מידע מורחב

שיטת ההתנגדות החשמלית (VES) התפתחה בתחילת המאה ה-20 הודות לעבודתם של האחים Schlumberger, שביקשו לחקור את התפלגות ההתנגדות החשמלית של תת הקרקע עם העומק. זרם ישר (DC) מוחדר לקרקע דרך זוג אלקטרודות הזרם- AB והפרש הפוטנציאל שנוצר בקרקע נמדד בין זוג אלקטרודות פוטנציאל MN. ישנן מגוון צורות פריסה של האלקטרודות (איור 1) שכל אחת מהן יכולה לשמש לחקר התפלגות התנגדויות חשמליות בתת הקרקע כפונקציה של עומק או השתרעותם הלטרלית. מדידת פרופיל עומק (Sounding) מתבצע על ידי הגדלת המרווחים בין האלקטרודות באופן שיטתי, סביב נקודת מרכז קבועה מראש. למדידת שינויים לטרליים (profiling) משתמשים בפרופיל אורכי, על ידי קיבוע המרווחים והזזת המערך כולו לאורך קו מסוים בשטח. 



איור 1. למעלה, מערך Wenner בו המרווחים בין האלקטרודות שווים. באמצע, מערך schlumberger המאופיין במרווחים בין אלקטרודות הזרם הגדולים פי שלושה, לפחות, מאשר בין אלקטרודות הפוטנציאל. למטה, מערך Dipol-dipol בו קיים מרחק משמעותי בין אלקטרודות הפוטנציאל ואלקטרודות הזרם. 

עומק החדירה של השיטה הוא פונקציה של המרווח בין אלקטרודות הזרם ואלקטרודות הפוטנציאל ולכן משתנה בהתאם לאופן פריסת האלקטרודות בשטח. אופני הפריסה המגוונים של האלקטרודות עונים על צרכים שונים של מבנה הקרקע הנחקר ורמת רעש הרקע. לדוגמא, למערך Wenner יתרון באזורים בעלי רעש רקע רב, ברזולוציה טובה אך לעומקים רדודים. לעומתו, למערך Schlumberger, סיגנל חלש יותר אך חודר לעומק גדול יותר. 

מלכתחילה, נמדד הפוטנציאל החשמלי בקרקע ומומר להתנגדות חשמלית בעזרת חוק אוהם (כאשר E הוא מפל הפוטנציאל, J צפיפות הזרם ו- ההתנגדות החשמלית). התנגדות זו היא פונקציה של המרחק בין האלקטרודות והיא מותאמת לכל מערך על ידי הכפלה בקבוע גיאומטרי, לקבלת התנגדות מדומה. היא נקראת כך כיוון שהיא מייצגת ממוצע התנגדויות של כל השכבות בתווך הנחקר. כל אחד מערכי ההתנגדות המדומה מוצג על גרף לוגריתמי כנגד המרחק בין האלקטרודות. חישוב ההתנגדויות החשמליות האמיתיות של השכבות מתוך המדומות, כרוך בבניית מודל של מבנה הקרקע הנחקר והשוואתו לגרף הלוגריתמי שהופק מן הנתונים. תהליך זה מבוצע בתוכנות מתקדמות (Resix etc.) בעזרת אינברסיה (איור 2). 

אחד החסרונות של השיטה הוא קבלת פתרונות אקוויוולנטיים, כלומר ריבוי פתרונות לאותם הנתונים. מודל הפענוח אינו יחיד וניתן לקבל מספר מודלים, העשויים להיות שונים משמעותית האחד מהשני. 

Continuous Vertical Electrical Sounding - CVES 
במטרה לקבל מודל מדויק יותר של תת הקרקע, מחתך עומק נקודתי (כמו ב- VES), שיתחשב בשינויי התנגדות חשמלית בעומק כמו גם בכוון האופקי, מבצעים profiling. שיטה זו פותחה למערך של 25 אלקטרודות ויותר, המחוברות לכבל רב ערוצי, כאשר מכשיר המדידה מאפשר בחירה אוטומטית של ארבע אלקטרודות הרלבנטיות לכל מדידה (איור 3). התוצאה המתקבלת היא חתך דו ממדי המתאר בצורה טובה יותר את התפלגות ההתנגדויות בתת הקרקע (איור 4). 

איור 2. מודל חד ממדי אופייני לפענוח נתונים עבור מערך Wenner. בצבע ורוד, מודל מחושב. הסימן + מציין את נתוני ההתנגדות המדומה שהתקבלו במדידה. קו שחור רציף מייצג את ההתנגדות המדומה המחושבת. (After Loke, 2004). 


איור 3. מיקום האלקטרודות בסקר CVES ומאסף המדידות המשמשות לבניית החתך-המדומה. הכפלת המרווח בין האלקטרודות (a) ב-3, נותנת מדידה ברמה     (n=3) עמוקה יותר מקודמותיה. (After Loke 2004) 



איור 4. חתך בחוף אשדוד. למעלה חתך התנגדות מדומה מדוד. באמצע, פסאודו-חתך מדומה מחושב שנבנה על בסיס הנתונים. למטה חתך התנגדויות אמיתיות שחושב באינברסיה. בעומק כ-40 מטרים נראית שכבת מי תהום. (אחרי אביבי.ט.א., 2005) 


מקורות: 
אביבי, ט.א., 2005. מיפוי חדירת מי ים לאקויפר החוף בעזרת מדידות CVES. חיבור לשם קבלת תואר מוסמך, אוניברסיטת תל אביב. (הנתונים נאספו על ידי צוות המכון הגיאופיסי לישראל, בהנחיית ד"ר מרק גולדמן). 

Loke.M.H., 2004. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. link