Сейсмические волны и их измерение. Сейсмические волны. Типы сейсмических волн Максимальная скорость продольных сейсмических волн наблюдается

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Сейсмические волны, распространение

    Скорость и характер распространения сейсмических волн определяются свойством горных пород. Распространяясь в толщах земли, сейсмические волны встречают на своем пути горные породы с различными упругими свойствами, т.е. с различной плотностью. На границах раздела толщ горных пород различной плотности происходит частичное отражение сейсмических волн, а частично волны, преломляясь, проходят внутрь залегающей толщи пород. Затем они отражаются от следую- 

Характер распространения сейсмических волн говорит за наличие в земном шаре нескольких шаровых- зон (рис. XV-4). Структуру Земли можно несколько упрощенно представить себе так, как показано на рис. XV-5. Под слоем атмосферы (/) на глубину приблизительно 100 км располагается зона (//) со средней плотностью 2,8. Затем до 1000 км. (Ill) -с плотностью 3-4, до 3000 км- (IV) с плотностью 5-6 и, наконец, до центра Земли идут зоны V и VI с плотностью 9-И. По мере продвижения к центру Земли давление возрастает следующим образом  

    Сейсмические волны распространяются в горных породах со скоростью от 2 до 8 км/с - поистине космические скорости - в зависимости от плотности породы чем она выше, тем больше скорость распространения волны. 

Упругие волны в Земле . Распространение упругих деформаций при землетрясениях носит волновой характер. Обычно исследуются продольные Р и поперечные 5 объемные волны, а также поверхностные - волны Рэлея Я, у которых колебание частиц происходит в плоскости, перпендикулярной к поверхности и проходящей через направление сейсмического луча, и поперечные поверхностные волны Лява L. 

Характер распространения сейсмических волн говорит за наличие в земном шаре нескольких шаровых зон (рис. ХУ-4). Структуру Земли можно несколько упрощенно 

Образование и распространение в грунте сейсмических волн. 

Сейсморазведка основана на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной коре. Упругие колебания (или, как их еще называют, сейсмические волны) чаще всего вызываются искусственным путем. 

По установившимся представлениям, наша планета состоит из трех основных оболочек коры, мантии и центрального ядра. Границы между ними фиксируются резкими скачками в скорости распространения сейсмических волн. 

Сейсмический метод -самый распространенный метод поисков и разведки месторождений нефти и газа. Он основан на регистрации и изучении характера распространения в толще пород сейсмических волн, возбужденных с помощью взрыва или иными способами. В скважинах глубиной 20-30 м, пробуренных на исследуемой площади, закладывают взрывчатое вещество и производят ряд взрывов. Образующиеся при этом сейсмические колебания или волны распространяются в глубь толщи пород, отражаются и преломляются в зависимости от их плотности. Отраженные и преломленные волны направляются вверх и улавливаются чувствительными приборами (рис. 7). Зная расстояния, от скважин, в которых производятся взрывы, и законы распространения сейсмических волн, определяют глубину залегания пород, их строение и наличие ловушек нефти и газа. 

Граниты и гранодиориты, по-видимому, резко преобладают по объему и в биосфере среди других массивных пород. Такое преобладание можно видеть, однако, только учитывая выводы геофизики, что скорость распространения сейсмических волн отвечает скорости распространения их в гранитах, в твердых телах того же удельного веса. 

Сейсмическая разведка основана на использовании закономерностей распространения упругих волн в земной коре, искусственно создаваемых в ней путем взрывов в неглубокий скважинах. Сейсмические волны распространяются по поверхности земли и в ее недрах. Некоторая часть э (ергии этих волн, дойдя до поверхности плотных пород, отразится от нее и возвратится на поверхность земли (рис. 14). Отраженные волны регистрируются специальными приборами, называемыми сейсмографами. По времени прихода отраженной волны к сейсмографу и расстоянию от места взрыва судят об условиях залегания пород. 

ХУ-4. Изменение скорости распространения продольных сейсмических волн в земном шаре с глубиной. 

Сейсмический метод основан на свойствах распространения упругих волн в земной коре. Упругие волны искусственно создаются в земной коре путем взрывов в мелких скважинах. Законы движения сейсмических волн, идущих от места взрыва, аналогичны законам движения звуковых волн. Скорость распространения упругих волн в различных породах различна. Так, например, скорость их в глинах изменяется в пределах 1,8-2,1 километра в секунду, в известняках 3,2-5,5, в кварцитах 4-7 километров в секунду. 

Дж. Уайт. Возбуждение и распространение сейсмических волн Пер. с англ. - М. Недра, 1986. - 262 с. 

Средние значения скоростей распространения продольных сейсмических волн, определенных на отмеченных выше участках Закавказской низменности и Каспийского бассейна, для одной и той же формации оказались одного и того же порядка. Эти значения скоростей следующие  

Каждый взрыв - это небольшое искусственное землетрясение. Исследуя распространение его волн при помощи заранее расставленных в районе предстоящего взрыва сейсмических приборов, можно получать ценные сведения о залегании в данном районе руД-ных тел. 

Скважинный индукционный сейсмоприемник предназначен для преобразования механических колебаний, вызванных искусственно возбужденным взрывом, в электрические колебания при проведении сейсмического исследования скважин с целью определения средних скоростей распространения упругих волн. Знание этих скоростей необходимо при интерпретации данных сейсморазведки. 

Нам удалось проникнуть в глубь Земли не слишком далеко, но на основании кос-венньа данных мы можем создать общую картину ее строения и состава. Одно из соображений относительно состава Земли основано на сравнении средней плотности вещества всей планеты (5,5 г/см) со средней плотностью горных пород на ее поверхности (2,8 г/см). Из этого сравнения следует, что внутри Земля должна иметь большую плотность, чем на поверхности. Дальнейшие сведения о строении Земли основаны на наблюдениях за распространением в ней сейсмических волн, возникающих и результате землетрясений. Из подобных исследований можно сделать вывод, что Земля состоит из четырех значительно различающихся по свойствам слоев коры, мантии, наружного ядра и внутреннего ядра. Эти слои Земли показаны на рис. 22.2. 

Импульсный ультразвуковой сейсмоскоп (рис. 29) предназначен для исследования волновых процессов в моделях сейсмических структур, а также для определения скоростей распространения упругих волн в небольших образцах горных пород. 

Обязательным ее компонентом являются источники сейсмических сигналов, генерирующие упругие волны. Эти волны, распространяясь в толще земли, отражаются и преломляются на внутренних физических границах раздела осадочной толщи и поверхности фундамента, неся информацию о строении глубинных недр. Измеряя время распространения волн, их интенсивность и характер записи, можно с использованием соответствующей аппаратуры составить достаточно точное представление о поведении отражающих и преломляющих горизонтов, а также построить карты и схемы, которые являются основой для проведения буровых поисково-разведочных работ. 

Земная кора представляет собой самый верхний слой твердой Земли и отличается от нижележащих оболочек строением и химическим составом. Подошва земной коры трассируется сейсмически границей Мохоровичича, на которой скорости распространения сейсмических волн скачком возрастают до 8,0-8,2 км/с. 

В последние годы особенно широкое распространение получили геофизические методы, основанные на различиях горных пород по их свойству распространять и отражать упругие волны, возникающие при взрывах. Эти методы получили наименование сейсмической разведки. 

Позднее появилась работа Т.Иоши , в которой зависимость Hi(t) определяется по экспериментальным данным на основании обобщения результатов по распространению и дисперсии поверхностных сейсмических волн Рэлея 

Упругое поведение является наиболее характерной реакцией вещества Земли на механические воздействия в широком интервале напряжений, температур и длительности действия сил. Высокая упругость пород коры и мантии при сжатии и сдвиге в динамическом режиме проявляется в распространении сейсмических волн, а при более длительных нагрузках -в чандлеровских колебаниях полюсов и земных приливах. Упругие свойства твердых тел полностью описываются набором независимых упругих констант, число которых определяется степенью анизотропии и для изотропных кристаллов или агрегатов равно двум. 

Данные, полученные геофизикамтг при изучении прохождения сейсмических волн через земной шар при землетрясениях или искусственных взрывах, указывают, что внутри земной шар неоднороден, в нем имеются Гранины раздела. Для различных неоднородных частей земного шара наблюдается неодинаковая скорость распространения сейсмических волн. На основании данных сейсмографии было высказано мнение, что в недрах Земли имеются границ. раздела на глубине 100, 1200 и 2900 км п, по-видимому, па этих глубинах в радиальном на-правлеи11и изменяется химический состав залегающих пород. 

Большое распространение в практике поисков и разведки нефти и газа нашли сейсмические методы. При использовании сейсмических методов в толще земной коры создают искусственно упругие волны. Такие волны возбуждаются с помощью взрывов (рис. 7) или с помощью невзрывных устройств - диносейсоа и вибросейсов. Частицы горных пород испытывают упругие колебания и передают их друг другу. В результате возникают упругие или сейсмические волны. 

Анализ (юрмы волновых импульсов является дальнейшим развитием метода исследован1Гя сейсмических записей, особенно в тех случаях, когда изучается волновая группа в целом. Форма сейсмических волн анализируется целиком во временной области по полученным сейсмограммам. В общем цель таких исследований - увязать наблюдаемые на данной станции волновые характеристики с отдельными эпицентр ал ьны и областями. Эти исследования основываются на экспериментальном факте существования подобных характеристик и повторяемости механизма землетрясения и путей распространения волн для любой эпицентралыюй области н любой станции наблюдения. Определив на основании анализа большого количества материалов конкретные волновые характеристики, можно по ним находить приближенное положение эпицентров, оценивать свойства источников и их механизм, а также изучать особенности путей пробега волн. 

Идеи, заложенные в разделе 6.5.1, непосредственно применяются для каждого наблюдения в геофизике. Практически мы никогда ие ведем наблюдеиня прямо у источника, а на некотором расстоянии с помощью того нли иного прибора. Рассмотрим действие фильтрации на пути распространения сейсмических волн от источника (землетрясение, взрыв) до их записи. 

Амплитудная коррекция позволяет исследовать динал[нческие характеристики, т. е. свойства, влияющие на амплитуду, а фазовая коррекция - кинематические свойства (фазовые и групповые скорости). Можно найти много случаев использования этих уравнений при регнении различных задач в последующих главах. Сделанный здесь вывод касается распространения сейсмических волн, но совершенно аналогичные соотношения и процедуры коррекции частотных искажений выполняются и в других случаях. Поэтому коррекция частотных искажений является основным 

Любая величина, которая может быть выражена как функция одной илн нескольких переменных, может подвергаться спектральному анализу методом Фурье. Однако именно в случае нескольких переменных такой анализ имеет практическое значение, особенно когда независимой переменной является время. Большинство важных приложений Фурье-аналнза в сейсмологии сводится к анализу видов сейсмических волн. К,ак мы видели, условия обработки в сенс.мологнн не являются легкими. Сила н слабость метода в одно и то же время заключаются в то.м, что мы наблюдаем совокупность всех воздействий. Например, мы 1е можем наблюдать изолированный источник спектра. Источник и путь распространения сигнала могут оказывать одинаковое влияние на наблюденный спектр. Именно поэтому сейсмологическая спектроскопия вносит макснмаль юе чнсло искажений на этапе анализа волн и нх формы. 

В некоторых приложениях спектрального анализа распространенным упрощением является то, что основные периоды (частоты) люгут определяться самой природой задачи этого обычно не встречается при анализе сейсмических волн, В виде примера можно привести кривую изменения температуры со вpe teнeм для атмосферы. В этом случае основные значения периодов задаются по годовым измерениям температуры и по ежедневным измененгсям температуры. К этой категории относится также измерение периодичности землетрясений. 

В области Тихого океана развиты, как мы видели, только базальтовые вулканические породы. Это есть факт наблюдения, который как таковой должен быть положен в основу наших научных суждений. Однако, обращаясь к геологической и геофизической литературе, мы видим, что в ней для объяснения высокого удельного веса земных оболочек, лежащих ниже гранитной (что указывается скоростью распространения сейсмических волн), принимается существование не базальтовой, а перидотитовой или эклогитовой оболочки. Обращаясь к первоисточникам этих представлений, мы видим, что ими отчасти только являются точные научные наблюдения, а в основном господствуют спекулятивные геогенические представления. Они сложно отражаются на геологических фактах. Ибо базальты - ив виде извержений, и в виде трещинных выделений - являются поверхностными вулканическими, а не глубинными плутоническими породами. Но перидотиты и эклогиты не являются горными породами, в этом аспекте с ним связанными. Перидотиты, как породы, отвечающие геологической оболочке ниже гранитной, выдвинул уже в конце прошлого века Э. Зюсс . Он исходил из идей А. Добрэ о том, что метеориты, являясь осколками бывших планет (и звезд), могут давать понятие о внутренних, недоступных непосредственно геологу земных глубинах. Он, исходя из существования палласитов, допускал господство там оливиновых пород и никелистого железа. Базальты в глубинных застываниях должны замеш,аться, по его представлениям, перидотитами или дунитами. 

Особую проблему представляют собой рифейские отложения, наличие которых в юго-восточной части впадины, в так называемом рифей-ском праграбене, сейчас предполагается большинством исследователей . Отметим, что скорости распространения сейсмических волн в предполагаемых отложениях рифейского возраста близки к таковым фундамента. Благодаря такой конвергенции эти отложения, перекрывающие кристаллический фундамент на юго-востоке ДДВ, могут существенно нивелировать сложности строения поверхности фундамента в этом районе, что необходимо соответствующим образом учитывать при описании. 

Дейли ра ссмотрел чрезвычайно интересную проблему, касающуюся вычисления мощности земной коры, в которой происходят процессы превращения низкотемпературного (Р-кварца в высокотемпературный а-.кварц. Это превращение имеет важное значение для сейсмологии, поскольку а-кварцу свойственно значительно меньшее сокращение объема (почти в два раза), чем Р-кварцу. Дейли вычислил глубину, соответствующую абиссальной температуре 760° С, примерно равную 30/сл, и тем самым объяснил, почему продольные волны внутри земли, идущие из слоя яа глубине 30-45 км, обладают повышенной скоростью по сравнению с обычной скоростью их распространения. Глубоко лежащая гранитная магма (сиаль) была обнаружена в недрах центральной Европы под Альпами по сейсмической прерывности. 4 

Сейсморазведочная 26-канальная станция модели СС-26-51Д предназначена для сейсмической разведки методами отраженных и преломленных волн. Эта методы позволяют определять глубины и углы простирания геологических пластов различной плотности путем изучения распространения в них упругих колебаний, вызванных искусственным взрывом. Станция может быть использована для сейсмокаротажных наблюдений, а в инженерной сейсмике для определения положения поверхности плотных пластов. 

В первую очередь необходимо выделить как отдельный участок южный борт впадины, который в свою очередь можно подразделить на отдельные блоки, причем каждый блок характеризуется своеобразной тектоникой. Для западного участка южного борта прогиба (Таманский полуостров) характерно наличие диапировых складок. Необходимо отметить, что благодаря сейсмическим исследованиям методом отраженных волн были выявлены некоторые специфические черты диапировьих структур. Фораминиферовые и более древние отложения не принимают в них участия. Они смяты в пологие антиклинальные складки, а молодые отложения (майкопские) образуют ядра протыкания. Восточной границей распространения диапировых складок является Джигинская структура, где проходит меридиональный региональный разлом.     Основы общей химии Том 3 (1970) -- [

Сейсмическая волна

Объемные волны и поверхностные волны

Сейсмические волны - волны энергии, которые путешествуют по земле или другим упругим телам в результате процесса, производящего низкочастотную акустическую энергию (землетрясение, взрыв и т. д.). Сейсмические волны изучаются сейсмологами и геофизиками. Их изучают при помощи сейсмографа , геофона, гидрофона или акселерометра .

Скорость распространения волн зависит от плотности и упругости среды. Скорость имеет тенденцию к росту по мере углубления, в земной коре она составляет 2-8 км/с, а при углублении до мантии - 13 км/с.

Землетрясения создают разные типы сейсмических волн с разной скоростью. Волна фиксируется на ряде сейсмологических станций, и по разнице во времени учёные вычисляют эпицентр. В геофизике преломление или отражение сейсмических волн используется для изучения глубин Земли, искусственные волны используются для исследования подземных структур.

Типы сейсмических волн

Есть два главных типа: объёмные волны и поверхностные волны. Кроме описанных ниже есть и другие, менее значимые типы волн, которые вряд ли можно встретить на Земле, но они имеют важное значение в астросейсмологии.

Объёмные волны

Они проходят через недра Земли. Путь волн преломляется различной плотностью и жёсткостью подземных пород.

P-волны

P-волны (первичные волны) - продольные, или компрессионные волны. Обычно их скорость в два раза быстрее S-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость P-волн - 330 м/с в воздухе, 1 450 м/с в воде и 5 000 м/с в граните.

S-волны

S-волны (вторичные волны) - поперечные волны. Они показывают, что земля смещается перпендикулярно к направлению распространения. В случае горизонтально поляризованных S-волн земля движется то в одну сторону, то в другую попеременно. Волны этого типа могут действовать только в твёрдых телах.

Поверхностные волны

Поверхностные волны несколько похожи на волны воды, но в отличие от них они путешествуют по земной поверхности. Их обычная скорость значительно ниже скорости волн тела. Из-за своей низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными изо всех типов сейсмических волн. Они бывают двух типов: волны Рэлея и волны Лява .

P- и S-волны в мантии и ядре

Когда происходит землетрясение, сейсмографы вблизи эпицентра записывают S- и P-волны. Но на больших расстояниях обнаружить высокие частоты первой S-волны невозможно. Поскольку поперечные волны не могут проходить через жидкости, на основании этого явления Ричард Диксон Олдхэм выдвинул предположение, что Земля имеет жидкое внешнее ядро. По этому виду исследования в дальнейшем было выдвинуто предположение, что у Луны твёрдое ядро, но недавние геодезические исследования показывают, что оно ещё расплавлено.

Использование P- и S- волн для локации землетрясения

В случае локальных или близлежащих землетрясений разница прибытия P- и S- волн может использоваться для обнаружения дистанции от события. В случае глобальных землетрясений четыре или более наблюдательных станций, синхронизированных по времени, записывают время прибытия P-волн. На основе этих данных можно вычислить эпицентр в любой точке планеты. Для определения гипоцентра используется больший объем данных (десятки или сотни записей прибытия P-волн с сейсмических станций).

Самый простой способ узнать место землетрясения в радиусе 200 км - это высчитать разницу в прибытии P- и S- волн в секундах и умножить ее на 8. Но на телесейсмических дистанциях этот способ не подходит потому, что высока вероятность того, что сейсмические волны углубились до мантии Земли и преломились, изменив свою скорость .

Ссылки

Это заготовка статьи по

Сейсмические волны в земной коре.

Упругие волны в твердой среде.

Сейсмоприемники. Корпус прибора заканчивается стальным штырем, который втыкается в землю и обеспечивает надежный акустический контакт с ней.

Схема сейсмоприемника.

Мы привыкли считать земную поверхность чем-то прочным и незыблемым. Однако в земле непрерывно возникают и затухают волны, именуемые сейсмическими. Речь идет не только о катастрофических встрясках земной коры при землетрясениях, даже колебания травы под ветром порождают волны - микросейсмы, которые замечают и регистрируют приборы.

В твердой среде имеется два вида сопротивлений внешним механическим воздействиям: сопротивление изменению объема и сопротивление сдвигу, изменению формы элементов среды. Поэтому в однородном изо-тропном (с одинаковыми характеристиками во всех точках пространства и по всем направлениям в нем) пространстве могут распространяться волны двух типов - соответствующие изменению объема элемента среды и изменению его формы. Волны первого типа называются продольными (либо волнами сжатия или растяжения) или P -волнами (ppima ) - при землетрясениях и взрывах они приходят первыми. Волны второго типа, приходящие позже, называются поперечны ми или S -волнами (sekonda ). P -волна распространяется со скоростью V p =√(λ+2μ)/ρ , а S-волна -со скоростью V s =√μ/ρ , где λ и µ - упругие постоянные среды, а p - ее плотность. Максимальная скорость поперечной волны в твердой среде V s = 0,7V p , а в жидкостях и газах S -волна не распространяется вообще.

Колебания, связанные с S -волнами, могут происходить в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Поэтому их можно разделить на составляющие - например, параллельную земной поверхности и перпендикулярную ей. Они существуют раздельно и называются соответственно плоскополяризованными SH- и SV -волнами.

По свободной поверхности среды могут распространяться еще и поверхностные волны двух типов. Одни смещают среду в вертикальной плоскости, другие - в горизонтальной (волны с вертикальной и с горизонтальной поляризацией). Характерный пример волны первого типа - волна Рэлея, которая движется со скоростью C R ≈ 0,9V s . В романах Фенимора Купера индейцы загодя узнают о приближении всадников, прикладывая ухо к земле: они слышат именно рэлеевскую волну.

По границе раздела двух твердых сред - полупространства и сравнительно тонкого слоя - может идти поперечная, чисто сдвиговая волна Лява. А когда на такую границу падает S- или P -волна, возникают сразу четыре волны - две отраженные и две преломленные, которые обозначаются как PP , SS и так далее. Если же при отражении или преломлении на границе волна меняет тип, ее называют обменной.

В лабораторных условиях волны регистрируют пьезоэлектрическими датчиками; в полевых - сейсмоприемниками.

Упругие P- и S -волны успешно используются при анализе землетрясений, для геофизических исследований, поиска полезных ископаемых (в первую очередь нефти и газа), в физике твердого тела. А ночной хищник - скорпион миллионы лет назад "научился" с их помощью охотиться за добычей.

См. в номере на ту же тему ст.

Полостях, горных ударов и др.) или искусственных (взрывов, вибраторов, пневматических, газодинамических, электроискровых, гидравлических) источников. Частотный диапазон сейсмических волн от 0,0001 Гц до 100 Гц. Вблизи очагов сильных землетрясений сейсмические волны обладают разрушительной силой, на значительных расстояниях от источников их интенсивность уменьшается вследствие затухания. Для регистрации сейсмических волн используются сейсмографы .

Различают две группы сейсмических волн – объёмные и поверхностные. Слагающие Землю горные породы упруги и поэтому могут деформироваться и испытывать колебания при резком приложении давления (нагрузок). Внутри объема горных пород распространяются объемные волны. Они делятся на два типа: продольные и поперечные. Причем через жидкий, расплавленный материал ядра проходят только волны, называемые продольными, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят, как и привычные нам звуковые волны в воздухе. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси.
Волны другого вида - поперечные - через расплав не проходят, а затухают на границе земного ядра. В этих волнах происходит колебание частиц горных пород перпендикулярно направлениям распространения волн. Такие колебания можно сравнить с движением змеи, извивающейся по поверхности поперек направления движения. Поперечные волны, выходя на поверхность, раскачивают из стороны в сторону и вверз-вниз все находящееся на земле, приводя к наибольшим разрушениям. Именно потому, что поверхность твёрдой Земли – это граница с гораздо менее плотной средой, воздушной, на земной поверхности объемные сейсмические волны могут свободнее «разгуляться», что обычно и происходит. Этому способствует и свойства приповерхностных грунтов .

В однородной изотропной идеально-упругой твёрдой среде вдали от границ раздела, в т.ч. вдали от поверхности Земли, могут распространяться сейсмические волн только двух типов: продольные (Р) и поперечные (S). Продольные сейсмические волны переносят изменения объёма (сжатия и растяжения) в среде. Движения частиц в них совершаются параллельно направлению распространения волны, а деформации представляют собой суперпозицию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. Поперечные сейсмические волн не образуют в среде объёмных изменений, движения частиц в них происходят перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом. Скорость продольных Vp и поперечных Vs волн определяется формулами:

Vp= (k + 4/3m)/r, Vs= m/r,
где к - модуль всестороннего сжатия,
m - модуль сдвига,
r - плотность.
Скорость продольных волн примерно в 3 раз больше скорости поперечных волн. Волны Р и S распространяются из источника по объёму Земли (объёмные волны). Их амплитуда для однородной и изотропной среды убывает обратно пропорционально расстоянию от источника.
На границах раздела и других неоднородностях в Земле наблюдаются явления отражения, преломления и обмена типов сейсмических волн. Вблизи границ возникают и распространяются поверхностные волны Рэлея и Лява. Первые являются суперпозицией неоднородных продольных и поперечных сейсмических волн, вторые - только поперечных. Волны, Рэлея возникают в присутствии одной границы раздела (поверхности Земли), Лява - двух и более. В Земле скорость поверхностных волн меньше скорости поперечных волн и зависит от частоты. Амплитуда волн Рэлея и Лява убывает приблизительно обратно пропорционально корню квадратному из расстояния до источника.

Очень важны свойства разных групп и типов сейсмических волн, особенно скорость их прохождения через горные породы. Обычно она измеряется несколькими километрами в секунду и следовательно, на разных расстояниях от очага (гипоцентра и эпицентра) приход волн и ощущается и регистрируется неодновременно. На этом свойстве основано определение координат эпицентра землетрясения по записям прихода волн на удаленные сейсмические станции. Не менее важны различия в скоростях отдельных групп и типов волн. Поверхностные волны распространяются медленнее объемных и, следовательно, приходят в пункты наблюдения позднее. В группе объемных поперечные волны распространяются в среднем в 1,75 раза медленнее продольных. Отсюда понятно, почему оказавшиеся в эпицентральной области сильного землетрясения люди часто попадают во власть волн: их толкает, качает, трясет в разных направлениях с разными ускорениями. Очевидцы нередко «слышат» землетрясение в буквальном смысле слова. Продольные волны сходны со звуковыми. При определенной частоте колебаний (в диапазоне слышимых волн, то есть более 15 герц) они при выходе на поверхность и становятся звуковыми волнами. Если вспомнить, что продольные волны распространяются быстрее, а поперечные нередко несут главные разрушения, легко понять, почему гул может слышаться перед землетрясением.

>>Физика: Сейсмические волны

Сейсмическими волнами называют волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-либо мощных взрывов. Так как Земля в основном твердая, то в ней одновременно могут возникать два вида волн - продольные и поперечные. Скорость этих волн неодинакова: продольные волны распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн ≈ 5 км/с, а скорость продольных волн ≈ 10 км/с.

Регистрацию и запись колебаний земной поверхности, вызванных сейсмическими волнами, осуществляют с помощью приборов, называемых сейсмографами . Основной частью сейсмографа является маятник , начинающий колебаться при каждом появлении сейсмических волн. В простейших конструкциях прибора маятник соединяют с пишущим устройством, вычерчивающим график колебаний на специальной ленте.

Распространяясь от очага землетрясения, первыми на регистрирующую (сейсмическую) станцию приходят продольные волны, спустя некоторое время - поперечные. Зная скорость распространения волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние R до эпицентра землетрясения. Чтобы узнать, где именно он находится, используют данные, полученные на нескольких сейсмических станциях. Допустим, что расстояние от эпицентра землетрясения до станции S 1 равно R 1 , до станции S 2 - R 2 , а до станции S 3 - R 3 . Тогда, начертив на карте вокруг станций окружности соответствующих радиусов и найдя точку их пересечения, мы узнаем, где именно находится источник сейсмических волн (точка А на рисунке 46).

Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений. Подавляющее большинство из них относится к слабым, однако время от времени наблюдаются и такие, которые нарушают целостность грунта, разрушают здания и ведут к человеческим жертвам.

Интенсивность землетрясений характеризуют с помощью 12-балльной шкалы (табл. 4).

Например, Ашхабадское землетрясение в 1948 г. оценивается в 9-10 баллов, а Ташкентское 1966 г.- в 8 баллов. Во время подобных катастроф гибнет огромное число людей. При Спитакском землетрясении в Армении (1988 г.) погибло несколько десятков тысяч человек, а во время Тайшаньского землетрясения в Китае (1976 г.) число человеческих жертв достигло нескольких сотен тысяч!

Противостоять разрушительным последствиям сильных землетрясений можно лишь путем строительстсейсмостойких зданий. Однако подобное строительство является достаточно дорогим и, кроме того, не всегда известно, где именно следует строить подобные дома. Предсказание землетрясений - сложнейшая задача. Решением этой проблемы занимаются специальные национальные службы и научно-исследовательские институты.

Исследование распространения сейсмических волн внутри Земли позволяет изучать глубинное строение нашей планеты. Простейшая схема подобных исследований состоит в следующем. В каком-либо месте внутрь грунта помещают заряд, после чего производят подземный взрыв. Распространяясь во все стороны от места взрыва, сейсмические волны достигают различных слоев внутри Земли. На границе каждого из них возникают отраженные волны. Эти волны возвращаются к поверхности Земли, где регистрируются на специальных сейсморазведочных станциях. Таким образом, например, было установлено, что недра Земли можно разделить на три основные области: земную кору, мантию и ядро . Измерения показали, что на глубине около 2800 км (на границе между мантией и ядром) скорость продольных волн скачком уменьшается с 13,6 до 8,1 км/с, а скорость поперечных волн - с 7,3 км/с до нуля. Непропускание ядром поперечных волн означает, что внешняя область ядра является не твердой, а жидкой.

Наряду с изучением строения земного шара сейсмическая разведка позволяет обнаруживать места, благоприятные для скопления нефти и газа.
Сейсмические исследования проводятся не только на Земле, но и на других небесных телах. Так, например, в 1969 г. американские астронавты разместили сейсмические станции на Луне . Ежегодно эти станции регистрировали от 600 до 3000 слабых лунотрясений. А в 1976 г. космическим аппаратом "Викинг" (США) сейсмограф был установлен на Марсе. Однако из-за сильных помех достоверных данных о сейсмичности Марса получить не удалось.

1. Какие волны называют сейсмическими? 2. Скорость каких волн в твердых телах больше - продольных или поперечных? 3. Каким образом можно определить местонахождение эпицентра землетрясения? 4. Какие методы изучения Земли позволяют установить ее внутреннее строение? 5. Из чего следует, что внешнее ядро Земли является жидким?

С.В. Громов, Н.А. Родина, Физика 8 класс

Отослано читателями из интернет-сайтов

Задание и ответы с физики по классам, скачать тесты ответы, планирование уроков физики 8 класс, онлайн уроки физика 8 класс, домашние задание и работа

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки