Файл: Левшин А.Л. Поверхностные и каналовые сейсмические волны [монография].pdf

Кроме того, в дисперсионной кривой ClR (Т) можно выделить участок V со скоростями CXR меньше 3,25 км/сек. Он должен начи­ наться короткопериодным вступлением (Т < 8 сек) и переходить в интенсивную фазу Эйри с периодами 17—19 сек в районе группо­ вых скоростей 3,0 км/сек. При наличии осадочных слоев должны существовать коротконериодные цуги рэлеевских волн (Т < 10 сек)

сгрупповыми скоростями меньше 3 км/сек.

Вцелом из проведенного рассмотрения можно сделать следую­ щие выводы:

Участки записи поверхностных волн с групповыми скоростями

больше 4,55 км/сек могут использоваться для изучения глубоких частей мантии (z ]> 500 км). При этом периоды колебаний в основ­ ной гармонике превышают 500 сек; благодаря отсутствию пересе­ чений и сближений кривых CkL (Т), ChR (Т) для разных к в прин­ ципе возможно разделение гармоник на записи.

характера дисперсионных кривых ChQ (Т) разделение гармоник вряд ли возможно; для количественного прогноза волновой кар­ тины необходимо учитывать большое число (до десяти и более)

101

мантии. Здесь могут быть выделены либо отдельные гармоники, либо интерференционные цуги, образованные биениями двух или большего числа гармоник со сливающимися кривыми групповой скорости. Особенно перспективна с этой точки зрения область периодов 9—11 сек, где могут быть использованы критерии для выделения волноводов, описанные в гл. 4.

На этом же участке могут быть легко отделены от высших основные гармоники волн Лява и Рэлея. Для волн Рэлея наиболее существенная информация о строении верхней мантии заключена в положении экстремумов длиннопериодной ветви кривой ClR (Т)

но зависит от строения коры, которое желательно изучить по дру- ~~ гим данным.

Участки записи с групповыми скоростями меньше 3,7 км/сек можно использовать для изучения строения коры. В силу сложного поведения кривых групповой скорости разделение волн на отдель­ ные гармоники здесь затруднено. Это не относится к основной гар­ монике волн Рэлея, которая может быть отделена от высших почти во всем диапазоне периодов и групповых скоростей.

102

Как уже отмечалось в § 4 гл. 2, кривые групповой скорости определяют последовательность появления на сейсмограмме коле­ баний с теми или иными видимыми периодами (т. е. как бы закон частотной модуляции записи). Что же касается фактического вида сейсмограмм, то он определяется еще и законом амплитудной мо­ дуляции, зависящим как от кривой групповой скорости, так и от ряда других факторов: частотной характеристики и поглощаю­ щих свойств среды, спектра источника и т. п. [32, 52].

Для оценки этих факторов мы должны рассмотреть некоторые динамические характеристики поверхностных волн в Земле и их связь со строением модели.

Частотные характеристики среды. Волны Лява. На рис. 24 приведены частотные характеристики Б^> (Т) для горизонтальной силы, действующей на поверхности в модели Д (к = 1 — 8). Римсіщмд~.цифращ[.,показаііы участки спектра, соответствующие разЛичным интервалам групповых скоростей и времен записи. Стрел­ ками указано направление изменения амплитуд с ростом времени. Видно, что поведение кривых качественно сходно с поведением функций i/ChL (Т) (рис. 18). Первая гармоника всюду имеет наи­ большие амплитуды, ослабление амплитуд по мере увеличения номера гармоники к происходит медленно. Так, на участке 77, где отмечается сложный ход кривых CMl (Т), гармоники с к ^> 6 могут иметь амплитуды, соизмеримые с амплитудами второй и третьей гармоник. Для участка /ТУ характерно возрастание ам­ плитуды со временем в каждой гармонике.

Сравнение функций (Т) в моделях Г и Д проведено на рис. 25—27 для нескольких глубин очага (0, 38, 80, 200 км) и первых трех значений к. Видно, что с увеличением глубины очага быстро ослабевают амплитуды на участке IV, что должно приво­ дить к перемещению максимальных амплитуд к началу записи поверхностных волн. При этом спад амплитуд основной гармони­ ки по мере увеличения глубины очага происходит монотонно; у* высших гармоник из-за наличия узлов собственных функций разные участки спектра (и соответственно сейсмограмм) могут усиливаться или ослабевать с погружением источника. Таким образом, форма сейсмограмм высших гармоник неустойчива по отношению к изменениям глубины очага. Этот эффект должен быть несколько менее выражен для распределенных по поверхности или объему источников за счет осреднения частотной характери­ стики по глубине.

Различия в поведении Вк? (Т) для разных моделей наиболее заметны на участках I I и III. Так, в модели Г в интервале груп­

каналовым волнам. Отмечается некоторое возрастание амплитуд каналовых волн по мере погружения источника во внутренний волновод, однако амплитуды остаются значительно меньшими, чем в модели Д для того же интервала периодов. При к = 3 отмечаются

103

также резкие локальные максимумы ВѴч> {Т) на периодах, соот ветствующих локальным минимумам групповой скорости (учас­ ток III). Таких резких максимумов в модели Д не отмечается.

Волны Рэлея. Частотные характеристики волн Рэлея для то­ чечного вертикального воздействия (рис. 28—30) качественно сход­ ны с рассмотренными выше характеристиками для волн Лява . Наиболее заметное различие — в поведении частотной характери­ стики для поверхностного источника в области коротких периодов (меньше 10 сек), где у волн Рэлея амплитуда возрастает, а у волн Лява убывает с уменьшением периода. Это может привести к раз­ личиям в спектре интерференционных волн со скоростями 3,55 и 3,25 км/сек (последняя должна содержать более интенсивные короткопериодные колебания); с возрастанием расстояния разли­ чия должны нивелироваться из-за избирательного поглощения высоких частот. Для очагов внутри коры и в мантии качественных различий в частотных характеристиках волн Лява и Рэлея не отме­ чается. Строение мантии сказывается на поведении кривых Biq (Т) только при Т ^> 50 сек и то весьма слабо.

104

Рис . 28а Частотные характеристики основной гармоники волн Рэлея в моделях Д (сплошные линии) и Г (пунктир)

Источник — вертикальная сила, числа у кривых —глубины источника h,KM. Вертикальная компонента смещения

Источник — горизонтальная сила. Остальные обозначения те же, что на рис. 28а

Рис. 29. Частотные характеристики второй гармоники волн Рэлея в моделях

ГаД

Источник — вертикальная сила на глубине h, км. Вертикальная компонента смещения

108

Явления, типичные для поверхностных волн в моделях с двумя волноводами (зоны резких ослаблений амплитуд и резонансных максимумов ë£q (71)), выражены у высших гармоник волн Рэлея в модели Г несколько менее четко, чем у волн Лява. Характеристи­ ки Bkz {Т) Для горизонтальной сосредоточенной силы из-за до- / полнительного узла смещений в собственной функции Vf (z) >

по Андерсону. Видно, что короткопериодной части спектра (уча­

поглощения поверхностных волн; более заметный эффект оказы­ вает изменение поглощающей модели. Так, в зависимости от того, как локализована зона малых Q в мантии, может заметно меняться

110