Prospectiile seismice (seismometrice)

Prospectiile seismice (seismometrice)

Se bazeaza pe posibilitatea unor unde seismice de a se propaga in diferite medii ale scoartei terestre si pe posibilitatea inregistrarii parametrilor acestei propagari. Geofizica, prin specificul investigatiilor si echipamentelor de carte dispune in cercetarea structurilor subterane, a carei metodologie are la baza studiul proprietatilor rocilor (densitate, permeabilitate magnetica, conductibilitatea electrica, termica, radioactivitatea etc.), se pune in slujba prospectiilor arheologice. Una din metodele cele mai eficiente de prospectare a geofizicii aplicata in arheologie este metoda seismometrica. Acest tip de prospectie produce la suprafata pamantului unde elestice care se propaga in structurile pedologice si geologice dupa anumite principii, si care, isi schimba directia de propagare in functie de suprafetele de separare pe care le intalnesc.

Sunt deja bine cunoscute seismografele, respectiv acele aparate deosebit de fine, conactate cu senzori la nivelul scoartei terestre si care inregistreaza (prin intermediul unor ace deosebit de fine care gliseaza pe un suport de hartie milimetrica) orice unda care afecteaza structurile terestre. De regula, intensitatea oricarei astfel de unde poate fi masurata, fiind utilizate diferite scari (Richter, Mercalli). In cazul in care unda seismica intalneste medii (straturi) cu o densitate mai mare, evident ca va intampina o rezistenta mult mai mare, astfel ca viteza si amplitudinea ei va fi mai scazuta. In mod invers se intampla la parcurgerea unor medii mai putin dense. In principiu, prezenta in structura solului a unor obiective de interes arheologic care prezinta densitati diferite de ale solului nederanjat, poate fi sesizata prin inducerea unei unde seismice de mica amvergura si prin masurarea diferitilor parametrii ai ei in locuri diferite ale potentialului obiectiv arheologic. Exista anumite aparate speciale care pot induce unde seismice de mica anvergura, dupa cum au existat si incercari de utilizare a lor in detectarea unor structuri arheologice.

Prin urmare, factorul fizic de care depinde aplicarea acestei metode este viteza de propagare a undelor elastice in contextele ped-geolologice. Materialele petrologice din care sunt alcatuite in general obiectivele arheologice (ziduri subterane, canale, fundatii etc., ce apar ca anomalii in propagarea acestor unde elestice) sunt considerate ca materiale cvasielastice, adica la eforturi mici se comporta ca materiale elastice, suferind mici deformari care se anuleaza odata cu incetarea efortului in timp ce la eforturi (presiuni) mari se comporta ca materiale plastice, suferind deformari permanente. Tocmai datorita acestui acestui comportament elastic, in anumite conditii, in cadrul prospectiilor seismometrice se apeleaza la legile teoriei elasticitatii, la parametri cu care se lucreaza pentru interpretarea datelor furnizate de aceasta prospectie. Enumerarea succinta a acestor parametrii de elesticitate este strict necesara iar arheologul trebuie sa tina cont de ei (dupa Ursut 1980, 313-314):

Coeficientul de elasticitate (Alfa), reprezinta raportul dintre alungirea (la tensiune) sau scurtarea (la compresiune)a unui volum de material fata de lungimea lui initiala, dupa directia aplicarii unei forte unitare.

Modulul de elasticitate "modului lui Joung" (E), este inversul coeficientului de elasticitate E = 1/ά;

Coeficientul contractiei transversale (β), reprezinta raportul dintre contractii (la tensiune) sau dilatare (la compresie) a suprafetei transversale pe directia fortei si suprafetei sectiunii initiale a volumului de material

Coeficientul lui Poisson (μ), este raportul dintre coeficientul de contractie transversala si coeficientul de elasticitate

Coeficientul de compresibilitate (k), reprezinta raportul dintre presiunea aplicata   si variatia relativa a volumului de material

Modul de compresiune sau factorul de incompresibilitate (K), reprezinta valoarea inversa a coeficientului de compresibilitate

Modulul de forfecare sau rigiditate (n), este raportul dintre presiunea la forfecare si alungirea relativa longitudinala in planul forfecarii

coeficientii lui Lam (λ) si (υ), rezulta din dezvoltarea matematica a teoriei elasticitatii

Cunoscand viteza de propagare a undelor elastice putem recunoaste parametrii elastici ai mediului. Avantajul acestei metode consta in faptul ca da valorile medii ale vitezelor de propagare pe pachete de roci (ziduri, drumuri antice) care se afla ingropate in pamant si care pot fi separate de mediul inconjurator. Viteza de propagare a undelor elastice difera de la o structura petrografica la alta. Factorii de care depinde viteza de propagare sunt: porozitatea rocilor, adancimea la care se afla in pamant, alterarea si continutul in apa. Astfel, viteza de propagare creste pe masura ce creste porozitatea si gradul de alterare (Ursut 1980, 314 - tot aici vezi si diferite viteze de propagare a undelor elastice calculate in diverse structuri cu vestigii arheologice de la castrul roman de la Turda-Potaissa).

Din pacate, costurile ridicate pe care le presupune un aparat care sa induca unda seismica dar si a aparatelor care inregistreaza parametrii de propagare a undei seismice, precum si rezultatele destul de modeste obtinute pana la ora actuala, fac ca aceasta metoda sa aiba, deocamdata, un camp de aplicabilitate destul de limitat.

Principalele componente ale aparaturii pentru prospectiile seimice sunt (dupa Ursut 1980, 315):

geofoni, dispozitive asezate pe sol intr-o anumita formatiune, care au rolul de a transforma undele elastice ce revin la suprafata solului in variatii de curent electric;

amplificatoare, ce au rolul de a amplifica curentul electric ce este perceput de geofoni si de a filtra frecventa, amplificand numai curentul electric generat de oscilatiile solului rezultat al undelor elasticelongitudinale de reflectie sau refractie

regulatorul de amplitudine, ce are rolul de a suprima amplificarea pentru o perioada scurta de timp, ce urmeaza imediat sosirii undelor ls suprafata

mixerul, are rolul de a selecta spatial inregistrarea impulsurilor pe seismograma;

galvanometrii, au rolul de a retransforma vibratiile de curent electric in vibratii mecanice.

Reteaua compusa din geofoni-amplificator-regulator de amplitudine-mixer-galvanometru formeaza canalul seismic.

Principalele activitati (operatiuni) realizate pentru o prospectie seismica sunt:

- producerea undelor elastice, prin declansarea unei explozii induse electric, prin lovirea pamantului cu un ciocan pneumatic special sau prin caderea libera a unei greutati de la o anumita inaltime. Important este inregistrarea momentului exploziei cu mare exactitate pentru a putea calcula intervalul de timp  care se scurge de la producerea undelor seismice (elastice) si revenirea lor la suprafata dupa ce au fost reflectate de vestigiile arheologice. In cadrul galvanometrilor se afla o camera speciala de inregistrare, in interiorul careia, pe o hartie fotografica, ce se roteste de pe un tambur pe altul, se inregistreaza undle elastice reflectate ce formeaza seismograma. Pe aceasta seismograma se inregistreaza si marcajele de timp printr-un dispozitiv special.

De regula, finetea aparatelor existente la ora actuala poate face posibila doar detectarea unor structuri de mari si foarte mari dimensiuni. Probabil ca intr-un viitor nu foarte indepartat, aparate cu o sensibilitate mult mai mare vor putea fi utilizate si in detectarea structurilor si contextelor arheologice de mai mici dimensiuni.