Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Структура сейсмограмм землетрясений зависит от трех главных факторов: расстояния источник—приемник, глубины очага и интенсивности толчка. Последний фактор тесно связан с первым. Пути распространения волн в Земле определяются внутренним строением планеты. Общие черты глубинного строения, установленные еще в начале 20 в., известны и представляются в следующем виде. Центральная часть планеты называется ядром и подразделяется на две части: внешнее и внутреннее ядро. Однозначно доказано, что во внешнем ядре поперечные волны не могут распространяться. Этот факт связывается с тем, что внешнее ядро находится в жидком состоянии. Внутреннее ядро предполагается твердым. Внешние оболочки Земли состоят из мантии и земной коры. Схематически строение планеты изображено на рис. 5.2, а. Слой земной коры, мощность которого приблизительно на два порядка меньше мощности мантии, на данном рисунке не показан.
Даже в схематически изображенной на рис. 5.2, а трехслойной структуре Земли может образоваться большое количество волн различных типов и классов. Для нормальных (коровых)
Часть //. Очаговая сейсмология
а
б
PKiKP
SKS SS
~г~^рр
PcP
Рис. 5.2. Лучевые схемы распространения основных типов объемных волн в Земле:
а — нормальные, б— глубокофокусные землетрясения. I — мантия + земная кора, II — внешнее ядро, III — ннутреннее ядро.
очагов лучевые схемы основных объемных волн представлены на рис. 5.2, а. Рефрагированные волны в мантии без промежуточных отражений на свободной границе имеют простые индексы PnS. Монотипные и обменные кратные волны, отраженные от свободной границы, обозначаются в виде PP, SS, PS, SP, PPP и т. п. Волны, отраженные от поверхности внешнего ядра, имеют соединительный индекс с, т. е. PcP, ScS, ScP, PcS. Продольные волны, прошедшие через внешнее ядро, содержат индекс К (SKS, PKS, PKP и др.). Отражения от поверхности внутреннего ядра отмечаются индексом і, а прошедшие через внутреннее ядро — / (PKiKP и PKIKP).
Если очаг находится на достаточно большой глубине, то кроме отмеченных на рис. 5.2, а объемных волн могут регистрироваться кратные волны типа рР, рРсР и другие, отраженные от свободной границы в эпицентральной области (см. рис. 5.2, б). Если расстояние источник—приемник относительно невелико, то в случае нормальных очагов будут возникать головные волны Pn и Sn на подошве земной коры (граница Мохоровичича — Мохо). При определенных условиях головные волны Pn будут регистрироваться в первых вступлениях. На рис. 5.3 представлены записи пяти землетрясений, отличающихся эпицентральными расстояниями и глубиной очага. Большинство сейсмограмм в целях экономии места дается для вертикальной компоненты, что не очень сильно мешает общему представлению о волновой структуре, так как в большинстве случаев на z-приборах регистрируются волны, подходящие к точке приема как Р, так и S.
Трехкомпонентная сейсмограмма для нормального землетрясения с эпицентральным расстоянием А = 26° длины большого круга (Г = 111 км) представлена на рис. 5.3, а. На всех компонентах достаточно хорошо отмечается первая волна Р. Поперечная волна S в данном случае регистрируется только горизонтальными приборами, при этом отчетливо видно различие в частотах P и S, а также небольшое различие времен вступлений 5-волн при широтной и меридиональной установках горизонтальных сейсмографов, обусловленное, по-видимому, явлением анизотропии. На сейсмограмме присутствуют поверхностные волны Рэлея R и Лява Q, которые в данном случае имеют слабую амплитудную выразительность.
Заметим попутно, что в сейсмологии землетрясений сейсмические импульсы именуются фазами. В сейсморазведке и ГСЗ этот термин применяется к экстремумам колебаний.
Пример записи глубокофокусного землетрясения представлен на рис. 5.3, б приблизительно для тех же Д, что и на рис. 5.3, а. Главнейшей особенностью записи является в данном случае полное отсутствие поверхностных волн, что соответствует теоретическим представлениям (см. гл. 1). Как и следовало ожидать, фиксируется фаза рР. Кроме того, на сейсмограмме отмечается полный набор волн, отраженных от границы внешнего ядра.
Следующий рис. 5.3, в иллюстрирует особенности записи для расстояний А порядка 80° в случае корового землетрясения. Здесь отчетливо выражены фазы P и 5, а также кратные монотипные и обменные волны. Поверхностная волна Рэлея в данном примере приблизительно в 5 раз более интенсивна, чем средний уровень предшествующей записи. На рис. 5.3, г иллюстрируется запись весьма удаленного землетрясения (A= 138°). В первых вступлениях в данном случае регистрируется волна РКР, проходящая часть пути во внешнем ядре. Наблюдаются сходные по лучевой структуре волны PKS и SKS, причем последняя на вертикальной компоненте выражена слабо, на записи 78 •
Глава 5. Спонтанные очаги и способы их изучения
и Q Я
в-з
ю-с
і
1 мин
б
P рР PcPS рРсР ScP PcS
Ii Ni. її
і мин
P Pp
ScS
I.
5 PS SS SSS R
;к .1., I. . I
PKPPPPKS SKS
R
4 МИН
Лі P s
1 мин '
Рис. 5.3. Типичные сейсмограммы для различных эпицентральных расстояний и глубин очагов:
