Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В теории и в эксперименте доказано существование как монотипных продольных и поперечных (SVn SH), так и обменных головных волн. Если на границу падает продольная волна, то она может породить три типа обменных волн (P1P1S1, P1S1S1, P1S1P1). Две последние могут образоваться только при условии, когда V51 > vP1. В связи с этим практическое значение имеют, как правило, волны типа P1P1S1, которые существуют при любых положительных перепадах скоростей. Если на границу раздела падает волна SV, то она может образовать также три обменные волны: S1P1P1, S1P1S1 и S1S1P1. • В этом случае только последняя может образоваться при условии vsl > vpl. Необходимо подчеркнуть, что при падении на горизонтальную либо наклонную границу в направлении вкрест простирания горизонтально-поляризованных волн SH обменные волны любого типа, в том числе головные, не могут образоваться.
Если нижняя среда с V2 > V1 представляет собой слой ограниченной мощности, лежащий на полупространстве со скоростью V2 < V2, то разрывы фронтов возникают как на кровле, так и на подошве слоя повышенной скорости. Разрыв на подошве будет генерировать головную волну в
нижнюю среду, за счет чего головная волна в верхней среде, регистрируемая на поверхности земли, будет обладать существенно flr/flr, шах большим затуханием, чем в случае модели толстого второго слоя.
яг,шах В многослойной среде при выполнении условия vk > vk_v где к —
номер слоя, будут возникать головные волны на каждой из границ.
Рис. 3.7. Зависимость амплитуды головной волны в начальной точке 1,0 Пр от перепада скоростей на границе (пр = V1Zv2) для жидких сред.
Глава 3. Классы и типы упругих волн
Рис. 3.8. Лучи и фронты волн в градиентной среде:
а — плоская Земля; б — сферическая Земля (точки — лучи кратной рефрагированной волны).
Головные волны могут отмечаться при регистрации на дневной поверхности в виде как первых, так и последующих вступлений (см. гл. 8).
Рефрагированные волны. Волны этого типа возникают в градиентной среде, когда
(либо
непрерывно увеличивается в
скорость
определенном направлении, в первую очередь по вертикали. Их можно рассматривать в качестве предельного случая головных волн в многослойной среде, когда количество слоев стремится к бесконечности и соблюдаются указанные выше условия vk > vk-l для любой пары слоев.
Если источник и приемник располагаются на поверхности плоской Земли и скорость возрастает только с глубиной, то сейсмический луч в вертикальном сечении представляет собой симметричную кривую с максимумом на некоторой глубине Z101x (рис. 3.8, а). Величина Z1011 при заданной функции изменения скорости с глубиной тесно связана с расстоянием между источником и приемником. Так, например, если скорость линейно изменяется с глубиной по закону: v = V0 + kz, то связь между
базой I источник—приемник и глубиной максимального проникания луча в среду Zn зависимостью
z___а
/ / і \ 2 уг 1
1 + ш - 1
выражается
(3.12)
Можно видеть, что глубина проникания луча в первом приближении пропорциональна величине градиента скорости.
Аналогичные зависимости существуют для сферической Земли (либо другой планеты), когда скорость v является функцией радиуса R, отсчитываемого от центра Земли. В такой модели Zn^x и rmin "^- 2ш« будут зависеть как от степени сферичности планеты, так и от величины градиента. Степень градиентности проявляется в кривизне сейсмического луча и форме фронта (см. рис. 3.8, б). Изменение расстояний I от 0 до I101x дает возможность осуществлять непрерывное зондирование среды, в данном случае по глубине.
Характерной особенностью рефрагированных волн является отсутствие разрывов первого порядка на фронтах. Если такие разрывы в определенной области пространства, например на резких границах, возникают, то это будет свидетельствовать о возможности генерации вторичных волн.
В непоглощающей среде амплитуды рефрагированных волн будут уменьшаться с расстоянием источник—приемник приблизительно обратно пропорционально длине луча. Это означает, что по сравнению с прямыми волнами, распространяющимися в однородной безграничной среде, амплитуда рефрагированных волн в этих условиях будет уменьшаться быстрее.
Сказанное выше относилось к областям полупространства, когда можно пренебречь кривизной поверхности Земли. При наблюдениях глобального характера рефракцию следует оценивать по изгибу луча относительно прямой линии, соединяющей источник и приемник. Соответственно, геометрия лучей рефрагированных волн будет отличаться от таковой в случае плоской Земли.
Заметим, что наряду с однократными могут существовать многократные рефрагированные волны с промежуточным отражением, как правило, на свободной границе земля—воздух. В случае сферической Земли лучи таких волн показаны на рис. 3.8, б.
3.4. ДИФРАГИРОВАННЫЕ ВОЛНЫ
Рассмотренные выше классы объемных волн — проходящие, отраженные, преломленные (головные и рефрагированные) — являются основными, особенно в структурной сейсмологии. Они широко используются при решении разнообразных задач в глобальной, региональной и разведочной сейсмологии. Все указанные волны используются как в совокупности, так и автономно. Наибольшей степенью автономности обладают отраженные волны, регистрируемые при небольших расстояниях
