علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Acoustic waves give a bounce to real-time seismic imaging
(King Abdullah University of Science and Technology – بواسطة: جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا)
ملخص المقالة:
استطاع فريق من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا التحقق من صحة قدرات تقنية قياس التداخل الزلزالي في تحديد السمات الفريدة تحت السطحية، مثل جيوب الماء. وستُمكن هذه التقنية مهندسي البيئة من مراقبة سريعة وغير مكلفة لما تحت السطح، كالتسربات في السدود.
( المقالة )
أُخضِعت تقنية الاستشعار عن بعد، التي تستطيع الكشف عن التغييرات في الوقت الحقيقي في بيئات تحت سطح الأرض، الى تجارب ناجحة في الصحراء خارج حرم جامعة الملك عبدالله في مدينة ثول، بالمملكة العربية السعودية.
ولتجنب التأثير المدمر والمستهلك للوقت للحفر، يتجه الجيولوجيون بشكل متزايد إلى نهج يُعرف باسم التصوير الزلزالي. ويستخدم هذا الإجراء مصادر صوتية في العديد من المواقع المختلفة لإرسال موجات صوتية في أعماق الأرض، ثم يقيس المدة التي تستغرقها الموجات للعودة إلى المستقبلات الموجودة على السطح. ويعتمد وقت انتقال الموجات على خصائص مثل صلابة أو مسامية المواد التي تمر من خلالها، وبالتالي يمكن لهذه الطريقة بسهولة تحديد السمات الفريدة تحت السطحية، مثل جيوب الماء.
ومع ذلك، لا يزال التصوير الزلزالي التقليدي بطيئًا جدًا في اكتشاف الأحداث الجيولوجية في الوقت الحقيقي، كما يشير جيرارد شوستر، عالم الجيوفيزياء في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية. “لإجراء تجربة زلزالية تقليدية، تحتاج إلى العديد من المناظر الزاويّة المختلفة لتقدير خصائص كل بنية أساسية بدقة، الأمر الذي يتطلب ساعات عديدة لنشر المصادر الزلزالية واستفزازها عبر مئات المواقع المختلفة”، كما يقول.
وعلى مدار العشرين عامًا الماضية، كان شوستر يعمل على إيجاد حل لهذه المشكلة من خلال التركيز على كيفية بدء الأنماط الدورية للموجات الصوتية في التأخر أو التقدم لبعضها البعض بعد مرورها عبر مادة تحت الأرض. ويمكن عكس هذه التغييرات، المعروفة باسم اختلافات الطور، عن طريق قياس التداخل الزلزالي لتوفير معلومات هيكلية عالية الدقة في حين تتطلب مصادر صوتية أقل بكثير.
ويتابع شوستر: “يتطلب هذا النهج جهدًا أقل بكثير. يسمح لك أخذ الفروق الزمنية بين المراحل بالإجابة على أسئلة حول صلابة ونعومة الجيولوجيا ببضع تجارب فقط بدلاً من المئات”.
في أحدث عمل لهم، أجرى شوستر وزملاؤه تجربة مضبوطة بالفاصل الزمني للتحقق من صحة قدرات تقنية قياس التداخل الزلزالي الخاصة بهم. أولاً، أنشأ الفريق مجموعة من مصادر الصوت وأجهزة الاستقبال على الكثبان الرملية الجافة. وبعد ذلك، قاموا بحقن 12 طنًا من الماء في الكثبان الرملية على مدى بضع ساعات مع تسجيل ما يقرب من مائة قياس تداخل لكل موقع مصدر. وتم تحويل هذه البيانات كل دقيقتين إلى لقطات لتدفق المياه الجوفية حيث تتسرب عبر طبقات تحت البنية على بعد عدة أمتار تحت السطح.
ويقول شوستر: “أقنعتنا عمليات المحاكاة ثلاثية الأبعاد للتجارب أن ما رأيناه لم يكن قراءة خاطئة”. ويتابع: “يمكن أن يكون التأثير الأولي لهذه النتائج مفيدًا لمهندسي البيئة الذين يحتاجون إلى مراقبة سريعة وغير مكلفة تحت السطح – على سبيل المثال، التصوير في الوقت الحقيقي للسدود المتسربة، أو المسوحات الزلزالية المريخية أو القمرية الفعالة”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
لمزيد من المعلومات: شريف م حنفي وآخرون ، Near-surface real-time seismic imaging using parsimonious interferometry, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-86531-5
