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

Возможности использования теоретических сейсмограмм. Рас ­ смотренные примеры демонстрируют возможности применения те­ оретических сейсмограмм для объяснения природы и изучепия свойств экспериментально наблюдаемых фаз поверхностных волн (Sa, Lg, Rg, R, G). Однако этим далеко не исчерпываются воз­ можности, открываемые численным моделированием полей по­ верхностных волн. Одним из наиболее перспективных направлений в использовании теоретических сейсмограмм является анализ магнитуд. Как известно, магнитуды являются условной характери­ стикой интенсивности землетрясений и определяются непосредст­

получены статистическим путем. Теоретические сейсмограммы для различных расстояний могут составить более надежную базу для определения калибровочных кривых. По ним можно также оце­ нить влияние глубины очага на магнитуду M и найти соответству­ ющие поправки.

Из рассмотрения сейсмограмм на рис. 33—36 видно, что ослаб­ ление максимальной амплитуды (а следовательно, и магнитуды) по мере погружения очага под кору происходит сходным образом в моделях Г и Д. Это опровергает объяснения дефекта магнитуды при погружении очага в мантию влиянием астеносферы [92]; он связан с тем, что глубина проникания колебаний основной гар­ моники волн Лява и Рэлея с периодами меньше 30 сек, используе­ мых для измерения М, не превышает мощности коры.

Теоретические сейсмограммы могут оказаться весьма полез­ ными при физической интерпретации и развитии критерия обна­ ружения ядерных взрывов по отношению магнитуд тІМ [67, 81, 146]. Они оказываются полезными и при объяснении ряда других наблюдаемых эффектов. Так из сейсмограмм на рис. 33— 36 с очевидностью следует, что относительный вклад высших гармоник быстро возрастает по мере углубления очага: этот эффект хорошо известен экспериментально [6, 109]. Сравнение сейсмограмм для очагов в верхней и нижней частях коры свиде­ тельствует о быстром ослаблении короткопериодных частей сиг­ нала с погружением источника. Этот факт находит хорошее эк­ спериментальное подтверждение в наблюдениях землетрясений с надежно определенными глубинами очага и может быть исполь­ зован для оценок глубин очага в пределах земной коры [76, 144]. Наконец, в следующем параграфе мы продемонстрируем исполь­ зование теоретических сейсмограмм для оценки эффективности и разрешающей способности новых машинных методов обработки сейсмограмм поверхностных волн.

12Î

§ 3. Спектрально-временной анализ поверхностных волн

Приведенные теоретические сейсмограммы могут служить модельными примерами исходных данных, используемых в сей­ смологии при решении обратной задачи — определении строения среды по наблюденному волновому полю. Вид сейсмограмм в зна­ чительной степени определяется параметрами источника, варьи­ рующими от землетрясения к землетрясению и известными ин­ терпретатору с малой точностью и надежностью (механизм, спектр, глубина очага). Поэтому наилучший путь интерпретации — в^ разделении влияния среды и источника, например путем опреде­ ления по имеющимся сейсмограммам инвариантных относитель­ но источника характеристик поверхностных волн. Согласно гл. 1—3, к ним относятся дисперсионные кривые vkQ (Т) и CkQ (Т), функции %h (Г) и QkQ (Т) отдельных гармоник поверхностных волн. Таким образом, возникает задача разделения гармоник и определения их индивидуальных спектральных характеристик.

Рассмотрение рис. 33—38 приводит к выводу, что визуальное выделение гармоник по сейсмическим записям сопряжено со значительными трудностями, а определение по ним спектральных характеристик обычным визуальным способом (по экстремаль­ ным точкам записи) — весьма неточная операция. Особенно сильно искажены длиннопериодные участки сигнала, наименее устойчивые к интерференционным эффектам. Предварительная полосовая фильтрация сейсмограмм хотя и улучшает точность обработки, все же не снимает всех трудностей, вызванных нало­ жением гармоник.

не дает большого эффекта, поскольку из-за интерференции гар­ моник амплитудный спектр записи оказывается изрезанным, а

к сигналу микросейсм, а также помех, вызванных самим сиг­ налом,— запаздывающих поверхностных волн, отраженных от неоднородностей коры и мантии и пришедших к станции по бо­ лее длинным путям, чем сигнал [152]. В результате ошибки спек­ тральных измерений могут быть весьма значительными.

Таким образом, традиционные способы представления сей­ смических сигналов в виде одномерных временных или спект­ ральных функций при анализе поверхностных волн оказываются неадекватными исследуемому явлению. Более точные и надеж­ ные результаты могут быть получены с помощью двумерного спектрально-временного представления, в котором амплитудные и фазовые характеристики процесса рассматриваются как функ­ ции двух переменных: частоты и времени. Хотя идея спектраль­ но-временного анализа (далее он сокращенно обозначен СВАН)

122

СВАНА.

123

Применяя преобразование (5.2) и оценивая У (t, си) на больших расстояниях г методом стационарной фазы [44], по­ лучаем

простоты положим, что это уравнение имеет только один корень.

ность определения закона частотной модуляции сигнала и тем

они будут проявляться в рельефе функции | У (t, со) | как от­ дельные гребни. Это позволяет разделить интерферирующие гармоники и определить их групповые скорости. Возможность разделения сигналов лимитируется разрешающей способно­

говорим об амплитуде или фазе составляющей сигнала на часто­

124