توموگرافی لرزه‌ای

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

توموگرافی لرزه‌ای یک تکنیک برای تصویرکردن مشخصات ساختارهای زیرزمینی برای فهمیدن ساختارهای عمیق زمین‌شناسی است. جمع‌آوری مفصل زمان رسید امواج فشاری (امواج p) و امواج برشی (امواج s) به ما کمک می‌کند تا یک ساختار سرعتی سه بعدی از زمین به دست بیاوریم.[۱]

تئوری[ویرایش]

توموگرافی حلِّ یک مسئلهٔ وارون‌سازی است. اندازه‌گیری‌های اولیه از امواج لرزه‌ای عبورکننده از یک ماده به دست می‌آیند. این اندازه‌گیری‌ها در نهایت برای نتیجه‌گیری دربارهٔ خصوصیات موج گذرنده از ماده (سرعت، چگالی و...) مورد آنالیز قرار می‌گیرند.[۲] سرعت امواج p و s به رئولوژی ماده‌ای که از آن عبور می‌کنند بستگی دارد (چگالی و الاستیسیته). به طور خلاصه، تغییر در ترکیبات شیمیایی و ساختار گرمایی، باعث تغییر در سرعت می‌شود. این گونه امواج به صورت نسبی با سرعت بیشتری در مواد سردتر حرکت می‌کنند.[۳] براساس مشاهدات سرعت موج با افزایش عمق، با نرخ ۲ تا ۸ کیلومتر بر ثانیه در پوسته و با نرخ ۱۳ کیلومتر بر ثانیه در گوشته افزایش می‌یابد. این تحقیق براساس این فرض بنا شده است.

پردازش[ویرایش]

لرزه‌نگارها جنبش‌های زمین را در فرم امواج لرزه‌ای ثبت می‌کنند. این جنبش‌ها توسط زمین‌لرزه یا انفجارهای کنترل‌شده به وجود می‌آیند. این ابزارها به اندازه‌ای حساس هستند که می‌توانند جنبش‌هایی با جابجایی ۱۰۰۰ برابر کوچکتر از عرض موی انسان (3x10−8 m) را ثبت کنند. مجموعه‌ای از زمان رسیدها (بعضاً میلیون‌ها داده)، به زلزله‌شناس‌ها این اجازه را می‌دهد تا تصویر روشنی از مکان و اندازهٔ ساختارهای زیرزمینی داشته‌باشند. نتیجه، یک تصویر سه بعدی از یک برش از زمین است که به عنوان یک نقشهٔ سرعتی زمین به کار می‌رود. این تصویر نشان می‌دهد امواج لرزه‌ای بر اساس تفاوت زمان رسید امواج کجا می‌توانند سریع‌تر یا آهسته‌تر حرکت کنند. این نکته همچنین تفسیری از ساختار گرمایی در اعماق زمین است.[۴]

روش‌ها[ویرایش]

همان‌طور که در بالا اشاره شد، توموگرافی لرزه‌ای به طور معمول به عنوان حل یک مسئله وارون‌سازی است. برای تخمین سرعت موج p و در نتیجه ساده کردن توموگرافی لرزه‌ای، چهار روش اصلی به وجود آمده است:

  • توموگرافی زمان سیر انکساری: روشی ساده از نظر محاسبات؛ ولی فقط برای یک ساختار سرعتی کم عمق با رزولوشن پائین معتبر است. در این روش داده‌ی مشاهداتی، t اولین زمان رسید است . پارامترهای مدل s، کندی موج‌ها و L ماتریس مسیر پرتو است.[۵]
  • توموگرافی زمان سیر با فرکانس محدود: برای رسیدن به به رزولوشن بالاتر نسبت به روش بالا، اثرات انکسار موج وارد محاسبات می‌شوند. هسته‌های حساس حجمی جای مسیر پرتو را می‌گیرند. در نهایت این مسئله اجازه می‌دهد آنومالی‌های زمان سیر و بزرگا وابسته به فرکانس باشند. که این مسئله کمک می‌کند تا رزلوشن افزایش یابد.[۶]
  • زمان سیر بازتابی
  • توموگرافی شکل موج: از تمام پتانسیل اطلاعات لرزه‌ای استفاده می‌کند. لرزه‌نگاشت‌ها داده‌های مشاهده هستند و توسط معادله موج صوتی که به عنوان یک تخمین برای انتشار امواج الاستیک به شمار می‌رود، کنترل می‌شوند.

کاربردها[ویرایش]

زلزله‌شناس‌ها از توموگرافی برای پی بردن به ساختارهای زمین‌شناسی مثل فرورانش صفحات تکتونیک در گوشته گرم استفاده می‌کنند. آتشفشان‌شناس‌ها از توموگرافی برای فهمیدن اندازه‌ی ماگماچمبر در زیر آتشفشان‌ها استفاده می‌کنند.[۴]

محدودیت‌ها[ویرایش]

توموگرافی لرزه‌ای فقط آنومالی سرعت کنونی را مشخص می‌کند و همه‌ی سرعت‌های قبلی نامشخص هستند. همچنین تصویرکردن ساختارهای نازک مشکل است. بر اساس این واقعیت که طول موج‌های بزرگتر راحت‌تر ثبت می‌شوند.[۷]

منابع[ویرایش]

  1. Nolet, G. (1987). Seismic Tomography. Reidel Publishing Company. pp. 1–23.
  2. "Principles of Seismic Tomography" (PDF). Landtech Enterprises SA. Archived from the original (PDF) on 2 December 2012. Retrieved 4 March 2012.
  3. Tanimoto, T; T. Lay (2000). "Mantle dynamics and seismic tomography". PNAS. 97 (23): 12409–12410. Bibcode:2000PNAS...9712409T. doi:10.1073/pnas.210382197. PMC 34063. PMID 11035784. |access-date= requires |url= (help)
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ "EarthScope Education and Outreach: Seismic Tomography" (PDF). Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS). Archived from the original (PDF) on 19 May 2012. Retrieved 17 January 2013.
  5. Taillandier, C.; Deladerriere, N; et al. (2011). "First arrival traveltime tomography: when simpler is better". EAGE, Vienna.
  6. Tian, Yue; Montelli Raffaella; et al. (2007). "Computing traveltime and amplitude sensitivity kernels in finite-frequency tomography". Princeton University: 1–40.
  7. Dziewonski, A.M. (2004). "Global seismic tomography: What we really can say and what we make up". Retrieved 4 March 2012.