنمكي اورچارد تگزاس در سال 1924 طي يك عمليات برداشت لرزه‌نگاري انكساري، اولين موفقيت عملي در كاربرد روشهاي لرزه‌نگاري اكتشافي بود. تا سال 1930 اكثر گنبدهاي نمكي كم‌عمق ايالت فوق‌الذكر با استفاده از اين روش شناسايي شده بود. اما روش انعكاسي براي شناسايي ساير ساختارهاي مدفون زمين‌شناسي مناسب‌تر تشخيص داده‌شد.

 عمده كاربرد روشهاي لرزه‌نگاري در اكتشافات نفت اين است كه در اين بخش اين روشها به‌طور وسيعي بكار گرفته مي‌شوند. روشهاي لرزه‌نگاري در شناسايي ساختارهاي زمين‌شناسي بزرگ مقياس به منظور بررسي‌هاي ساختگا‌هي و پروژه‌هاي مهم مهندسي نظير تعيين عمق سنگ كف، شناسايي ذخاير شن و ماسه، شناسايي مناطق خرد‌شده آبدار و ... نيز كاربرد زيادي دارند.

 o روش‌هاي راديومتري

 عناصر راديواكتيو در سنگها باعث ايجاد تشعشعات آلفا و بتا و گاما و کا-کپ مختلف مي‌شوند. شدت و ضعف اين تشعشعات بسته به نوع عنصر راديواكتيو و مقدار آن در سنگها متغير است. اگر بتوانيم اين شدت و ضعف و نوع تشعشع را ثبت نماييم؛ مقصود كه شناسايي عنصر راديواكتيو و مقدار آن در سازند است، حاصل مي‌شود.

 در اكتشافات راديومتري تنها ثبت اشعه گاما قابل اهميت است؛ چرا كه تشعشعات آلفا و بتا تنها با وجود پوشش نازكي از خاك، آب يا هوا قابل آشكارسازي نيستند. البته اشعه گاما نيز تنها تا چند اينچ داخل سنگ و خاك و تا چندصد فوت در هوا نفوذ مي‌كند و قابل ثبت است. در نتيجه تنها ذخاير راديواكتيوي را مي‌توان با اين روش كشف نمود كه رخنمون داشته‌باشند؛ يا در اعماق بسيار كم زمين واقع شده ياشند.

 مدت كوتاهي پس از كشف اشعه ايكس در سال 1859 توسط رونتگن، خاصيت راديواكتيويته توسط بكرل (1896) كشف گرديد. بكرل دريافت كه كانيهاي حاوي اورانيوم مثل نمكهاي اورانيوم تشعشعاتي ساطع مي‌كنند كه از مواد عبور مي‌كنند و فيلم عكاسي را مشابه اشعه ايكس تحت تاثير قرار مي‌دهند؛ و احتمالاً قادرند گازها را نيز يونيزه كنند. به دنبال اين كشف، عناصر راديواكتيو ديگري نيز شناسايي شدند. اگرچه تا كنون حداقل بيست عنصر كه به صورت طبيعي داراي خاصيت راديواكتيو هستند، شناخته شده است؛ اما تنها دو عنصر اورانيوم و توريم و يك ايزوتوپ پتاسيم (ايزوتوپ 40 پتاسيم) از اهميت اكتشافي برخوردارند. از سوي ديگر روبيديم در تعيين سن سنگها مفيد است، اما بقيه عناصر راديواكتيو يا خيلي نادرند يا از نظر راديواكتيويته ضعيفند؛ به همين دليل در ژئوفيزيك اكتشافي اهميتي ندارند. عناصر اورانيوم و توريم در دنياي امروز به عنوان منابع توليد انرژي قابل اهميت‌اند.

 عمده روشهاي راديومتري، روشهاي ژئوفيزيك هوابرد است و روشهاي زميني چندان توسعه نداشته‌اند. چرا كه به ازاي افزايش هر صد متر ارتفاع، شدت اشعه گاماي ساطع شده از كانيها تنها 50% افت مي‌كند و از اين نظر روشهاي هوابرد بسيار مقرون به صرفه‌‌تر از روشهاي زميني است.

 روشهاي راديومتري در مقايسه با روشهاي ديگر ژئوفيزيكي از اهميت كمتري برخوردارند. اين روش‌ها ابتدا در دهه 1930 براي تطبيق چينه‌شناسي در چاه‌پيمايي نفت بكار برده شد.

 در اواخر دهه 1950 اكتشافات راديومتري هوابرد بطور قابل ملاحظه‌اي با استفاده از شمارشگرهاي گايگر با كريستالهاي بزرگ انجام شده‌است. البته نتايج برداشتها به دليل ناتواني تفكيك زمينه از و آنومالي چندان رضايت بخش نبوده است. پي‌جويي راديومتري طي دوره 1945- 1957 بسيار پرطرفدار بود و به دنبال آن به دليل كاهش تقاضاي مصرف اورانيوم، كاهش يافت. بازگشت مجدد براي استفاده از اورانيوم در اوايل دهه 1970 به دليل تحريم نفتي غرب توسط اعراب در زمان جنگ اعراب و اسرائيل و همچنين ابداع نشانگرهاي حساس و دقيق اشعه گاما، باعث رشد روشهاي اكتشاف مواد راديواكتيو شد.

 لازم به ذكر اينكه عوامل فوق‌الذكر روشهاي راديومتري چاه‌پيمايي را هرگز تحت تاثير قرار نداد؛ چرا كه اين روشها بطور معمول از زمان ابداع آنها مورد استفاده قرار مي‌گرفتند.

 شمارشگرهاي گايگر و سنتيلومترها كه از ابزار اندازه‌گيري اين روش مي‌باشند؛ به سادگي قابل جابجايي مي‌باشند و مي‌توانند به وسيله فرد، اتومبيل يا هواپيما حمل شوند.

 o روش‌هاي الكتريكي

 اين روش‌ها كه از متنوع‌ترين روشهاي ژئوفيزيك اكتشافي محسوب مي‌شوند، اطلاعات بسيار مفيدي در مورد توزيع جانبي يا عمقي خواص الكتريكي مواد زيرسطح زمين فراهم مي‌نمايند؛ كه اين اطلاعات بطور مستقيم يا غيرمستقيم مي‌تواند به منظور اكتشاف موادمعدني و يا اهداف ديگر مورد استفاده قرار گيرد. چشمه يا منبع انرژي در روش‌هاي الكتريكي مي‌تواند طبيعي يا مصنوعي باشد.

 الف- روشهاي الكتريكي با چشمه طبيعي

 برخي از مهمترين اين روشها عبارتند از:

 - روش پتانسيل خودزا

 در حدود دهه 1910 اولين بار شلومبرژه دريافت كه با قرار دادن دو الكترود به فواصل معين از يكديگر، اختلاف پتانسيل يا ولتاژي طبيعي بين دو سر الكترودها ايجاد مي‌گردد؛ اين پديده به نام پتانسيل خودزا ناميده شد. پس از مدتي، از اين روش براي اكتشاف كانه‌هاي سولفيدي كه در اعماق كم واقع شده‌اند؛ استفاده شد. در آن زمان اين روش به علت سهولت اجرا، سرعت بالا و هزينه‌هاي اندك محبوبيت زيادي بين ژئوفيزك‌دانان داشت. اما امروزه به علت كشف ذخايرنزديك به سطح زمين، استفاده از آن براي تشخيص كانسارهاي عمقي به علت محدوديت‌هاي اين روش، عملاً محدود شده است. اندازه‌گيري آنوماليهاي پتانسيل‌خودزا به منظور اكتشاف منابع زمين‌گرمايي نيز از اواخر دهه 1970 مورد توجه قرار گرفت.

 روش پتانسيل خودزا همانطور كه از نام آن پيداست، بر پايه اندازه‌گيري اختلاف پتانسيل طبيعي كه در داخل زمين وجود دارد، بنيان نهاده‌شده است. بخشي از اين اختلاف پتانسيل ثابت و بخشي متغير (پلاريزاسيون‌القايي) است. در عمل اختلاف پتانسيل ثبت شده مربوط به بخش ثابت است كه به علت واكنشهاي الكتروشيميايي با مكانيزم‌هاي مختلف شكل مي‌گيرد.

 مقدار پتانسيل‌خودزاي ثبت شده در سطح زمين از كمتر از يك ميلي‌ولت تا صدها ميلي‌ولت متغير است. مقادير بالاي پتانسيل‌خودزا بر روي توده‌هاي سولفيدي، گرافيتي، مگنتيت و چند كاني هادي ديگر مثل زغالسنگ و منگنز قابل اندازه‌گيري است.

 - روش تلوريك

 جريانهاي تلوريك به جريانهايي گفته مي‌شود كه در زيرسطح زمين وجود دارند. چشمه ايجاد اين جريانات در خارج از كره زمين قرار دارد. تغييرات دوره‌اي و ناگهاني با تغييرات روزانه ميدان مغناطيسي زمين ارتباط دارد و علت آنها تشعشعات خورشيدي، شفق قطبي و ... مي‌باشد. اين فعاليتها تاثير مستقيمي روي جريانهاي يونسفري داشته و گمان مي‌رود جريانهاي تلوريك در زمين به وسيله جريانهاي يونسفري القا مي‌شود.

 وجود جريانهاي زميني طبيعي در مقياس‌هاي بزرگ اولين بار توسط بارلو در سال 1847 طي يك سري مطالعه روي سيستم تلگراف كشور انگلستان شناسايي شد. اندازه‌گيريهاي طولاني مدت جريان‌هاي تلوريك در گرينويچ، پاريس و برلين در اواخر قرن نوزدهم انجام شد.

 با اندازه‌گيريهاي تلوريك مي‌توان به شناسايي گنبدهاي نمكي، تاقديسها و ناوديسهايي كه در قاعده آنها سنگ با مقاومت ويژه بالا وجود دارد، پرداخت. چرا كه سنگ فوق‌الذكر باعث انحراف جريان‌هاي تلوريك در محور ساختارهاي مذكور مي‌شود. اين روش همچنين در شناسايي ناهمواري‌هاي سنگ بستر نيز كاربرد دارد.

 - روش مگنتوتلوريك

 روش مگنتوتلوريك شامل مقايسه بين دامنه‌ها و فازهاي ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي مرتبط با جريانهاي تلوريك مي‌باشد. در روش تلوريك هدف اندازه‌گيري ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي ناشي از اين جريانهاست. اندازه‌گيري ميدان الكتريكي (روش تلوريك) نسبتاً‌آسان است. اما اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي مشكل‌تر و پيچيده‌تر است چرا كه با فركانس‌هاي كمتر از 001/0 هرتز تا بالاي 10كيلوهرتز سروكار داريم.

 به علت ضعيف بودن چشمه انرژي طبيعي در داخل زمين، سيگنال‌هاي اندازه‌گيري شده در اين روش ضعيف است و به طور عمده تحت تاثير پارازيت قرار مي‌گيرد. با اين حال عمق پي‌جويي در اين روش نسبت به روش‌هاي ديگر الكتريكي بيشتر است و حتي به چندين كيلومتر هم مي‌رسد. اين روش به دنبال توسعه تئوري‌هاي الكترومغناطيس و روش تلوريك شناسايي شده و گسترش يافت (اواخر دهه 1940).

 تفسير داده‌هاي مگنتوتلوريك اولين بار توسط كانيارد در سال 1953 با استفاده از منحني‌هاي استاندارد مطرح شد.

 اين روش در اكتشاف ذخاير هيدروكربوري، سولفيدهاي توده‌اي (ماسيوسولفيدها)، فلزات پايه و قيمتي و منابع انرژي ژئوترمال كاربرد دارد. به علاوه در بررسي‌هاي زمين‌شناسي ساختماني، سنگ‌شناسي (به خصوص مطالعه پوسته و گوشته بالايي زمين)، زيست‌محيطي و ژئوتكنيك نيز كاربرد دارد.

 ب- روشهاي الكتريكي با چشمه مصنوعي

 برخي از مهمترين اين روشها عبارتند از:

 - روش مقاومت‌سنجي

 اين روش كه در كشور ما به غلط به نام روش ژئوالكتريك مصطلح است، از قديمي‌ترين روش‌هاي الكتريكي است.

 در روش مقاومت‌سنجي هدف ثبت اختلاف پتانسيل ايجاد شده ناشي از ارسال جريان مستقيم يا متناوب با فركانس بسيار پايين به داخل زمين است. براي ثبت اين اختلاف پتانسيل از آرايش‌هاي مختلف الكترودي استفاده مي‌شود. اندازه‌گيري‌هاي انجام شده با استفاده از روابط ساده رياضي به مقاومت ويژه الكتريكي سنگها تبديل مي‌شود و در نهايت اطلاعات بدست آمده تعبير و تفسير مي‌شوند.

 اين روش در اوايل دهه 1900 توسعه داده‌ شد؛ اما با دسترسي به كامپيوتر براي پردازش و آناليز داده‌ها، از دهه 1970 كاربرد وسيعي يافت.

 به طور عمده از اين روش براي اكتشاف موادمعدني (خصوصاً فلزات)، شناسايي منابع آبهاي زيرزميني، بررسي‌هاي مهندسي به منظور شناسايي حفره‌ها، گسلها، شكافها، يخچالها، تونلهاي زيرزميني، باستان‌شناسي خصوصاً براي شناسايي ساختمان‌هاي قديمي و بناهاي مدفون و ... استفاده مي‌شود.

 - روش پلاريزاسيون‌القايي

 مشابه روش مقاومت‌سنجي در اين روش نيز جريان مصنوعي با آرايش‌هاي مشابه روش مقاوت‌سنجي به داخل زمين ارسال مي‌گردد و اختلاف پتانسيل ايجاد شده بعد از قطع جريان ارسالي به داخل زمين، اندازه‌گيري مي‌شود. اندازه‌گيري‌هاي انجام شده در دو قلمرو فركانس و زمان قابل ثبت است.

 پديده‌ پلاريزاسيون‌القايي براي اولين بار توسط كنراد شلومبرژه در سال 1912 شناسايي شد. از آن زمان اين روش مورد استفاده قرار گرفت تا اواخر دهه1940. تا اينكه اين روش در طي جنگ جهاني دوم توسط ويليام كك و ديويد بليل كه در يكي از پروژه‌هاي نيروي دريايي امريكا جهت شناسايي مين‌هاي دريايي مشغول فعاليت بودند؛ توسعه يافت. در دهه 1980 پيشرفت‌هاي قابل ملاحظه‌اي در بخش دستگاهي و روشها ايجاد شد؛ مثل ابداع روش پلاريزاسيون‌القايي ‌طيفي توسط پلتون و همكارانش در سال 1978.

 كاربردهاي ويژه اين روش در اكتشاف فلزات افشان مانند مس پرفيري، سرب و روي افشان، گرافيت، منابع شيل و رس، اكتشافات نفتي، منابع زمين‌گرمايي، بررسي آبهاي زيرزميني و مطالعات زيست محيطي است.

 - روش اتصال به جرم

 در اين روش يك الكترود جريان به توده كانساري هادي داراي رخنمون متصل مي‌شود و الكترود جريان ديگر در فاصله دور از الكترود اول قرار داده‌مي‌شود؛ آنگاه پتانسيل الكتريكي در چند نقطه روي سطح زمين يا درون گمانه‌ها پس از حذف پتانسيل‌خودزا اندازه‌گيري مي‌شود.

 كاربرد ويژه اين روش در تشخيص اندازه و حجم توده‌هاي كاني‌سازي‌ هادي داراي رخنمون است. به عبارت ديگر مي‌توان با استفاده از اين روش دريافت كه اولاً چند توده زيرسطحي وجود دارد؛ ثانياً وجود يا عدم وجود كاني‌سازي در اعماق زمين نيز قابل تشخيص است.

 - روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه

 در اين روش جريان مستقيم الكتريكي از طريق دو الكترود با فواصل نسبتاً‌ زياد از يكديگر، به داخل زمين تزريق مي‌شود. آنگاه رسانندگي آنومالي زيرسطحي در وسط دو الكترود فرستنده جريان با كمك ميدان مغناطيسي ثانويه ناشي از عبور جريان به داخل زمين، توسط يك مغناطيس‌سنج بسيار حساس با پارازيت كم كه عمود بر خط واصل بين دو الكترود قرار گرفته، اندازه‌گيري مي‌شود.

 تئوري اين روش در سال 1933 توسط جاكوسكي شناسايي شد ولي به طور عملي از سال 1974توسط ادوارد بكارگرفته شد.

 از اين روش براي شناسايي توده‌هاي هادي زيرسطحي و شناسايي گسل‌هاي هادي استفاده مي‌شود.

 - روش پلاريزاسيون‌القايي مغناطيسي

 اين روش تشابه زيادي با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه دارد؛ مشابهت اين دو روش به يكديگر همانند مشابهت روش پلاريزاسيون‌القايي به روش مقاومت‌سنجي است. اين روش نيز در دو قلمرو زمان و فركانس قابل اندازه‌گيري است. در اين روش دو كميت ثبت مي‌شود. يكي از مولفه‌هاي ميدان مغناطيسي ناشي از عبور جريان مستقيم نيز بكار گرفته مي‌شود. در قلمرو فركانس، ابتدا ميدان مغناطيسي اوليه نرماليزه و سپس مقدار مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه اندازه‌گيري مي‌شود. اما در قلمرو زمان، بارپذيري ميانگين در فواصل زماني معين با تقسيم بر ميدان مغناطيسي اوليه، نرماليزه شده، سپس ثبت مي‌شود.

 اين روش همزمان با روش مغناطيس‌سنجي مقاومت‌ويژه و در سال 1974، توسط سيگل ابداع شد.

 كاربرد ويژه اين روش در شناسايي كانسارهاي زيرسطحي هادي خصوصاً فلزي و كانسارهاي افشان و پرفيري است.

 - روش تشديد مغناطيسي هسته‌اي

 اساس اين روش پديده فيزيكي تشديد مغناطيس هسته‌اي است؛ كه توسعه يافته روش طيف‌سنجي نور با فركانس‌هاي مايكروويو (تقريباً هزار تا صدهزار مگا هرتز) و راديويي (تقريباً ده كيلوهرتز تا صد مگارهرتز) مي‌باشد. در اين بازه‌هاي فركانسي نور جذب شده و به وسيله همان فرايندها در طول موج‌هاي ديگر طيف الكترومغناطيسي منتشر مي‌شود. فلسفه اصلي اين روش بر اساس اين واقعيت است كه هسته بسياري از اتمها از جمله پروتون‌هاي آب به دليل وجود ذرات باردار درحال چرخش، داراي يك گشتاور دوقطبي غيرصفر مي‌باشد.

 اين روش اولين بار توسط دانشمندان روسيه ابداع شد. وسيله اندازه‌گيري در اين روش هيدروسكوپ ناميده‌ مي‌شود.

 كاربرد عمده اين روش در بررسي كيفيت و اكتشاف منابع آبهاي زيرزميني است.

 o روش‌هاي الكترومغناطيسي

 امروزه روشهاي الكترومغناطيسي در بين روشهاي ژئوفيزيكي به استثناي روش مغناطيسي بيشترين كاربرد را در اكتشاف موادمعدني دارد. اين روشها براي اكتشاف نفت مناسب نيستند چرا كه بهترين پاسخ در اين روشها مربوط به توده‌هاي هادي واقع در اعماق كم زيرسطح است. در فعاليتهاي مهندسي هم اين روشها خيلي استفاده نشده‌اند. با اينحال گاهي براي شناسايي لوله‌ها و كابلهاي مدفون، آشكارسازي مين‌ها و به منظور بررسي آلودگي‌هاي واقع در اعماق كم بكار برده مي‌شوند.

 همانطور كه از نام اين روشها پيداست، اين روشها شامل انتشار ميدانهاي الكترومغناطيس موج مداوم يا گذرا بالاي سطح زمين يا در اعماق آن مي‌باشند. در اين روشها فرستنده، گيرنده و توده هادي مدفون، در يك تقابل سه‌جانبه با ميدان الكترومغناطيسي قرار دارند و جريانهاي الكتريكي در داخل توده‌ هادي به همراه القاي الكترومغناطيس، بطور همزمان به وجود مي‌آيند. عموماً در اين روش‌ها چشمه انرژي از طريق القا در داخل زمين ايجاد مي‌شود؛ هرچند در چند مورد از روشهاي زميني الكترومغناطيس، اين چشمه در تماس مستقيم با زمين قرار دارد. روشهايي مانند مگنتوتلوريك نيز كه چشمه انرژي آنها طبيعي است، بعضاً ‌جز روشهاي الكترومغناطيس مطرح مي‌شوند. گيرنده نيز پاسخ را توسط القا دريافت مي‌كند.

 روش زميني الكترومغناطيس در دهه 1920 در كشورهاي اسكانديناوي، ايالات متحده امريكا و كانادا كه ذخاير فلزي پايه در آنها در داخل سنگ ميزبان مقاوم و عموماً‌ با روباره كم‌ضخامت وجود دارد؛ بكار گرفته شد.

 روشهاي هوابرد الكترومغناطيس نيز 30 سال بعد (‌در دهه 1950) بكار گرفته شد. تا اوايل دهه 1960 تجهيزات الكترومغناطيس اعم از فرستنده و گيرنده طوري ساخته شده بودند كه ارسال و دريافت پاسخ به طور همزمان و در يك فركانس صورت مي‌گرفت. اين روش، روش الكترومغناطيس قلمرو فركانس ( FDEM يا FEM ) خوانده مي‌شود. اگرچه تلاشهاي چندي در دهه 1930 براي فرستادن پالسهاي گذرا و دريافت پاسخ زمين در زمان قطع جريان صورت گرفت؛ اما اولين كاربردهاي موفق اين تلاش‌ها تا سال 1962 به نتيجه نرسيد.

 روش الكترومغناطيس در قلمرو زمان ( TDEM يا TEM ) اولين بار در سال 1962 و در كشور شوروي سابق، به صورت هوابرد ابداع و بكار گرفته شد. از اوايل دهه 1970 رشد فزاينده‌اي در توسعه و كاربرد روشهاي الكترومغناطيس قلمرو زماني رخ داده‌است. تقريباً‌ همه مجموعه ميدانهاي الكترومغناطيس شامل يك چشمه انرژي قابل حمل مي‌باشند. با اينحال تاكنون استفاده از فرستنده‌‌‌هاي انرژي در فركانس‌هاي بين 100 كيلوهرتز تا 10 مگاهرتز (فركانس راديويي) و بخصوص در دامنه بسيار پايين (VLF)، (15تا25 كيلوهرتز) بسيار محدود بوده‌است.

 البته در روش ديگري به نام روش ميدان مغناطيسي با فركانس شنوايي (AFMAG) كه جزو روشهاي الكترومغناطيس شناخته مي‌شود، از انرژي جوي ناشي از رعد وبرق استفاده مي‌كند.

 - روش رادار نفوذي به زمين

 اين روش كه عمده صاحبنظران آنرا جزو روشهاي الكترومغناطيس محسوب مي‌نمايند؛ عبارتست از انتشار امواج الكترومغناطيسي با فشار بالا به منظور بررسي‌هاي زيرسطحي كه اين موضوع به تحقيقات هولس مير در سال 1904 برمي‌گردد. درصورتي كه اولين منابع راجع به امكان استفاده از پالسهاي الكترومغناطيس به دهه 1920 توسط شركت آلماني سايزموس (1923) و آقاي هولسنبك (1926) برمي‌گردد. اما هيچ يك از اين فعاليت‌ها منتهي به ابداع يك سيستم پايدار براي بررسي‌هاي زميني با امواج الكترومغناطيس فركانس بالا تا اختراع رادار نشد.

 رادار يك سيستم استفاده از پالسهاي الكترومغناطيس با دوره تناوب كوتاه است كه اولين بار توسط وزارت دفاع انگلستان به منظور شناسايي هواپيماهاي دشمن در طي جنگ‌ جهاني دوم بكار گرفته شد. گو اينكه چندين سيستم مشابه قبل از اين جنگ در فرانسه، آلمان، امريكا و حتي انگلستان وجود داشت.

 بجز كاربردهاي بسيار متنوع نظامي و مهندسي، رادار امروزه يك وسيله بسيارمهم در بررسيهاي زيرسطحي است. با توجه به فركانس زياد مورد استفاده در اين روش، عمق نفوذ در زمين بسيار كم است لذا در اكتشافات موادمعدني جز براي مواد نزديك به سطح كاربرد ديگري ندارد. اما در بسياري از فعاليتهاي مهندسي خصوصاً ‌ژئوتكنيك، بررسي خاك، بررسي‌هاي زمين‌شناسي، شناسايي حفره‌ها، بررسي‌هاي باستان‌شناسي، بررسي‌ منابع آبهاي زيرزميني كم‌عمق و آلودگيهاي زيرسطحي كاربردهاي گسترده‌اي دارد.