نقشه برداری در عملیات لرزه نگاری

 

زمین لرزه و خسارتهای جانی و مالی زیاد آن اهمیت بحث لرزه نگاری را بیش از پیش مشخص می کند.

پیاده کردن دقیق خطوط و نقاط طراحی شده برای عملیات لرزه نگاری در به دست آوردن اطلاعات خوب از لحاظ کیفی بسیار حائز اهمیت میباشد.

تعیین موقعیت به سه دلیل مهم است:

1) بسیاری از مراحل پردازش اطلاعات به مختصات نقاط گیرنده و انرژی بستگی دارد.
2) چیدن خطوط لرزه نگاری بر اساس مختصات آنها انجام می شود. 
3) انتخاب محلهای مورد نظر برای حفاری از روی داده های لرزه نگاری ( بعد از تعبیر و تفسیر ) از روی همان اطلاعات عملیات نقشه برداری صورت می گیرد.
از موارد ذكر شده، مورد سوم به دلایل اقتصادی چون بالا بودن هزینه های حفاری و تمایل زیاد كمپانی ها به كاهش ریسك حفاری، مهمتر از بقیه می باشد.
گروه نقشه برداری، پیش قراول گروهها در عملیات لرزه نگاری می باشد؛ چه در مراحل طراحی جهت شناسایی و تهیه نقشه ای از منطقه و چه در مراحل عملیات برای پیاده کردن و نشانه گذاری نقاط جهت كارهای بعدی.

نقشه برداری شامل مباحث بسیاروسیعی می باشد که می توان به چهار گرایش اصلی آن به شرح ذیل اشاره کرد:

1) ژئودزی (Geodesy  ) كه شامل نقشه برداری زمینی ودریایی( هیدروگرافی) بوده و هدف از آن تعیین شکل و میدان ثقل زمین می باشد..
2) فتو گرامتری(Photogrammetry )
3) سیستم اطلاعات مكانی (Geospatial Information System)
4) سنجش از راه دور ( Remote Sensing )

در عملیات لرزه نگاری، بحث نقشه برداری مورد اول مد نظر می باشد.برای این مهم، از تکنولوژی SPG  استفاده می شود كه در ادامه مختصری در مورد آن بیان خواهد شد.
GPS  یا سیستم تعیین موقعیت جهانی(Global Positioning System) توسط نیروی دریایی آمریكا ابداع شد. هدف از به وجود آوردن این سیستم، تعیین موقعیت ناوگان جنگی ارتش در هر زمان از شبانه روز در هر نقطه از جهان بود. این سیستم از سه بخش تشكیل می شود:

1) بخش فضایی كه متشكل از چند ماهواره می باشد كه سیگنال ارسال می كنند.
2) بخش كنترل زمینی كه موقعیت و سلامت ماهواره ها را کنترل می كند.
3)گیرنده GPS كه در دست استفاده كننده قرار می گیردو برای تعیین موقعیت بکار می رود. 

1)Code : دراین روش مدت زمان ارسال موج از ماهواره تا گیرنده مورد نظر می باشد.
2) Phase : در این تكنیك تعداد پریودهای كامل كه موج  از ماهواره تا گیرنده طی می كند، مورد توجه است.   

روشهای تعیین موقعیت       
به طور كلی دو روش برای تعیین موقعیت وجود دارد:

1) Single : تنها یك گیرنده در تعیین موقعیت استفاده می شود.
2) Differential : كه شامل موارد زیر می شود.

2-1 ) Static : نقطه ای با مختصات معلوم به عنوان   Base درنظر گرفته می شود و گیرنده ای در آن نقطه نصب می شود. گیرنده دومی در نقاط نامعلوم از نظر مختصات قرار می گیرد. بدین ترتیب مختصات نقاط نامعلوم با دقت خوبی تعیین می شوند. استفاده ازBase  به بخاطرتصحیح خطاها و بالا بردن دقت می باشد.این روش برای ایجاد شبكهُ  GPSاستفاده می شود.
2-2 )Rapid Static : مانند روش اول است با این تفاوت كه در زمان كمتر و برای محدوده های كوچكترو برای گسترش شبکه اولیه انجام می شود.
2-3) Kinematic  :  یك  Base و یك گیرنده متحرك( Rover ) استفاده می شود. برای برداشت عوارص زمین مانند جاده، رودخانه،تهیه نقشه توپوگرافی و... این روش مورد استفاده قرار می گیرد. این روش post process می باشد یعنی اطلاعات برداشت شده در دفتر پردازش شده و مختصات نقاط محاسبه می شود.

2-4) (RTK (Real Time Kinematica: برای برداشت و پیاده سازی استفاده می شود. تفاوتش با روش قبل در این است كه تصحیحات لازم در همان مرحله پیاده سازی نقاط انجام می- شود، در این روش تصحیحات لازم در Base محاسبه شده و توسط یک سیستم رادیویی به Rover ارسال می شود و Rover با استفاده از این تصحیحات نقاط را دقیق پیاده کرده یا برداشت می نماید.

       گیرنده Rover که توسط اپراتور جهت پیاده سازی نقاط مورد استفاده قرار می گیرد 

برخی ازخطاهای تأثیرگذار بر اطلاعات GPS

- اختلاف ساعت بین ماهواره و گیرنده
- تروپوسفر: از اختلاف شرایط آب و هوایی Base  و گیرندهُ دوم ناشی می شود.
- یونوسفر: یونیزاسیون مولكولهای هوا كه سیگنال ارسالی از ماهواره ها را تحت تأثیر قرار می دهد. 
-Cycle slip : در صورت وجود مانعی بین گیرنده و ماهواره ها این خطا به وجود می آید كه به دلیل دیده نشدن ماهواره ها توسط گیرنده می باشد. 
-Multipath: موانعی مانند دیوارها و خانه های مرتفع باعث می شود كه امواج پس از برخورد به موانع به گیرنده برسند كه اصطلاحاًموج چند مسیره ای می شود. 

سیستم GPS  بر اساس بیضوی مرجع (84  WGS (World geodetic system  می باشد. گیرندهُ مورد استفاده در آغاجاری لایكا سری (530Leica 530)  می باشد.
نقاط گیرنده وانرژی توسط گروه نقشه برداری  به روش RTK پیاده می شوند. معمولا نقاط گیرنده بایك پرچم آبی ونقاط انرژی بایك پرچم قرمز مشخص می شوند. در حین پیاده سازی نقاط ممكن است به دلایلی مانند نزدیكی به زمینهای كشاورزی، محیطهای مسكونی، كانال آب و ... مجبور شویم كه نقاط به خصوص نقاط انرژی را در جایی غیر از محل اصلیشان قرار دهیم كه اصطلاحاً به آن آفست دادن می گویند. این كار بر عهدهُ گروه نقشه-برداری است كه البته ناظر عملیات باید آن را تأیید كند.
از مواردی كه در نظارت بر كار گروه نقشه برداری باید مورد توجه قرار گیرد، می توان به كنترل روزانهُ  کیفیت داده های گروه اشاره كرد. مواردی چون تعداد ماهواره های دیده شده توسط گیرنده ها باید چك شوند. همچنین نظارت بر نحوهُ انجام كار اپراتورها نباید فراموش شود تا مبادا فردی از روی كم توجهی، دقت لازم در پیاده سازی نقاط را از یاد ببرد.
این خلاصه ای از كار گروه نقشه برداری در عملیات لرزه نگاری بود كه سعی شد در آن آشنایی كلی با این گروه به وجود آید.

 

 

رادارها چگونه کار می کنند ؟

رادار وسیله ای است که بطور رایج در همه جا استفاده می شود . اما اغلب فعالیت این وسیله از دید ما پنهان است . درکنترل ترافیک هوایی از رادار برای تعیین موقعیت هواپیماها هم از روی زمین و هم در آسمان و همچنین کمک به آنها برای پیمودن مسیر صحیح استفاده می شود. پلیس از رادار برای بدست آوردن سرعت اتومبیل ها استفاده می کند . ناسا از رادار برای ترسیم نقشه سطح کره زمین و دیگر سیارات ، همچنین برای تعیین موقعیت ماهواره ها و اجسام فضایی وهدایت سفاین خود استفاده می کند. و در صنایع نظامی نیز رادار کاربردهای وسیعی از جمله کشف نیروهای دشمن و یا هدایت موشک دارد. هواشناسان از رادار برای ردیابی و تعیین سرعت و موقعیت توفان ها ، تندبادها و توده های هوا بهره می جویند و حتی شما می توانید نوعی از رادار را  در ساختار دربهایی که به طور خودکار بروی شما گشوده می شوند نیز بیابید. پس همانطور که به نظر می رسد رادار یک وسیله بسیار سودمند است.

جایی از رادار استفاده می شود که غالبا یکی از اهداف زیر مد نظر است :

• تشخیص وجود یک جسم در فواصل دور که معمولا اجسام در حال حرکت هستند . اما رادارها قادرند اجسام ثابت و حتی اجسامی که در زیر خاک یا آوار مدفون شده اند را نیز تشخیص دهند. حتی در بعضی موارد رادارها می توانند نوع  جسمی را که کشف کرده اند مشخص کنند مثلا رادارهایی که در صنایع هوایی مورد استفاده قرار می گیرند می توانند نوع هواپیما را هم تشخیص دهند.

• تشخیص سرعت حرکت یک جسم  که این خاصیت رادارها دلیل استفاده پلیس از این وسیله است .

• نقشه برداری از سطوح :  برخی سفینه های فضایی و ماهواره ها مجهز به وسیله ای به اسم Synthetic Aperture Radar هستند که از آن برای تهیه نقشه های توپوگرافی از سطح سیاره ها و اجسام فضایی دیگر استفاده می کنند.

هر سه مورد از کاربردهای  بالا با بهره جویی از دو پدیده فیزیکی که در زندگی روزمره شما هم  به طور متعدد اتفاق می افتد انجام می شوند : پدیده های صوتی اکو و داپلر ! مفهوم این دو پدیده صوتی برای شما براحتی قابل درک هستند زیرا گوشهای شما هر روز اصوات اکو و داپلر را می شنوند.  رادار از این دو پدیده در غالب امواج صوتی استفاده می کند.

ما در این مقاله سعی داریم که که از رازهای رادار پرده برداریم . ابتدا به توضیح پدیده های اکو و داپلر می پردازیم که شما با آن آشناتر هستید.

اکو و داپلر  

اکو پدیده ای است که شما حتما آن را تجربه کرده اید. اگر شما در داخل یک چاه یا یک دره فریاد بزنید برگشت صدای خود را پس از چند لحظه خواهید شنید و دلیل این پدیده اینست که برخی از امواج صوتی  فریاد شما به سطحی ( مثلا بدنه چاه یا سطح آب در ته چاه و یا دیواره روبرویی شما در یک دره ) برخورد کرده و مجددا به سوی شما منعکس شده و به گوش شما می رسد و شما مجددا آنها را می شنوید. فاصله زمانی بین احظه ای که شما فریاد زده اید و لحظه ای که  اکوی صدای خود را می شنوید بستگی به فاصله بین شما و سطح منعکس کننده امواج دارد.

داپلر  نیز یک پدیده رایج است . شما حتما بارها آن را تجربه کرده اید ( شاید بدون اینکه آن را درک کرده باشید). این پدیده هنگامی اتفاق می افتد که منبع صدا و یا منعکس کننده آن، یک جسم در حال حرکت باشد و این پدیده در نهایت منجر به تولید امواج سونیک می شود . حال به توضیح این پدیده می پردازیم .

تصور کنید اتومبیلی که با سرعت 60 مایل در ساعت بسوی شما در حال حرکت است بوق خود را به صدا در میاورد . هنگامی که اتومبیل در حال نزدیک شدن است صدای بوق آن هم بطور یکنواخت با نزدیک شدن اتومبیل بلند تر می شود اما هنگاهی که اتومبیل از مقابل شما عبور کرد صدای بوق  بطور ناگهانی کم می شود . در حالی که این صدای یک بوق است که آن بوق همیشه یه صوت را تولید می کند اما پدیده داپلر باعث می شود که شما صدا را این گونه بشنوید.

چرا این اتفاق می افتد؟ سرعت صوت به شرط اینکه هوا ساکن باشد تقریبا در همه جا ثابت و حدود 600 مایل بر ساعت است. (سرعت دقیق آن بستگی به فشار و رطوبت هوا و دما دارد) .

تصور کنید اتومبیل متوقف است و دقیقا یک مایل با شما فاصله دارد و به مدت یک دقیقه بطور مداوم بوق می زند. امواج صوتی منتشر شده توسط بوق با سرعت 600 مایل بر ساعت به سمت شما حرکت می کنند و شما صدای بوق را با 6 ثانیه تاخیر خواهید شنید. (زیرا 6 ثانیه طول می کشد تا امواج با سرعت 600 مایل برساعت مسافت یک مایلی بین بوق و شما را طی کنند)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

حالا اجازه دهید تصور کنیم که اتومبیل با سرعت 60 مایل بر ساعت به سمت شما حرکت می کند . مبدا حرکت اتومبیل مسافت یک مایلی شماست و به مدت یک دقیقه تمام هم بطور مداوم بوق می زند. شما باز هم صدا را با 6 ثانیه تاخیر خواهید شنید اما اینبار به نظر شما اتومبیل فقط 54 ثانیه بوق می زند. این  بدین خاطر است که اتومبیل پس از یک دقیقه دقیقا مقابل شما خواهد بود و صدا در این لحظه بلا فاصله و بدون هیچ تاخیری به شما می رسد. اتومبیل (از دیدگاه راننده آن ) یک دقیقه کامل بطور مداوم بوق زده است زیرا او نیز همراه با اتومبیل در حال حرکت بوده و صدا  بدون تاخیر به گوش او رسیده است . اما در جایگاه شما امواج صوتی که در طول یک دقیقه تولید شده است در 54 ثانیه فشرده می شود. در واقع تعداد یکسانی از امواج  صوتی در مقدار کمتری از زمان بسته بندی شده اند. بنابراین فرکانس آنها افزایش یافته و شما با صدایی بلندتر از صدای واقعی آن را خواهید شنید. اما هنگامی که اتومبیل از مقابل شما عبور کرد همه این وقایع بصورت برعکس تکرار می شوند و مقدار یکسان صوت در مدت زمان بیشتری انتشار می یابد در نتیجه فرکانس کاهش می یابد و شما صدای آهسته تری از حد واقعی را خواهید شنید.

شما می توانید ترکیبی از اکو و داپلر را بصورت زیر تجربه کنید :

یک صدای بلند را به سمت اتومبیلی که بسوی شما در حرکت است ارسال کنید. برخی از امواج این صوت به اتومبیل برخورد کرده و به سمت شما منعکس می شوند( اکو). اما چون اتومبیل به سوی شما در حال حرکت است امواج صوتی بازگشتی فشرده می شوند بنابراین امواج بازگشتی فرکانس بیشتری از صدایی که شما ارسال کرده اید را دارند. با انجام محاسباتی روی مقدارتفاوت فرکانس امواج ارسالی و بازگشتی ، می توان سرعت اتومبیل را محاسبه نمود.

 

بیشتر بدانید:

 

چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟

 

ميدان مغناطيسي يا آهنربايي كره زمين در حال ضعيف شدن است. اگر اين كاهش در شدت ميدان با همين اهنگ به پيش رود ظرف 1200 سال آينده قطب نماهاي سراسر دنيا از كار خواهند افتاد تا مدتي به طرف همه جا ولي در واقع هيچ جا منحرف خواهند شد. سپس به آهستگي پس از گذشت دهها يا صدها سال بار ديگر همراستا خواهند شد اما اين بار به سمت جنوب.
نتيجه اين مي شود كه ميدان مغناطيسي زمين وارونه خواهد شد اين اتفاق پسشتر نيز بارها روي داده است. زمين شناسان در سنگ هاي مغناطيسي چندين ميليون ساله قرايني يافته اند كه اين را تاييد مي كند. روشن است كه اين پديده بيانگر مطلب بسيار مهمي درباره هسته دروني زمين است.اما پرسش اينجاست كه اين مطلب مهم چيست؟ هسته زمين از آهن و نيكل تشكيل شده كه بخش عمده اي از انها به حالت گداخته وجود دارد اين مايع فلزي پيوسته در جنبش است و اين جنبش به نحوي جريانهاي الكتريكي به وجود مي اورند كه ميدان مغناطيسي زمين را ايجاد مي كنند. جزئيات اين فعاليت فلزي گداخته و تغييراتي كه در ميدان مغناطيسي زمين بوجود مي اورد هنوز روشن نشده است برخي از سرنخ هايي كه درباره رويدادهاي درون زمين در اختيار داريم از بررسي ساختار بيروني اين ميدان بسيار گسترده بدست آمده اند اين ميدان زمين را در محاصره خود دارد و تا صدها هزار كيلومتر در فضا ادامه دارد. ميدان مغناطيسي را مي توان به صورت مجموعه اي از خط هاي فرضي تصور كرد كه در فضا از قطب جنوب در جنوبگان تا قطب شمال در كانادا قوس مي زند و سپس در درون هسته زمين ادامه مي يابد تا بار ديگر از قطب جنوب سر در آورد. ميدان مغناطيسي زمين همواره نابسامان است. قطب هاي مغناطيسي زمين 11 درجه با قطب هاي جغرافيايي زمين فاصله دارند در اين ميدان پيچش ها و خميدگي هايي وجود دارد كه در آن نواحي ممكن است جهت عقربه قطب نما حتي تا 20 درجه از شمال حقيقي فاصله داشته باشد. دريانوردان اين نواحي را از قرن يازدهم هجري تا كنون نقشه برداري كرده اندتا مبادا قطب نماهايشان آنان را از مسير واقعي منحرف كند. از روي نوشته هاي آنان در ميابيم كه شدت ميدان مغناطيسي زمين افت و خيز بسيار زيادي دارد.و سالانه در حدود 20 كيلومتر به طرف غرب جابجا مي شود در نظر دانشمندان امروزي اين بدان معناست كه مايع گداخته هسته زمين با سرعتي در حدود نيم ميليمتر در ثانيه در حركت است. يعني در روز تقريبا مسافتي برابر نصف طول زمين فوتبال را مي پيمايد. زمين فيزيكدانان در مقياس گسترده تر با بررسي مغناطيس هايي كه در گدازه هاي منجمد باستاني محبوس شده اند ردپاي ميدان مغناطيسي زمين را 30 تا 50 ميليون سال گذشته دنيبال كرده اند همچنانكه سنگ ها گداخته مي شوند اتم هاي آهن موجود در آنها تمايل مي يابند با راستاي ميدان مغناطيسي ان دوره همراستا شوند. اين مدارك نشان مي دهد كه در گذشته ميدان مغناطيسي زمين در فاصله هاي زماني نامعين از 30 هزار سال گذشته تا 1 ميليون سال وارونه شده است. ميدان از اين رو به آن رو مي شود. يعني در مدت نزديك به 100 هزار سال ضعيف مي شود و سپس در جهت  دیگر  افزایش می یابد . بسياري از زمين شناسان كه درباره علت وارون شدن ها بررسي مي كنند اكنون معنقدند كه ميدان مغناطيسي ضعيفي كه بر سطح زمين مي سنجيم ( آن قدر ضعيف كه آهنرباي نعلي شكل اسباب بازي هم 100 برابر از آن نيرومند است) تنها مشتي از خروار است. بخش عمده از فعاليت مغناطيسي زمين در هسته آهني و نيكلي آن صورت مي گيرد برابر مقبول ترين توضيحي كه براي اين مساله ارائه شده و به نظريه دينامو معروف است بخشي از ميدان كه در هسته زمين امتداد دارد در مايع باردار و گداخته آن محبوس شده و با چرخش زمين كشيده مي شود. درنتيجه به طور مستقيم از هسته نمي گذرد بلكه بارها دور هسته پيچيده مي شود تا مانند دسته اي از كش هاي محكم تشكيل خطوط شار نيرومندي را بدهد. بنابر اين نظريه جريان همرفتي فلز گداخته كه از اعماق هسته بالا مي آيد حلقه هاي كوچكي از اين ماده مغناطيسي دور هم پيچيده را به سطح مي راند كه از اينجا به فضا امتداد مي يابند و تشكيل ميدان آشنايي را مي دهد كه مي سنجيم. سپس يك بار ديگر به درون هسته شيرجه مي روند و سخت دور هسته پيچيده مي شوند بدين ترتيب ميدان خود را نگه مي دارند. در اين فرضيه درباره اينكه چه چيزي ممكن است باعث وارونه شدن ميدان شود چنين استدلال مي شود كه طبيعت غير قابل پيش بيني جريان همرفتي كه نقش دارد. اگر در يك نقطه چند حلقه بيشتر از نقطه ديگر جمع شود ذره هاي ميدان كه به سطح مي رانند در جهت مخالف حلقه مي زنند. احتمال ديگر آن است كه اين وارونه شدن ها به هيچ وجه كاتوره اي و تصادفي نيست. و اگر اطلاعات كافي داشتيم مي توانستيم آن ها را پيش گويي كنيم و شايد بر همكنش هاي الكترومغناطيسي مايع جوشان درون زمين چندان پيچيده اند كه وارونگي تصادفي به نظر مي رسد اگر چنين باشد شايد روزي دانشمندان بتوانند به ما بگويند كه وارونگي بعدي چه هنگام رخ مي دهد اما اكنون تنها كاري كه مي توانيم بكنيم اين است كه قطب نماهايمان را تماشا كنيم و حدس بزنيم در دل گداخته زمين چه مي گذرد