Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Третья часть посвящена методам структурной сейсмологии. Относительно большой объем ее обусловлен исключительной значимостью изучения глубинного строения планеты в целом и отдельных ее частей. Вначале излагаются методы планетарной сейсмологии на основе представлений о сферически-слоистой модели среды. При объяснении явлений дифракции на границе мантия—ядро привлечены дополнительно результаты лабораторного ультразвукового моделирования, подтвердившие данные натурного эксперимента. Большое внимание уделено обобщению всех имеющихся сведений по структуре ядра Земли, особенно внутреннего.
Подходы к изучению верхних оболочек Земли, когда не требуется учитывать ее сферичность, излагаются с позиций прямой связи методов с классами целевых волн. С этих позиций последовательно рассматриваются исторически сложившиеся методы отраженных и преломленных волн, а также сейсмическое просвечивание на прямых и проходящих волнах.
Поскольку метод отраженных волн не только занимает лидирующее положение при изучении осадочных комплексов, но и завоевывает все большие позиции при исследованиях земной коры и
7
верхней мантии в целом, пришлось пойти на некоторый паллиатив — несколько расширить главу 9 (MOB), но не за счет полноты изложения в примыкающих главах. При этом было учтено, что по методу отраженных волн уже имеются общедоступные публикации, например книга А. И. Богданова [1982].
Заключительная глава третьей части книги посвящена акустическим исследованиям. Здесь определяющим принципом является использование высоких частот, преимущественно килогерцевого диапазона. Излагаются методы лабораторной геоакустики, включая моделирование задач структурной и очаговой сейсмологии.
В противоположность другим публикациям по структурной сейсмологии, в которых принимаются во внимание только продольные волны, в данной работе повсюду параллельно рассматриваются методы, основанные на регистрации всех типов волн: продольных, поперечных, обменных. Такая позиция базируется на концепции о том, что в ближайшем будущем методы структурной сейсмологии будут развиваться в русле многоволнового подхода. При этом учитывается, что модификации, базирующиеся на продольных волнах, развиты в настоящее время наиболее полно.
При написании книги я старался не давать привилегий тем направлениям сейсмологии, в которых сосредоточены мои личные научные интересы. Вместе с тем, вряд ли удалось практически обеспечить полную беспристрастность и одинаковую полноту в изложении отдельных ветвей такой большой науки, какой является сейсмология.
Наряду с научным обобщением цель монографии — ослабление разобщенности между специалистами, работающими в различных областях сейсмологии, и одновременно помощь в понимании возможностей и ограничений тех или иных методов сейсмических исследований.
Часть I
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И МЕТОДИКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Первую часть книги следует рассматривать как подготовительную к последующим двум основным частям, посвященным конкретным вопросам методов очаговой и структурной сейсмологии, особенно последней. В данной части последовательно излагаются физические основы сейсмологии: закономерности распределения упругих и неупругих параметров в Земле, динамические характеристики основных классов волн, используемых при сейсмических наблюдениях; даются также сведения об основных законах кинематической сейсмики, т. е. о лучах и фронтах волн, в первую очередь для простейших моделей неоднородных сред.
Основное внимание во всех четырех главах данной части уделено изотропным средам, так как учет анизотропии (зависимости скоростей и поляризации волн от направления луча) еще не получил повсеместного распространения, и эти вопросы пока находятся в стадии научного поиска.
При работе над первой частью книги, особенно при написании первой главы, передо мной постоянно стоял вопрос об уровне математической нагрузки. После размышлений я пришел к выводу, что без использования математических формул в такого рода книге обойтись нельзя, но постарался, по возможности, не выходить за пределы обычного курса для технических вузов. Это относится и к другим частям книги.
Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛЕБАНИЯХ И УПРУГИХ ВОЛНАХ
В настоящей главе рассматриваются в сжатой форме физические основы сейсмологии: общие вопросы теории колебаний; дискретные колебательные системы; деформации и напряжения в твердых телах и связь между ними; основы динамической теории упругости, включающей теорию сейсмических источников и законы распространения упругих волн в простейших моделях неоднородных сред. По каждой из указанных групп вопросов имеются многочисленные фундаментальные труды [Лейбензон, 1947; Ландау, Лифшиц, 1954; Ewing, 1957; Гамбурцев, 1959; Горелик, 1959; Саваренский, 1972; и др.], в которых вопросы теории колебаний и механики сплошных сред рассмотрены весьма подробно с применением разнообразных методов математической физики. Наибольшее внимание уделяется вопросам отражения и преломления волн на плоских границах, и здесь, в порядке исключения, дан вывод формул для коэффициентов отражения—преломления. Связано это с тем, что явления отражения и прохождения играют решающую роль в сейсмологии, особенно структурной.
