Тема 1.2. Сейсмический метод

Долгое время сейсмология, одним из основателей которой является русский физик и геофизик академик Борис Борисович Голицын (1862-1916),была наукой о землетрясениях и сейсмических волнах.

В настоящее время с помощью сейсмического метода производится измерение и анализ всех движений, которые регистрируются сейсмографами на поверхности твердой Земли.

Сейсмические волны — это, по существу, низкочастотные звуковые волны в твердой упругой Земле. Они делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны бывают двух типов - продольные и поперечные. Продольные волны — это упругие волны сжатия, а поперечные волны — упругие волны сдвига. Распространение объемных волн в упругой Земле подобно распространению световых лучей в оптических средах.

Продольные и поперечные сейсмические волны, в отличие от поверхностных волн, распространяющихся вдоль земной поверхности, пронизывают весь объем (тело) нашей планеты. Поэтому они названы объемными волнами. Они позволяют просвечивая нашу планету, выявить ее внутреннее строение без непосредственного проникновения в ее недра. Скорость продольных волн в 1,7 раза больше, чем скорость поперечных волн. Они регистрируются на сейсмограммах раньше и называются первичными, или волнами Р, поперечные волны именуются вторичными ( волны S).

Скорости объемных волн выражаются через модули упругости (К- модуль сжатия, μ - модуль сдвига) и плотность ρ среды в данной точке:

- продольные волны

- поперечные волны

Согласно данным, полученным сейсмологией, Земля разделяется на три основные области: кору, мантию и ядро. Кора отделена от мантии резкой сейсмической границей, на которой свойства скачкообразно изменяются (возрастают скорости продольная и поперечная и плотность). Эта граница открыта в 1909 г. югославским сейсмологом Мохоровичичем и названа границей Мохоровичича. В связи с этим открытием земная кора получила четкое определение: земной корой называют наружный слой Земли, расположенный выше границы М. Толщина земной коры нерегулярна, она изменяется от 7-10 км в океанических областях до нескольких десятков километров в горных районах континентальных областей.(средняя толщина принята- 35 км. Ниже коры в интервале глубин 35-2885 км расположена силикатная оболочка, или мантия Земли. Наконец, центральная часть Земли, расположенная в интервале глубин 2885-6371 км, образует ядро Земли.

Сейсмическая граница на глубине 2885 км между мантией и ядром Земли была открыта немецким сейсмологом Гутенбергом в 1914 г. Эта граница не имеет специального названия. Граница мантия - ядро является наиболее резкой границей раздела в недрах Земли. Она сильно отражает объемные Р - и - волны и сильно преломляет Р-волны. На этой границе скорость Р-волн скачком падает от значения 13,6 км/ с в мантии до значения 8,1 км/с в ядре. Скорость поперечных волн соответственно уменьшается от 7,3 км/с до нуля.

Плотность,

Наоборот, возрастает от 5,5 до 10,0 г/ см 3. Тот факт, что земное ядро не пропускает через себя поперечные волны, позволил сделать вывод, что ядро является жидким. В настоящее время на основе более детальных исследований получены данные, что внутреннее ядро находится в твердом состоянии.

На основе изучения характеристик поля упругих колебаний разработан и внедрен геофизический метод - сейсморазведка, применяемый с целью исследования строения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

В методе используются искусственные источники возбуждения упругих колебаний - взрывы, вибросейс и др. Упругие волны могут отражаться и частично преломляться на границах различных типов пород и возвращаться на поверхность земли, где регистрируются специальной аппаратурой. Измеряя время распространения волн от их источника до точки регистрации, амплитуду, частоту и другие характеристики, получают информацию о слоях пород и углах их наклона, т. е. появляется возможность решать структурно - геологические задачи. Сейсморазведку широко применяют при поисках и разведке месторождений нефти и газа, углей, каменной соли, бокситов, в рудной геологии и др.