مدلسازی معکوس‌ سه‌بعدی داده‌های میکروگرانی به منظور شناسایی حفریات معدنی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد ژئوفیزیک (گرانی سنجی)، دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 استادیار، دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه اراک

چکیده

یکی از موثرترین روش­های شناسایی ساختارهای زیرسطحی مانند تونل، گسل خوردگی، نهشته­های معدنی با اختلاف چگالی مناسب، به ویژه در مناطقی با توپوگرافی خشن و تکتونیک شدید، روش گرانی­سنجی است. ارایه یک مدل مناسب برای تفسیر بهتر آنومالی پس از انجام و پردازش داده­های گرانی، بسیار سودمند است. مدلسازی معکوس یکی از کارآمد­ترین روش­های تفسیری داده­های میدان پتانسیل است و در این راستا روش­های متعددی ارایه شده است. در این مقاله از روش معکوس­سازی سه­بعدی کاماچو برای مدلسازی داده­های میدان گرانی در یک محدوده معدنی استفاده شده است. محدوده مورد مطالعه شامل یک تونل معدنی برای دسترسی به زغال­سنگ و یک تونل دنباله­رو است که داخل لایه زغالی حفر شده است. نتایج حاصل از مدلسازی، عمق و راستای تونل­های معدنی، حفاری­های سطحی و لایه زغال­دار را تا حد قابل قبولی نشان می­دهد که با مشاهدات و اندازه­گیری­های صحرایی مطابقت خوبی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

3D inverse modeling of microgravity data for the detection of mining excavations

نویسندگان [English]

  • F. Gholamian 1
  • H. Aghajani 2
  • M. Mirzaei 3
1 Master of Science, Dept. of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology
2 Assistant Professor, Dept. of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology
3 Associate Professor, Dept. of Physics, Faculty of science, Arak University
چکیده [English]

The gravimetric method is one of the most effective ways for the detection of subsurface structures such as tunnels, faulting, mineral deposits with the required density difference, especially in areas with rough topography and tectonized formations. It is possible to provide a more suitable model for better interpretation of the gravity anomaly. Inverse modeling of gravity data is the most effective way of interpretation, and in this regard, several methods have been proposed. In this paper, the 3D inverse method of Camacho is used for modeling gravity field data in a mineralized region. The case study includes an adit mining tunnel that accesses to a coal mineral and a drift tunnel which is partly drilled into the coal layer. The result of modeling has shown the depth and direction of the mineralized tunnels, Surface mining and coal layers. The modeling data was in good agreement with that of the observations and field measurements.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gravimetry
  • inverse modeling
  • coal mine
  • mining excavations
  • Dehmolla-Shahrood
[1]     Franklin, A. G., Patrick, D. M., Butler, D. K., StrOhm, W. E., and Hynes-Griffin, M. E. (1980). “Sitting of Nuclear Facilities in Karst Terrains and other Areas Susceptible to Ground Collapse”, U.S. Army Engineers Waterway Experiment Station Vicksburg Miss. Prepared for U.S Nuclear Regulatory Commission NUREG Report CR-2062. Nuclear Regulatory Commission.

[2]     Butler, D. K. (1984). “Microgravimetric and gravity gradient techniques for detection of subsurface cavities”. Geophysics, 49(7): 1084-1096.‏

[3]     Fajklewicz, Z. J. (1976). “Gravity vertical gradient measurements for the detection of small geologic and anthropomorphic form”. Geophysics, 41: 1016–1030.

[4]     Casten, U., and Fajklewicz, Z. (1993). “Induced gravity anomalies and rock-burst risk in coal mines: a case history”. Geophysical Prospecting, 41(1): 1-13.‏

[5]     Gaertner, H., Seitz, R., Petzold, H., and Schubert, H. (1991). “Shallow seismic and gravimetric exploration of brown coal-A review”. The European Association of Geoscientists and Engineers (EAGE), 53rd Meeting,‏ 26-30 May, Florence.‏

[6]     Ardestani, V. E. (2008). “Modelling the karst zones in a dam site through micro-gravity data”. Exploration Geophysics, 39(4): 204-209.‏

[7]     Ardestani, V. E. (2013). “Detecting, delineating and modeling the connected solution cavities in a dam site via microgravity data”. Acta Geodaetica et Geophysica, 48(2): 123-138.‏

[8]     Ardestani, V. E. (2015). “Detecting, modelling and reserve estimating of manganese ore bodies via microgravity data”. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 56(1): 19-30.‏

[9]     Hinze, W. J. (1990). “The role of gravity and magnetic methods in engineering and environmental studies”. Geotechnical and Environmental Geophysics, 1: 75-126.‏

[10]  Menke, W. (2012). “Geophysical data analysis: discrete inverse theory”. Academic press, Third Edition, 45: 330.

[11]  Li, Y., and Oldenburg, D. W. (1998). “3-D inversion of gravity data”. Geophysics, 63(1): 109-119.‏

[12]  Gómez-Ortiz, D., and Agarwal, B. N. (2005). “3DINVER. M: a MATLAB program to invert the gravity anomaly over a 3D horizontal density interface by Parker–Oldenburg's algorithm”. Computers & Geosciences, 31(4): 513-520.‏

[13]  Oliveira Jr, V. C., and Barbosa, V. C. (2011). “Radial gravity inversion constrained by total anomalous mass excess for retrieving 3D bodies”. The Society of Exploration Geophysicists (SEG), Annual Meeting, 18-23 September, San Antonio, Texas.

[14]  Zhdanov, M. S., and Cox, L. H. (2013). “Multinary Inversion for Tunnel Detection”. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 10(5): 1100-1103.

[15]  Shamsipour, P., Marcotte, D., and Chouteau, M. (2012). “3D stochastic joint inversion of gravity and magnetic data”. Journal of Applied Geophysics, 79: 27-37.‏

[16]  Camacho, A. G., Fernández, J., and Gottsmann, J. (2011). “The 3-D gravity inversion package GROWTH2. 0 and its application to Tenerife Island, Spain”. Computers & Geosciences, 37(4): 621-633.‏

[17]  Camacho, A. G., Montesinos, F. G., and Vieira, R. (2000). “Gravity inversion by means of growing bodies”. Geophysics, 65(1): 95-101.‏

[18]  Camacho, A. G., Montesinos, F. G., and Vieira, R. (2002). “A 3-D gravity inversion tool based on exploration of model possibilities”. Computers & Geosciences, 28(2): 191-204.‏

[19]  Gottsmann, J., Camacho, A. G., Martí, J., Wooller, L., Fernández, J., Garcia, A., and Rymer, H. (2008). “Shallow structure beneath the Central Volcanic Complex of Tenerife from new gravity data: Implications for its evolution and recent reactivation”. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 168(3): 212-230.

[20]  Tarantola, A. (1988). “The Inverse Problem Theory: Methods for Data Fitting and Model Parameter Estimation”. Elsevier, Amsterdam, pp. 613.

[21]  Pick, M., Picha, J., and Vyskocil, V. (1973). “Theory of  the Earth's gravitational field”. Elsevier, Amsterdam, New York, pp. 538.

[22]  Al-Chalabi, M. (1971). “Some studies relating to nonuniqueness in gravity and magnetic inverse problems”. Geophysics, 36(5): 835-855.‏

[23]  Rene´, R. M. (1986). “Gravity inversion using open, reject, and ‘‘shape-of-anomaly’’ fill criteria”. Geophysics, 51(4): 988–994.

[24]  Camacho, A. G., Nunes, J. C., Ortiz, E., França, Z., and Vieira, R. (2007). “Gravimetric determination of an intrusive complex under the Island of Faial (Azores): some methodological improvements”. Geophysical Journal International, 171(1): 478-494.‏

[25]  Parker, R. (1972). “The rapid calculation of potential anomalies”. Geophysical Journal of the Royal 
Astronomical Society, 31: 447-455.

[26]  اعراب، فاطمه؛ امیدی، پرویز؛ طاهری، عزیز­الله؛ 1390؛ "دگرریختی کواترنری در باختر شاهرود (البرز خاوری)"، علوم زمین، 20(80)، ص 89-94.