Brown & Mussett The Inaccessible Earth 02 Chapter (1119255)
Текст из файла
2. Вклад сейсмологии 2.1. Сейсивчеакть волны. Термин «сейсмология» означает изучение землетрясений, но он же означает и изучение внутренних областей Земли с помощью сейсмических волн, которые могут распростраипъся прямо через тело планеты. Значительная часть иолученных сведений определяется тем, сколько времени затрачивают волны, проходя различные расстояния. Сейсмические волны могут возникнугь при любом возмущении грунта, но толъко землетрясения и ядерные взрывы представляют собой достаточно крупные источники, или очаги, таких воли, чтобы зги волны можно было уловить на противоположной стороне Земли. Возникаиицие волны относятся, как показано на рис.
2.1, к чепирем типам. Их можно разделить на объемные и поверхностные: объемные волны ироходвт внутри Земли, а поверхностные волны-только близ поверхности. В свою очередь объемные волны делятся на два вида Продольные волны, или Р-волны;зто просто звукотяе волны, распространтошиеся внутри Земли; частицы вещества, через которое проходят зги волны, колеблются взад и вперед в направлении движении волны (рис. 2.1,а).
При прохождении ттврвчных волн, или Я-волн, частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (рис. 2.1,б), Волна-это распространение некоторой деформации в том или ином веществе (рис. 2.1), Ясли в каком-либо небольшом объеме упругой среды каким-то образом происходят язменение формы или объема, т.е. если происходит деформация вещества, закшоченного в этом объеме, то развивается напряжение, которое стремится вернуть вещество к невозмущенному состоянию. Отношение велнчвны этого напряжения к величвне деформации называется модулем упругости материала Скоросп распространения упругой волны возрастает с повышением этого модуля, но убывает с увеличением цлотносгн материала Общее выражение скорости волны-это квадратный корень из отношения модуля упругости к плотности: (2.1) Матерная можно деформировать по-разному, поэтому любое вещество характеризуется более чем одним модулем упругости и более чем одной скоростью распространения волн.
Выражения для скоростей двух сейсмических объемных волн имеют следую1ций вид: К+ — р Н 4 где р-плотность; К-объемный модуль упругости, или модуль всестороннего сжатия, который определяет величину напряжения (т.е. силу, действующую на единичную плошадь), Х ВКЛАД СЕЙСМОЛОГИИ 21 (О) ПООЯОНнннн нонна Р Рис. 2.1. Четыре типа сейсмических волн. а-продольная волна. Частицы колеблются вдоль направления распространения волн; б-поперечная волна. Частицы двинутся в перпендикулярном направлении; о-волна Рэлея.
Колебания частиц имеют более оконный характер, но у поверхности кавдая частица описывает эллипс с обратным движением в его верхней части; г-волна Лава. Двюкенис часгиц — поперечное и горизонтальное. Как в волнак Рэлея, так и в волнах Лава лвииевие частиц Затухает с увеличением глубины от поверхности.
(По рисунку из книги Б. Болта (201,) (о) Волна Ропан необходимого, чтобы сжать материал до меньшего объема; )(-модуль улругосиш виюрого рода, нли модуль сдвига, определяющий величину напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела, состопдего из данного материала Анализ рис. 2.1 показывает, что продольные волны и сжимают вещество, и изменяют его форму, и поэтому 1' завнснт от К и от Р.,С другой стороны, поперечные волны только изменяют форму вещества. Анализ обеих формул (2.2) показывает, что тн всегда больше, чем Р„поэтому Р-волны какого-либо землетрясенив всегда приходят к сейсмографам регистрирующей сейсмической стаицни раньше, чем Я-волны (рис.
2.2). Еще до того, как стала известна природа этих волн, их приход называли первичной (рпшагу) и вторичной (зесош)агу) волной (отсюда и обозначения: Р- и Я-волны). Однако их можно считать волнами сжатия (ргеаапге) и волнами сдвига (вЬеаг). Второй вывод из анализа формул (2.2) состоит в том, что попе- 22 2 ВКЛАД СийСМОЛОГИИ (Я) Зямнятрнсянне е енягем ня вге ФРГ. 3 аянтнзрн 1979 г. 0510 Р 5 0512 Пееярхнестные волны 0516 0516 0518 (0)педяемныа ядерные взрыв, Ноеве земля, СССР,10 яегушя 1979 г. 0П)6 Рнр 0810 2 Врвнн, мнн Рве.
2.2. Записи сейсмвческих яеля-сейсмог- писа сделаны яа сейсмвчесхоа станции Лестерряммы. Верхняя сеасмогряммя-запасе земле- ского увяяерсвтета (Авгяяя) в Чарвяуд-Форсе. трясения, возникшего всего лишь я 8' от ре- те (СИР) в любезно переданы авторам д-ром гвстрврующев стявцяи. На сейемагремме хоро- М.А. Ханом. (Путь волны РсР показан пя рпс. шо различаются продольные Р, поперечные 5 2.5. В градусной мере выражены эпяцевтраяьн поверхностные волны. Ншкпяя сейсмогрям- ные углы-длины дуг между радиусами, про.
мя относится х советскому ялервому взрыву, яелевяыми к очагу сейсмвчесявх волн я х запровзяелепному я 31' пт регнстрнрующей стан- писывяющей станции яз центра Земля.) цяя. Ясно виден приход волны РсР. Обе за- речные волны не могут распространяться в таком веществе (например, в жидкости), которое не может сопротишшться изменению формы и, следовательно, не обладает жуткостью (т.е. р = О). Этот вывод нмеет важное значение, так хах мы используем его для доказательства, что часть земного ядра находвтся в жидком состоянии (разд. 2.3).
Другие два тип» волн, показанные на рис. 2.1, назывеются поверхностными волнами, так как они могут возннкнугь только тогда, когда имеется шиая-то поверхность; обычяо это иоверхиосп Земли. Прп удалении от поверхности амплитуда тазик воли резко уменьшаетпк По этой причине, а такзш потому, что онн рвспрострашпотся медлшгнее, чем Р- и л-волам, поверхностные волны играли небольшую ролв на равщей стада развития сейсмологии.
Теперь это не так, и мы рассмотрвм их подробнее в равд. 2.4. Главная задача настоящей главы-найти значения Рн н К для всех глубин внутри Земли и тем самым показать„что земные недра можно раздавить на отличаюп(неся одна от другой концентрические зоны, между которыми происходит скачкообразное нли быстрое изменение скоростей распространенна сейсмических волн. Дальнейшая задача- установить другие свойства земных недр, которые мозно определить по модулям упругости н по плотности. В гл.
3 мы сможем количественно оцепить изменения плотности, 3. ВКЛАД СЕЙСМОЛОГИИ 23 югся на границе двух слоев. Все они подчиз'и, и, пяюгся закону —.— — = —, !де !', н !'! -око!!о 1! 1~! росги в верхнем и нижнем слоях соответственно. Крол!с го!о, появляются отраженные лучи, гак что не вся энергия волн проходиг через гранину межлу слоями.
Рнс. 2чь Преломление и отражение сейсмических волн. а-параллельные волны входят а среду с более высокой волновой скоростью. При ггом волновые фронты, лвижупзиеся друг за другом на равных расстояниях, ускоряются: время движения волны от В к хз равно времени движения от А к С; 6 выбранные лучи расходятся из точечного источника и прсломля- вш з! АС/ВС АС Р! (2.3) яп г, В)ууВС Вхз ) х Это основной заков преломления на границе двух сред, аналогичный закону Снеллиуса в оптике. что имеет вакное значение, поскольку плотность дает гораздо лучшее представление о вешественном составе глубинных областей, чем сейсмические скорости. 2,2, Определение скоростей Р- н Я-волн как функций глубины.
Прежде всего нам необходимо понять законы, управляюшие распространением волн внутри Земли. «Точечный» источник сейсмических волн, такой, как точка взрыва или очаг землетрясения, будет излучать волны во все стороны одинаково, и они образуют сферический фронт, но когда волны войдут в область с другой плотностью н другими упругими свойствами, а значит, и с другой сейсмической скоростью, сферическая поверхность волнового фронта исказится, изменит форму. Это очень похоже на распространение света, но когда речь идет о явлениях, связанных со светом, нам привычнее говорить не о волновом фронте, а о лучах, причем луч можно представить себе как путь, проходимый малой плошадкой волнового фронта (рис.
2.3). Площадка АВ движется к положению Сху, где АС и ВР пропорциональны )г! и Из — сейсмическим скоростям двух различных материалов. Поэтому можно написать 24 Х РКЛАД СЕЙСМОЛОГИИ Рис. 2.4. Схема сейсмических лучей в концентрически рясслоенной Земле. а-изменение скорости можно приближенно выразить малыми приращениями скорости в многочисленных слоях; б-увеличение скоро«ти при движении вниз заставляет лучи после досппкения некоторой мяксимяльной глубины отклоняться обратно к поверхности; е †топограф †гр зависимости времени от ряс«таяния„ или кривая времеви пробега.
Заметьте, что рясстояние определяется зпицентряльным углом Ь вЂ” углом между радиусами, проведенными нз пентра Земли. Скеяесгь Ф « (е) В большинстве случаев изменение скорости происходит в Земле не резкими скачками на определенных границах, а непрерывно, и мы можем представить себе (рис. 2.4) внутренние областя Земли как серию тонких концентрических оболочек (скорлупок) н применить к каждой из них уравнение (2.3). В этом случае можно было бы, если бы мы знали скоросп ва всех глубннах, проследить путь различных волн через Землю до ик вмхода на поверхность, а также подсчитать, сколько времени потребуется каждой волне на этот путь (рис.
24, е). К солшлению, мы вмеем дело с обратной задачей: получать график язмененив скорости с глубниой. Однако мы ограничены сведениями, квсающимнся только поверхности нашей планеты, и едннсзвениое, что мы можем наблюдать;это время прихода сейсмических волн к различным участкам земной поверхиоств. Обрсянные задачи, т.е. задачи, связанные с определением того, что находится на глубине, по измерениям, выполненным на поверхности нли над ней, весьма распространены в геофизвке. Обьгшо обратные задачи решаются гораздо труднее, чем прямые, но для разбираемой здесь сейсмической задачи можно вывести (см.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
