بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی و ساخت یک لرزهنگار تک مولفهاي ارائه میشود. در این لرزهنگار براي دریافت پالسهاي لرزهاي از سیستم جرم - فنر و براي ثبت پالسهاي لرزهاي از تکنیک ماره استفاده میشود. با استفاده از دو فنر مشابه که از یک سو به بدنه دستگاه متصل اند، جرم مربوطه از بالا و پایین مهار و بطور قائم نگه داشته میشود. در مرکزجرمِ آویزان یک روزنه تعبیه شده که بر سطح آن یک عدد توري نصب میشود. توري دومی به بدنهي دستگاه نصب است. این دو توري بدون آنکه تماس فیزیکی با هم داشته باشند در مقابل هم قرار میگیرند بنحوي که صفحه توريها بر هم مماساند و خطوط آنها زاویهي کوچکی با هم میسازند.
در دو سمت توريها به ترتیب یک عدد دیود نور گسیل و یک عدد آشکارساز نوري در مقابل هم قرار میگیرند. در اثر اعمال لرزه نوعی به بدنه دستگاه، توري متصل به بدنه دستگاه جابجا میشود اما جرم و توري متصل به آن جا میماند. جابجایی نسبی دو توري باعث جابجایی بزرگتري در نقش ماره میشود. در اثر عبور فریزهاي ماره از مقابل آشکار ساز، توان نور دریافت شده توسط آن تغییر میکند.
با محاسبه توان طیفی سري زمانی افت و خیزهاي توان ثبت شده میتوان پالس لرزهاي را آشکار کرد. همچنین فرکانس پالس لرزهاي، فرکانس فضایی فریزهاي ماره و فرکانس تشدید لرزهنگار از توان طیفی تعیین میشوند. مقدار ولتاز خروجی این لرزهنگار با توجه به نوع آشکارساز و توان دیود نور گسیل قابل تنظیم است. در این لرزه نگار بسادگی با تغییر زاویه مابین خطوط توريها و یا تغییر گام آنها حساسیت را می- توان تغییر داد. این لرزهنگار به دلیل خاصیت بزرگنمایی تکنیک ماره قابلیت آشکار کردن جابجاییهاي کوچک از مرتبه چند میکرومتر را دارد. فرکانس تشدید این لرزهنگار 10 هرتز است که براي لرزهنگاري اکتشافی مناسب است.
مقدمه
کشف و بهره برداري بهینه از منابع نفت و گاز حائز اهمیت فراوان است. لرزهنگاري یکی از دقیقترین و پرکاربردترین روشهاي ژئوفیزیکی براي اکتشاف منابع زیر زمینی مانند نفت و گاز بشمار میآید. در لرزه نگاري از ابزارهاي گوناگونی براي بدست آوردن مقاطع لرزهاي استفاده میشود. یکی از مهمترین ابزارها براي ثبت امواج لرزهاي که از دقت بالایی برخوردار است، گیرنده یا ژئوفون است. این گیرندهمعمولاً در فواصل چند متر تا چندین کیلومتر از چشمهي امواج لرزهاي قرار داده میشود. فرکانس طبیعی این گیرندهها از مرتبه ده هرتز است و امواجی با دامنهي چند میکرومتر و بالاتر را آشکار میکنند.
اساس کار کلیه لرزه نگارها بر پایهي حرکت تناوبی یک آونگ فیزیکی - براي لرزه- هاي افقی - و یا مجموعهي جرم - فنر - براي لرزههاي قائم - استوار است. با ثابت نگه داشتن چارچوب دستگاه لرزه نگار به زمین، آونگ یا جرم متصل به فنر در لحظهي اولیهي رسیدن پالس لرزهاي به علت اینرسی ماند جا میماند که این جاماندگی باعث میشود آونگ یا جرم متصل به فنر از وضعیت تعادل جدید سیستم خارج شود و در نهایت باعث ایجاد ارتعاش در سیستم میشود.
این جابجایی جرم نسبت به بدنه لرزه نگار در ژئوفون با استفاده از قانون القاي فارادي ثبت میشود. در لرزه نگارهاي متداول از یک سیملوله به عنوان جرم متصل به فنر و یک آهنربا که به بدنهي لرزه نگار ثابت شده است، براي ثبت جابجایی و یا سرعت پالس لرزهاي استفاده میشود. این روش خیلی به نوفههاي الکترومغناطیسی حساس است و ثبت دادهها در محیطهاي داراي میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی دچار مشکل میشود. در این مقاله روشی جدید براي ثبت دقیقتر جابجایی جرم نسبت به بدنهي لرزه نگار بر پایهي استفاده از تکنیک ماره ارائه میشود. در این روش جابجایی سیستم متصل به فنر با یک مرتبه بزرگنمایی نسبت به روشهاي قبلی تعیین میشود. همچنین نحوه تحیلیل فریزهاي ماره خیلی راحت و در نوع خود بدیع است.
لرزه نگار مارهاي
در این لرزهنگار از سیستم نوسانگر جرم - فنر براي آشکارسازي امواج لرزهاي و از تکنیک ماره براي ثبت مقادیر جابجایی جرم استفاده میکنیم. هنگامی که دو ساختار تناوبی مانند دو توري روي هم قرار گیرند و خطوط آنها زاویهي کوچکی با هم بسازند، نقش یا طرح تناوبی جدیدي ظاهر میشود که نقش ماره نامیده میشود. دوره تناوب فضایی یا گام نقش ماره dm بمراتب بزرگتر از دوره تناوب فضایی یا گام توريها d است - شکل . - 1
این دو توري بدون آنکه تماس فیزیکی با هم داشته باشند در مقابل هم قرار میگیرند بنحوي که صفحه توريها بر هم مماساند و خطوط آنها زاویهي کوچکی با هم میسازند. در دو سمت توريها به ترتیب یک عدد دیود نور گسیل و یک عدد آشکارساز نوري در مقابل هم قرار میگیرند. در اثر اعمال لرزه نوعی به بدنه دستگاه، توري متصل به بدنه دستگاه جابجا میشود اما جرم و توري متصل به آن جا میماند.
جابجایی نسبی دو توري باعث جابجایی بزرگتري در نقش ماره میشود. در اثر جابجایی فریزهاي ماره از مقابل آشکارساز، توان نور دریافت شده توسط آن تغییر میکند. با محاسبه توان طیفی سري زمانی افت و خیزهاي توان ثبت شده میتوان پالس لرزهاي را آشکار کرد. همچنین فرکانس پالس لرزهاي، فرکانس فضایی فریزهاي ماره و فرکانس تشدید لرزهنگار از توان طیفی استخراج میشوند.
مقدار ولتاز خروجی این لرزهنگار با توجه به نوع آشکارساز و توان دیود نور گسیل قابل تنظیم است. همچنین بسادگی با تغییر زاویه مابین خطوط توريها و یا تغییر گام آنها حساسیت لرزه نگار را می توان تغییر داد. این لرزهنگار به دلیل خاصیت بزرگنمایی تکنیک ماره قابلیت آشکار کردن جابجاییهاي خیلی کوچک از مرتبه میکرومتر را دارد. نمایی از لرزه نگار مارهاي ساخته شده در شکل 2 آورده شده است. فرکانس طبیعی لرزهنگار ساخته شده 10 Hz است که براي لرزه -
نگاري اکتشافی مناسبتر است.
مارهاي در اثر جابجایی زمین، فریم متصل به بدنهي دستگاه جابجا میشود اما فریم متصل به فنر با توجه به اینرسی ماند، جامی- ماند، در نتیجه توري اول نسبت به توري دوم جابجا میشود. همان طور که اشاره شد جابجایی فریزهاي ماره بمراتب بزرگتر از جابجایی جرم متصل به فنر است. لذا با اندازهگیري جابجایی فریزهاي ماره، جابجایی جرم متصل به فنر و جابجایی زمین با دقت بالایی تعیین میشود.
در اینجا براي ثبت جابجایی فریزهاي ماره از یک عدد دیود نور گسیل و یک عدد آشکارساز استفاده شد. این دو بصورت هم محور در مقابل هم قرار میگیرند و محور آنها عمود بر صفحه توريها قرار دارد. بنابراین با جابجایی فریزهاي ماره از مقابل باریکه نور فرودي به آشکارساز توان نور رسیده به آن تغییر میکند و این تغییرات بصورت ولتاژ در خروجی دستگاه مشاهده میشود.
تعداد تناوبهاي پیوسته ولتاژ خروجی دستگاه با تعداد فریزهاي جابجا شده و در واقع جابجایی جرم متصل به فنر متناسب است. فاصله زمانی مابین شکستگیهاي تکرار پذیر و هم فاصله در نمودار تناوبی توان ثبت شده دوره تناوب طبیعی دستگاه را تعیین میکند. همچنین شکستگیهاي ناگهانی در این نمودار تناوبی معیاري از فرکانس ضربه ورودي به دستگاه است.
