Geofon jest podstawowym narzędziem geologów, którzy chcą zobaczyć (lub, dokładniej, usłyszeć), co dzieje się pod ziemią. Podobnie jak stetoskop, geofony nasłuchują uderzeń i wibracji z serca ziemi. Takie wibracje mogą pochodzić z różnych źródeł: pojazdów poruszających się po drogach, wiatru kołyszącego drzewami, których korzenie poruszają ziemią, wybuchów górniczych i oczywiście trzęsień ziemi.
Zawartość strony
Jak działa geofon?
Geofon działa na zasadzie zwoju drutu owiniętego wokół masy, zawieszonego za pomocą sprężyny nad magnesem. Gdy masa się porusza, magnes przesuwa elektrony przez zwoje drutu, wytwarzając sygnał elektryczny (napięcie). Sejsmografy rejestrują ten sygnał napięciowy. Sejsmograf jest specjalnym rodzajem rejestratora danych napięciowych, który dokładnie mierzy zarówno bardzo małe, jak i bardzo duże sygnały elektryczne. W rezultacie geologowie uzyskują obraz ruchów ziemi w wysokiej rozdzielczości.
Termin “geofon” zazwyczaj opisuje czysto mechaniczny rodzaj czujnika drgań o wysokiej częstotliwości. Nie wymagają one zasilania elektrycznego do działania i jako takie są również określane jako czujniki “pasywne”. Nowoczesne “aktywne” sejsmometry i akcelerometry wykorzystują układy elektroniczne w celu poprawy czułości przy pewnych częstotliwościach.
Rozmiar (i częstotliwość) ma znaczenie
Fizycznie mała masa i sztywna sprężyna w geofonie pozwoli mu drgać bardzo szybko. Zwiększając masę i zmiękczając sprężynę można poprawić czułość geofonu na niskie częstotliwości. Zmniejsza to jednak czułość geofonu na gwałtowne ruchy i zwiększa czułość na przechyły. Jest to wynikiem tego, że grawitacja zaczyna oddziaływać na masę i sprężynę.
Wraz ze wzrostem czułości geofonu na niskie częstotliwości, fizyczny rozmiar urządzenia i jego koszt wzrasta wykładniczo. Geofon 2Hz ma około 6 razy większą objętość niż geofon 4,5Hz i jest około 10 razy droższy. Masa wewnątrz geofonu 1Hz jest prawie 100x większa niż masa w czujniku 4.5Hz i kosztuje również prawie 100x więcej.
Wybór geofonu zależy od zakresu częstotliwości drgań, które chcemy monitorować. Dla większości drgań o bliskim zasięgu, pochodzących z budowy, rozbiórki lub eksplozji, można użyć małego geofonu o wysokiej częstotliwości. Czujniki geofonowe umieszczone w odległości wielu kilometrów od źródła drgań wykryją jedynie fale o niższej częstotliwości, ponieważ ziemia pochłania większość energii o wysokiej częstotliwości. W takich przypadkach najlepiej sprawdziłby się bardziej czuły geofon o częstotliwości 1-2 Hz.
Do czego wykorzystywane są geofony?
Małe geofony o wysokiej częstotliwości są często wykorzystywane do “badań sejsmicznych”. W tym celu dziesiątki lub setki geofonów układane są w linie lub tablice. W matrycach tych wykrywane są fale energetyczne pochodzące z pobliskiego źródła uderzenia. Fale energetyczne wędrują od źródła do geofonów odbiorczych, a analiza danych ujawnia struktury wewnątrz ziemi. Analiza ta może określić potencjalne źródła ropy lub gazu do produkcji energii, lub być wykorzystana do określenia właściwości prędkościowych warstw powierzchniowych, na których może być zbudowana struktura. Czujniki te mogą wykrywać częstotliwości do kilku tysięcy herców.
Geofony 2Hz są używane przez lokalne obserwatoria trzęsień ziemi i organy monitorujące przestrzeganie przepisów. Używają one trójwymiarowego zestawu geofonów (zorientowanych w kierunkach północ-południe, wschód-zachód i góra-dół) do rejestrowania ruchów gruntu spowodowanych pobliskimi wybuchami i trzęsieniami ziemi. Zdarzenia te występują zwykle w promieniu kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów od miejsca monitorowania.
Redakcja Pixel Portal
