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

ной гармоники волн Лява отмечается локальный максимум alL (Т) на периоде около 30 сек, вызванный прониканием волны в зону малых Q непосредственно под корой. Аналогичные максимумы отмечаются у высших гармоник к = 2 и к — 3 на периодах 11 и 5 сек соответственно.

леевских волн в плоских и сферических моделях демонстрирует­ ся рис. 32. Различия в отношении горизонтальной и вертикаль­ ной компонент смещения поверхности для моделей Г и Д в ос­ новной гармонике проявляются лишь при Т ^> 70 сек и не пре­ вышают 0,05; для всего интервала периодов %h (Т) заключено в диапазоне 0,6 — 0,8 . У высших гармоник эти различия заметны уже на периодах больше 10 сек у второй и 5 сек у третьей гар­ моник и достигают 0,1. Для части спектра высших гармоник, у которой колебания ограничены корой (IV — V участки сейсмо­

повых скоростей, находящихся вне рассматриваемого диапазона.

Плоский случай — сплошные линии; сферический случай— пунктир; цифры у кривых — номера гармоник ft

Ш

Дополним качественный анализ волновой картины, прове­ денный в предыдущем параграфе, рассмотрением теоретических сейсмограмм. На рис. 33—38 приведены расчетные сейсмограм­ мы волн Лява и Рэлея в моделях Г и Д для эпицентрального расстояния 3000 км. Для волн Лява источник — горизонталь­ ная сила, а для волн Рэлея — вертикальная сила с равномерным спектром в области 2—45 сек (приведены сейсмограммы верти­ кальной компоненты смещения). Суммировались отдельно вто- ^ рая и третья гармоники, а также первая, вторая и третья гар­

моник («1,2,3,4,52 (t))- Расчетные сейсмограммы имеют сравнительно

112

«Каналовые» волны. Первая1 волна с групповыми скоростя­ ми 4,65—4,40 км/сек (на временах 650—680 сек) отмечается у волн Лява и Рэлея. Она содержит периоды 10—30 сек; ее амп­ литуда сложным образом зависит от глубины очага; по мере углубления очага относительная амплитуда этой волны по срав­ нению с остальной записью отчетливо возрастает; для очагов на

113

38

115

116

ре параметров волны Sa [20, 59, 89, 90, 115, 127, 137, 154] сви­ детельствует о том, что выделенная на расчетных сейсмограм­ мах фаза обладает всеми основными свойствами волны Sa. При этом она отмечается как в модели Г, так и в модели Д, лишенной слоя пониженной скорости, причем даже более интенсивна и от­ четлива в модели Д. Таким образом, нет оснований считать волну 4

количественно верной динамической картины на этом участке записи нужно учесть до десяти гармоник.

Вторая волна, вступающая на фоне продолжительного цуга, имеет при малых h четкое короткопериодное вступление с груп­ повыми скоростями 3,57—3,48 км/сек (t = 840 -f- 870 сек) и пе­

своим параметрам отмечаемая волна весьма сходна с описанной

ние большой амплитуды, быстро затухающее со временем. Это — фаза Эйри основной гармоники волн Лява с периодами 13—16 сек. •

3,25—3,15 км/сек, периоды 10—12 сек; оно целиком обязано основ­ ной гармонике волны Рэлея и затухает с погружением очага еще быстрее, чем волна Lg. По своим характеристикам оно сходно с известной по литературе волной Rg [45, 72, 154]. Таким образом, и эта волна не связана с каким-либо внутренним волноводом, ее

118

свойства контролируются неоднородностью (слоистостью) зем­ ной коры.

Сложный, интерференционный характер сейсмограмм позво­ ляет выделить на них ряд других, несколько менее четких фаз, ко­ торые могли бы быть отождествлены с другими известными из литературы «каналовыми» волнами [6, 72, 107, 109]. Однако, на наш взгляд, вряд ли следует придавать особое значение появле­ нию слабых вступлений на сейсмограммах поверхностных волн, так как их присутствие или отсутствие контролируется недо­ статочно изученными факторами (механизм и глубина очага, спек­ тральный состав источника) и не может рассматриваться как на­ дежная характеристика среды.

Различия теоретических сейсмограмм в моделях Г и Д . Раз­ личия сейсмограмм в моделях Г и Д визуально не слишком зна­ чительны и нивелируются за счет вклада основной гармоники, которая в рассмотренном диапазоне периодов в этих моделях прак­ тически не отличается и обладает значительной амплитудой. Они заключаются в форме колебаний в волне Sa, поведении огибающей и частотном содержании диспергирующего цуга в интервале груп­ повых скоростей 4,3—3,7 км/сек (т. е. на втором и третьем участ­ ках записи). Наиболее заметны эти явления при сравнении сейс­ мограмм K 2 ( 3 Z (t) (рис. 37, 38), и2,з'-р (0 (рис. 46, 47). Для модели Г характерно резкое уменьшение амплитуд в интервале скоростей 3,9—3,8 км/сек (750—780 сек) в результате интерференции двух высших гармоник с близкими групповыми скоростями и периода­ ми. В модели Д столь резких изменений амплитуд не наблюдается. Наиболее отчетлив этот эффект для глубин очага 38 и 80 км. Отметим также, что в модели Г убывание короткопериодной части цуга высших гармоник с глубиной очага происходит заметно быст­ рее, чем в модели Д.

Теоретические сейсмограммы дляисточников с широким спектром излучения. На рис. 39 слева приведена сейсмограмма ulz (t) основ­ ной гармоники волн Рэлея для источника, у которого спектраль­ ная функция имеет постоянную амплитуду между 20 и 100 сек и плавно спадает к нулю в интервалах между 10 и 20 и 100 и 300 сек. Источник — вертикальная сосредоточенная сила на глубине 38 км, модель среды Г, расстояние 5000 км. Мы видим четкое вступление со скоростью максимума 3,88 км/сек, по своим свойствам сходное с экспериментально наблюдаемой при сильных землетрясениях фазой R. За ним следует интерференционный цуг, в котором наи­ более отчетливо видно уменьшение периода со временем от 60 до 20 сек (вклад крутой ветви Сщ (t) справа от основного минимума); присутствие длиннопериодных составляющих (вклад ветви ClR (t) справа от локального максимума) распознается лишь по слож­ ной форме огибающей. Колебание заканчивается фазой Эйри, со ответствующей минимуму C l R (Т) на периоде 18 сек; волна Rg отсутствует из-за относительно большой глубины очага и ограни­ чений на спектр источника со стороны коротких периодов.

119