บทบาทการสำรวจธรณีฟิสิกส์ของกรมทรัพยากรธรณี

การสำรวจธรณีฟิสิกส์ มี 3 ส่วนทีสำคัญ ได้แก่ เครื่องมือสำรวจ การประมวลผล และการแสดงผล ซึ่งจะพัฒนาตามเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น การพัฒนาคอมพิวเตอร์ และ การพัฒนาระบบนำทางด้วยดาวเทียม

ยุคแรก ๆ ของการสำรวจธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ใช้ในการสำรวจแหล่งแร่ โดยที่บริเวณที่เป็นแหล่งแร่จะมีคุณสมบัติทางฟิสิกส์แตกต่างจากบริเวณรอบข้างอย่างชัดเจน เช่น การสำรวจแหล่งแร่เหล็ก เครื่องมือสำรวจเป็นลักษณะมือหมุน อ่านค่า และจดบันทึก ในขณะที่การแสดงผลก็เป็นไปในรูปแบบกราฟ หรือ เส้นชั้นความสูง ในขณะที่เครื่องมือในปัจจุบัน สามารถเป็นปุ่มกด มีหน้าจอให้อ่าน มีการบันทึกข้อมูลลงเครื่อง และการประมวลผลคอมพิวเตอร์ก็ทำได้รวดเร็วยิ่งขึ้น แสดงเป็นสีให้เห็นความแตกต่างอย่างชัดเจน ส่วนการกำหนดพิกัดตำแหน่ง นั้นก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว มีความถูกต้องแม่นยำสูง ทำให้สามารถเข้าถึงพื้นที่เป้าหมายในการสำรวจได้อย่างรวดเร็ว

ข้อมูลการสำรวจธรณีฟิสิกส์ทางอากาศก็เช่นกัน มีการจัดเก็บในรูปแบบเทปแม่เหล็ก ซึ่งใช้เนื้อที่ในการเก็บมาก และในการประมวลผลขนาดใหญ่ต้องประมวลผลบนเครื่อง unix ถ้าทำบนเครื่อง PC ประมวลผลได้เพียงแผนที่มาตราส่วน 1:50,000 ไม่เกิน 8 sheet ในปัจจุบันนี้สามารถแสดงผลได้ทั้งประเทศ และสามารถแปลความหมายข้อมูลจากหน้าจอคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง

เครื่อง GPS เป็นรุ่น ที่กรมทรัพยากรธรณี นำมาใช้ในการปฏิบัติงานอย่างแพร่หลาย

ยี่ห้อ Magellan รุ่น NAV 5000 ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 0.85 กิโลกรัม

มีความถูกต้องในการวัด 15 เมตร สามารถบันทึกตำแหน่งในเครื่องได้ 100 ค่า

ในการวัดต้องใช้เวลาในการวัด ณ ตำแหน่งที่ต้องการมากกว่า 15 นาที

เมื่อมีการเคลื่อนย้ายไปจากตำแหน่งที่ห่าง จากตำแหน่งที่วัดก่อนหน้ามาก

อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์จากซ้าย-ขวา ได้แก่เทปแม่เหล็ก ซิปไดร์ฟ ซีดี/ดีวีดี Remove hard disk และ handy drive
ซึ่งเทปแม่เหล็ก และซิปไดร์ฟ ไม่มีใช้ในปัจจุบัน

ธรณีฟิสิกส์ยุคแรก

ถ้าจะย้อนกลับไปเล่าถึงธรณีฟิสิกส์ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ ก็จะนานเกินไป อย่างไรก็ตามจุดเริ่มต้นที่ทำให้การบินสำรวจความเข้มสนามแม่เหล็กแพร่หลายนั้นเกิดขึ้นในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 โดยนักวิจัยชื่อ Victor Vacquier และทีมงาน ของบริษัท Gulf Research and Development ที่พัฒนาการวัดความเข้มสนามแม่เหล็กทางอากาศเพื่อหาตำแหน่งเรือดำน้ำ

สำหรับในประเทศไทย ได้มีการบินสำรวจความเข้มสนามแม่เหล็กครั้งแรกใน ปี พ.ศ. 2497 โดยบริษัท Hunting Geophysics Ltd. “โครงการสำรวจกระแสแม่เหล็กทางอากาศบริเวณลุ่มน้ำเจ้าพระยา และมีการบินสำรวจอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี พ.ศ.2501-พ.ศ.2512

ในปี พ.ศ. 2523 ได้มีการการบินสำรวจความเข้มสนามแม่เหล็ก และความเข้มกัมมันตรังสีบริเวณภาคตะวันออกของประเทศไทย โดยบริษัท Sander Geophysics Limited

สำหรับการสำรวจธรณีฟิสิกส์ที่มีบันทึกเก่าแก่ที่สุดในกรมทรัพยากรธรณี เป็นการสำรวจความเข้มสนามแม่เหล็กภาคพื้นดิน ในปี พ.ศ.2484 โดยกรมโลหกิจได้ร่วมมือกับบริษัทปูนซีเมนต์ไทย ในการสำรวจแหล่งแร่เหล็กเขาทับความโดยใช้เครื่องมือวัดความเข้มสนามแม่เหล็ก ชนิด Tiberg Balance

เครื่องวัดความเข้มสนามแม่เหล็ก Tiberg Balanc
(https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co54375/thalen-tiberg-magnetometer)

ในปี พ.ศ. 2501 นั้นมีการจัดตั้งแผนกเศรษฐธรณีวิทยา ขึ้นมาภายใต้กองธรณีวิทยา และมีดำเนินการสำรวจการสำรวจคลื่นไหวสะเทือน บริเวณ ต.คุ้งลาน อ.บางปะอิน จ.พระนครศรีอยุธยา และ สำรวจวัดความดึงดูดของโลก บริเวณที่ราบลุ่มชายเลน จ.สมุทรสาคร และ จ.สมุทรปรากร และมีการสำรวจธรณีฟิสิกส์ต่าง ๆ ต่อเนืองมาจนถึงปัจจุบัน

ธรณีฟิสิกส์ยุคกลาง

เป็นช่วงที่มีการบินสำรวจธรณีฟิสิกส์ทางอกาศทั่วประเทศ ระหว่างปี พ.ศ. 2527-2533 ซึ่ง กรมทรัพยากรธรณีได้ว่าจ้างบริษัท Kenting Earth Sciences International Ltd. เป็นผู้ดำเนินการ โดยในการบินสำรวจครั้งนี้ ได้บินสำรวจความเข้มสนามแม่เหล็ก ความเข้มกัมมันตรังสี และการวัดสำรวจวัดค่าความเข้มสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ภายใต้โครงการพัฒนาทรัพยากรธรณี แยกมาบริหารจัดการต่างหาก

โครงการทรัพยากรพัฒนาทรัพยากรธรณี นั้นมุ่งเน้นในการกำหนดพื้นที่ศักยภาพแร่ แบ่งเป็น 3 ระยะ

ธรณีฟิสิกส์ยุคใหม่

หลังปฏิรูประบบราชการใน ปี พ.ศ. 2545 ได้เกิดเหตุการณ์ที่ไม่มีใครคาดคิด เนื่องจาก แผ่นดินไหวที่มีจุดศูนย์กลางบริเวณเกาะสุมาตรา ที่วามรุนแรงของแผ่นดินไหวอยู่ระหว่างแมกนิจูด 9.1 ถึง 9.3 ตามมาตราโมเมนต์ เกิดขึ้นใต้น้ำ ได้ก่อให้เกิดคลื่นน้ำขนาดใหญ่ ที่เรียกว่า ‘สึนามิ’ (TSUNAMI) หรือคลื่นอ่าวเรือ หรือคลื่นชายฝั่ง ซึ่งประเทศไทยมีผู้ บาดเจ็บ จำนวนทั้งหมด 5,309 คน ผู้สูญหายจำนวนทั้งหมด 3,370 คน แผ่นดินไหวครั้งนี้ ทำให้ประชาชนในหลายพื้นที่รู้สึกได้จึงได้มีความคำนึงถึงโครงสร้างที่รองรับแผ่นดินไหวและเร่งพื้นที่ ที่อาจได้รับผลกระทบโดยเฉพาะบริเวณที่ใกล้แนวรอยเลื่อนมีพลัง นอกจากนี้ในช่วงเวลานั้น มีหลุมยุบเกิดขึ้นในหลายพื้นที่ภาคใต้

ระหว่างปี พ.ศ.2548-2549 ได้ดำเนินการสำรวจสภาพต้านทานไฟฟ้าภาคตัดขวางพื้นที่ตามแนว รอยเลื่อนแม่ฮ่องสอน – เมย จังหวัดแม่ฮ่องสอน ตาก กำแพงเพชร รวม 11 พื้นที่ และ แนวรอยเลื่อนระนอง 10 พื้นที่

ในการสำรวจวัดสภาพต้านทานไฟฟ้า ในช่วงนี้ เครื่องมือสำรวจนั้นเป็นเครื่องมือที่มีความทันสมัยมากขึ้น สามารถรับคำสั่งดำเนินการได้ลักษณะเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ ทำให้การสำรวจเป็นไปได้อย่างรวดเร็วมากยิ่งขึ้น

รูปภาพของกรมทรัพยากรธรณี — ตัวอย่างผลการสำรวจวัดสภาพต้านทาน (ก) ภาพตัดขวางของผลการสำรวจวัดค่าความต้านไฟฟ้าปรากฎ (ข) การประมวลผลในรูปแบบของภาพจำลอง แสดงตำแหน่งแนวรอยเลื่อน พื้นที่ขุนยวม จังหวัดแม่ฮ่องสอน

การสำรวจหลุมยุบ

ในปี พ.ศ. 2248 ได้มีการ สำรวจพื้นที่หลุมยุบ ระหว่างเดือนกุมภาพันธ์ ถึง เดือนพฤษภาคม จำนวนน 42 พื้นที่ พร้อมทั้งได้ทำสำรวจธรณีฟิสิกส์และเจาะสำรวจในพื้นที่เสี่ยงภัยเนื่องจากแผ่นดินยุบในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวและคลื่นยักษ์ (สินามิ) ได้จัดจำแนกความเสียงและแจ้งให้เจ้าของพื้นที่ได้แก้ไขปัญหาต่อไป

การสำรวจแหล่งแร่

การสำรวจธรณีฟิสิกส์เพื่อสำรวจหาแหล่งแร่นั้น ได้ดำเนินการอย่างต่อเนื่องร่วมกับกองทรัพยากรแร่ ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดแร่นั้น ๆ ว่าจะเลือกใช้ธรณีฟิสิกส์วิธีการใน ในทีนี้ของยกตัวอย่างการสำรวจแหล่งแร่ควอตซ์

ความต้องการใช้ทรัพยารแร่ นั้นเป็นไปตามความต้องการของการใช้แร่เองนั้นเปลี่ยนไปตามเทคโนโลยีเช่นกัน อย่างเช่นในอดีต ควอตซ์ ที่พบในแหล่งแร่นั้นเป็นกากแร่ แต่ในปัจจุบันควอตซ์มีความต้องการ ในการทำไปใช้เป็นส่วนประกอบในเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์

การสำรวจแหล่งแร่ควอตซ์ ได้ใช้การสำรวจธรณีฟิสิกส์ การวัดสภาพต้านทานไฟฟ้าแบบภาพตัดขวาง โดยสายแร่ควอตซ์นั้นมีความต้านทานสูงแตกต่างจากพื้นที่รอบข้างอย่างชัดเจน

การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วง (gravity) ในประเทศไทย

การวัดค่าความโน้มถ่วง ดำเนินการโดยกรมทรัพยากรธรณี มีการดำเนินการต่อเนื่องระหว่างปี พ.ศ. 2537-2545 บริเวณพื้นที่ภาคกลางตอนล่าง ปี พ.ศ. 2547 บริเวณแอ่งสกลนคร เพื่อศึกษาปัจจัยการเกิดพื้นที่ดินเค็ม ปี พ.ศ. 2551-2552 บริเวณกรุงเทพมหานคร และ ปริมณฑล ปี พ.ศ. 2553 ครอบคลุมพื้นที่บ้านไฮหย่อง จังหวัดสกลนคร

การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงของโลก โดยจัดทำเป็นโครงการสำรวจจัดทำแผนที่ธรณีวิทยาใต้ดินเพื่อสนับสนุนข้อมูลการก่อสร้างโครงการขนาดใหญ่ ได้มีการวางแผนการสำรวจให้ครอบคลุมทั่วประเทศ ตั้งแต่ ปี พ.ศ 2554-2562 โครงการนี้หยุดการดำเนินงาน ในปี 2559 ทำให้ได้ข้อมูลวัดค่าความโน้มถ่วงของโลกที่ยังไม่ครอบคลุมทั้งประเทศ อย่างไรก็ตามในปีงบประมาณ พ.ศ.2560-2561 ยังมีการดำเนินงานสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงของโลกโดยมีวัตถุประสงค์ ในการกำหนดตำแหน่งหลุมเจาะในการสำรวจแหล่งแร่โพแทซ

การสำรวจความเร็วคลื่นเฉือนของชั้นดิน ด้วยวิธีการ MASW ในประเทศไทย

การสำรวจความเร็วคลื่นเฉือนของชั้นดิน ด้วยวิธีการ MASW ดำเนินการภายใต้กิจกรรมการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวในประเทศไทย โครงการลดผลกระทบด้านธรณีวิทยาสิ่งแวดแล้อมและธรณีพิบัติภัย ประจาปี ปีงบประมาณ 2560 โครงการนี้ดาเนินการโดยสานักธรณีวิทยาสิ่งแวดล้อม การสำรวจความเร็วคลื่นเฉือนของชั้นดินด้วยวิธีการ MASW นั้นดาเนินการสำรวจโดยกองเทคโนโลยีธรณี

การสำรวจ MASW เริ่มต้นเมื่อ ต้นทศวรรษที่ 1980 โดย Nazarian et al. (1983) ได้นาการวิเคราะห์สเปคตรัมมาใช้กับการวิเคราะห์คลื่นผิวดิน ที่เรียกว่าการวิเคราะห์สเปคตรัมของคลื่นผิวดิน (spectral analysis of surface wave, SASW) ซึ่งได้รับความนิยมเป็นอย่างมากเนื่องจากมีความง่าย และมีความรวดเร็วของการสำรวจ และยังได้มีการนาไปใช้ในงานทางวิศวกรรมอยู่หลายโครงการ (Stokoe et al., 1994) แต่วิธีการสำรวจนี้จะใช้ตัวรับสัญญาณ (geophone) เพียง 2 ตัวเท่านั้น และมีการปรับเปลี่ยนระยะห่างระหว่างตัวรับสัญญาณ และระยะห่างของตัวกาเนิดสัญญาณกับตัวรับสัญญาณบ่อยครั้ง เพื่อให้ได้ความลึกที่ออกแบบไว้ และต้องมีการทาการทดสอบซ้าจึงจาเป็นต้องใช้เวลาและแรงงานมากขึ้นในการสำรวจ ดังนั้นการสำรวจและวิเคราะห์ด้วยวิธี MASW ซึ่งไม่ต้องมีการปรับเปลี่ยน ระยะห่างระหว่างตัวรับสัญญาณจึงทาให้สามารถเก็บข้อมูลเพื่อนาไปประมวลผลได้เร็วยิ่งขึ้นจึงถูกคิดค้นขึ้นมาเพื่อใช้แทนวิธีเดิม นอกจากนี้สัญญาณที่ได้จากการสำรวจแบบ MASW ยังแสดงให้ เห็นลักษณะของคลื่นตัวกลางและคลื่นผิวดินที่เดินทางมาถึงตัวรับสัญญาณอย่างชัดเจน จากการ บันทึกแบบหลายช่องสัญญาณ ส่งผลให้ข้อมูลที่ได้จากการประมวลผลมีความถูกต้องมากขึ้น

โดยปกติเมื่อเกิดแผ่นดินไหว ชั้นตะกอนที่ไม่แข็งตัวจะมีคุณสมบัติทางพลศาสตร์ในการขยายแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวให้มีความแรงมากขึ้น โดยอัตราการขยายตัวของคลื่นนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดและความหนาของชั้นตะกอน และสามารถคานวณได้จากค่าความเร็วคลื่นเฉือน

การสำรวจธรณีฟิสิกส์เพื่อหาค่าความเร็วคลื่นเฉือนมีหลายวิธี เช่น วิธีวิเคราะห์คลื่นผิวแบบหลายช่องสัญญาณ (Multi-Chanel Analysis of Surface Wave) วิธีวัดจากหลุมเจาะสำรวจ (Downhole Seismic Methods) ในการสำรวจครั้งนี้เลือกใช้วิธีวิเคราะห์คลื่นผิวแบบหลายช่องสัญญาณ เนื่องจากเป็นวิธีที่ใช้เวลาในการสำรวจได้รวดเร็ว ไม่รบกวนสภาพแวดล้อมของพื้นที่ และเป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายไม่สูงเมื่อเทียบกับการสำรวจด้วยวิธีอื่นๆ การสำรวจหาค่าการขยายคลื่นเนื่องจากสภาพดินในแต่ละพื้นที่ด้วยการวัดความเร็วคลื่นเฉือนของชั้นดินความลึก 30 เมตร (Vs30) มีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่าอัตราการขยายคลื่นแผ่นดินไหว อันเป็นลักษณะของชั้นดินตามเกณฑ์ National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP site classification) ซึ่งทาให้สามารถประเมินระดับความรุนแรงของภัยแผ่นดินไหวในพื้นที่ชุมชนเมืองต่าง ๆ ได้

การสำรวจ MASW ในประเทศไทย โดยกรมทรัพยากรธรณี ได้เริ่มดำเนินการสำรวจเพื่อประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวระดับภูมิภาค โดยมีระยะห่างแต่ละจุด ประมาณ 100 กิโลเมตร ในช่วงปีงบประมาณ 2554-2556 โดยเริ่มสำรวจบริเวณภาคเหนือ และภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ปีงบประมาณ 2555 ดำเนินการสำรวจพื้นที่ภาคกลางและตะวันตก ปีงบประมาณ 2556 ดาเนินการสำรวจ พื้นที่ภาคใต้ ตั้งแต่ปีงบประมาณ 2557 เป็นต้นมา ได้เริ่มสำรวจเพื่อประเมินภัยพิบัติระดับจังหวัด โดยในปีงบประมาณ 2557 สำรวจพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่ เชียงรายและลำพูน ปีงบประมาณ 2558 พื้นที่จังหวัดกาญจนบุรี ตาก และแม่ฮ่องสอน ปีงบประมาณ 2559 ทำการสำรวจพื้นที่จังหวัดระนอง พังงา และภูเก็ต ซึ่งในปีนี้ได้ทำการทดสอบในพื้นที่ เชียงใหม่ลำพูน เพื่อปรียบเทียบกับข้อมูลการสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงของโลก อีกด้วย ปีงบประมาณ 2560 ทำการสำรวจพื้นที่จังหวัดแพร่ น่าน และพะเยา