В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В связи с этим открытием земной корой стал называться слой, расположенный выше границы Мохоровичича, Мохо или просто М. Толщина земной коры неодинакова в разных частях поверхности Земли: она изменяется от — 10 км (с учетом толщи воды) в океанических областях до 70 км в горных районах континентов. Вклад земной коры в полную массу и момент инерции нить только силь- ным увеличением скорости внутри ядра. Тем самым была установлена еще одна граница раздела, известная как переходная зона в ядре, которая отделяет внешнее А (г 1О ~. 8 6 ядро с малыми скоростями Р-волн от Рис. 2.4.
Модель Буллена внутреннего строения Земли (а), зависимость плотности р от глубины (б), значения плотности ро, зкстрапо- 8 О 6 1000 2000 3000 +000 6000 6000 Глубина, нлг лированные на нормаль- ные рТ-условия (в) Земли мал, поэтому при рассмотрении Земли в целом земную кору представляют в виде однородного слоя толщиной — 35 км, Согласно сейсмическим данным, наибольшей плотностью из трех областей Земли обладает ядро. Это соответствует данным о средней плотности Земли (5,517 г/см ) и плотности пород коры, равной -2,8 г/см (граниты) и -3,0 г/см (базальты).
Отсюда следует предположение, что в глубоких недрах Земли должны существовать породы с очень высокой плотностью. На рис. 2.3 представлено распределение скоростей волн Р и 5 внутри Земли. Более детальные сейсмические исследования позволили обнаружить слой пониженных скоростей (волновод) в верхней части мантии, а также переходную зону в мантии (400 — 1000 км), в которой наблюдался быстрый рост скоростей оР и р . Выше переходной зоны была выделена верхняя мантия, а ниже — нижняя мантия.
В 1936 г. датский сейсмолог Леманн обнаружила быстрое увеличение скорости Р-волн внутри ядра на глубине около 5000 км из наблюдения слабых вступлений волн Р в зоне тени между 6=110 и А=143. Эти вступления можно было обьяс- ®внутреннего ядра с большими скоростями Р-волн. По современным представлениям внутреннее ядро является твердым в противоположность жидкому внешнему. Австралийский геофизик Буллен, анализируя распределение скоростей сейсмических волн внутри Земли, разделил всю Землю на семь концентрических. зон и дал им буквенные обозначения (рис. 2.4), Подразделения Буллена служат основой для большинства дискуссий о физических и химических свойствах земных недр.
ГОДОГРАФ И ТРАЕКТОРИИ ОБЪЕМНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Из рис. 2.1, б видно, что время пробега Р-волн определяется йо формуле г' = 2 (Я/е) вгп (ог'2), гпе Т вЂ” время пробеге, о — скорость сейсмическои волны, Л вЂ” эпицентральное расстояние, Я— радиус Земли, В связи с увеличением скоростей с глубиной (неоднородное строение Земли) сейсмические лучи искривляются. Выводы, которые можно сделать о деталях строения Земли, зависят от точности определения времени пробега. Проверка определения времени пробега возможна по записям волн от ядерных или других искусственных взрывов, местоположение, время и глубина которых известны и их не нужно определять по вступлениям сейсмических волн.
Пол- Ю ные таблицы времен пробега составлены Гутенбергом, Джефф- Я рисом и Булленом и, несмотря ! на 50-летнюю давность, остаются ~~ у ! лучшими для Земли в целом. Соответствующие годографы при- ««г ведены на рис. 2.5. Большое чис- ь ««~ гп РР ло ветвей годографов появляется 5'«;у Р иаИ !!!!!!' из-за отражения и обмена волн Р Рс5' !!ви ~аРО и 5 на границе мантии и ядра и ~пи !!о!! рр!!' иО 1 на поверхности Земли. При точ- Ф РсР ! иых расчетах времен пробега в Р ! эти 'таблицы нужно вводить по! ! пРавки на сжатие, которое убыва- ! ет с глубиной, У УР И, /Ю /И ,,: На границах раздела в недрах г и возникают новые волны Р««с.
2.5. ГедегРафы ДжеффРнсв нех«урераа ичных типов, Так попереч Рых Об емнь«х сейсми"еских волн 1 29 ная волна на границе расщепляется на поперечные-волны двух типов. волны БН и БУ. В поперечной волне типа БН вектор смещения лежит в плоскости границы раздела, эти волны не интерферируют с Р-волнами и поперечными 5К-волнами, вектор смещения которых лежит в плоскости, содержащей луч и перпендикулярной к границе. В результате при прохождении границы БН-волна дает преломленную и отраженную волны только типа ЯН, а БУ- и Р-волны в общем случае дают четыре волны: отраженные и преломленные 5У- и Р-волны каждая. Так появляются обменные волны, Для каждого типа волн при прохождении границы отношение з1п г (г — угол падения) к скорости ю остается постоянным: з1п г/о = сопз1.
(2,2) Отсюда получается (2.3) яп г'/яп ~' = и/о ', 30 где ~' — угол преломления, ю, и ' — скорости волны по обе стороны границы. Угол е = ж~2 — ~ называется углом выхода сейсмического луча. На сейсмограмме обычно регистрируется ряд фаз, каждая из которых связана с распространением волн по определенному типу пути. Стандартные обозначения различных типов лучей показаны на рис. 2.5. Так, продольная волна, испущенная из очага в сторону от земной поверхности, обозначается Р, а к земной поверхности — р. После первого отражения от земной поверхности она может остаться продольной волной РР или перейти в поперечную волну РБ.
Аналогичный смысл имеют индексы волн Б, ББ, БР и т.д. Символ с употребляется для указания на отражение волны от границы земного ядра. Получаются фазы РсР, БсЯ, БсР и др. Буква К используется для обозначения отрезка пути Р-волны во внешнем жидком ядре. Так, фаза РКБ соответствует волне, которая изначально была Р-волной, такой же прошла внешнее ядро, а затем преломилась из ядра в мантию, перейдя в волну Б-типа, и, уже не изменяясь, вышла на земную поверхность. Буквой ~ обозначается отражение волны вверх от границы внутреннего ядра, а буквами / и Х вЂ” участки пути волн Р и 5 в твердом внутреннем ядре Земли.
Так возникают фазы РК~КР, РКУКР, РК3КР, Некоторые из них показаны на рис, 2,5. Если сейсмограф расположен на эпицентральном расстоянии Л = 60', то первой он зарегистрирует прямую Р-волну, затем волну РсР (Р-волна, отраженная от земного ядра), далее на сейсмограмме появится РР-волна (Р-волна, отразившаяся от земной поверхности), за ней будет записана первая поперечная волна РсБ (обменная волна, возникшая при отражении прямой Р-волны от земного ядра), наконец приходит прямая 5-волна.
Скорость Р-волны юр —— 1,7 и~, поэтому и время пробега 5-волн Т~ соответственно больше времени пробега ТР приблизительно в 1,7 раза. Затем последовательно вступают поперечные волны Яс5 и 55, отраженные от ядра и поверхности Земли. На расстоянии Л > 80 прямые и отраженные волны Р и РсР (Я и ЯсБ) становятся близкими и постепенно накладываются одна на другую. На эпицентральных расстояниях Л ~ 103' пропадают прямые Б- и Р-волны. Это зона "тени" от земного ядра. Зона тени для прямых Р-волн протягивается до Л = 142', когда ', когда впервые появляются волны РКР2, прошедшие через внешнее жидкое ядро, Наконец последний годограф на рис. 2.5 — фаза РК1КР которая соответствует продольной волне, появляющейся в зоне тени Р-волн на расстоянии Л = 110 .
Эта фаза обязана своим существованием твердому внутреннему ядру, сильные преломляющие свойства которого и завернули луч РК1КР в зону тени, Обнаружение этой "неожиданной" фазы на сейсмограммах в зоне тени привело в 1936 г. 936 г., как уже упоминалось, датского сейсмолога Леманн к открытию внутреннего ядра Земли. ПЕРЕХОД ОТ ГОДОГРАФА К СКОРОСТНОМУ РАЗРЕЗУ ДЛЯ ОБЪЕМНЫХ ВОЛН Для получения информации о внутреннем строении Земли необходимо статистически обработать данные о временах пробега волн от многих землетрясении к многочисленным сейсмическим станциям.
Сле ледующей задачеи является нахождение зависимости ссйсмическои скорости от радиуса Земли, так как именно скорость волн непосредственно связана с характеристиками среды. Способ такого перехода впервые был найден Герглотцем в 1907 г. Ход сеисмических лучей от близкого землетрясения можно изоразить сравнительно просто (рис. 2.6). Учтем слоистость коры: оса- Лу4'ок седсеи„ Р Р'гг.
2.о.,',,и,~ и~м кекогг;и и . 2 о. Х и,~ и~ > к ского.д~ я ог окизкого земле~ряеегиы в елоиогои:к'.ииой коре Рис 2.7. Схема распространения сейсмического луча в трехслойной модели Земли. А и  — границы между слоями Из двух треугольников имеем ~ = г) зшА~ = гг з1п ~г (2.6) Таким образом, г1 зш~1/ту1 — — г~ япУ1/т'г = гг""'г/"г = 'г "пег/"з. (27) Уравнение (2.7) можно распространить на случай преломления при любом числе границ и на случай ре4~ракиии в слое с непрерывным нарастанием скорости с глубиной.
Следовательно, вдоль каждого луча выполняется соотношение ОТ=20~/ о (2.9) 33 г яп г/ю = сопМ = р. (2.8) Здесы — угол между лучом и радиусом в данной точке. Величина р называется параметром луча и сохраняется для всех точек одного и того же луча. Определяя параметр луча, мы тем самым находим величину г/ю в точке, где зш г = 1, т.е. в точке наибольшего проникновения луча.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
