مصدر زلزالي

أبسط مصدر للزلازل هو المطرقة الثقيلة . تُولّد الطاقة الزلزالية إما بضرب الأرض مباشرةً، أو -وهو الأكثر شيوعًا- بضرب صفيحة معدنية أو من البولي إيثيلين على الأرض. يُستخدم هذا الأسلوب عادةً في مسوحات الانكسار الزلزالي القريبة من السطح . يمكن أن يوفر تأثير المطرقة الثقيلة عند ملامستها للسطح طاقة زلزالية كافية لأعماق تصل إلى 30 مترًا أو أكثر، وذلك تبعًا للظروف الجيولوجية والخصائص الفيزيائية. ^{[ 4 ]}

تُعرف المتفجرات الأكثر استخدامًا كمصادر زلزالية باسم الديناميت الجيلاتيني . تُصنف هذه الديناميتات إلى ثلاث فئات فرعية: الجيلاتين النقي، حيث يُعد _{النيتروجليسرين} ، المعروف أيضًا باسم ثلاثي نترات الجليسريل _، ذو الصيغة الكيميائية C3H5 ₍ ONO2 ) 3 _{، المكون} النشط؛ والجيلاتين الأمونياكي، حيث يُعد نتريت الأمونيا ذو الصيغة الكيميائية NH4NO3 المكون النشط _؛ والجيلاتين شبه الجيلاتيني ، الذي يتكون تركيبه في الغالب من النيتروجليسرين. ^{[ 5 ]}

عند الانفجار، تطلق المتفجرات كميات كبيرة من الغاز المتمدد بسرعة كبيرة، ^{[ 6 ]} مما يفرض ضغطًا كبيرًا على المناطق المحيطة على شكل موجات زلزالية.

يُستخدم المتفجرات كمصادر زلزالية منذ عقود نظرًا لموثوقيتها وكفاءتها في استهلاك الطاقة. ^{[ 7 ]} وتُستخدم هذه المصادر غالبًا في البيئات البرية والمستنقعية نظرًا لسمك الرواسب فيها. تتراوح أحجام الشحنات النموذجية المستخدمة ميدانيًا في مسوحات الانعكاس بين 0.25 كجم و100 كجم للمصادر أحادية الثقب، وبين 0.25 كجم و250 كجم أو أكثر للمصادر متعددة الثقوب، وقد تصل إلى 2500 كجم أو أكثر في مسوحات الانكسار. ^{[ 5 ]}     

على الرغم من أن الديناميت والمتفجرات الأخرى تُعد مصادر زلزالية فعالة نظرًا لانخفاض تكلفتها وسهولة نقلها في التضاريس الوعرة وعدم حاجتها إلى صيانة دورية مقارنة بالمصادر الأخرى، ^{[ 8 ]} إلا أن استخدام المتفجرات أصبح مقيدًا في بعض المناطق، مما أدى إلى تراجع الإقبال على المصادر الزلزالية البديلة وزيادة شعبيتها. ^{[ 7 ]}

على سبيل المثال، كان سداسي نتروستيلبين المادة المتفجرة الرئيسية المستخدمة في علب هاون التفجير الدائرية ضمن تجارب أبولو الزلزالية النشطة على سطح القمر . ^{[ 9 ]} تُوضع الشحنات المتفجرة عادةً على عمق يتراوح بين 6 و76 مترًا (20 و250 قدمًا) تحت سطح الأرض، في حفرة تُحفر باستخدام معدات حفر مخصصة لهذا الغرض. يُشار إلى هذا النوع من الحفر الزلزالي غالبًا باسم "حفر حفرة التفجير". ومن بين أجهزة الحفر الشائعة المستخدمة في "حفر حفرة التفجير" جهاز الحفر ARDCO C-1000 المثبت على عربة ARDCO K 4X4. وتستخدم هذه الأجهزة عادةً الماء أو الهواء للمساعدة في عملية الحفر. 

تُستخدم مدافع الهواء في المسوحات الانعكاسية والانكسارية البحرية . وهي تتكون من حجرة هوائية واحدة أو أكثر ، تُضغط بالهواء المضغوط بضغوط تتراوح بين 14 و21  ميجا باسكال (2000 إلى 3000  رطل/بوصة ^مربعة ). تُغمر مدافع الهواء تحت سطح الماء وتُسحب خلف سفينة المسح الزلزالي. عند إطلاق مدفع الهواء، يُفعّل صمام لولبي يُطلق هواءً عالي الضغط من إحدى الحجرات إلى الجزء الخلفي من مكوك، يكون عادةً في حالة توازن بين الحجرتين المتساويتين في الضغط. يسمح الانخفاض الفوري في ضغط الهواء في الحجرة الأولى للمكوك بالتحرك بسرعة داخلها، مُطلقًا خزان هواء عالي الضغط خلف المكوك في الحجرة الثانية عبر منافذ مباشرة إلى البحر، مُنتجًا نبضة من الطاقة الصوتية . ^{[ 10 ]} قد تتكون مصفوفات مدافع الهواء من 48 مدفعًا فرديًا بحجرات ذات أحجام مختلفة، أو قد تُجمع أحجام معينة من مدافع الهواء معًا. يتم التحكم في إطلاق جميع أجزاء المصفوفة بواسطة وحدة تحكم المدفع، وعادةً ما يتم ذلك بدقة تصل إلى ± 1 أو 2 مللي ثانية، بهدف توليد موجة الصدمة الأولية المثلى متبوعة بأقل ارتداد ممكن لفقاعة (فقاعات) الهواء. ولأن المكوك ممغنط، فإن حركته السريعة إلى الحجرة الأولى عند تحرير صمام الملف اللولبي تُولّد تيارًا صغيرًا يُعد بمثابة إشارة توقيت لإطلاق المدفع، والتي تُعاد إلى وحدة تحكم المدفع. كما يمكن استخدام ميكروفون مائي قريب المدى ، يقع على مسافة محددة من منفذ المدفع، لتوقيت إشارة الإطلاق الأولى الواردة إليه، وذلك للتحقق بدقة من توقيت المدفع.

تُعدّ صيانة مسدسات الهواء ضروريةً نظرًا لاحتمالية تعطلها؛ وأسوأ سيناريو هو إطلاق النار التلقائي، حيث يُطلق المسدس النار بشكل متكرر وغير متزامن بسبب عيب فيه، كصمام لولبي تالف أو حلقة مانعة للتسرب متسربة. قد يؤدي إطلاق النار التلقائي من مسدس واحد إلى تشويه إشارة الفقاعات في المصفوفة بأكملها، وإذا لم يُكتشف العطل، فقد يُضطر إلى إعادة تصوير العديد من خطوط المسح الزلزالي بسبب هذا المسدس تحديدًا عند اكتشافه أثناء المعالجة الأولية للبيانات.

أثناء عمليات النشر والاستعادة الاعتيادية، يجب عدم ضغط المدافع الهوائية بالكامل إلى ضغط التشغيل الأمثل على سطح السفينة، ومن الممارسات الشائعة تخفيض ضغطها إلى 500 رطل لكل بوصة مربعة لمنع تسرب الماء أثناء النشر والاستعادة. كما يُعدّ اختبار إطلاق النار من المدافع على سطح السفينة تحت ضغط جوي ممارسةً خطيرةً وغير آمنة. يجب أيضًا وجود نظام عزل لمنع إطلاق النار العرضي من قِبل المراقبين أو الملاحين على سطح السفينة. قد يؤدي إطلاق الهواء المضغوط على سطح السفينة إلى بتر الأصابع، كما قد يُسبب إصابات خطيرة نتيجة حقن الهواء المضغوط عبر الجلد، وهي إصابات شبه مستعصية على العلاج ومميتة في البيئات الزلزالية. يجب على الرماة ارتداء معدات الوقاية الشخصية اللازمة لحماية أعينهم وسمعهم وتقليل تعرض الجلد المكشوف.

تُصنع بنادق الهواء من أجود أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. تميل الحجرات الكبيرة (أي التي تزيد سعتها عن  لتر واحد أو 70  بوصة  مكعبة) إلى إصدار إشارات منخفضة التردد، بينما تُصدر الحجرات الصغيرة (التي تقل سعتها عن لتر واحد) إشارات عالية التردد.

مصدر الصوت البلازمي ( PSS)، أو ما يُعرف أيضًا بمصدر الصوت ذي الفجوة الشرارية ، أو ببساطة جهاز الشرارة ، هو وسيلة لتوليد نبضة سونار منخفضة التردد جدًا تحت الماء. في كل عملية إطلاق، تُخزَّن شحنة كهربائية في مجموعة مكثفات كبيرة عالية الجهد ، ثم تُفرَز على شكل قوس كهربائي بين أقطاب كهربائية مغمورة في الماء. يُنتج تفريغ الشرارة تحت الماء بلازما عالية الضغط وفقاعة بخار، تتمدد ثم تنهار ، مُصدرةً صوتًا عاليًا. ^{[ 11 ]} يقع معظم الصوت الناتج بين 20 و200 هرتز، وهو تردد  مفيد لكل من تطبيقات الرصد الزلزالي والسونار .

وهناك أيضاً خطط لاستخدام نظام PSS كسلاح غير فتاك ضد الغواصين المغمورين .

في عام 1953، تم تقديم تقنية إسقاط الأثقال كبديل لمصادر الديناميت.

شاحنة الدق ( أو شاحنة إسقاط الأثقال) هي نظام صدم أرضي مُثبّت على مركبة، يُستخدم لتوفير مصدر زلزالي. يُرفع ثقل كبير بواسطة رافعة في مؤخرة الشاحنة، ثم يُسقط، عادةً من ارتفاع ثلاثة أمتار تقريبًا، ليصطدم (أو "يدق") بالأرض. ^{[ 12 ]} ولتعزيز الإشارة، يمكن إسقاط الثقل أكثر من مرة في نفس المكان، كما يمكن زيادة الإشارة بالدق في عدة مواقع متقاربة ضمن مصفوفة، تُختار أبعادها لتحسين الإشارة الزلزالية عن طريق الترشيح المكاني.

تستخدم أجهزة الطرق الأكثر تطوراً تقنية تُسمى " إسقاط الوزن المُسرّع " (AWD)، حيث يُستخدم غاز عالي الضغط (7  ميجا باسكال  كحد ^أدنى ) لتسريع مطرقة ثقيلة ( 5000 كجم ) لضرب قاعدة مثبتة على الأرض من مسافة تتراوح بين 2 و3 أمتار . تُجمع عدة ضربات لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء. تتيح تقنية AWD طاقة أكبر وتحكماً أدق في المصدر مقارنةً بتقنية إسقاط الوزن التقليدية، مما يوفر اختراقاً أفضل للعمق وتحكماً أدق في محتوى تردد الإشارة .      

قد يكون استخدام تقنية الدقّ أقل ضرراً بالبيئة من تفجير المتفجرات في ثقوب التفجير، ^{[ 13 ]} مع أن خط المسح الزلزالي الذي يتعرض لدقّات مكثفة مع وجود نتوءات عرضية كل بضعة أمتار قد يُحدث اضطراباً طويل الأمد في التربة. ومن مزايا جهاز الدقّ (الذي أصبح فيما بعد مشتركاً مع تقنية الاهتزاز الزلزالي)، خاصة في المناطق غير المستقرة سياسياً، أنه لا يتطلب استخدام المتفجرات.

مصادر النبض الكهرومغناطيسي القائمة على المبادئ الكهروضوئية والكهرومغناطيسية.

يُرسل جهاز الاهتزاز الزلزالي إشارات طاقة إلى باطن الأرض على مدى فترة زمنية طويلة، على عكس الطاقة شبه الفورية التي توفرها المصادر النبضية. يجب ربط البيانات المسجلة بهذه الطريقة لتحويل إشارة المصدر الممتدة إلى نبضة. في الأصل، كانت إشارة المصدر تُولّد باستخدام هذه الطريقة بواسطة جهاز اهتزاز هيدروليكي أو وحدة هزّاز يتم التحكم فيها آليًا، مثبتة على قاعدة متحركة، ولكن تم تطوير نسخ كهروميكانيكية أيضًا.

تم تطوير تقنية الاستكشاف "Vibroseis" من قبل شركة Continental Oil Company (Conoco) خلال الخمسينيات من القرن الماضي، وكانت علامة تجارية مسجلة حتى انتهت صلاحية براءة اختراع الشركة .

تُستخدم مصادر الصوت من نوع "بومر" في المسوحات الزلزالية للمياه الضحلة، وخاصةً في تطبيقات المسح الهندسي. تُسحب هذه المصادر بواسطة زلاجة عائمة خلف سفينة المسح. وعلى غرار مصدر البلازما، يخزن مصدر "بومر" الطاقة في مكثفات، ولكنه يُفرغها عبر ملف حلزوني مسطح بدلاً من توليد شرارة. تنثني صفيحة نحاسية مجاورة للملف مبتعدةً عنه عند تفريغ المكثفات، وينتقل هذا الانثناء إلى الماء على شكل نبضة زلزالية. ^{[ 14 ]}

في الأصل، كانت مكثفات التخزين تُوضع في حاوية فولاذية ( صندوق الحماية ) على متن سفينة المسح. ونظرًا للجهود العالية المستخدمة، والتي تصل عادةً إلى 3000  فولت، فقد تطلبت كابلات سميكة وحاويات أمان متينة. ومؤخرًا، أصبحت أجهزة قياس الجهد المنخفض متاحة. ^{[ 15 ]} تستخدم هذه الأجهزة مكثفات على الزلاجة المقطورة، مما يسمح باستعادة الطاقة بكفاءة، واستخدام مصادر طاقة ذات جهد منخفض، وكابلات أخف وزنًا. وتتميز أنظمة الجهد المنخفض عمومًا بسهولة نشرها وقلة المخاطر المتعلقة بالسلامة.

تُمكّن تقنيات المعالجة القائمة على الارتباط علماء الزلازل من تصوير باطن الأرض على نطاقات متعددة باستخدام ضوضاء خلفية طبيعية (مثل الزلازل الدقيقة في المحيطات) أو اصطناعية (مثل الضوضاء الحضرية) كمصدر زلزالي. ^{[ 16 ]} على سبيل المثال، في ظل ظروف مثالية من الإضاءة الزلزالية المنتظمة، يوفر ارتباط إشارات الضوضاء بين جهازي قياس الزلازل تقديرًا لاستجابة النبض الزلزالي ثنائية الاتجاه .