Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Если бы Земля была идеально упругим телом, то собственные колебания продолжались бы бесконечно долго. В действительности в горных породах волны поглощаются (см. гл. 2), и потому собственные колебания в Земле обычно перестают регистрироваться через несколько десятков часов. Анализ процесса затухания колебаний дает возможность рас- " считать распределение добротностей Qs и Q,, вдоль радиуса Земли. Установлено, что Q5 в твердых оболочках повсюду 8000 меньше, чем (рис. 7.8). В земной коре и верхней мантии эти величины не превышают 500. По мере ¦) "р
увеличения глубины они быстро растут и в нижней мантии
4000-
Рис. 7.8. Распределение добротностей и Q,, в недрах Земли.
I
т—і—г-
2000
4000
6000 Я, км
115
Часть III. Методы структурной сейсмологии
Глава 8. МЕТОД ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН
Как отмечалось выше, метод преломленных волн (МПВ) как автономный вид исследований был предложен Минтропом в 1919 г. При этом предполагалось применение искусственных источников типа взрыва, что давало возможность проводить систематические наблюдения любой детальности в заранее заданном районе. Однако само по себе использование преломленных головных волн в сейсмологии началось, по крайней мере, на 10 лет раньше, когда А. Мохоровичич в 1909 г. выделил и проследил на сейсмограммах от близких землетрясений продольные и поперечные волны, относимые в настоящее время к подошве земной коры (Pn, Sn). В 1925 г. В. Конрадом на сейсмограммах от землетрясений были обнаружены преломленные волны от границы внутри коры (граница Конрада). В настоящее время использование преломленных волн по записям от землетрясений носит весьма ограниченный характер. Поэтому ниже предполагается применение искусственных источников с заданными координатами и нулем отсчета времени.
Отличительной чертой изучения верхних оболочек Земли с использованием МПВ, а также MOB является многообразие моделей реальных сред и целей проводимых исследований. Это обстоятельство находит определенное отражение в методике наблюдений, специфике аппаратурно-технических средств и способах решения обратных задач. В данной книге указанная специфика, естественно, не могла быть полностью отображена.
8.1. МОДИФИКАЦИИ МПВ И ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ НАБЛЮДЕНИЙ
Метод преломленных волн основан на возможности проникновения упругих колебаний на большие глубины и последующего их возвращения к поверхности земли за счет обычно отчетливо выраженной тенденции увеличения скорости с глубиной. Такое ныряние волн на глубину при достаточно больших расстояниях источник—приемник реализуется не только при закономерном наращивании скорости от слоя к слою, но и при более сложном поведении функции v(z). В частности, могут наблюдаться слои с пониженными скоростями, а также прослойки с большими значениями скоростей, создающие геометрическое экранирование в некоторых областях. Следует отметить, что даже при закономерном возрастании скоростей с глубиной в МПВ далеко не всегда удается осуществить полное освещение разреза, особенно, если волны регистрируются только в областях первых вступлений.
В настоящее время выделяются две главные модификации МПВ, основанные на регистрации соответственно головных и рефрагированных волн. Эти модификации могут применяться как автономно, так и в комплексе.
Основная модификация МПВ базируется на регистрации головных либо субголовных волн. Последний термин используется в том смысле, что скользящая волна не строго пробегает вдоль границы, а проникает на некоторую глубину в нижний слой за счет положительного градиента скорости либо положительной кривизны границы раздела. Как правило, такое проникание относительно невелико, и при кинематической интерпретации может быть осуществлено редуцирование к лучевой схеме скользящих головных волн. Важнейшим преимуществом модификации головных волн является возможность не только расчленения разреза по вертикали, но и горизонтальной дифференциации свойств среды, прежде всего по величинам скоростей в отдельных слоях или блоках.
Модификация рефрагированных волн, получившая в последнее время значительное распространение, базируется на предположении непрерывности функций распределения скоростей v(z) либо
достигают 2000 (Qs) и 5500 (Q,). Во внешнем ядре Q5 = 0 и Q, - 10 000. Значения Qs и Qp во внутреннем ядре приблизительно такие же, как в верхней мантии. В переходной зоне от мантии к внешнему ядру наблюдается значительное понижение добротности.
В заключение отметим, что верхние оболочки Земли до глубин порядка 300 км изучаются без учета глобальной сферичности границ раздела. Это связано с тем, что подобные исследования в настоящее время носят региональный характер с целью выявления наряду с вертикальными горизонтальных неоднородностей земной коры и мантии. Добавим, что даже исследование несферичности глубинных оболочек во многих случаях осуществляется в виде зондирований в рамках локально плоской модели Земли. В связи со сказанным последующее рассмотрение вопросов структурной сейсмологии проводится в рамках плоской Земли.
116
Глава 8. Метод преломленных волн
