Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Годографы P- и S-волн были построены также для мантии Луны [Галкин, 1988]. Расчеты показали, что для этой планеты скорости волн обоих типов практически не изменяются с глубиной и на глубинах ~ 1000 км равны: vp = 7,5 км/с, vs = 3,9 км/с.
7.2. ОТРАЖЕННЫЕ И ДИФРАГИРОВАННЫЕ ВОЛНЫ
В толще мантии, включая ее подошву, а также в ядре могут существовать отражающие границы. Предполагается, что в разрезе они имеют форму концентрических окружностей с единым центром (центр Земли). Основной отражающей границей является раздел между мантией и внешним ядром, где перепад скоростей vp составляет 80 %, a vs — теоретически бесконечен. В связи с этим здесь образуются все теоретически возможные отраженные монотипные и обменные волны, которые показаны на рис. 5.3, б. Годографы монотипных волн данного класса изображены на рис. 7.2 с индексом с в средней части.
Если считать мантию субоднородной со средней скоростью vm, то уравнение годографа монотипных волн, отраженных от поверхности ядра либо от раздела внутри мантии, можно записать ¦ виде
где г — радиус границы раздела, равный разности между радиусом Земли и глубиной залегания границы. Годограф имеет минимум в точке Д - 0 и наклон его dt/dA плавно увеличивается
пропорционально sin у. Регистрация отраженной волны в двух точках дает возможность найти г и vm.
Естественно, что такая задача более корректно решается при наблюдениях в большом количестве точек путем усреднения по способу наименьших квадратов.
Коэффициент отражения волны ScS на границе ядра при vs2 = 0 равен единице. В связи с этим можно ожидать наличия полнократной волны (ScS)2. Практически такую волну трудно наблюдать на фоне поверхностных, а также кода-волн, хвостовых частей сейсмограмм.
Исследование волн PcP показало, что между мантией и ядром существует переходный слой мощностью до 100 км.
В толще средней и нижней мантии по данным регистрации колебаний от землетрясений не были зафиксированы отражающие границы. Вместе с тем, в наличии их вряд ли следует сомневаться, во всяком случае границ 2-го рода, существование которых вытекает из анализа рефрагированных волн, рассмотренных в предыдущем параграфе. Наличие отраженных волн в верхней мантии доказано экспериментально путем применения современных методик наблюдений и способов выделения сигналов на фоне помех (см. гл. 9).
Предположение о существовании внутреннего ядра было высказано в начале 20 в. на основе выделения фазы рефрагированной волны PKIKP, отмеченной на расстоянии Д —110°. Долгое время не удавалось обнаружить волны, отраженные от границы между внешним и внутренним ядрами.
(7.6)
Часть III. Методы структурной сейсмологии
PKiKP PKIIKP
Рис. 7.5. Регистрация продольных отраженных волн от границы между внешним и внутренним ядрами:
а — пример записи отраженных волн PKiKP и PKJlKP; б — схема хода лучей отраженных волн. Здесь же изображен предельный луч рефрагированной волны в мантии.
Применение мощных взрывных источников и площадных групп высокочастотных приемников типа „LASА" дало возможность зарегистрировать отраженные волны не только от внешней (PKiKP), но также и от внутренней стороны центрального ядра (PKIIKP) [Болт, 1984]. Иллюстрация этих записей дается на рис. 7.5, а. Несмотря на большую протяженность пути указанных волн (~ 15 ООО км), на сейсмограммах выделены фазы с периодом 1,5 с. Здесь же на рис. 7.5, б схематически показан ход лучей для обеих волн. По разности времен вступлений указанных двух отражений, зная радиус внутреннего ядра (1216 км), нетрудно было рассчитать скорость vp в центре Земли, которая оказалась равной 11,14 км/с. Эта величина практически совпадает с полученной ранее по данным рефрагированных (проходящих) волн [Гутенберг, 1963]. Таким образом, было доказано, что граница между внешним и внутренним ядрами достаточно резкая. В этом эксперименте удалось также показать, что продольные волны во внутреннем ядре быстрее затухают с расстоянием, чем во внешнем. Этот факт следует рассматривать в качестве одного из свидетельств того, что свойства внутреннего ядра существенно различаются по отношению к внешнему ядру, чем подкрепляется гипотеза о твердом его состоянии. На границе между внешним и внутренним ядрами происходит увеличение скорости vp на величину порядка 0,6—1,0 км/с. Следовательно, в обе стороны от внешнего ядра, т. е. как к мантии, так и к внутреннему ядру, отмечается положительный перепад скорости vp. Это дает основания с большой вероятностью предполагать, что внутреннее ядро твердое.
К сожалению, предпринятые попытки зарегистрировать отраженные волны, прошедшие через внутреннее ядро как поперечные, например типа PKJJKP, до настоящего времени не увенчались успехом. Это относится, в частности, к эксперименту с „LASA", упомянутому выше, когда система была настроена на регистрацию отраженных волн на относительно близких эпицентральных расстояниях (А порядка 50°). В этом опыте вряд ли можно было ожидать уверенного фиксирования фазы PKJJKP1 так как углы падения на внутреннее ядро были недостаточно велики для образования обменной волны.
