Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
1. Как уже отмечалось в части I, физические представления о возбуждении и распространении упругих волн в твердой оболочке Земли базируются на уравнениях линейной унругасти, которые, « свою очередь, опираются на закон Гука, выражающий пропорциональность между деформациями и напряжениями в среде. Динамическая теория упругости, построенная на таких представлениях, в целом удовлетворительно объясняет основные особенности волновых полей, наблюдаемых в эксперименте, но только в первом приближении. Выявлены некоторые особенности волновых полей, которые не могут быть объяснены с позиций существующей динамической теории упругости. Сюда относится прежде всего давно установленное поглощение волн, параметры которого, в том числе зависимость поля от частоты, вообще не фигурируют в существующем теоретическом аппарате. В качестве второго факта следует указать на значительное различие частот продольных и поперечных волн, особенно для терригенных горных пород, когда частоты P- и S-волн различаются приблизительно в 2 раза. В связи с этим напомним, что факторы частоты не входят в уравнения линейной теории упругости. Разработка более совершенного теоретического аппарата, которая уже успешно ведется, безусловно, позволит обосновать новые модификации сейсмических исследований, способные решать более тонкие задачи фундаментального и прикладного характера.
Вместе с тем, необходимо подчеркнуть, что в рамках существующих теоретических представлений, вследствие сложности математического аппарата, не все задачи могут быть удовлетворительно решены. В первую очередь это относится к трехмерным задачам при сложном распределении физических параметров, в том числе с наличием анизотропии. Поэтому и традиционные подходы нельзя считать исчерпанными.
2. Создание добротного теоретического аппарата должно сочетаться с экспериментальным обоснованием физических моделей применительно к объектам сейсмологии. Конечно, ряд факторов, в том числе указанных выше, выявлен путем постепенного накопления экспериментальных данных. Но наряду с этим необходимо настойчиво ставить, соблюдая принцип от простого к сложному, специальные эксперименты по установлению количественных зависимостей тех или иных волновых параметров от свойств реальной геологической среды. При этом особое внимание должно быть обращено на модели, в которых учитываются дискретность вещества горных пород и наличие в них подвижных компонентов (жидкость, газ). Без этого, как показывает методология развития других физических дисциплин, в принципе нельзя построить теоретические модели, на которых основаны все методы сейсмологии. В связи с этим следует еще раз напомнить, что объекты, с которыми имеет дело сейсмология, в большинстве случаев недоступны непосредственному изучению, поэтому понятие моделей во всем их многообразии имеет решающее значение. В процессе экспериментального исследования моделей как в натуре, так и в лабораторных условиях важно ориентироваться прежде всего на обнаружение новых физических явлений, которые в будущем могут послужить отправными точками для создания других модификаций сейсмических исследований.
3. Одной из наиболее важных и острых проблем является изучение причин возникновения землетрясений и особенностей протекания сейсмических процессов. Основные работы по данной проблеме нацелены на предсказание крупных землетрясений как в пространстве, так и во времени. Большое внимание уделяется механизму очагов и построению соответствующих физических и математических моделей. Наибольшим признанием пользуется модель подвижки вдоль некоторой наклонной плоскости, которая получила математическое оформление. Из нес, в частности, следует
288
О совершенствовании методов сейсмологии
квадрантное (ортогональное) распределение нодальных линий. Наличие протяженных вертикальных и горизонтальных подвижек отчетливо отмечается на поверхности земли в случае интенсивных, относительно неглубоко залегающих, очагов землетрясений. Вместе с тем, использования инструментальных и макросейсмических наблюдений на поверхности земли явно недостаточно для полного подтверждения указанного выше механизма очага. Было бы желательным подтвердить наличие деформаций скола во внутренних точках среды хотя бы на глубину нескольких километров, используя прежде всего наблюдения в специально пробуренных скважинах. При этом следует ориентироваться на то, что разработанный в настоящее время комплекс геофизических исследований скважин позволяет обнаружить весьма малые нерегулярности в разрезе, измеряемые долями метра. Наряду со скважинными наблюдениями целесообразно провести наземные сейсмические исследования различными методами по профилям, пересекающим плейстосейстовые зоны.
В программу исследований в любом сейсмоактивном районе (или хотя бы на отдельных полигонах) важно включить специальные работы по изучению внутреннего строения недр, в том числе путем бурения скважин. Естественно, что такого рода исследования потребуют значительных капиталовложений, но без этого проблема прогноза землетрясений при помощи сейсмических методов вряд ли может быть решена в обозримом будущем. Здесь можно провести аналогию с сейсморазведкой, быстрый прогресс в которой в значительной степени обязан постоянному контролю результатов при помощи измерений в скважинах. Полезно также провести аналогию с метеорологией. Крупные успехи в ней начались после того, как были поняты закономерности движения воздушных масс и изменения полей давлений и температур.
