การสำรวจวัดค่าความถ่วง (Gravity)
การสำรวจวัดค่าความถ่วง (Gravity)
การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงโลก สามารถประยุกต์ใช้ในการสำรวจและแปลความหมายสภาพธรณีวิทยาใต้ผิวดินได้ โดยหลักการที่ว่า ถ้าสภาพธรณีวิทยาใต้ดินของพื้นที่สำรวจ มีความแตกต่างของชั้นดินชั้นหิน ทั้งในแนวดิ่งและแนวนอนอย่างมีนัยสำคัญแล้ว ค่าความโน้มถ่วงโลกที่วัดได้จะแตกต่างกัน ซึ่งค่าความโน้มถ่วงโลกที่วัดได้ ณ จุดใดๆจะมีความสัมพันธ์กับมวลของชั้นดินชั้นหิน ณ จุดนั้น มวลของชั้นดิน-หิน จะมีความสัมพันธ์กับความหนาแน่นของชั้นดิน-หิน ค่าความหนาแน่นของชั้นดิน-หินจะมีความสัมพันธ์กับ ชนิด เนื้อ แร่ประกอบ ช่องว่างหรือรูพรุน และของเหลวที่แทรกในรูพรุนของดิน-หิน โดยที่ดิน หิน แร่ แต่ละชนิดจะมีค่าความหนาแน่นที่แตกต่างกัน ตารางที่ 1 แสดงค่าความหนาแน่นของ ตะกอน หินตะกอน และหินอัคนี ที่พบแผ่กระจายเป็นส่วนใหญ่ในพื้นที่สำรวจ ซึ่งหินที่มีความหนาแน่นมากจะมีค่าความโน้มถ่วงโลกมากกว่าหินที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า และหินชนิดเดียวกันที่อยู่ใกล้ผิวดินจะให้ค่าความโน้มถ่วงมากกว่าหินที่อยู่ลึกกว่า การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงโลกจึงเป็นการสำรวจหาค่าความแตกต่างกันของค่าความหนาแน่นของชั้นดิน-หินในเปลือกโลก ค่าความโน้มถ่วงโลกผิดปกติที่วัดได้จะสามารถแปลความถึงสภาพธรณีวิทยาใต้ผิวดินของพื้นที่สำรวจได้
ลำดับขั้นตอนในงานการสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงขั้นไพศาล ประกอบด้วย การดำเนินการสำรวจภาคสนามซึ่งมี 2 งานสำรวจ การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วง และการรังวัดสำรวจ ข้อมูลที่ได้จากงานภาคสนาม ต้องนำไปจัดเตรียมข้อมูลเพื่อใช้ในการประมวล และปรับทอนข้อมูล เพื่อปรับแก้ค่าความโน้มถ่วงโลกที่วัดได้ให้เหลือเพียงปัจจัยจากความแตกต่างทางสภาพธรณีวิทยาใต้ดินเพียงอย่างเดียว ซึ่งผลลัพธ์ของข้อมูลในส่วนนี้ จะนำไปทำการประมวลผลแสดงเป็นแผนที่ค่าความโน้มถ่วงโลกและทำการแปลความหมายข้อมูลค่าความโน้มถ่วงโลกต่อไป โดยมีรายละเอียดในแต่ละขั้นตอนดังนี้
การเก็บข้อมูลในการสำรวจภาคสนามแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงโลกขั้นไพศาล และการรังวัดจุดสำรวจเพื่อหาค่าพิกัดฉากและความสูง
การสำรวจวัดค่าความโน้มถ่วงโลก ใช้เครื่องมือวัดค่าความโน้มถ่วงโลก (Gravimeter) ของบริษัท Scintrex รุ่น CG-5 (Autograv Gravity Meter)
ขั้นตอนแรกในงานการเก็บข้อมูลคือ การกำหนดหรือเลือกจุดที่จะใช้เป็นสถานีฐาน (Gravity Base Station) ในพื้นที่สำรวจ เพื่อการแก้ค่าความคลาดเคลื่อนที่ทำให้การวัดค่าความโน้มถ่วงโลก ณ จุดเดิม ในเวลาที่ต่างกัน แต่ได้ค่าต่างกันอันเนื่องจาก 2 ปัจจัยหลักคือ ปัจจัยการขึ้น-ลงของระดับน้ำทะเลที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา และปัจจัยจากเครื่องมืออันเนื่องมาจากผลการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุที่ใช้ประกอบเครื่องมือ เช่น สปริงมีการล้าหรือหดตัว เป็นต้น โดยการอ่านค่าความโน้มถ่วงโลกที่สถานีฐาน แล้วไปวัดที่จุดสำรวจจากนั้นจะต้องกลับมายังสถานีฐานในเวลาที่กำหนด เพื่ออ่านค่าผลความแตกต่างของค่าความโน้มถ่วงโลกที่เวลาแตกต่างกัน แล้วนำไปปรับแก้ค่าอื่นๆของจุดสำรวจ ซึ่งการสำรวจครั้งนี้ได้กำหนดสถานีฐานจำนวน 1-2 สถานี ต่อหนึ่งแผนที่มาตราส่วน 1:50,000 ให้อยู่ตอนกลางแผนที่และเดินทางไปมาได้สะดวก แต่เนื่องจากสถานีฐานที่กำหนดเองเป็นสถานีฐานที่ตั้งสมมุติขึ้นสำหรับใช้ในการทำงานในพื้นที่จึงไม่มีค่าความโน้มถ่วงสัมบูรณ์ประจำฐาน จะต้องทำการโยงยึดค่าจากสถานีฐานที่มีค่าความโน้มถ่วงสัมบูรณ์อยู่แล้ว โดยทำการโยงยึดจากสถานีฐานของกรมแผนที่ทหาร G39 ที่วัดจอมคีรีนาคพรต อำเภอเมือง จังหวัดนครสวรรค์ ในส่วนของการวัดค่าความโน้มถ่วงโลกตามจุดสำรวจต่างๆจะเริ่มวัดค่าจากสถานีฐานในพื้นที่ แล้วทำการวัดค่าตามจุดสำรวจต่างๆโดยใช้เวลาวัดจุดละ 90 วินาที และสุดท้ายจะกลับมาวัดค่าที่สถานีฐานเดิม โดยใช้เวลาในแต่ละวงรอบ (loop) ของการวัดประมาณ 4 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังตรวจสอบความถูกต้องในการสำรวจโดยทำการวัดซ้ำจุดเดิมที่ได้วัดไปแล้ว (Check point) เพื่อเทียบค่าการเปลี่ยนแปลงระหว่างจุดวัดซ้ำและสถานีฐาน
ในปัจจุบันการรังวัดหาค่าพิกัดจุดสำรวจแรงโน้มถ่วงของโลกที่ต้องการความละเอียด หรือความถูกต้องมากๆ สามารถทำได้เครื่องอ่านพิกัดดาวเทียมความละเอียดสูง (GPS) ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่อง GPS ที่ใช้บอกตำแหน่ง หรือใช้นำทางทั่วๆ ไป โดยที่ในการวัดต้องใช้เครื่องรับอย่างน้อย 2 เครื่อง โดยเครื่องหนึ่งจะต้องอยู่บนจุดที่ทราบพิกัดแน่นอน อีกเครื่องจะตั้งอยู่บนจุดที่ต้องการทราบค่าพิกัด ทั้งสองเครื่องจะต้องทำการวัดในช่วงเวลาเดียวกัน และต้องรับสัญญาณดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง
เครื่องอ่านพิกัดดาวเทียมความละเอียดสูง (GPS) เป็นเครื่องมือที่มีคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่อง GPS ที่ใช้กันโดยทั่วไป และต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติมอื่นๆ เพื่อให้รับสัญญาณในปริมาณมาก และ เพื่อความถูกต้องในการวัด ซึ่งในการรังวัดสำรวจ ใช้อุปกรณ์ต่างๆ ดังต่อไปนี้
ในการรังวัดสำรวจแบ่งเป็นการดำเนินการ ได้ 5 ขั้นตอนคือ 1) เลือกหมุดบังคับ โดยหมุดบังคับ ใช้หมุดหลักฐานถาวรของทางราชการที่ทราบค่าพิกัดและความสูงอยู่แล้ว ซึ่งเป็นหมุดหลักฐานของหน่วยงานราชการ เช่น กรมที่ดิน กรมพัฒนาที่ดิน กรมโยธาธิการและผังเมือง 2) ออกแบบโครงข่าย เป็นจุดสำรวจที่ทำเป็นโครงข่ายเพื่อเป็นเส้นฐานของพื้นที่โดยโยงยึดกับหมุดบังคับ 3) วัดสัญญาณดาวเทียม แบ่งเป็นสองแบบ ได้แก่ การวัดแบบสถิต (Static) และ การวัดแบบจลน์ (Kinematic) 4) การประเมินความถูกต้อง
การวัดสัญญาณดาวเทียมในพื้นที่ศึกษาใช้ทั้งสองวิธีการ คือ การวัดแบบสถิต (Static) ซึ่งเป็นการสำรวจในการทำโครงข่าย และการวัดแบบจลน์ (Kinematic Survey) เป็นการวัดเพื่อให้ได้ตำแหน่งที่รวดเร็ว โดยเชื่อมโยงจากจุดที่วัดแบบสถิต โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้
การรังวัดแบบสถิต (Static Survey) เป็นการวัดเพื่อสร้างโครงข่ายรูปสามเหลี่ยม เพื่อเป็นฐานสำหรับการวัดแบบจลน์ (Kinematic Survey) ซึ่งการวัดในลักษณะนี้จะใช้เวลารังวัดแต่ละครั้งนานไม่ต่ำกว่า 1 ชั่วโมง โดยใช้เทคนิคการหาตำแหน่งแบบสัมพัทธ์ โดยเริ่มแรกเครื่องหนึ่งทำการวัดจากหมุดบังคับที่ได้ทำการเลือกไว้ สำหรับพื้นที่นี้ได้แก่ BG56-1 เป็นจุดฐาน ย้ายเครื่องรังวัด ไปตามจุดรังวัดในรูปโครงข่าย จนครบทุกจุด จากนั้นจึงถ่ายข้อมูลฐานดังกล่าวไปที่จุดต่างๆที่ได้กำหนดไว้แล้วให้เป็นสถานีฐานในพื้นที่สำรวจ โดยกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนทั้งทางราบและทางดิ่ง ในพื้นที่นี้กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนทางราบ ± 0.007 เมตร ค่าความคลาดเคลื่อนทางดิ่ง ± 0.010 เมตร ค่าพิกัดของสถานีฐานตามระวางต่างๆที่วัดได้ จะนำไปรังวัดแบบจลน์ (Kinematic Survey) สำหรับจุดสำรวจต่อไป ทั้งนี้ แต่ละจุดสำรวจภายในโครงข่ายนี้มีระยะห่างกันไม่เกิน 25 กิโลเมตร
การรังวัดแบบจลน์ (Kinematic Survey) เป็นการรังวัดที่ใช้เวลาในการวัดรวดเร็วกว่าการรังวัดแบบสถิต (Static Survey) โดยการรังวัด GPS ที่จุดสำรวจต่างๆ โดยใช้สถานีฐานที่ได้จากการรังวัดแบบสถิต โดยการตั้งเครื่องรังวัด GPS ที่สถานีฐาน (Base) ของพื้นที่สำรวจ ทำการรังวัดแบบต่อเนื่อง และตั้งเครื่อง GPS แบบเคลื่อนที่ (Rover) คู่กับเครื่องรังวัด GPS ที่สถานีฐาน เรียกว่า Initialization โดยตั้งนิ่งรับสัญญาณ ประมาณ 15-20 นาที เพื่อให้ได้ข้อมูลเพียงพอสำหรับประมวลค่า Ambiguity จากนั้นย้ายเครื่อง GPS แบบเคลื่อนที่ (Rover) ไปรังวัดจุดอื่นๆ ที่ต้องการทราบค่าต่อเนื่อง ใช้เวลารังวัดจุดละ 4 นาที และต้องรับสัญญาณดาวเทียมไม่น้อยกว่า 4 ดวง ตลอดเวลา หากมีการหลุดของสัญญาณต้องทำ Initializationใหม่ จนครบทุกจุด กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมได้ คือ ค่าPP Kinematic Horizontal Precision เท่ากับ 0.1 เมตร และค่า PP Kinematic Vertical Precision เท่ากับ 0.3 เมตร ระยะเส้นฐานไม่ควรเกิน 15 กม. และนำข้อมูลมาประมวลผล ค่าพิกัดฉากและค่าความสูงของจุดสำรวจที่วัดได้ จะใช้ในการปรับแก้ค่าความโน้มถ่วงต่อไป
