หาวัตถุโลหะที่ฝังอยู่ใต้ดินโดยใช้วิธีสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ (Low-frequency electromagnetic method)

อีกหนึ่งเทคนิคด้านธรณีฟิสิกส์ที่ใช้สำรวจใต้ผิวดิน คือ วิธีสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ หรือ Low-frequency electromagnetic method ที่ใช้หลักการวัดสมบัติในการเป็นตัวนำ (conductive) ของหิน,แร่ หรือวัตถุ ต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งออกจากเครื่องส่ง (transmitter) หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดตามธรรมชาติ เหมาะสำหรับใช้งานด้าน โบราณคดี ธรณีวิทยา งานสิ่งแวดล้อมและวัสดุโลหะใต้ผิวดิน แต่ก่อนจะไปดูว่าผลลัพธ์ในการสำรวจเป็นยังไง ผู้เขียนขออธิบายเกี่ยวกับหลักการและองค์ประกอบต่างๆ คร่าวดังนี้

หลักการทำงาน

เครื่องมือวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ขดลวด (coils) ที่มีทั้งตัวส่งสัญญาณ (Tx Coil) และตัวรับสัญญาณ (Rx Coil) ซึ่งทั้งคู่จะพันตามแนวระดับ (horizontal loop) ที่คลอบคลุมความถี่ <300 kHz มีกระบวนการทำงานคือ

1.Tx Coil: จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าปฐมภูมิ (primary electromagnetic field) ทะลุเข้าไปในชั้นดิน แล้วเหนี่ยวนำวัสดุ ตัววัสดุจะสร้าง Eddy current

2.Eddy current: จะสร้างสนามแม่เหล็กทุติยภูมิ ( Secondary electromagnetic field) โดยจะถูกบันทึกไว้ Rx Coil

3.Rx Coil: บันทึกเฟสของคลื่น คือ apparent conductivity (quadrature) และ in-phase ของสนามแม่เหล็กทุติยภูมิ

การวัดด้วยวิธีสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำจะได้ค่า quadrature Apparent conductivity) และ magnetic phase variance (In-phase) และความละเอียดของข้อมูลขึ้นกับความความไวต่อสนามแม่เหล็ก (magnetic susceptibility) ของวัสดุนั้น ซึ่งก็คือยิ่งวัตถุมีความเป็นโลหะหรือแร่โลหะ ผลการสำรวจก็จะละเอียดและแม่นยำมากขึ้น

องค์ประกอบของเครื่องมือ

เครื่องมือประกอบด้วย 2 ส่วนคือ

1.Central unit สำหรับควบคุมหรือแสดงผล

2.Probe ที่มีลักษณะเป็นแท่งทรงกระบอกยาว บรรจุขดลวด (coils) ทั้ง Tx Coil และ Rx Coil สำหรับรับ-ส่งสัญญา

ความลึกเดียวและหลายความลึก

-ความลึกเดียว (Single-depth) คือ Probe Probe มีแค่ตัวรับ-ส่ง 1 ชุด ความลึกจะถูกจำกัดเพียงแค่ความลึกเดียว เช่นเครื่องมือสำรวจได้ 3/6 ข้อมูลที่ได้จากการสำรวจจะอยู่เฉพาะที่ความลึก 3 และ 6 เมตรเท่านั้น

-หลายความลึก (Multi-depth) คือ Probe มีตัวรับ-ส่ง หลายชุด จะสามารถเก็บข้อมูลได้หลายความลึกพร้อมกัน เช่นเครื่องมือสำรวจได้ 3.15/6.30 เมตร ใน 3.15 เมตรนั้นจะมีการเก็บข้อมูลหลายๆความลึก ตั้งแต่ 0-3.15 เมตร หรือ 0- 6.30 (ขึ้นกับจำนวนชุด ตัวรับ-ส่ง )

Coil geometry

การวางตำแหน่ง Coil สามารถทำได้ 2 แบบ สำหรับปรับ คือ

1.horizontal coplanar (HCP) การวางตำแหน่งแบบ vertical dipole จะได้ความลึกแบบ full depth

2.vertical coplanar (VCP) การวางตำแหน่งแบบ horizontal dipole จะได้ความลึกแบบ half depth แต่ต้องหมุน Probe ลง 90 องศา

เครื่องมือจะวัดได้ 2 ความลึก ขึ้นกับว่าเราจะเลือกใช้แบบไหน ตัวอย่าง เครื่องมือโมเดล CMD Explorer 6L : 6.30/3.15 เมตร หมายความว่า ถ้าเลือกปรับแบบ HCP ความลึกสูงสุดสำรวจได้ที่ 0-3.15 เมตร ส่วนปรับแบบ VCP HCP ความลึกสูงสุดสำรวจได้ที่ 0-6.30 เมตร

เครื่องมือที่ใช้ในการสำรวจ

เครื่องมือสำรวจที่ใช้คือเครื่อง CMD-electromagnetic conductivity meters มี 2 โมเดล คือ CMD (Single-dept) และ CMD Explorer (Multi-dept)

ตัวอย่างการสำรวจ

สำรวจหาท่อเหล็ก พบท่อที่ความตั้งแต่ลึก 0.5-1.8 เมตร

สำรวจหาท่อเหล็ก พบท่อที่ความตั้งแต่ลึก 1 เมตร

งานวิจัย Geophysics for Military Construction Projects ปี 2010 ได้ทำการทดลองประสิทธิภาพเครื่องมือสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ โมเดล CMD-4 (Single-dept) โดยฝังวัสดุชนิดต่างๆแตกต่างกัน

รายละเอียดการสำรวจ เรียงจากซ้ายไปขวา มีดังนี้

1.ท่อทองแดง เส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เซนติเมตร

2.ท่อ PVC เส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เซนติเมตร

3.ท่อเหล็กหล่อเหนียว เส้นผ่านศูนย์กลาง 30.5 เซนติเมตร

4.ท่อเหล็กหล่อเหนียว เส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร

5.ถังน้ำมัน 55 แกลอน

ผลการสำรวจแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของวิธีการสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ ที่แสดงผลในรูปแผนที่เส้นชันของค่า In-phase ซึ่งสำรวจเห็น ถังน้ำมันและท่อเหล็กค่อนข้างชัดเจน แต่ท่อทองแดงและท่อ PVC สำรวจไม่พบ

ข้อดีของวิธีสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ

1.การสำรวจที่ค่อนข้างง่ายและไม่กระทบสิ่งก่อสร้างเดิม

2.ประมวลผลและการแสดงผลสำรวจเป็นภาพเข้าใจง่าย (แสดงให้อยู่ในรูปแผนที่)

3.ไม่ต้องใช้คนจำนวนเยอะในการสำรวจ

4.เครื่องมือเน้นเจาะจงกับงานประเภทโลหะและแร่

ข้อเสียของวิธีการสำรวจแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทโดเมนความถี่ต่ำ

1.หากเทียบกับการสำรวจวิธีการอื่น ความแม่นย่ำค่อนข้างน้อยกว่า

2.ไม่เหมาะกับบริเวณที่มีโลหะอยู่ใกล้เคียง

อ้างอิง

1.http://www.gfinstruments.cz/index.php?menu=gi&smenu=iem&cont=cmd_&ear=dl

2.Bjella, K. L., Astley, B. N., & North, R. E. (2010). Geophysics for Military Construction Projects. ENGINEER RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER VICKSBURG MS.

3.Bonsall, J., Fry, R., Gaffney, C., Armit, I., Beck, A., & Gaffney, V. (2013). Assessment of the CMD mini‐explorer, a new low‐frequency multi‐coil electromagnetic device, for archaeological investigations. Archaeological Prospection, 20(3), 219-231.