ВОЛНЫ В ГЕОФИЗИКЕ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Сейсмичность - способность недр Земли порождать очаги землетрясений. Характеризуется территориальным распределением эпицентров , интенсивностью землетрясений и др. Наиболее сейсмически активны Тихоокеанский Тихоокеанский, Средиземноморский Средиземноморский, Срединно-Атлантический Атлантический, Восточно-Африканский пояса. При землетрясениях возникают и распространяются по всему объему твердой Земли низкочастотные упругие волны, называемые сейсмическими волнами. Геофизическая наука, изучающая сейсмические волны, их источники — очаги землетрясений - и строение твердой Земли или ее отдельных оболочек, называется сейсмологией. Сейсмология изучает землетрясения, их механизмы и последствия, волн, распространение сейсмических волн, а также все виды движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше на дне океанов и морей . Землетрясения - подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии земли и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний. Различают типы землетрясений по их происхождению: − тектонические; − вулканические (от взрывных извержений и при движениях магмы внутри вулканов); − обвальные (денудационные); −антропогенные или техногенные (вызванные человеческой деятельностью); − метеоритные, вызванные падением крупных метеоритов на поверхность Земли. Известна и классификация землетрясений по глубине очага: − мелкофокусные (или кóровые), с глубиной очага до 70 км; − промежуточные, с глубиной очага от 70 до 300 км; − глубокие, с очагом на глубине 300-700 км. Подавляющее большинство землетрясений связано с тектоническими процессами в глубинах Земли. В верхних слоях Земли происходят процессы, приводящие к возникновению напряженного состояния в блоках земной коры. Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент упругой деформации напряжённых пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли. Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом. Другими словами, землетрясение представляет собой быстрый переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих самых недр (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения. Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее: 1. Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору; 2. Архимедовой силы, действующая на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии; 3. Лунно-солнечных приливов; 4. Изменяющегося атмосферного давления. Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения — афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения — форшоки — могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты. Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовы силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий. Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается. Отражение и преломление сейсмических волн Среда, состоящая из двух слоев с разными физическими свойствами является простейшим примером неоднородной среды. Процесс образования на границе раздела сред отраженных волн лежит в основе для одного из главных методов сейсморазведки – метода отраженных волн (МОВ). Образование преломленных волн лежит в основе методы преломленных (проходящих) волн (МПВ). При наклонном падении плоской волны (продольной или поперечной) на границу раздела двух сред образуются 4 волны – 2 монотипные (т .е того же типа, что и падающая волна) – отраженная PP и проходящая P и 2 обменные (т.е. сменившие тип) – отраженная PS и проходящая S. Поперечные волны подразделяются на SV волны (частицы колеблются в вертикальной плоскости, иначе говоря, в плоскости, перпендикулярной плоскости сейсмической границы) и SH волны (частицы колеблются в горизонтальной плоскости, иначе говоря, в плоскости, параллельной сейсмической границе). Коэффициенты отражения и преломления сейсмических волн. Коэффициентами отражения и преломления называются отношения амплитуд A отраженных и преломленных волн соответственно к амплитуде падающей волны. В данном случае имеем по два коэффициента отражения и преломления – для монотипных и обменных волн. При нормальном (т.е. перпендикулярно границе раздела сред) падении обменные волны не образуются, а коэффициенты отражения и преломления монотипных волн вычисляются следующим образом: где и –– произведение скорости распространения волны и плотности в верхней и нижней средах соответственно. Произведение скорости распространения волны и плотности среды называется импедансом или акустической жесткостью среды. Таким образом, коэффициенты отражения и преломления зависят от акустических жесткостей сред.