Źródło sejsmiczne - Seismic source

Ten artykuł dotyczy sztucznych źródeł sejsmicznych. Aby zapoznać się z naturalnymi źródłami sejsmicznymi, zobacz trzęsienie ziemi .
Źródło sejsmiczne wiatrówki (30 litrów)

Źródło sejsmiczne jest urządzenie, które wytwarza sterowane sejsmiczne energii używanej do wykonywania zarówno odbicia i załamania sejsmiczne. Źródło sejsmiczne może być proste, takie jak dynamit , lub może wykorzystywać bardziej wyrafinowaną technologię, na przykład specjalistyczną wiatrówkę. Źródła sejsmiczne mogą dostarczać pojedyncze impulsy lub ciągłe przemiatania energii, generując fale sejsmiczne , które przemieszczają się przez ośrodek, taki jak woda lub warstwy skał . Niektóre fale odbijają się i załamują i są rejestrowane przez odbiorniki, takie jak geofony lub hydrofony .

Źródło sejsmiczne mogą być wykorzystane do zbadania płytkie glebę strukturę, dla scharakteryzowania stronie inżynierii lub nauki głębszych struktur, zarówno w poszukiwaniu ropy naftowej i złóż mineralnych, lub do mapowania wad podpowierzchniowych lub do innych badań naukowych. Sygnały powracające ze źródeł są wykrywane przez czujniki sejsmiczne ( geofony lub hydrofony ) w znanych lokalizacjach względem położenia źródła. Zarejestrowane sygnały są następnie poddawane specjalistycznej obróbce i interpretacji w celu uzyskania zrozumiałej informacji o podpowierzchni.

Model źródłowy

Źródłowy sygnał sejsmiczny ma następujące cechy:

  1. Generuje sygnał impulsowy
  2. Ograniczone pasmo
  3. Generowane fale są zmienne w czasie

Uogólnione równanie, które pokazuje wszystkie powyższe właściwości, to:

gdzie jest maksymalna składowa częstotliwości generowanego przebiegu.

Rodzaje źródeł

Młotek

Najbardziej podstawowym źródłem wstrząsów sejsmicznych jest młot kowalski , który uderza bezpośrednio w ziemię lub częściej uderza w metalową płytę na ziemi, znaną jako młot i płyta. Przydatne do sejsmicznych badań refrakcji do około 20 m pod powierzchnią.

Materiały wybuchowe

Materiały wybuchowe najczęściej używane jako źródła sejsmiczne są znane jako dynamity żelatynowe . Dynamity te są podzielone na trzy podkategorie, żelatyny proste, w których składnikiem aktywnym jest nitrogliceryna , znana również jako triazotan glicerolu o wzorze chemicznym C3H5(ONO2)3, żelatyny amonowe, w których składnikiem aktywnym jest azotyn amonowy o wzorze chemicznym NH₄NO₃, oraz żelatyny, w których skład składa się głównie z nitrogliceryny.

Po detonacji materiały wybuchowe bardzo szybko uwalniają duże ilości rozprężającego się gazu, wymuszając na otoczenie duże ciśnienie w postaci fal sejsmicznych.

Wykorzystywanie materiałów wybuchowych jako źródeł sejsmicznych jest praktykowane od dziesięcioleci ze względu na ich niezawodność i efektywność energetyczną. Takie źródła są najczęściej wykorzystywane na środowiskach lądowych i bagiennych ze względu na dużą miąższość osadów. Typowe rozmiary ładunków stosowane w terenie do badań odbicia to 0,25 kg do 100 kg dla źródeł jednootworowych, 0,25 kg do 250 kg lub więcej dla źródeł wielootworowych i mogą osiągnąć 2500 kg lub więcej w przypadku badań refrakcji.

Chociaż dynamity i inne materiały wybuchowe są wydajnymi źródłami sejsmicznymi ze względu na ich niższe koszty, łatwość transportu w trudnym terenie i brak regularnej konserwacji w porównaniu z innymi źródłami, użycie materiałów wybuchowych staje się ograniczone na niektórych obszarach, powodując spadek i rosnącą popularność alternatywnych źródła sejsmiczne.

Na przykład heksanitrostilben był głównym materiałem wybuchowym w okrągłych kanistrach z moździerzami thumper używanymi w ramach aktywnych eksperymentów sejsmicznych Apollo Lunar . Generalnie ładunki wybuchowe umieszcza się na głębokości od 6 do 76 metrów (20 do 250 stóp) pod ziemią, w otworze wywierconym specjalnie do tego celu przeznaczonym sprzętem wiertniczym. Ten rodzaj wierceń sejsmicznych jest często określany jako „wiercenie otworów strzałowych”. Powszechną wiertnicą używaną do „wiercenia otworów strzałowych” jest wiertarka ARDCO C-1000 zamontowana na wózku ARDCO K 4X4. Te wiertnice często wykorzystują wodę lub powietrze do wspomagania wiercenia.

Wiatrówka

Struny do wiatrówek Litton LP stosowane w morskiej akwizycji sejsmicznej
Sejsmolog z 18-litrowym zestawem wiatrówek zabezpieczonych do transportu na pokładzie R/V Sikuliaq.

Pistolet pneumatyczny służy do morskich odbicia i załamania badań. Składa się z jednej lub więcej komór pneumatycznych, które są zasilane sprężonym powietrzem o ciśnieniu od 14 do 21 MPa (2000 do 3000 lbf/in 2 ). Wiatrówki są zanurzone pod powierzchnią wody i holowane za statkiem sejsmicznym. Po wystrzeleniu z pistoletu pneumatycznego uruchamiany jest elektromagnes, który uwalnia powietrze pod wysokim ciśnieniem z jednej komory do tyłu wahadłowca, który zwykle jest utrzymywany w równowadze między dwiema komorami o równym ciśnieniu. Natychmiastowe obniżenie ciśnienia powietrza w pierwszej komorze umożliwia szybkie przemieszczanie się promu do pierwszej komory, uwalniając zbiornik powietrza o wysokim ciśnieniu, który znajduje się za promem w drugiej komorze, przez porty bezpośrednio do morza, wytwarzając impuls energii akustycznej . Zestawy pistoletów powietrznych mogą składać się z maksymalnie 48 pojedynczych pistoletów powietrznych z komorami o różnej wielkości lub niektóre objętości pistoletów powietrznych mogą być zgrupowane razem. Wypalanie całej matrycy jest kontrolowane przez kontroler pistoletu i zwykle odbywa się z tolerancją ± 1 lub 2 milisekundy, celem jest wytworzenie optymalnej początkowej fali uderzeniowej, po której następuje minimalny pogłos pęcherzyków powietrza. Ponieważ czółenko jest namagnesowane, szybki ruch do pierwszej komory po zwolnieniu wartości elektromagnesu zapewnia niewielki prąd, który w efekcie jest sygnałem czasowym dla pistoletu odpalającego, który jest zwracany do sterownika pistoletu. Hydrofon bliskiego pola znajdujący się w znanej zmierzonej odległości od portu pistoletu może być również używany do pomiaru czasu pierwszego sygnału przerwania do hydrofonu w celu dokładnej weryfikacji synchronizacji czasu pistoletu.

Konserwacja pistoletu pneumatycznego jest ważna, ponieważ broń może nie wypalić; najgorszym scenariuszem jest automatyczny ogień, w którym pistolet faktycznie strzela wielokrotnie niezsynchronizowany z powodu wady samego pistoletu, takiej jak uszkodzony zawór elektromagnetyczny lub nieszczelny o-ring pistoletu. Pojedynczy pistolet z automatycznym strzelaniem może spowodować uszkodzenie całej sygnatury pęcherzyków tablicy, a jeśli nie zostanie wykryty, może spowodować ponowne wystrzelenie wielu linii sejsmicznych tylko dla jednego pistoletu z automatycznym strzelaniem, gdy usterka zostanie wykryta podczas wstępnego przetwarzania danych.

Podczas normalnej obsługi przy uruchamianiu i wyprowadzaniu, pistolety powietrzne nigdy nie mogą być w pełni pod ciśnieniem do optymalnego ciśnienia roboczego na pokładzie i normalną praktyką jest spuszczanie pistoletów do 500 psi, aby zapobiec przedostawaniu się wody podczas uruchamiania i wyprowadzania. Złą i niebezpieczną praktyką jest również testowanie broni ogniowej na pokładzie w powietrzu pod ciśnieniem. Musi również istnieć system izolacji, aby zapobiec przypadkowemu odpaleniu broni na pokładzie przez obserwatorów lub nawigatorów przez pomyłkę. Powietrze pod wysokim ciśnieniem uwalniane z pokładu może amputować palce, a także powodować urazy spowodowane wtryskiem wysokiego ciśnienia przez skórę, prawie nieuleczalne i śmiertelne obrażenia w środowisku sejsmicznym. Strzelcy powinni nosić wymagany sprzęt ochrony osobistej, aby chronić oczy i słuch oraz zminimalizować narażenie odsłoniętej skóry.

Pistolety pneumatyczne wykonane są z najwyższej jakości stali nierdzewnej odpornej na korozję. Duże komory (tj. większe niż 1 l lub 70 cali sześciennych) zwykle dają sygnały o niskiej częstotliwości, a małe komory (mniej niż 1 l) dają sygnały o wyższej częstotliwości.

Źródło dźwięku plazmowego

Źródło dźwięku plazmowego odpalane w małym basenie

Źródło dźwięku w osoczu (PSS), inaczej nazywany źródłem dźwięku iskiernik , lub po prostu iskrownik , jest sposobem podejmowania bardzo niskiej częstotliwości sonaru puls pod wodą. Podczas każdego wypalania ładunek elektryczny jest gromadzony w dużym banku kondensatorów wysokiego napięcia , a następnie uwalniany łukiem przez elektrody w wodzie. Podwodne wyładowanie iskrowe wytwarza pęcherzyki plazmy i pary pod wysokim ciśnieniem, które rozszerzają się i zapadają , wydając głośny dźwięk. Większość wytwarzanego dźwięku mieści się w zakresie od 20 do 200 Hz, co jest przydatne zarówno w zastosowaniach sejsmicznych, jak i sonarowych .

Istnieją również plany użycia PSS jako nieśmiercionośnej broni przeciwko zanurzonym nurkom .

Ciężarówka Thumper

Thumper trucki, Noble Energy , północna Nevada 2012.

W 1953 roku jako alternatywę dla źródeł dynamitu wprowadzono technikę uderzeniową zrzucającą ciężar.

Wibroseis
Wibroseis 2
Wibrator sejsmiczny podczas pracy

Wózek thumper (lub spadek masy ciała) wózek jest zamontowany podzespołem wpływ gruntowych, które mogą być wykorzystane w celu zapewnienia źródła sejsmicznych. Ciężki ciężar jest podnoszony przez podnośnik z tyłu ciężarówki i upuszczany, zwykle około trzech metrów, w celu uderzenia (lub „uderzenia”) w ziemię. Aby wzmocnić sygnał, waga może być zrzucana więcej niż jeden raz w tym samym miejscu, sygnał może być również zwiększany przez uderzanie w kilka pobliskich miejsc w szyku, którego wymiary można dobrać tak, aby wzmocnić sygnał sejsmiczny przez filtrowanie przestrzenne.

Bardziej zaawansowane Thumpers użyciu technologii zwanej „ przyspieszonego spadku wagi ” (AWD), gdzie gaz wysokociśnieniowy (minimum 7 MPa (1000 lbf / in 2 )) służy do przyspieszenia młotka Ciężki (5000 kg (11000 funtów)) do uderzyć w płytę podstawy połączoną z ziemią z odległości od 2 do 3 metrów (6 stóp 7 cali do 9 stóp 10 cali). Kilka uderzeń jest ułożonych w stos, aby poprawić stosunek sygnału do szumu. AWD umożliwia zarówno więcej energii, jak i większą kontrolę nad źródłem niż grawitacyjny spadek masy, zapewniając lepszą penetrację głębokości, kontrolę zawartości częstotliwości sygnału.

Uderzenia mogą być mniej szkodliwe dla środowiska niż odpalanie materiałów wybuchowych w otworach strzałowych, chociaż mocno wbita linia sejsmiczna z poprzecznymi grzbietami co kilka metrów może powodować długotrwałe zaburzenia gleby. Zaletą thumpera (później dzielonego z Vibroseis), szczególnie w obszarach niestabilnych politycznie, jest to, że nie są wymagane żadne materiały wybuchowe.

Źródło energii impulsu elektromagnetycznego (niewybuchowe)

Źródła EMP oparte na zasadach elektrodynamicznych i elektromagnetycznych.

Wibrator sejsmiczny

Wibrator sejsmiczny propaguje sygnały energii do Ziemi przez dłuższy okres czasu, w przeciwieństwie do najbliższej chwilowej energii dostarczonej przez źródeł impulsywnych. Zarejestrowane w ten sposób dane muszą być skorelowane w celu przekształcenia rozszerzonego sygnału źródłowego w impuls. Sygnał źródłowy przy użyciu tej metody był pierwotnie generowany przez wibrator hydrauliczny lub wstrząsarkę z serwosterowaniem zamontowanym na ruchomej podstawie, ale opracowano również wersje elektromechaniczne .

Technika poszukiwawcza „Vibroseis” została opracowana przez Continental Oil Company (Conoco) w latach pięćdziesiątych i była znakiem towarowym do czasu wygaśnięcia patentu firmy .

Źródła boomu

Źródła dźwięku Boomer są wykorzystywane do badań sejsmicznych na płytkich wodach, głównie do badań inżynieryjnych. Boomery są holowane na pływających saniach za statkiem badawczym. Podobnie jak źródło plazmowe, źródło boomer przechowuje energię w kondensatorach, ale rozładowuje się przez płaską spiralną cewkę zamiast wytwarzać iskrę. Miedziana płytka przylegająca do cewki odgina się od cewki podczas rozładowywania kondensatorów. To wyginanie jest przekazywane do wody w postaci impulsu sejsmicznego.

Pierwotnie kondensatory magazynujące znajdowały się w stalowym pojemniku ( puszce hukowej ) na statku badawczym. Zastosowane wysokie napięcia, zwykle 3000 V, wymagały ciężkich kabli i mocnych pojemników bezpieczeństwa. Ostatnio dostępne stały się boomy niskonapięciowe. Wykorzystują one kondensatory w holowanych saniach, co umożliwia wydajne odzyskiwanie energii, zasilacze o niższym napięciu i lżejsze kable. Systemy niskonapięciowe są na ogół łatwiejsze do wdrożenia i mają mniej problemów związanych z bezpieczeństwem.

Źródła hałasu

Techniki przetwarzania oparte na korelacji umożliwiają również sejsmologom obrazowanie wnętrza Ziemi w wielu skalach przy użyciu naturalnego (np. mikrosejsm oceaniczny) lub sztucznego (np. miejskiego) szumu tła jako źródła sejsmicznego. Na przykład, w idealnych warunkach równomiernego oświetlenia sejsmicznego, korelacja sygnałów szumu między dwoma sejsmografami zapewnia oszacowanie dwukierunkowej odpowiedzi na impuls sejsmiczny .

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ RE Szeryf (2002) s.160 i s.182
  2. ^ RE Szeryf (2002) s312
  3. ^ Modelowanie propagacji fal sejsmicznych i inwersja , Phil Bording zarchiwizowane 2008-02-08 w Wayback Maszynie
  4. ^ B Starka Andreas (2010). Metody i zastosowania sejsmiczne . Wydawcy uniwersalni. s. 177–178. Numer ISBN 9781599424439.
  5. ^ "Wybuchowy | produkt chemiczny" . Encyklopedia Britannica . Pobrano 2018-10-09 .
  6. ^ B Madu, AJC; Eze, CL; Otuokere, IE (2017). „Badanie możliwego wpływu 2,4,6-trinitrotoluenu (TNT) wybuchowego źródła energii sejsmicznej na zawartość azotanów w wodach gruntowych w Sagbama Area, Niger Delta, Nigeria”. Czasopismo Badań Inżynierii i Technologii . 8 (1): 63. doi : 10.5958/2321-581x.2017.00010.1 . ISSN  0976-2973 .
  7. ^ B Yordkayhun Sawasdee; Iwanowa, Aleksandra; Giese, Rudiger; Juhlin, Krzysztof; Cosma, Calin (styczeń 2009). "Porównanie powierzchniowych źródeł sejsmicznych na stanowisku CO2SINK, Ketzin, Niemcy" . Poszukiwanie geofizyczne . 57 (1): 125-139. Kod Bibcode : 2009GeopP..57..125Y . doi : 10.1111/j.1365-2478.2008.00737.x . ISSN  0016-8025 .
  8. ^ Strobbia, C.; Vermeer, P.; Głuszczenko, A.; Laake, A. (2009-06-08). Postępy w przetwarzaniu fal powierzchniowych do charakteryzacji przypowierzchniowej w sejsmice lądowej . 71. Konferencja i Wystawa EAGE – warsztaty i wycieczki terenowe . Holandia: EAGE Publications BV. doi : 10.3997/2214-4609.201404894 . Numer ISBN 9789462821033.
  9. ^ Publikacja referencyjna NASA
  10. ^ RE Szeryf (2002) s.6-8
  11. ^ RE Szeryf (2002) s.328
  12. ^ RE Szeryf (2002) s357
  13. ^ Chinenyeze, Madu. „Rodzaje źródeł energii sejsmicznej do poszukiwań ropy naftowej w pustynnych, suchych terenach, bagnach i środowiskach morskich w Nigerii i innych krajach Afryki Subsaharyjskiej”. International Journal of Science and Research (IJSR) . 6 .
  14. ^ Sheriff RE, 1991, Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics , Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 376p
  15. ^ Jopling JM, Forster PD, Holland DC i Hale RE, 2004, niskonapięciowe źródło dźwięku sejsmicznego, patent USA nr 6771565
  16. ^ RE Szeryf (2002) p295

Bibliografia

  • Crawford, JM, Doty, WEN i Lee, MR, 1960, Ciągły sejsmograf sygnałowy: Geofizyka, Towarzystwo Geofizyków Eksploracyjnych, 25, 95-105.
  • Robert E. Sheriff, Encyklopedyczny słownik geofizyki stosowanej (odniesienia geofizyczne nr 13) wydanie 4, 2002, 429 s. ISBN  978-1560801184 .
  • Snieder, Roel (2004-04-29). „Wyodrębnianie funkcji Greena z korelacji fal kody: wyprowadzenie na podstawie fazy stacjonarnej”. Przegląd fizyczny E . Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (APS). 69 (4): 046610. Kod Bib : 2004PhRvE..69d6610S . doi : 10.1103/physreve.69.046610 . ISSN  1539-3755 .
  • Modelowanie i inwersja propagacji fal sejsmicznych, Phil Bording [1]
  • Wyprowadzenie równania fali sejsmicznej można znaleźć tutaj. [2]

Zewnętrzne linki