ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินและสิ่งแวดล้อม

ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินปรับใช้วิธีการสำรวจเพื่อศึกษาใต้ผิวดินตื้น โดยทำแผนที่น้ำบาดาล การปนเปื้อน โครงสร้างที่ฝังอยู่ และสภาพพื้นดินสำหรับปัญหาทางวิศวกรรม สิ่งแวดล้อม และโบราณคดี

Definition

ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินและสิ่งแวดล้อมคือการประยุกต์ใช้วิธีการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์กับใต้ผิวดินตื้น เพื่อจำแนกลักษณะสภาพพื้นดิน น้ำบาดาล การปนเปื้อน และลักษณะที่ฝังอยู่ เพื่อวัตถุประสงค์ด้านสิ่งแวดล้อม วิศวกรรม และโบราณคดี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการประยุกต์ใช้วิธีการทางธรณีฟิสิกส์กับพื้นดินส่วนบนสุดไม่กี่สิบเมตร: เรดาร์ทะลุพื้นดิน (ground-penetrating radar) การหักเหของคลื่นไหวสะเทือนตื้นและวิธีการคลื่นพื้นผิว การถ่ายภาพความต้านทานไฟฟ้า (electrical resistivity tomography) การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และไมโครกราวิตีและแม่เหล็กที่มีความละเอียดสูง โดยจะกล่าวถึงการใช้งานสำหรับการทำแผนที่น้ำบาดาลและการปนเปื้อน การจำแนกลักษณะพื้นที่ทางธรณีเทคนิค การตรวจจับโพรง สิ่งสาธารณูปโภค และวัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิด และการสำรวจทางโบราณคดี โดยเน้นการสำรวจใต้ผิวดินตื้นที่มีความละเอียดสูงและไม่รุกราน เพื่อวัตถุประสงค์ด้านสิ่งแวดล้อมและวิศวกรรม

Core questions

• วิธีการทางธรณีฟิสิกส์ใดบ้างที่เหมาะสมกับการถ่ายภาพตื้นที่มีความละเอียดสูง?
• เรดาร์ทะลุพื้นดินถูกนำมาใช้ในการทำแผนที่โครงสร้างและวัตถุที่อยู่ตื้นได้อย่างไร?
• น้ำบาดาลและการปนเปื้อนถูกทำแผนที่ทางธรณีฟิสิกส์ได้อย่างไร?
• ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินสนับสนุนงานวิศวกรรมและโบราณคดีได้อย่างไร?

Key concepts

• เรดาร์ทะลุพื้นดิน
• การหักเหของคลื่นไหวสะเทือนตื้นและวิธีการคลื่นพื้นผิว
• การถ่ายภาพความต้านทานไฟฟ้า
• การทำแผนที่ด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
• การจำแนกลักษณะพื้นที่แบบไม่รุกราน

Key theories

การถ่ายภาพด้วยเรดาร์ทะลุพื้นดิน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงจะสะท้อนจากความแตกต่างของคุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่อยู่ตื้น ดังนั้นเรดาร์ทะลุพื้นดินจึงสร้างภาพโปรไฟล์ความละเอียดสูงของชั้นดิน ระดับน้ำใต้ดิน สิ่งสาธารณูปโภคที่ฝังอยู่ โพรง และลักษณะทางโบราณคดีในพื้นดินที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ

วิธีการตื้นแบบบูรณาการ

เนื่องจากแต่ละวิธีตื้นตอบสนองต่อคุณสมบัติที่แตกต่างกันและถูกจำกัดด้วยสภาพพื้นที่ การสำรวจใกล้ผิวดินจึงรวมการสำรวจด้วยคลื่นไหวสะเทือน ไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้า และเรดาร์ เพื่อจำแนกลักษณะใต้ผิวดินได้อย่างน่าเชื่อถือและไม่รุกราน

Mechanisms

เป้าหมายตื้น เช่น ระดับน้ำใต้ดิน แหล่งปนเปื้อน หินฐาน โพรง และวัตถุที่ฝังอยู่ ก่อให้เกิดความแตกต่างในความเร็วคลื่นไหวสะเทือน ความต้านทานไฟฟ้า ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก หรือความหนาแน่น; วิธีการใกล้ผิวดินจะตรวจจับสิ่งเหล่านี้ด้วยความละเอียดสูง โดยใช้ความยาวคลื่นสั้น ระยะห่างสถานีใกล้ และการติดตั้งบนพื้นผิวหรือใกล้ผิวดิน โดยแลกความลึกของการเจาะทะลุกับรายละเอียดที่ละเอียดซึ่งจำเป็นในงานวิศวกรรมและสิ่งแวดล้อม

Clinical relevance

ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินเป็นพื้นฐานของการประเมินทรัพยากรน้ำบาดาลและการติดตามการปนเปื้อน การสำรวจทางธรณีเทคนิคสำหรับการก่อสร้าง การตรวจจับอันตรายและสิ่งสาธารณูปโภคที่ฝังอยู่ และการสำรวจทางโบราณคดีแบบไม่ทำลาย ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการปกป้องสิ่งแวดล้อมและโครงสร้างพื้นฐาน

History

การประยุกต์ใช้ความต้านทานไฟฟ้าและการหักเหของคลื่นไหวสะเทือนในระดับตื้นมีมาตั้งแต่ต้นและกลางศตวรรษที่ 20 แต่ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินได้ขยายตัวอย่างมากตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ด้วยเรดาร์ทะลุพื้นดินที่มีราคาไม่แพง การถ่ายภาพความต้านทานไฟฟ้าแบบหลายช่องสัญญาณ และความต้องการที่เพิ่มขึ้นด้านสิ่งแวดล้อมและวิศวกรรมสำหรับการสำรวจพื้นที่แบบไม่รุกราน

Key figures

• John Reynolds
• Mark Everett
• Philip Kearey

Seminal works

• reynolds2011
• everett2013
• kearey2002

Frequently asked questions

เรดาร์ทะลุพื้นดินใช้ทำอะไร?

มันส่งคลื่นเรดาร์ลงไปในพื้นดินและบันทึกการสะท้อนจากลักษณะที่อยู่ตื้น สร้างภาพความละเอียดสูงที่ใช้ในการระบุตำแหน่งท่อและสายเคเบิลที่ฝังอยู่ ทำแผนที่ชั้นดินและระดับน้ำใต้ดิน ค้นหาโพรงและหลุมฝังศพ และสำรวจแหล่งโบราณคดีโดยไม่ต้องขุด

ธรณีฟิสิกส์ใกล้ผิวดินแตกต่างจากการสำรวจหาน้ำมันหรือแร่ธาตุอย่างไร?

มันมุ่งเป้าไปที่ความลึกไม่กี่สิบเมตรที่ตื้นที่สุด แทนที่จะเป็นแหล่งกักเก็บลึก ดังนั้นจึงนิยมใช้วิธีการที่มีความละเอียดสูง พกพาได้ และยอมรับความลึกของการเจาะทะลุที่จำกัด; เป้าหมายโดยทั่วไปคือด้านสิ่งแวดล้อม วิศวกรรม และโบราณคดี แทนที่จะเป็นการค้นพบแหล่งพลังงานหรือแร่ธาตุลึก