בדיקת רעידות אדמה: כלים וטכניקות המשמשות גיאולוגים

מדע של מעקב אחר רעידות אדמה

רעידות אדמה הן בין האירועים הטבעיים החזקים והבלתי צפויים ביותר על פני כדור הארץ, המסוגלות לעצב מחדש נופים ולהשמיד קהילות בשניות.לגיאולוגים, הסיסמיולוגים והמהנדסים האזרחיים, היכולת למדוד ולעקוב אחר פעילות סיסמית אינה רק רדיפה אקדמית; זהו מרכיב קריטי של בטיחות ציבורית, תשתיות ומוכנות בזמן אסון.

האתגר הבסיסי של ניטור רעידת האדמה הוא בעובדה כי אירועים סיסמיים מורכבים ורב פנים. רועד הקרקע יכול להשתנות באופן דרמטי בהתאם לעומק רעידת האדמה, סוג התנועה של אשמה, גיאולוגיה המקומית, ואת המרחק מן האפיק.לתפוס את המורכבות הזאת, גיאולוגים מעסיקים חבילה של מכשירים ושיטות אנליטיות המדורגות את כל מהקרע הראשוני של האשמה להפצת המשקעים של המשקעים, אשר מאפשר את ההשפעה הראשונית של שיטות ראייה ואפקטים של כל אחד מהם.

סמנטיים ומדורגים: הקרן של המדידות הסיסמית

בלב ניטור רעידת האדמה הוא הסממטר, מכשיר שנועד לזהות ולרשום את התנועה הקרקעית הנגרמת על ידי גלים סיסמיים. סמנטיים מודרניים הם מכשירים רגישים מאוד שיכול לזהות תנועות קטנות כמו חלק של ננומטר. העיקרון הבסיסי כרוך במסה המושעה על מעיינות או עטווט. כאשר הקרקע נעה, תחנת המסה נותרת עקב אינרציה, ואת היחסית בין המסה לבין מכשיר אלקטרוני זה הוא מוהפך להגדרה דיגיטלית.

כיצד משקעים פועלים

סמנטינים בדרך כלל פרוסים בשלושה אוריינטציה אורטוקונאליות: אחד אנכי ושני מרכיבים אופקיים.תצורה זו מאפשרת למדענים לתפוס את התנועה התלת-ממדית המלאה של הקרקע.התגובה התדירות של מדמ"מ יכולה להיות מכוונת למדידת רעידות אדמה קטנות מאוד, מרוחקות או את רעידות אדמה חזקות ליד קרע פגם.

הנתונים מ-S-ogram משמשים כדי לקבוע את זמני ההגעה של גלים ראשוניים (P-waves) וגלי משניים (S-waves) את ההבדל בזמני ההגעה בתחנות מרובות מאפשר לגולוגים לזרז את רעידת האדמה גם כן, האמפולציה של הגלים מספקת מידע על גודל רעידת האדמה.

המונחים: measuring Strong Ground Motion

בעוד שסמימטרים נועדו לרגישות, מד תאוצה הם אופטימיזציה דיוק במהלך רעד חזק.הם מודדים את האצה של הקרקע, אשר קשורה ישירות לכוחות כי מבני מתח ומבנים אחרים. Accelerometers הם קריטיים עבור הנדסת רעידת אדמה כי הם מספקים את הנתונים הדרושים כדי להבין כיצד סוגים שונים של מבנים להגיב רעד. באזורים מסוימים, רשתות צפופות של accelerometers הם כבר לפרוסת מוקדם כדי לספק אזהרות עירוניות על מנת לספק נתונים.

מאיצים מודרניים משתמשים בטכנולוגיה מיקרואלקטרוניקה (MEMS), מה שהופך אותם קומפקטיים, חזקים וזולים יחסית.מכשירים אלה נפוצים כעת בכל דבר מסמארטפונים ועד מערכות ניטור גשר.כאשר משולבים בתוך רשת סיסמית, מאיץ יכול לגרום התראות אוטומטיות בתוך שניות של רעידת אדמה גדולה, נותן לאנשים רגעים יקרים לקחת כיסוי או לסגור תשתיות קריטיות.

רשתות ניטור גלובליות ומקומיות

סממטרים בודדים שימושיים, אבל הכוח האמיתי של ניטור רעידת האדמה מגיע מרשתות של תחנות מקושרות.רשתות אלה מאפשרות למדענים לזהות רעידות אדמה במהירות, לאתר אותם במדויק, לאפיין את הפרמטרים המקור שלהם בתוך זמן אמת.

רשת הסיסמית'וגרפית העולמית

הרשת הסיסמיתרפית העולמית (GSN) היא רשת קבועה, גלובלית של תחנות סיאסמית המספקת נתונים איכותיים הן עבור ניטור רעידת האדמה והן מחקר מדעי.מנוהל במשותף על ידי FLT:0U.S. Geological Survey (USGS)FLT:1 ו-FLT:2 inrated Research Institutions for Seism (IRIS)LTF:3, כולל מרכזי עיבוד רחבים יותר מ-150 לוויינים ותחנות רדיו רחבות יותר מאשר בכל רחבי מרכזים ותחנות רדיו.

GSN חיוני לאיתור רעידות אדמה בגודל 4.0 וגדולות בכל מקום על פני כדור הארץ.הנתונים מהרשת משמשים ליצירת תוכנית ה- USGS רעידת אדמה, אזהרות צונאמי, והקטלוגים הגלובליים החוקרים משתמשים כדי לחקור תבניות סיסמיות וקטטוניות.

רשתות מקומיות ואזוריות

מעבר לרשת העולמית, מדינות רבות פועלות רשתות סיסמית אזוריות ומקומיות המתמקדות בתחומים של סיכון גבוה או אוכלוסייה צפופה.לדוגמה, רשת סיסמית משולבת של קליפורניה (CISN) משלבת נתונים מסוכנויות מרובות כדי לספק מידע מהיר על רעידות אדמה בקליפורניה.רשתות אלה בדרך כלל יש צפיפות גבוהה יותר של תחנות, עם חיישנים בחלל של כל 10 עד 20 ק"מ באזורים עירוניים.זה מאפשר מיקום מדויק יותר וגודל, כמו גם סמך מפות מהירות.

רשתות מקומיות הן גם קריטיות לניטור מערכות תקלות ספציפיות, הרי געש, ומשקעים מושרה מפעילות אנושית כגון כרייה, חסימה מאגר, ושבר הידראולי. בהגדרות אלה, תחנות הסאיזם עשויות לכלול חיישנים מיוחדים לגילוי רעידות אדמה קטנות מאוד שלא היו מחוסמות על ידי רשתות רחבות יותר.

טכניקות לניתוח רעידת אדמה: Magnitude, Location, ו- Focal Mechanisms

איסוף נתונים סיסמיים גולמיים הוא רק הצעד הראשון. גיאולוגים משתמשים במגוון טכניקות אנליטיות כדי לפרש את הנתונים ולהבין את טבע רעידת האדמה.

קביעת Magnitude and Location

המיקום של רעידת אדמה נקבע על ידי חיתוך זמני ההגעה של גלי P ו- S-waves בתחנות סיסמית מרובות. כי P-waves לנסוע מהר יותר מאשר S-waves, הפרש הזמן בין הגעתם ( מרווח S-P) גדל עם מרחק מן המוקד. על ידי שילוב קריאה מלפחות שלוש תחנות, מדענים יכולים להצביע על רעידת האדמה (נקודת השבר) ונקודת הפתיחה ישירות על פני השטח (מרכז) על פני השטח).

מגניטד הוא מדד של האנרגיה המשוחררת במקור.המידה של הרגע (Mw) היא הנפוצה ביותר כיום כי היא לוכדת במדויק את גודל רעידות האדמה בטווח המלא, מטרמורים זעירים לאירועים גדולים גדולים.הוא מחושב מן הרגע הססיסטי, אשר תלוי באזור של הפגם, את העקירה הממוצעת לאורך האשמה, ואת הנוקשות של הסלעים (עדיין קטן יותר) או את גודלה (M) של רעידת האדמה (עדיין קטן יותר) (מגודלה) (מגודל) (מגודלועדיין קטן יותר) (מגודלו) (מגודלו של רעידת האדמה) (מגודלו של רעידת האדמה) עשוי עדיין קטן יותר) (M.

Focal Mechanisms ו-Fault Air Solutions

סיאולוגים גם קובעים את המנגנון המוקד של רעידת אדמה, המתאר את הכיוון של האשמה ואת הכיוון של החלקה. על ידי ניתוח דפוס של תנועות ראשונות P-wave (בין אם הקרקע נע או למטה בתחנות שונות) ואת יחס האמפולד של סוגי גל שונים, הם יכולים ליצור פתרון מטוס פגם.זה חיוני להבנת משטר הלחץ הטקטוני באזור ולהעריך את הפוטנציאל של אזורים מסוכנים על פני האדמה הם בדרך כלל מנגנונים פגומים של כדור הארץ.

מערכות אזהרה מוקדמות ו-Time-Time Monitoring

אחת האפליקציות המשפיעות ביותר של ניטור רעידת האדמה המודרנית היא פיתוח של מערכות התראה מוקדמות.מערכות אלה משתמשות בעובדה שאות אלקטרוניות נעות הרבה יותר מהר מאשר גלים סיסמיים.כאשר רעידת אדמה גדולה מזוהה על ידי רשת של חיישנים ליד המוקד, התראה אוטומטית ניתן להעביר לאזורים רחוק יותר לפני שהדעודה החזקה מגיעה.

שקדאלטרט, המופעלת על ידי USGS בשיתוף פעולה עם שותפים ממשלתיים ואוניברסיטאות, היא דוגמה ראשית.המערכת משתמשת בנתונים מ-1,700 תחנות סיסמיות ברחבי החוף המערבי של ארצות הברית.כאשר המערכת מזהה רעידת אדמה משמעותית, היא מחשבת במהירות את המיקום ואת גודל ובעיות התראות למקרי חירום אלחוטיים, מערכות תחבורה, שירותים, ומתקני תעשייה.

ניטור בזמן אמת גם מרחיב לגילוי של צונאמיים.חיישנים בלחץ עמוק-אוקיינוסי ותחנות סיסמיות חוף פועלים יחד כדי לזהות את עקירת קרקעית הים במהלך רעידת אדמה גדולה של צוללות.ההנתונים מוזנים למודלים של תחזית צונאמיים המנבאים את זמני ההגעה וגבהים, המאפשרים פינויים בזמן.

כלים ושיטות נוספות: תצפית מרחוק ותצפיות שדה

סמנטיים ומדמטרים הם חיוניים, אבל הם לא הכלים היחידים בערכת הכלים של הגולוג. ניטור רעידת אדמה מודרנית גם מסתמך במידה רבה על טכנולוגיות רגישות מרחוק ומדידות מבוססות שדה.

צילום: InSAR

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) היא טכניקה מבוססת לוויין שיכול למדוד עיוות קרקע עם דיוק ברמת ס"מ. על ידי השוואת תמונות מכ"ם של אותו אזור שנלקח בזמנים שונים, מדענים יכולים ליצור מפות מפורטות של איך פני כדור הארץ עבר במהלך ואחרי רעידת אדמה.InSAR מהפכה המחקר של עיוות רעידת אדמה, המאפשר לגלוגים לראות את היקף מלא של rupturedation פעיל של אירועים כגון לחץ אווירי (R) רגיל).

בנוסף, ניתן להשתמש בדימויים של לוויין אופטיים כדי למפות את הקרע, מפולות קרקעיים, ולייצר נזק לאחר רעידת אדמה גדולה.תמונות אלה עוזרות לתגובת חירום להעריך את ההשפעה ולתכנן את מאמצי ההקלה שלהם.

טומוגרפיה סיסמית

טומוגרפיה סיסמית' היא טכניקה המשתמשת גלים סיסמיים כדי ליצור תמונות תלת-ממדיות של הפנים של כדור הארץ.זה עובד דומה לסריקת CT רפואית, אבל במקום צילומי רנטגן, הוא משתמש בגלים שנוצרו על ידי רעידות אדמה. על ידי מדידה של זמני הנסיעות של גלי P ו- S-S-waves דרך כדור הארץ, מדענים יכולים לשחזר וריאציות במהירות שמתאימות לסוגים שונים של סלעים, תוכן, ותוכן , וגלוי דם, כדי לספק את אזורי אטומי, ודמויות.

סקרים גיאולוגיים ופלוזיולוגיים

סקרים גיאולוגיים מבוססים על שטח הם חלק בסיסי של ניטור רעידת אדמה.גיאולוגים ממפה עקבות, למדוד את היסודות בעיוותים הקרקעיים, לאסוף דגימות עבור היכרויות. הפלוזיזם, המחקר של רעידות אדמה פרהיסטוריות, כרוך בהתעלות על פני תקלות פעילות כדי לחשוף שכבות של סימנט כי להקליט קרעי אדמה ארוכים.

שיטות שדה אחרות כוללות מדידות GPS של עיוות קרום.תחנות GPS הפעלה ברציפות להציב אזורי אשמה יכול לזהות את הצטברות איטית של מתח בין רעידות אדמה. נתונים אלה מסייעים לחדד מודלים של התנהגות לקויה ולשפר את הדיוק של מפות סיכון סיסמית.

עתיד של מעקב אחר רעידת אדמה: Machine Learning and Distributed Sensing

תחום ניטור רעידת האדמה מתקדם במהירות.אלגוריתמים של למידת מכונות מאומנים לזהות באופן אוטומטי ולסווג אותות סיסמיים, להפחית באופן דרמטי את הזמן הדרוש כדי לעבד כמויות גדולות של נתונים.אלגוריתמים אלה יכולים לזהות את הגעת גלי P, לאתר אירועים, להעריך גודל עם דיוק גבוה, והם שימושיים במיוחד עבור זיהוי רעידות אדמה קטנות או רעידות אדמה לא געשיות כי יתפספסו על ידי שיטות מסורתיות.

חישה אקוסטית מחוספסת (DAS) היא טכנולוגיה מתפתחת נוספת.על ידי שימוש בכבלים סיבים אופטיים סטנדרטיים כערכים צפופים של חיישני רטט, DAS יכול להפוך עשרות קילומטרים של תשתיות תקשורת קיימות לרשת סיסמית.הטכנולוגיה הזו כבר נבדקה בסביבות עירוניות ולאורך כבלי קרקעית הים, מתן החלטה מרחבית חסרת תקדים לאיתור מערכות מיקרו-קרקעיות ו ניטור.

חיישני הקוונטים, המנצלים את התנהגותם של אטומים למדוד את הכבידה והסיבוב עם דיוק קיצוני, נחקרים גם עבור ניטור רעידת האדמה.למרות שעדיין בשלב המחקר, החיישנים האלה יכולים בסופו של דבר לספק מדידות מדויקות מאוד של תנועת הקרקע ללא צורך ברכיבים מכניים.

מסקנה

הכלים והטכניקות המשמשים גיאולוגים למדידה ולעקוב אחר רעידות אדמה התקדמו מאוד מן הימים הראשונים של סיסמיאוגרף מכני.היום, שילוב של סממטרים, מדממים, מכ"ם לווייני, GPS ותצפיות שדה מספקות תמונה מקיפה של פעילות סיסמית'ית ורשתות מקומיות מספקות נתונים בזמן אמת המשמשות לאזהרה מוקדמת, הערכה, וגילוי מדעי, ככל שטכנולוגיה מתקדמת, כדי לפתח סיבים מדויקים יותר, ואפילו לנטראקטיביים, ולשלבי רעידות, כדי ליצור רעידות מדויקות יותר, והופכים לחיישנים מתקדמים יותר, ולקבועים מדויקים יותר, והופכים לחיישנים, ואפילו לחיישנים, לחשיפה מדויקת יותר, לחשיפה מהירה יותר, לחשיפה, לחיישנים, לאמצעי בקרה.

הבנת איך רעידות אדמה עובדות והיכולת לעקוב אחריהם בזמן אמת היא אחת הדרכים היעילות ביותר להפחית את הסיכונים שהם מציבים.המכשירים והשיטות המתוארים במאמר זה מהווים את עמוד השדרה של המאמץ הזה, עוזר לקהילות ברחבי העולם להתכונן ולהגיב לאחד הכוחות המסוכנים ביותר של הטבע.