الوحدة 5 الاستكشاف الجيولوجي
Geological Exploration

أتأمّل الصّورة
تحتوي الصخور على خامات معدنية عديدة بأشكال متنوعة، منها: العُروق، والعدسات، وتُستخدَم طرق عدة لاستكشاف تلك الخامات. فما تلك الطرق؟ وكيف تُستخدَم؟
الإجابة:
- توجد طرق عدة تستخدم في استكشاف الخامات المعدنية وهي:
- طرق الاستكشاف الجيوفيزيائي
ومنها الكهربائية والمغناطيسية والزلزالية. - طرق الاستكشاف الجيوكيميائي
تستخدم في استكشاف الخامات المعدنية.
- تستخدم الخصائص الفيزيائية للخام في الاستكشاف الجيوفيزيائي حيث يتم تحديد الاختلاف بين تلك الخصائص الموجودة في الخام والخصائص الموجودة في الصخور المضيفة.
- أما في الاستكشاف الجيوكيميائي فيتم إجراء تحليل كيميائي للصخور في منطقة الدراسة لتعرف أية زيادة في تراكيز الخام المراد استكشافه نسبة للتراكيز الطبيعية الموجودة في الصخور، وتحديد أية شواذَّ جيوكيميائيةَ في المنطقة.
الفكرة العامّة:
تُستخدَم طرق عدّة في عمليات الاستكشاف الجيولوجي للصخور والخامات المعدنية التي
تحويها، منها: رسم الخرائط الجيولوجية، والمسوح الجيوفيزيائية، والمسوح الجيوكيميائية.
الدرس الأول: الخرائط الجيولوجية
الفكرة الرئيسة: تُستخدَم الخرائط الجيولوجية لتمثيل الطبقاتِ الصخرية والتراكيب الجيولوجية باستخدام رُموز خاصّة بذلك.
الدرس الثاني: طرائق الاستكشاف الجيولوجي
الفكرة الرئيسة: تحتوي صخور القشرة الأرضية على خامات معدِنية عدّة، وتُستخدَم طرائق
الاستكشاف الجيولوجي المختلفة في البحث عنها؛ لاستثمارها، والاستفادة منها.
تجربة استهلالاليّّة
رسم مقطع عرضي طبوغرافي
يُعرَّف المقطع العرضي الطبوغرافي Topographic Cross-Section بأنّه مقطع رأسي لجزء من سطح الأرض يوضّح شكلَ التضاريس فيها؛ من منخفضات وجبال ووديان وغيرها. فكيف يُرسَم المقطعُ العرضيُّ الطبوغرافي؟
المواد والأدوات: خريطة كُنتورية، ورقة رسم بياني، مسطرة مِترية، قلم.

خطوات العمل:
- أصِلُ بخطٍّ مستقيم بين النقطتين( A-B)على الخريطة الكُنتورية.
- أضع الطرف العُلوي لورقة الرسم البياني على امتداد الخط المستقيم (A-B)، بحيث تتطابق حافَتها العُلوية على الخط.
- أحدّد على ورقة الرسم البياني بداية الخط المستقيم ونهايته، ونقاط تقاطعِه مع خطوط الكُنتور، مع كتابة قيمة الارتفاع التي يمثله كل خطِّ كُنتور بجانب نقطة التقاطع التي حدّدتُها.
- أرسم على الطرف المقابل لقيم الارتفاعات التي أسقطتها على ورقة الرسم البياني محورَينِ متعامدَينِ يمثّل المحور الأفقي منهما المسافة الأفقية للخطّ المستقيم ( A-B)، ويمثّل المحور الرأسي الارتفاعاتِ عن سطح الأرض بوَحدة (m).
- أُسقِطُ قِيَم خطوط الكُنتور على ورقة الرسم البياني بحسب ما يقابلها من ارتفاعات على المحور الرأسي.
- أَصِل بينَ النقاط جميعِها من دون استخدام المسطرة؛ لتمثيل مقطع عرضي للمظاهر الطبوغرافية لسطح الأرض على امتداد الخط(A-B).

التحليل والاستنتاج:
1. أحدّد أعلى ارتفاع في المقطع العرضي وأقلَّ ارتفاع فيه.
الإجابة: أعلى ارتفاع = 900m
أقلَّ ارتفاع = 100m
2. أستنتِج المظاهر الطبوغرافية التي حصلتُ عليها.
الإجابة: جبل وهضبة بينهما وادي
3. أستنتج المظهرَ الطبوغرافي الذي سينتج إذا رسمتُ مقطعًا عرضيًّا لسطح الأرض على امتداد الخطّ المستقيم( C-D) الذي يُعامِد الخطَّ المستقيم (A-B).
الإجابة: المظهر الطبوغرافي الذي سيظهر هو منحدر يمتد من النقطة D باتجاه النقطة C، ثم منطقة منبسطة ثم وادي صغير ، كما في الرسم التالي:

الدرس 1
الخرائط الجيولوجية
G e o l o g i c a l M a p s
الفكرة الرئيسة:
تُستخدم الخرائط الجيولوجية لتمثيل الطبقاتِ الصخرية والتراكيب الجيولوجية باستخدام رُموز خاصّة بذلك.
نتاجات التعلّم:
- أقرأ خريطة جيولوجية لمنطقةٍ ما باستخدا مالرمو زومقيا سالرسم.
- أرسم مقطعًا جيولوجيًّا من الخريطة الجيولوجية تمثّل طبقات أفقية.
المفاهيم والمصطلحات:
الخريطة الكُنتورية Contour Map
الخريطة الطبوغرافية
Topographic Map
خط الكُنتور Contour Line
الفترة الكُنتورية Contour Interval
مقياس رسم Map Scale
الخريطة الجيولوجية Geological Map
المَيل Dip
اتجاه المَيل Dip Direction
المضرب Strike
أنواع الخرائط Types of Maps
تُعَدُّ الخرائط من الوسائل المهمّة التي نستطيع بها تمثيلَ العديد من المعالم والمظاهر الطبيعية مثل: التضاريس، وأنواع الصخور، والتراكيب الجيولوجية، وتوزّع الأمطار.وتسهّل الخرائط تفسير البيانات والمعلومات بدلً من كتابتها على شكل نصوص؛ لذا تُعدُّ مصدرًا مهمًّا للعديد من المعلومات التي يمكن توظيفها في مجالات متنوعة. وهي معروفة لدى الإنسان منذ القدم، إذ استخدمها البابليون والفراعنة واليونانيون وغيرهم. فمنها:الخرائط الكُنتورية، والخرائط الطبوغرافية، والخرائط الجيولوجية، والخرائط الجيوفيزيائية، والخرائط الجيوكيميائية.وتُعدّ معرفة الخرائط الكُنتورية والخرائط الطبوغرافية؛ مهمة في رسم الخرائط الجيولوجية.
الخرائط الكُنتورية والخرائط الطبوغرافية Contour and Topographic Maps
تُعرَّف الخريطة الكُنتورية Contour Map بأنها خريطة توضّح تضاريسَ سطح الأرض في صور مجسِّمةٍ عن طريق استخدام عدد من الخطوط تسمى خطوطَ الكُنتور. أنظر الشكل(1). وعند إضافة المظاهر الطبيعية والبشرية على الخريطة تصبح خريطة طبوغرافية.
الشكل(1): خريطة كُنتورية تمثّل الارتفاع عن سطح الأرض.
أحدّد أعلى قيمة وأقلَّ قيمة لخطوط الكُنتور.الإجابة: أعلى قيمة لخط كنتور= 900m
أقلَّ قيمة لخط كنتور= 400m
وللخرائط الكُنتورية والطبوغرافية عناصر عدّة، منها:
خط الكنتور Contour Line: يعرّف الخطُّ الوهميُّ الذي يصل بين مجموعة من النقاط ذات القيم المتساوية في الارتفاع، بخط الكُنتور Contour Line. وتمتاز خطوط الكُنتور في الخرائط المتنوعة بأنها لا تتقاطع مع بعضها البعض، وهي تمثّل في الخرائط الطبوغرافية قِيَمًا متساوية في الارتفاع نسبةً إلى سطح البحر، فتكون القِيَم سالبة إذا انخفض منسوب خطّ الكُنتور عن سطح البحر، وتكون موجبة إذا ارتفع منسوب خطّ الكُنتور عن سطح البحر.
الفترة الكُنتورية Contour Interval: تسمّى المسافةُ الرأسيّةُ بين أي خطَّينِ كُنتوريّينِ متتاليَينِ الفترةَ الكُنتوريةَ Contour Interval، وهي ثابتة في الخريطة الواحدة، وتختلف من خريطة إلى أُخرى بحسب الغرض من الخريطة.
3. مقياس الرسم Map Scale : تحتاج الخرائط بأنواعها المتعددة إلى مقياس رسم Map Scale، ويُعرَّف بأنه النسبة الثابتة بين طول بُعدَينِ أحدُهما حقيقي على سطح الأرض والآخَر على الخريطة.ويمكن التعبير عن مقياس الرسم بطرائق متعددة، فمنه:المقياس الكتابي، والمقياس الكسري، والمقياس النِّسبي، ومقياس الرسم البياني (الخطّي)، أنظر الشكل (2).
الشكل (2): يُعبَّر عن مقياس الرسم بطرائق متعددة، فمنه: الكتابي، والكسري، والنِّسبي، والبياني (الخطّي).
الربط بالتكنولوجيا
تُحدَّد النقاط التي تمثّل خطوط الكُنتور وتُرصَد باستخدام نظام الموقع العالمي،Global Positioning System (GPS). وهو نظام يعتمد على استخدام الأقمار الصناعية في تحديد تلك المواقع، ويقوم مبدأ عمل هذا النظام على بث إشارات من الأقمار الصناعية على شكل موجات الميكروويف(موجات كهرمغناطيسية أطوالها الموجية تقع بين الأطوال الموجية لكل من الموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء)، وتستلم أجهزة الاستقبال تلك الإشارات، ثم ترسلها مرة أخرى إلى الأقمار الصناعية، ومن معرفة زمن استقبال الإشارة وإرسالها يُحدَّد بُعدُ أجهزة الاستقبال. وتُستخدَم ثلاثة أقمار صناعية على الأقل في تحديد موقع جهاز الاستقبال بدقّة .
الخرائط الجيولوجية Geological Maps
تُعرَّف الخريطة الجيولوجية Geological Mapsبأنها خريطة كُنتورية أو طبوغرافية يمثّل عليها الجيولوجيون البيانات الجيولوجية؛ لإظهار المعالم والمظاهر الجيولوجية المتنوعة، مثل:أنواع الصخور المختلفة، ومَيل الطبقات، والتراكيب الجيولوجية. ويستخدم الجيولوجيون البيانات الموضَّحةَ على الخريطة الجيولوجية في استنتاج نوع الصخور والطبقات الموجودة أسفل سطح الأرض.تُمثَّل الطبقات الصخرية المختلفة على الخريطة الجيولوجية اعتمادًا على زاوية مَيلِها واتجاه المَيل والمضرب، حيث تكون الطبقات الأفقية موازيةً لخطوط الكُنتور، أمّا الطبقات المائلة والرأسية فتتقاطع حدودها مع خطوط الكُنتور بحسب زوايا مَيلها.
وللخريطة الجيولوجية عناصر رئيسة مثلما في باقي الخرائط، إذ يجب أن تحتوي على: العنوان الذي يوضّح الغرض من رسمها، ومقياس الرسم، ودليل الخريطة.وتُستخدم في الخرائط الجيولوجية رموز خاصة بأنواع الصخور والتراكيب الجيولوجية ووضعية الطبقات فيها، ويمكن أيضًا استخدام ألوان خاصة بكل نوع من الصخور، أو دمج الألوان مع الرموز، أنظر الشكل (3) الذي يوضّح بعض الرموز المستَخدمة في الخرائط الجيولوجية.
الشكل (3): الرموز المستخدَمة في الخرائط الجيولوجية.
(A) رموز تمثّل أنواعًا مختلفة من الصخور.
نوع الصخر رمز الصخر الصخر الرملي.
صخر الغضار.
الصخر الطيني.
صخر الكونغلوميريت.
صخر البريشيا.
الصخر الجيري.
صخر الدولوميت.
الفحم الحجري.
الرماد البركاني.
صخر الغرانيت.
صخر الشيست.
(B)رموز تمثّل تراكيب جيولوجية ووضعية الطبقات فيها.
الوصف الرمز المضرب والمَيل واتجاه المَيل في الطبقات المائلة.
المضرب والمَيل واتجاه المَيل في الطبقات الأفقية.
المضرب والمَيل واتجاه المَيل في الطبقات الرأسية.
طيّة مقعرة.
طيّة محدبة.
أُفكِّرُ
ما العَلاقة بين تقارب الخطوط الكُنتورية وبين طبيعة التضاريس من حيث شدةُ الانحدار؟
الإجابة: يدل تقارب خطوط الكنتور في الخرائط الكُنتورية على وجود انحدار في سطح الأرض، وكلما زاد التقارب بين خطوط الكنتور زادت شدة الانحدار.
أتحقّق:
أوضح مفهوم الخريطة الجيولوجية.
الإجابة:
الخريطة الجيولوجية: خريطة كُنتورية أو طبوغرافية يمثّل الجيولوجيون عليها المعطيات الجيولوجية؛ لإظهار المعالم الجيولوجية المتنوعة، مثل:
- أنواع الصخور .
- مَيل الطبقات.
- التراكيب الجيولوجية.
المَيل والمضرب واتجاه المَيل Dip, Strike and Dip Direction
تعلمتُ سابقًا أن الطبقات الرسوبية في الطبيعة تتكوّن بصورة أفقية، ولكنها إذا تعرضت إلى إجهادات مختلفة فإنها تتشوَّه، فقد تميل، أو تنثني، أو تتصدّع، ولتعرّف وضعية الطبقات في الطبيعة بشكل عام تُحدَّد ثلاثة متغيرات لها وهي:
- المَيل.
- المضرب.
- اتجاه المَيل.
وتُستخدَم البوصلة الجيولوجية لقياس هذه المتغيرات، أنظر الشكل (4).

الشكل(4): البوصلة الجيولوجية المستخدَمة في تحديد وضعية الطبقات الصخرية.
يُعرَّف الميل Dip بأنّه أكبر زاوية يصنعها سطح الطبقة العُلوي مع المستوى الأفقي، وتُعَدُّ الطبقة مائلة إذا كانت الزاوية أقلَّ من 90o وأكثرَ من 0o . ويُسمّى الاتجاهُ الجغرافيُّ لمَيل الطبقة اتجاهَ المَيل Dip Direction، أما المضرب Strikeفهو الخطّ الناتج من تقاطع سطح الطبقة المائلة مع المستوى الأفقي، وهو يمثّل امتداد الطبقة، ويتعامد دائمًا مع اتجاه المَيل، وتُحدَّد قيمته بانحرافه عن الشمال الجغرافي مع اتجاه عقارب الساعة. أنظر الشكل (5).
الشكل ( 5): يُستخدَم كلّ من المَيل واتجاه المَيل والمضرب في تحديد وضعية الطبقات.
أحدّد: ما العَلاقة بين المضرب واتجاه المَيل؟الإجابة: يتعامد المضرب دائمًا مع اتجاه المَيل.
أُفكِّرُ
ما قيمة المَيل لكل من: الطبقة الأفقية، والطبقة الرأسية؟
الإجابة:
| الطبقة | قيمة المَيل |
| الأفقية | 0o |
| الرأسية | 90o |
يُحدّد الجيولوجيون كلا من المَيل واتجاه المَيل والمضرب للطبقات ويمثّلونها على الخرائط الجيولوجية باستخدام رموز معينة، أنظر الشكل( 6)، الذي يمثّل رموز: المضرب، والمَيل، واتجاه المَيل، إذ يشير الخطّ الطويل إلى اتجاه المضرب، والخطّ القصير إلى اتجاه المَيل، أمّا الرقم المجاور للخط القصير فيشير إلى المَيل.
ألاحظ في الشكل أنّ لمضرب الطبقة قيمتين تمثّلان اتجاهَينِ هما: 45o شمال شرق، و 225o جنوب غرب؛ أمّا الميل فيساوي 30o باتجاه الجنوب الشرقي. وغالبًا ما يُحدّد الجيولوجيون اتجاهًا واحدًا فقط للمضرب، وعادة تكون القراءةُ الأصغرُ.

الشكل (6): الرمز المستخدَم لتمثيل قيمة كلّ من الميل واتجاه الميل والمضرب للطبقات على الخرائط الجيولوجية.
أستنتج: هل توجد عَلاقة بين المَيل واتجاه الميل؟
الإجابة: لا توجد علاقة بين المَيل واتجاه المَيل.
أتحقّق: أحدّد: ما اتجاه مضرب طبقة ما إذا كانت قيمة زاوية المضرب المقيسة باستخدام البوصلة الجيولوجية تساوي (0o)؟
الإجابة: إذا تم قياس زاوية المضرب فوجد أن قيمتها تساوي 0o فهذا يدل على أن اتجاه المضرب نحو الشمال، والإتجاه الآخر للمضرب نحو الجنوب.
مثال
يمثّل الشكل الآتي مضربَ إحدى الطبقات ومَيلَها واتجاهَ مَيلها. فإذا علمتُ أن قيمة اتجاه المَيل تساوي (135o) فأجد:

1. قيمة مضرب الطبقة.
2. الاتجاه الجغرافي لمضرب الطبقة.
3. قيمة مَيل الطبقة.
4. اتجاه مَيل الطبقة.
الحل:
1. لأن قيمة اتجاه الميل تساوي 135o فإن:
قيمة المضرب الصغرى تساوي:
135o – 90o = 45o
وقيمة المضرب الكبرى تساوي:
135o + 90o = 225o
2. الاتجاه الأول للمضرب: شمال شرق،
أمّا الاتجاه الثاني له فهو: جنوب غرب.
3. مَيل الطبقة يساوي 30o
4. اتجاه مَيل الطبقة : جنوب شرق.
تمرين
إذا علمتُ أن قيمةَ المضرب لطبقة من الصخر الجيري تساوي 25o، وقيمةَ مَيل الطبقة تساوي 55o باتجاه شمال غرب. فأجد: قيمة المضرب الأخرى، وقيمة اتجاه المَيل، ثم أرسم رمز المضرب والمَيل واتجاه المَيل.
الحل:
- بما أن زاوية المضرب الأولى تساوي 25o فإن الزاوية الأخرى للمضرب تساوي:
25o + 180o = 205o
- بما أن اتجاه الميل دائمًا عمودي على المضرب فإن قيمة اتجاه المَيل تساوي:
205o + 90o = 295o
- رمز المضرب والمَيل واتجاه المَيل.

ولتعرّف خصائص الخرائط الجيولوجية أنفّذ النشاط الآتي:
نشاطٌ
خصائص الخرائط الجيولوجية
يستخدم الجيولوجيون الخرائطَ الجيولوجيةَ لدراسةِ المناطق المتعددة وتعرُّفِ خصائصها الجيولوجية، مثل: أنواع الصخور، ووضعية الطبقات (مَيلها)، والتراكيب الجيولوجية، ويمثّل الشكل الآتي إحدى هذه الخرائط. أدرس الشكل، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه:

دليل الخريطة:
صخر الغضار
الصخر الجيري
الصخر الطيني
الصخر الرملي 
صخر الصوان 
التحليل والاستنتاج:
1. أحدّد نوع مقياس الرسم في الخريطة الجيولوجية.
الإجابة: مقياس رسم بياني أو (خطّي).
2. أستنتج اتجاه المَيل والمضرب لطبقة الصخر الرملي.
الإجابة:
- اتجاه المَيل: غرب، والمضرب شمال ( 0o) – جنوب (180o).
3. أحدّد أعلى قيمة وأقلّ قيمة لارتفاع الصخور المتكشفة في الشكل.
الإجابة: أعلى قيمة لارتفاع الصخور المتكشفة = 800m
أقلَّ قيمة لارتفاع الصخور المتكشفة= 200m
4. أستنتج: أفترض أن مقطعًا عرضيًّا رُسِم بين النقطتين (A, B)، ما الشكل الطبوغرافي الذي سيظهر اعتمادًا على قيم خطوط الكنتور؟
الإجابة: الشكل الطبوغرافي يمثّل واديًا، كما في الشكل التالي:

5. أفسر: هل الطبقات الظاهرة في الخريطة أفقية أم مائلة؟ لماذا؟
الإجابة: أستنتج أن الطبقات مائلة، وذلك لأن سطح الطبقات يتقاطع مع خطوط الكنتور، وكذلك من زاوية الميل التي تساوي 25o.
المقطع العرضي الجيولوجيGeological Cross Section
يُعرَّف المقطع العرضي الجيولوجي بأنّه مقطع رأسي لصخور منطقةٍ ما يوضِّح ترتيبَ الطبقات المتكشفة على سطح الأرض أو تحت سطح الأرض وشكلَها كما تمثّله الخريطة الجيولوجية.وقد تعلمتُ أنه يوجد نوعان من الخرائط الجيولوجية، أحدهما خرائط تمثّل طبقاتٍ أفقيةً تكون الطبقات فيها موازية لخطوط الكُنتور، أنظر الشكل (7).وتُمثَّل الطبقات الأفقية في المقطع الجيولوجي برسم خطوط أفقية متوازية، مع الأخذ في الحسبان سُمك كل طبقة وعلاقتها بخطوط الكُنتور، والأخرى خرائط تمثّل طبقات مائلة تتقاطع فيها حدود الطبقات مع خطوط الكُنتور بزوايا مختلفة، أنظر الشكل( 8).

الشكل ( 7): خريطة جيولوجية تمثّل طبقات أفقية.
أستنتج العَلاقة بين خطوط الكُنتور وسطوح الطبقات الأفقية الظاهرة في الخريطة.
الإجابة: أستنتج أن خطوط الكُنتور توازي سطوح الطبقات الأفقية في الخرائط الجيولوجية.

الشكل(8): تتقاطع حدود الطبقات مع خطوط الكُنتور في الخرائط الجيولوجية التي تمثّل طبقات مائلة.
أتحقّق: أحدّد العَلاقة بينَ خطوط الكُنتور وبينَ حدود الطبقات المائلة في الخرائط الجيولوجية.
الإجابة: تتقاطع خطوط الكنتور مع سطوح الطبقات المائلة في الخرائط الجيولوجية.
ولتعرّف كيفية رسم مقطع جيولوجي يمثّل طبقات أفقية أنفّذ التجربة الآتيَة:
التّّجربة 1
مقطع جيولوجي لطبقات أفقية
الموادّ والأدوات: خريطة جيولوجية، مسطرة، ورق رسم بياني.

دليل الخريطة:
الصخر الجيري
الصخر الرملي
صخر الكونغلوميريت
صخر الغضار
سطح طبقة
خطوات العمل:
1. أدرس الخريطة الجيولوجية التي تمثّل طبقاتٍ أفقيةً موازيةً لخطوط الكُنتور.
2. أرسم مقطعًا عرضيًّا يوضح المظاهر الطبوغرافية بينَ النقطتَينِ (X -Y) على الخريطة مثلما نفّذتُه في التجربة الاستهلالية.
3. أضع الطرَف العُلوي لورقة الرسم البياني على امتداد الخط المستقيم، وأحدّد نقاط تقاطع حدود الطبقات الصخرية المتكشفة الظاهرة في الخريطة الجيولوجية، ثم أنقل مواقع النقاط على الخط الطبوغرافي الذي يمثّل سطح الأرض.
4. أرسم الطبقات الأفقية، وذلك برسم خطّ أفقي على امتداد النقاط المحدَّدة يمثّل سطحَ كل طبقة من الطبقات بحسب ارتفاعها، باستعمال المسطرة.
5. أضع رموز كل طبقة كما في دليل الخريطة الموجود أسفلها.

التحليل والاستنتاج:
1. أحدّد أحدثَ الطبقات وأقدمَها في المقطع العرضي.
الإجابة: أحدثَ الطبقات (طبقات الصخر الرملي).
أقدم الطبقات (طبقات صخر الغضار).
2. أستنتِج العَلاقة بينَ خطوط الكُنتور وبينَ سطوح الطبقات.
الإجابة: متوازية بعضها مع بعض (سطوح الطبقات الأفقية توازي خطوط الكنتور، أو تنطبق عليها).
3. أحسُب سُمك طبقة الصخر الجيري في المقطع العرضي للخطّ المستقيم (X-Y).
الإجابة: سُمك طبقة الصخر الجيري يساوي 100m
ألاحظ بعد تنفيذي للتجربة أنّ رسم الطبقات الأفقية في المقطع العرضي الجيولوجي تم برسم خطوط أفقية متوازية، مع الأخذ في الحسبان سُمكَ كل طبقة وعلاقتَها بخطوط الكُنتور.
_1666160847.jpg)

















