परिवेशीय शोर भूकंपीय इमेजिंग: कैसे निष्क्रिय भूकंपीय विधियाँ कृत्रिम स्रोतों के बिना भूमिगत संरचनाओं को प्रकट करती हैं - ब्लॉग

भूकंपीय अन्वेषण के अधिकांश इतिहास के लिए, यह समझना कि पृथ्वी की सतह के नीचे क्या है, भूकंपीय ऊर्जा उत्पन्न करने और यह देखने पर निर्भर करता है कि वह ऊर्जा भूमिगत संरचनाओं के माध्यम से कैसे यात्रा करती है। नियंत्रित विस्फोट, वाइब्रोसिस ट्रक और प्राकृतिक रूप से आने वाले भूकंप लंबे समय से उपसतह संरचनाओं की छवि चाहने वाले भूभौतिकीविदों के लिए जानकारी के प्राथमिक स्रोत के रूप में काम करते रहे हैं।

हालाँकि ये विधियाँ महत्वपूर्ण बनी हुई हैं, वे अक्सर उच्च परिचालन लागत, तार्किक चुनौतियों, पर्यावरणीय विचारों और स्रोत उपलब्धता में सीमाओं से जुड़ी होती हैं। जैसे-जैसे अन्वेषण लक्ष्य अधिक जटिल होते जा रहे हैं और निगरानी की आवश्यकताएं निरंतर बढ़ती जा रही हैं, शोधकर्ता उपसतह की जांच के लिए वैकल्पिक तरीकों की खोज कर रहे हैं।

हाल के दशकों में उभरने वाले सबसे महत्वपूर्ण विकासों में से एक परिवेश शोर भूकंपीय इमेजिंग (एएनएसआई) है, जिसे अक्सर निष्क्रिय भूकंपीय इमेजिंग के रूप में जाना जाता है। कृत्रिम भूकंपीय स्रोतों पर भरोसा करने के बजाय, यह दृष्टिकोण पर्यावरण में पहले से मौजूद अनगिनत कंपनों का उपयोग करता है। जिन संकेतों को कभी पृष्ठभूमि हस्तक्षेप माना जाता था, अब उनका उपयोग पृथ्वी के आंतरिक भाग के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रकट करने के लिए किया जा रहा है।

परिवेशीय भूकंपीय शोर की दीर्घकालिक रिकॉर्डिंग से उपयोगी तरंग प्रसार विशेषताओं को निकालकर, शोधकर्ता सक्रिय रूप से भूकंपीय ऊर्जा उत्पन्न किए बिना भूमिगत संरचनाओं की विस्तृत छवियां उत्पन्न कर सकते हैं। जिसे कभी शोर माना जाता था वह तेजी से आधुनिक भूभौतिकीय अन्वेषण के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन बनता जा रहा है।

कई वर्षों तक, पृष्ठभूमि भूकंपीय कंपन को बड़े पैमाने पर भूकंपीय रिकॉर्ड में अवांछित शोर के रूप में माना जाता था। सिग्नल प्रोसेसिंग और भूकंपीय सिद्धांत में प्रगति ने धीरे-धीरे उस धारणा को बदल दिया है।

परिवेशीय शोर भूकंपीय इमेजिंग को एक शक्तिशाली निष्क्रिय भूभौतिकीय तकनीक के रूप में मान्यता प्राप्त है जो उपसतह संरचनाओं की जांच के लिए प्राकृतिक रूप से होने वाले जमीनी कंपन का उपयोग करती है। कृत्रिम साधनों के माध्यम से भूकंपीय तरंगें उत्पन्न करने के बजाय, यह विधि पर्यावरण में पहले से मौजूद निरंतर तरंग क्षेत्र पर निर्भर करती है।

केंद्रीय विचार सीधा है: जैसे परिवेशीय कंपन पृथ्वी के माध्यम से यात्रा करते हैं, वे भूवैज्ञानिक संरचनाओं के साथ बातचीत करते हैं और जिस माध्यम से वे गुजरते हैं उसके बारे में जानकारी लेते हैं। इन संकेतों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करके, शोधकर्ता तरंग प्रसार पथों का पुनर्निर्माण कर सकते हैं और सक्रिय भूकंपीय सर्वेक्षणों के माध्यम से पारंपरिक रूप से प्राप्त जानकारी को पुनर्प्राप्त कर सकते हैं।

परिणामस्वरूप, निष्क्रिय भूकंपीय अन्वेषण, भूकंपीय टोमोग्राफी और दीर्घकालिक उपसतह निगरानी में परिवेश शोर इमेजिंग एक तेजी से महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है।

भूकंप न आने पर भी ज़मीन कभी भी पूरी तरह शांत नहीं होती।

भूकंपीय उपकरण प्राकृतिक और मानवीय प्रेरित प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला द्वारा उत्पन्न कमजोर कंपनों को लगातार रिकॉर्ड करते हैं। इन निरंतर संकेतों को सामूहिक रूप से परिवेशीय भूकंपीय शोर के रूप में जाना जाता है।

आधुनिक भूकंप विज्ञान के अधिकांश विकास के लिए, परिवेशीय शोर को मुख्य रूप से एक बाधा माना गया था। शोधकर्ताओं ने इसे भूकंपीय रिकॉर्ड से हटाने में काफी प्रयास किया ताकि भूकंप उत्पन्न संकेतों का अधिक स्पष्ट रूप से विश्लेषण किया जा सके। हालाँकि, बढ़ते सबूतों से पता चला है कि इन प्रतीत होने वाले यादृच्छिक कंपनों में पृथ्वी की संरचना के बारे में बहुमूल्य जानकारी होती है।

परिवेशीय भूकंपीय शोर के स्रोत उल्लेखनीय रूप से विविध हैं। समुद्र की लहरें समुद्र तट और समुद्र तल के साथ संपर्क करके सूक्ष्म भूकंप उत्पन्न करती हैं जो लंबी दूरी तक फैल सकती हैं। हवा, वायुमंडलीय दबाव भिन्नता, नदी प्रणालियाँ और समुद्री धाराएँ सभी जमीन पर ऊर्जा का योगदान करते हैं। शहरी परिवेश में, परिवहन नेटवर्क, औद्योगिक सुविधाएं, निर्माण गतिविधियां और रोजमर्रा की मानव आवाजाही कंपन के अतिरिक्त स्रोत बनाती है।

हालाँकि व्यक्तिगत रूप से देखने पर ये संकेत यादृच्छिक लग सकते हैं, लेकिन जब वे भूवैज्ञानिक संरचनाओं के माध्यम से यात्रा करते हैं तो वे बार-बार उपसतह का नमूना लेते हैं। समय के साथ, वे इस बात का निरंतर रिकॉर्ड प्रदान करते हैं कि पृथ्वी तरंग प्रसार पर कैसे प्रतिक्रिया करती है, जिससे वे भूकंपीय इमेजिंग के लिए एक मूल्यवान संसाधन बन जाते हैं।

परिवेशीय शोर से सार्थक जानकारी निकालने की क्षमता एक गणितीय प्रक्रिया पर आधारित है जिसे क्रॉस{0}}सहसंबंध के रूप में जाना जाता है।

जब दो भूकंपीय स्टेशन एक साथ परिवेशीय कंपन रिकॉर्ड करते हैं, तो प्रत्येक स्टेशन कई अलग-अलग दिशाओं से आने वाली तरंग ऊर्जा को कैप्चर करता है। पहली नज़र में, ये रिकॉर्डिंग्स अत्यधिक जटिल और अव्यवस्थित प्रतीत होती हैं। हालाँकि, विस्तारित अवधि में दो डेटासेट की तुलना करके, शोधकर्ता स्टेशनों के बीच साझा की गई स्थिर प्रसार विशेषताओं की पहचान कर सकते हैं।

जैसे-जैसे रिकॉर्डिंग का समय बढ़ता है, क्रॉस-सहसंबंध फ़ंक्शन धीरे-धीरे उस ओर परिवर्तित हो जाता है जिसे भूकंपविज्ञानी दो अवलोकन बिंदुओं के बीच ग्रीन फ़ंक्शन के रूप में संदर्भित करते हैं।

तरंग भौतिकी में, ग्रीन का फ़ंक्शन बताता है कि जब ऊर्जा एक स्थान पर पेश की जाती है और दूसरे स्थान पर देखी जाती है तो एक माध्यम कैसे प्रतिक्रिया करता है। इसमें प्रभावी रूप से माध्यम के प्रसार गुणों के बारे में जानकारी शामिल है।

एक बार जब इस प्रतिक्रिया का पुनर्निर्माण हो जाता है, तो एक भूकंपीय स्टेशन को आभासी स्रोत के रूप में माना जा सकता है जबकि दूसरा रिसीवर के रूप में कार्य करता है। पारंपरिक भूकंपीय विश्लेषण विधियों को भूकंपीय वेगों का अनुमान लगाने, भूवैज्ञानिक सीमाओं की पहचान करने और उपसतह संरचनाओं के विस्तृत मॉडल बनाने के लिए लागू किया जा सकता है।

जो बात इस दृष्टिकोण को विशेष रूप से उल्लेखनीय बनाती है वह यह है कि यह किसी भी कृत्रिम भूकंपीय स्रोत की आवश्यकता के बिना सक्रिय स्रोत सर्वेक्षणों से प्राप्त जानकारी को पुनर्प्राप्त कर सकता है।

परिवेशीय शोर इमेजिंग के सबसे आकर्षक पहलुओं में से एक यह है कि उपयोगी संकेत शुरुआत में यादृच्छिक कंपन से निकलते हैं।

इसकी व्याख्या जटिल भूवैज्ञानिक मीडिया के माध्यम से भूकंपीय तरंगों के फैलने के तरीके में निहित है। जैसे ही तरंगें पृथ्वी की पपड़ी से होकर गुजरती हैं, वे बार-बार परावर्तन, अपवर्तन और प्रकीर्णन से गुजरती हैं। लंबे समय तक, कई अलग-अलग दिशाओं से आने वाली तरंगें बार-बार एक ही भूमिगत संरचनाओं का नमूना लेती हैं।

क्रॉस{0}}सहसंबंध प्रक्रिया के दौरान, असंबद्ध यादृच्छिक घटक सांख्यिकीय औसत के माध्यम से रद्द हो जाते हैं। साथ ही, भूकंपीय स्टेशनों के बीच स्थिर प्रसार पथों से जुड़े तरंगरूपों को सुदृढ़ किया जाता है और धीरे-धीरे अधिक प्रमुख हो जाते हैं।

जैसे-जैसे अतिरिक्त डेटा जमा होता जाता है, सुसंगत संकेत मजबूत होते जाते हैं जबकि यादृच्छिक उतार-चढ़ाव कम होते जाते हैं। अंततः, उपसतह की अंतर्निहित प्रसार विशेषताएँ पृष्ठभूमि शोर से उभरती हैं।

यह प्रक्रिया शोधकर्ताओं को सतह के नीचे छिपी भूवैज्ञानिक संरचनाओं के बारे में प्रतीत होने वाले अराजक कंपन को सार्थक जानकारी में बदलने की अनुमति देती है।

निष्क्रिय भूकंपीय इमेजिंग अध्ययन क्षेत्र में भूकंपीय सेंसर के नेटवर्क की तैनाती के साथ शुरू होती है।

ये उपकरण लगातार काम करते हैं, कई हफ्तों से लेकर कई महीनों तक की अवधि में परिवेशी ज़मीन की गति को रिकॉर्ड करते हैं। क्योंकि यह विधि सक्रिय भूकंपीय स्रोतों पर निर्भर नहीं करती है, डेटा अधिग्रहण अक्सर आसपास के समुदायों और वातावरण में न्यूनतम गड़बड़ी के साथ किया जा सकता है।

एक बार पर्याप्त डेटा एकत्र हो जाने के बाद, शोधकर्ता वाद्य प्रभावों और क्षणिक गड़बड़ी को दूर करने के लिए प्रीप्रोसेसिंग चरणों की एक श्रृंखला करते हैं जो परिवेश तरंग क्षेत्र को अस्पष्ट कर सकते हैं। फिर साफ की गई रिकॉर्डिंग को आभासी भूकंपीय प्रतिक्रियाओं के पुनर्निर्माण के लिए स्टेशन जोड़े के बीच क्रॉस-संबंधित किया जाता है।

बरामद तरंगरूप विभिन्न आवृत्ति श्रेणियों में भूकंपीय तरंग वेगों के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। व्युत्क्रमण तकनीकों के माध्यम से, इन मापों को उपसतह के दो {{1} आयामी और तीन आयामी मॉडल में बदल दिया जाता है।

परिणामी छवियां दोष प्रणालियों, वेग भिन्नताओं, भूवैज्ञानिक सीमाओं, क्रस्टल संरचनाओं और अन्य विशेषताओं को प्रकट कर सकती हैं जिनकी जांच के लिए अन्यथा व्यापक सक्रिय {{0}स्रोत सर्वेक्षण की आवश्यकता होगी।

3C seismic sensor

परिवेशीय शोर भूकंपीय इमेजिंग की बढ़ती स्वीकार्यता आधुनिक भूभौतिकी में व्यापक बदलाव को दर्शाती है। पूरी तरह से कृत्रिम ऊर्जा स्रोतों पर निर्भर रहने या महत्वपूर्ण भूकंपीय घटनाओं की प्रतीक्षा करने के बजाय, शोधकर्ता स्वाभाविक रूप से होने वाले कंपन से जानकारी निकालने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं।

किसी कृत्रिम भूकंपीय स्रोत की आवश्यकता नहीं है
सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक यह है कि परिवेशीय शोर इमेजिंग के लिए नियंत्रित विस्फोटों, वाइब्रोसिस ट्रकों या अन्य सक्रिय भूकंपीय स्रोतों की आवश्यकता नहीं होती है। पृथ्वी महासागरीय उत्पन्न सूक्ष्म भूकंपों, वायुमंडलीय प्रक्रियाओं और मानवीय गतिविधियों के माध्यम से लगातार उपयोगी ऊर्जा प्रदान करती है।

कम लागत और कम पर्यावरणीय प्रभाव
सक्रिय स्रोतों की आवश्यकता को समाप्त करने से क्षेत्र संचालन सरल हो जाता है, लॉजिस्टिक आवश्यकताएं कम हो जाती हैं और अन्वेषण लागत काफी कम हो सकती है। यह विधि पर्यावरण की दृष्टि से संवेदनशील क्षेत्रों, घनी आबादी वाले क्षेत्रों और उन स्थानों पर विशेष रूप से मूल्यवान है जहां पारंपरिक भूकंपीय सर्वेक्षण परिचालन संबंधी बाधाओं का सामना करते हैं।

सतत निगरानी क्षमता
चूँकि परिवेशीय भूकंपीय शोर चौबीसों घंटे मौजूद रहता है, शोधकर्ता लंबे समय तक लगातार उपसतह परिवर्तनों की निगरानी कर सकते हैं। यह उन अस्थायी विविधताओं का पता लगाने में सक्षम बनाता है जो केवल विशिष्ट समय बिंदुओं पर किए गए पारंपरिक सर्वेक्षणों से छूट सकती हैं।

आधुनिक प्रौद्योगिकी के माध्यम से बेहतर इमेजिंग गुणवत्ता
भूकंपीय सेंसर, सघन सरणी परिनियोजन और उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग में प्रगति ने परिवेशीय शोर इमेजिंग की प्रभावशीलता को काफी बढ़ा दिया है। कई अनुप्रयोगों में, परिणामी वेग मॉडल अब पारंपरिक भूकंपीय अन्वेषण विधियों से प्राप्त तुलनीय रिज़ॉल्यूशन और विवरण के स्तर को प्राप्त करते हैं।

परिवेशीय शोर भूकंपीय इमेजिंग का उपयोग अब भूविज्ञान और इंजीनियरिंग विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाता है। सक्रिय भूकंपीय स्रोतों के बिना उपसतह जानकारी प्रदान करने की इसकी क्षमता इसे बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक अनुसंधान और व्यावहारिक निगरानी अनुप्रयोगों दोनों के लिए मूल्यवान बनाती है।

सबसे शुरुआती और सबसे स्थापित अनुप्रयोगों में से एक क्रस्टल और लिथोस्फेरिक संरचना का अध्ययन है।

शोधकर्ता क्षेत्रीय भूवैज्ञानिक विशेषताओं को मैप करने और टेक्टोनिक प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए परिवेशीय भूकंपीय शोर का उपयोग करते हैं, जिससे प्लेट इंटरैक्शन, क्रस्टल विकास और बड़े पैमाने पर पृथ्वी की गतिशीलता के बारे में हमारी समझ को बेहतर बनाने में मदद मिलती है।

शहर परिवहन प्रणालियों, औद्योगिक गतिविधि और निर्माण से प्रचुर मात्रा में परिवेशीय कंपन उत्पन्न करते हैं।

इन संकेतों का उपयोग उथली उपसतह स्थितियों की छवि बनाने, भूमिगत गुहाओं की पहचान करने, नींव की स्थिरता का आकलन करने और दैनिक गतिविधियों को बाधित किए बिना शहरी बुनियादी ढांचे की योजना का समर्थन करने के लिए किया जा सकता है।

ऊर्जा से संबंधित परियोजनाओं में निरंतर निष्क्रिय निगरानी का तेजी से उपयोग किया जा रहा है।

समय के साथ भूकंपीय वेग में परिवर्तन को ट्रैक करके, शोधकर्ता जलाशय के व्यवहार का मूल्यांकन कर सकते हैं, तरल पदार्थ की गति की निगरानी कर सकते हैं और तेल, गैस, भू-तापीय और भूमिगत भंडारण कार्यों में विकसित उपसतह स्थितियों का आकलन कर सकते हैं।

परिवेशी शोर इमेजिंग भूजल जांच में भी सहायता कर सकती है।

निष्क्रिय भूकंपीय डेटा से प्राप्त उपसतह वेग मॉडल जलभृतों और हाइड्रोजियोलॉजिकल इकाइयों को चिह्नित करने में मदद करते हैं, जो जानकारी प्रदान करते हैं जो पारंपरिक भूजल अन्वेषण विधियों को पूरक कर सकते हैं।

यह तकनीक ग्रह विज्ञान में भी भूमिका निभाने लगी है।

अपोलो युग के भूकंपीय डेटा का उपयोग करने वाले अध्ययनों से पता चला है कि शोर सहसंबंध विधियां उथले चंद्र संरचनाओं को प्रकट कर सकती हैं, जो भविष्य के चंद्र और ग्रह अन्वेषण मिशनों के लिए निष्क्रिय भूकंपीय इमेजिंग की क्षमता को उजागर करती हैं।

स्वाभाविक रूप से होने वाले जमीनी कंपन को सार्थक भूवैज्ञानिक जानकारी में परिवर्तित करके, निष्क्रिय भूकंपीय इमेजिंग पारंपरिक भूकंपीय सर्वेक्षणों के लिए एक व्यावहारिक और तेजी से शक्तिशाली विकल्प प्रदान करता है। लगातार काम करने, पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने और कृत्रिम भूकंपीय स्रोतों के बिना जानकारी निकालने की इसकी क्षमता ने भूविज्ञान, भूजल अन्वेषण, ऊर्जा विकास, बुनियादी ढांचे के अध्ययन और ग्रह विज्ञान में नए अवसर पैदा किए हैं।

जैसे-जैसे अवलोकन नेटवर्क, कंप्यूटिंग तकनीक और इमेजिंग एल्गोरिदम आगे बढ़ रहे हैं, परिवेशीय शोर भूकंपीय इमेजिंग से भविष्य की भूभौतिकीय जांच में और भी बड़ी भूमिका निभाने की उम्मीद है। जिसे कभी शोर माना जाता था वह अब पृथ्वी की सतह के नीचे छिपी संरचनाओं में अंतर्दृष्टि का एक महत्वपूर्ण स्रोत बन रहा है।

विश्वसनीय परिवेश शोर अध्ययन न केवल उन्नत प्रसंस्करण तकनीकों पर बल्कि उच्च गुणवत्ता वाले फ़ील्ड डेटा पर भी निर्भर करते हैं। भूकंपीय नोड सिस्टम और डिजिटल सीस्मोग्राफ से लेकर जियोफोन और निष्क्रिय निगरानी नेटवर्क तक, आधुनिक भूकंपीय उपकरण दुनिया भर में परिवेशीय शोर टोमोग्राफी और निष्क्रिय भूकंपीय अन्वेषण के बढ़ते अपनाने का समर्थन करना जारी रखते हैं। हम भूवैज्ञानिक वातावरण की एक विस्तृत श्रृंखला में निष्क्रिय भूकंपीय निगरानी, परिवेश कंपन अध्ययन और उपसतह इमेजिंग परियोजनाओं का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन किए गए भूकंपीय अन्वेषण और भूभौतिकीय सर्वेक्षण उपकरण प्रदान करते हैं।

1. कैम्पिलो, एम., और पॉल, ए. (2003)। विसरित भूकंपीय कोडा में लंबी दूरी के सहसंबंध।विज्ञान, 299(5606), 547–549.

2. शापिरो, एनएम, और कैम्पिलो, एम. (2004)। परिवेशीय भूकंपीय शोर के सहसंबंध से ब्रॉडबैंड रेले तरंगों का उद्भव।भूभौतिकीय अनुसंधान पत्र, 31(7).

3. सबरा, केजी, गेर्स्टॉफ्ट, पी., रॉक्स, पी., कुपरमैन, डब्ल्यूए, और फेहलर, एमसी (2005)। दक्षिणी कैलिफ़ोर्निया में सूक्ष्म भूकंपों से सतही तरंग टोमोग्राफी।भूभौतिकीय अनुसंधान पत्र, 32(14).

4. वैपेनार, के., ड्रैगानोव, डी., स्नाइडर, आर., कैंपमैन, एक्स., और वर्डेल, ए. (2010)। भूकंपीय इंटरफेरोमेट्री पर ट्यूटोरियल: भाग 1 - बुनियादी सिद्धांत और अनुप्रयोग।भूभौतिकी, 75(5), 75A195–75A209.

5. बेन्सन, जीडी, रिट्जवॉलर, एमएच, बर्मिन, एमपी, लेवशिन, एएल, लिन, एफ., मोशेट्टी, एमपी, शापिरो, एनएम, और यांग, वाई. (2007)। विश्वसनीय व्यापक -बैंड सतह तरंग फैलाव माप प्राप्त करने के लिए भूकंपीय परिवेशीय शोर डेटा का प्रसंस्करण।जियोफिजिकल जर्नल इंटरनेशनल, 169(3), 1239–1260.

6. Snieder, R., & Larose, E. (2013). Extracting Earth's elastic wave response from noise measurements. पृथ्वी और ग्रह विज्ञान की वार्षिक समीक्षा, 41, 183–206.

7. नाकाटा, एन., गुआल्टिएरी, एल., और फिचनर, ए. (2019)। भूकंपीय परिवेशीय शोर। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस.

8. गार्नियर, जे., और पापनिकोलाउ, जी. (2016)। परिवेशीय शोर के साथ निष्क्रिय इमेजिंग। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस.