Ինչպես է սեյսմոգրաֆը աշխատում երկրաշարժերի հայտնաբերման գործում

Ինչպես է սեյսմոգրաֆը աշխատում երկրաշարժերի հայտնաբերման գործում

Երկրաշարժերը ամենաբարդ բնական երևույթներից են և մեծ ռիսկ են ներկայացնում մարդկային կյանքի համար: Տեկտոնական թիթեղների տեղաշարժից, հրաբխային ակտիվությունից, ստորգետնյա փլուզումներից և նույնիսկ մարդածին պայթյուններից առաջացող տատանումները կարող են երկար հեռավորություններ անցնել Երկրի կեղևով և ազդել մակերևույթի վրա: Որպեսզի հասկանան, թե երբ և որտեղ են տեղի ունենում երկրաշարժերը, որքան ուժեղ են դրանք և ինչպես են տարածվում ալիքները, գիտնականներին անհրաժեշտ են ճշգրիտ չափիչ գործիքներ: Հիմնական օգտագործվող գործիքը սեյսմոգրաֆն է՝ մի գործիք, որը անընդհատ գրանցում է գետնի շարժումը և այն վերածում է վերլուծվող տվյալների:

Ի՞նչ է սեյսմոգրաֆը։

«Սեյսմոգրաֆ» տերմինը հաճախ օգտագործվում է երկրաշարժերի գրանցման ամբողջական համակարգի համար: Տեխնիկապես, գետնի շարժումը հայտնաբերող սենսորը կոչվում է սեյսմոմետր, մինչդեռ գրանցող սարքը և տվյալների մշակման համակարգը լրացնում են սեյսմոգրաֆի գործառույթը: Այնուամենայնիվ, առօրյա օգտագործման մեջ սեյսմոգրաֆը համարվում է երկուսի համադրություն՝ սարք, որը հայտնաբերում, չափում և գրանցում է տատանումները:

Սեյսմոգրաֆի ձայնագրության արդյունքները կոչվում են սեյսմոգրամներ, որոնք գրաֆիկներ են, որոնք գծագրում են տատանումների ամպլիտուդը ժամանակի նկատմամբ: Այս սեյսմոգրամների միջոցով հետազոտողները կարող են որոշել սեյսմիկ ալիքների ժամանման ժամանակը, հաշվարկել երկրաշարժի աղբյուրի տեղը, գնահատել ուժգնությունը և վերլուծել խզման մեխանիզմները:

Հիմնական սկզբունքներ՝ իներցիա և հարաբերական շարժում

Սեյսմոգրաֆի աշխատանքային մեխանիզմը հիմնված է պարզ ֆիզիկական սկզբունքի՝ իներցիայի վրա։ Երբ գետնի մակերեսը շարժվում է երկրաշարժի պատճառով, գետնի մակերեսին ամրացված սեյսմոգրաֆի այն մասը շարժվում է դրա հետ միասին։ Սակայն, սեյսմոգրաֆն ունի հակակշիռ (զանգված), որը հակված է մնալ անշարժ (կամ շարժվել նվազագույն փոփոխությամբ)։ Արդյունքում, սարքի շրջանակի (որը շարժվում է գետնի հետ) և զանգվածի (որը «մնում է իներցիայի» պատճառով) միջև տեղի է ունենում հարաբերական շարժում։ Այս հարաբերական շարժումը այնուհետև վերածվում է ազդանշանի, որը կարող է գրանցվել։

Պատկերացրեք, որ տախտակ եք բռնում և դրա վրա զսպանակով կախովի ծանրություն եք դնում։ Երբ տախտակը թափահարվում է, ծանրությունը կթվա, թե շարժվում է հակառակ ուղղությամբ կամ հետ է մնում։ Շարժման այս տարբերությունը սեյսմիկ չափումների էությունն է։

Սեյսմոգրաֆի հիմնական բաղադրիչները

Ընդհանուր առմամբ, սեյսմոգրաֆը բաղկացած է մի քանի կարևոր բաղադրիչներից.

1. Իներցիոն զանգված (ապացույցի զանգված)
Ամենակարևոր մասը ծառայում է որպես «հղում»՝ անշարժ մնալու իր հակվածության պատճառով: Այս զանգվածը կարող է լինել ծանր մետաղական զանգված, որը ամրացված է զսպանակային համակարգին կամ ճոճանակին:

2. Զսպանակային/ճոճանակային համակարգ
Զանգվածը պահելու և գործիքի տատանումների նկատմամբ արձագանքը կարգավորելու ֆունկցիաներ: Զսպանակի հաստատունի և մարման նման պարամետրերը որոշում են գործիքի սեփական հաճախականությունը և զգայունությունը:

3. Մարման համակարգ
Առանց մարման, զանգվածը կտատանվի չափազանց երկար ժամանակ տատանումից հետո, ինչը դժվար կդարձնի տվյալների ընթերցումը: Մարումը կարող է լինել հեղուկ, մագնիսական կամ էլեկտրոնային՝ չափազանց տատանումները նվազեցնելու համար:

4. Փոխարկիչ (Շարժումը վերածում է ազդանշանի)
Հարաբերական շարժման էլեկտրական ազդանշանի փոխակերպումը։ Տարածված մեթոդներն են էլեկտրամագնիսական (կծիկ և մագնիս), կոնդենսատորային կամ օպտիկական սենսորները։

5. Գրանցիչ և տվյալների հավաքագրման համակարգ
Անալոգային ազդանշանները փոխակերպվում են թվայինի անալոգ-թվային փոխարկիչի (ADC) միջոցով, ժամանակի դրոշմանիշ են ստանում (սովորաբար GPS-ի վրա հիմնված), այնուհետև պահվում և/կամ ուղարկվում վերլուծական կենտրոն։

6. Գործիքների տուն և հիմնադրամ
Սեյսմոգրաֆները տեղադրվում են կայուն հիմքերի վրա, հաճախ նկուղներում կամ հորատանցքերում, որպեսզի նվազագույնի հասցվի մարդու գործունեության, քամու կամ ջերմաստիճանի տատանումների հետևանքով առաջացող խանգարումը։

Ինչպե՞ս են սեյսմոգրաֆները «լսում» երկրաշարժի ալիքները։

Երբ երկրաշարժ է տեղի ունենում, էներգիան անջատվում է և տարածվում սեյսմիկ ալիքների տեսքով, հիմնականում՝

– P (առաջնային) ալիքներ. սեղմման ալիքները, որոնք հասնում են ամենաարագը, կարող են տարածվել պինդ և հեղուկ մարմիններում։
– S-ալիքներ (երկրորդային). սղման ալիքներ, ավելի դանդաղ, տարածվում են միայն պինդ միջավայրում։
– Մակերեսային ալիքներ (Ռեյլի և Լավ). սովորաբար ամենաավերիչն են, տարածվում են Երկրի մակերևույթին մոտ։

Սեյսմոգրաֆները գրանցում են գետնի շարժման փոփոխությունները ժամանակի ընթացքում: Սեյսմոգրաֆի վրա P ալիքները սովորաբար սկզբում երևում են որպես փոքր, արագ տատանումներ, որին հաջորդում են S ալիքները՝ ավելի մեծ ամպլիտուդներով, իսկ հետո՝ ավելի երկար տևողությամբ և հնարավոր է՝ շատ մեծ ամպլիտուդներով մակերևութային ալիքները:

P և S ալիքների կայանում ժամանման ժամանակների տարբերությունը համեմատելով՝ հետազոտողները կարող են գնահատել երկրաշարժի աղբյուրի հեռավորությունը այդ կայանից։ Մի քանի կայաններից ստացված տվյալները համատեղելով՝ երկրաշարժի տեղանքը կարելի է որոշել եռանկյունացման միջոցով։

Ժամանակակից սեյսմոգրաֆներ. գրիչից մինչև թվային

Պատմականորեն, վաղ շրջանի սեյսմոգրաֆները օգտագործել են մեխանիկական համակարգեր՝ գրիչին միացված զանգված, որը գրում էր պտտվող թղթե թմբուկի վրա: Չնայած այս հայեցակարգը կարևոր էր երկրագիտության զարգացման համար, ժամանակակից գործիքները անցել են բարձր ճշգրտության թվային համակարգերի:

Թվային սեյսմոգրաֆները օգտագործում են սենսորներ, որոնք առաջացնում են էլեկտրական ազդանշաններ, որոնք համեմատական ​​են գետնի շարժման արագությանը կամ արագացմանը: Այնուհետև տվյալները նմուշառվում են որոշակի արագությամբ (օրինակ՝ 100 Հց կամ ավելի բարձր)՝ կախված անհրաժեշտությունից, և զտվում են՝ աղմուկը նվազեցնելու համար: Թվայնացումը թույլ է տալիս հեշտությամբ իրական ժամանակում տվյալների փոխանցում, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել երկրաշարժերի մոնիթորինգի բարձր արագության համակարգ:

Սովորաբար օգտագործվող սենսորների որոշ տեսակներ ներառում են՝

– Լայնաշերտ սեյսմոմետր. կարող է գրանցել տատանումները լայն հաճախականության տիրույթով, հարմար է տեղական երկրաշարժերից մինչև հեռավոր երկրաշարժեր (տելեսեյսմիկ):
– Ուժեղ շարժման աքսելերոմետր. նախատեսված է ուժեղ արագացումները առանց «հագեցման» գրանցելու համար, կարևոր է երկրաշարժի օջախների մոտ գտնվող ցնցումների վերլուծության և շինարարական ճարտարագիտական ​​կարիքների համար։

Սեյսմոգրաֆի տվյալներից մեծության և ինտենսիվության որոշում

Սեյսմոգրաֆի տվյալները օգտագործվում են երկրաշարժի էներգիայի չափման միավորը՝ մագնիտուդը, հաշվարկելու համար: Ժամանակակից պրակտիկայում մագնիտուդը հաճախ արտահայտվում է որպես Mw (մոմենտի մեծություն), որը կապված է սեյսմիկ մոմենտի հետ (բեկվածքի չափը, սահքի մեծությունը և ապարների կոշտությունը): Սեյսմոգրաֆները օգնում են հաշվարկել այս պարամետրերը՝ ալիքի ամպլիտուդի և սպեկտրի վերլուծության միջոցով:

Միևնույն ժամանակ, ինտենսիվությունը նկարագրում է երկրաշարժի ազդեցությունը որոշակի վայրում, որը կախված է աղբյուրից հեռավորությունից, գետնի պայմաններից և շենքի որակից: Սեյսմոգրաֆները օգնում են չափել ցնցման պարամետրերը, ինչպիսիք են գետնի առավելագույն արագացումը (PGA) կամ գետնի առավելագույն արագությունը (PGV), որոնք կարևոր են ռիսկի մեղմացման և կառուցվածքային նախագծման համար:

Ինչո՞ւ է սեյսմոգրաֆի տեղադրման վայրը այդքան կարևոր։

Սեյսմոգրաֆի ճշգրտությունը կախված է ոչ միայն տեխնոլոգիայից, այլև տեղադրման միջավայրից: Իդեալական դեպքում սարքը պետք է տեղադրվի.

– հեռու մայրուղիներից, գործարաններից և մարդկային գործունեությունից՝ երկրաշարժից զերծ տատանումները նվազեցնելու համար,
– կայուն ապարային հիմքի վրա,
– համեմատաբար կայուն ջերմաստիճան ունեցող սենյակում,
– և ունի ճշգրիտ ժամանակաչափման համակարգ (GPS ժամանակաչափ), որպեսզի կայանների միջև տվյալները համաժամացվեն։

Երթևեկության, մեքենաների, օվկիանոսի ալիքների կամ քամու պոռթկումների նման խանգարումները կարող են առաջացնել ձայնագրված աղմուկ, որը պետք է տարանջատվի ազդանշանի մշակման միջոցով։

Սեյսմոգրաֆներ վաղ նախազգուշացման համակարգերում

Շատ երկրաշարժերի հակված երկրներում սեյսմոգրաֆները երկրաշարժերի վաղ նախազգուշացման համակարգերի միջուկն են։ Քանի որ P-ալիքները ավելի արագ են հասնում և սովորաբար ավելի քիչ վնասակար են, համակարգը կարող է հայտնաբերել P-ալիքները և նախազգուշացում ուղարկել նախքան S-ալիքների և մակերևութային ալիքների տվյալ տարածք հասնելը։ Չնայած նախազգուշացման ժամանակը հաճախ մի քանի վայրկյանից մինչև տասնյակ վայրկյան է, այն բավարար է գնացքները կանգնեցնելու, գազը անջատելու կամ մարդկանց ապաստան գտնելու հնարավորություն տալու համար։

Penutup

Սեյսմոգրաֆի աշխատանքային մեխանիզմը հիմնականում օգտագործում է զանգվածի իներցիայի պատճառով առաջացած հարաբերական շարժումը՝ համեմատած գետնի շարժման հետ։ Պարզ ֆիզիկայի հասկացությունից սեյսմոգրաֆը վերածվել է բարձր զգայուն թվային սարքի, որը կարող է գրանցել տատանումները՝ փոքր երկրաշարժերի աղբյուրներից մինչև խոշոր, միջմայրցամաքային իրադարձություններ։ Սեյսմոգրաֆների միջոցով գիտնականները կարող են որոշել իրադարձության ժամանակը, էպիկենտրոնի տեղը, խորությունը, մեծությունը և բեկվածքի բնույթը՝ բոլորն էլ կարևոր տեղեկություններ են Երկրի դինամիկան հասկանալու և աղետների ռիսկը նվազեցնելու համար։ Ավելի ու ավելի խիտ սեյսմոգրաֆային ցանցերի և իրական ժամանակի վերլուծության համակարգերի զարգացման շնորհիվ մարդկության՝ երկրաշարժերը հայտնաբերելու և դրանց արձագանքելու կարողությունը բարելավվում է, չնայած մեղմացման մարտահրավերները դեռևս պահանջում են ենթակառուցվածքային աջակցություն, կրթություն և համայնքի պատրաստվածություն։