Сейсмические процессы и их разведка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сейсмические процессы и их разведка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.Сейсмические процессы………………………………………………………..5

2.Сейсмическая разведка. Основы метода. Применение……………………..16

Заключение……………………………………………………………………….21

Список использованной литературы…………………………………………...22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Геофизическая разведка находится на лидирующей позиции в изучении земной коры и оказывается наиболее прогрессивным видом поиска полезных ископаемых. Постоянно идут работы по исследованию недр Земли, ее поверхности, свойств горных пород, которые слагают оболочку нашей планеты. Впечатляют и темпы совершения новых открытий, как в научном, так и в промышленном плане. И как раз геофизика в последний период времени становится одной из наиболее развивающихся наук, неизменно совершенствующейся и открывающей нам тайны происхождения Земли.

Есть пять основных методов геофизического поиска: магниторазведка, гравиразведка, электроразведка, сейсморазведка и радиометрия. У каждого из них свои принципы и особенности, но все они оказываются производными одной необъятной науки – геофизики.[1]

Сейсмология занимается изучением землетрясений, их механизмов и последствий, распространения сейсмических волн, а также всех видов движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше и на дне океанов и морей. Наиболее активные землетрясения наблюдают в ослабленных зонах вдоль границ тектонических плит. При этом возбуждаются три типа сейсмических волн: продольные (P), поперечные (S) и поверхностные (волны Лява и Рэлея). Крупные землетрясения возбуждают свободные колебания всей Земли.[3]

Сейсмические методы применяются для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разнообразных глубинах. Стоит заметить, что на основе результатов сейсмических исследований определено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Применение цифровых сейсмографов сыграло большую роль в изучении земных недр и дало возможность регистрировать землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн составили трехмерную схему строения мантии. Структура верхней мантии, которая определяется по скоростям сейсмических волн, различна для районов срединно-океанических хребтов и материков и соответствует распределению теплового потока. Сходная картина в изменениях скоростей волн отмечается и в нижней мантии, но все же, они не коррелируют с макрорельефом поверхности Земли.[2]

В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.[5]

Актуальность моей работы состоит в том, что в данный период времени необходимо изучать внутреннее строение Земли в целом и ее структуры на разных глубинах. Целью моей работы является рассмотрение сейсмических процессов и их разведок. Задачи данной работы:

- рассмотрение способов сейсмических разведок, основы методов и их применение;

- изучение технических  средств сейсморазведки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Сейсмические процессы

 

Вывод новейшей глобальной тектоники о вероятности изображения мировой сейсмичности в рамках модели взаимодействующих литосферных плит  с очевидностью указывает на то, что процессы, протекающие в очагах землетрясений, изначально следует рассматривать как такие взаимосвязанные явления, которые реализуются в условиях планетарного упругого поля, создаваемого ансамблем движущихся тектонических плит. В рамках такого подхода основную задачу сейсмологии – изучение землетрясений, следует перефразировать следующим образом – изучение землетрясений как взаимосвязанных событий. К выводу о том, что землетрясения представляют собой взаимосвязанные события независимым образом пришли многие исследователи. Иными словами, с позиции современных тектонических представлений первоосновой процесса является не отдельно взятое  изолированное землетрясение – такого явления в «жизни» Земли не существует, а совокупность взаимосвязанных землетрясений – сейсмический процесс, реализуемый в глобальном тектоническом поле. Движителем (источником) такого процесса, очевидно, должно быть явление планетарного масштаба. К выводу о том, что землетрясения являются взаимосвязанными событиями, можно прийти и из анализа комплексных геофизических данных.[4]

Надобность в исследовании землетрясений как взаимосвязанных событий стала очевидной, практически, с того периода, как люди впервые сконцентрировали свое внимание на данное грозное явление природы и начали создавать определенные средства защиты. Эффекты группирования землетрясений и закономерного размещения их очагов в пространстве и во времени отметили уже первые составители описаний и списков сейсмических событий.  В 1915 г., сейсмология на тот момент еще не была самостоятельным разделом науки, сейсмическая работа начала свою работу в Петропавловске-Камчатском. Она была удалена в то время от научных центров на предельно возможное на нашей планете расстояние. Первым наблюдателем станции является чиновник радиотелеграфа А.А. Пурин. Он являлся, бесспорно, человеком активным и эрудированным. С аппаратурой станции он ознакомился, как говорится, «с колес», после того, как получил их в морском порту, куда они пришли после полугодового путешествия из северной столицы. Но спустя пару лет работы на станции после сбора макросейсмических данных о землетрясениях и извержениях камчатских вулканов и обработки сейсмограмного он с уверенностью писал, что можно намечать пределы времени, между которыми стоит ожидать начало крупной катастрофы. В данный момент времени на основании полученных геофизических исследований можно говорить о том, что существует взаимосвязь между интенсивными землетрясениями в виде научно аргументированной концепции волнового сейсмического процесса. В ее рамках совокупность землетрясений можно описать аналитически в пространстве и во времени с учетом их взаимодействия друг с другом и с иными планетарными явлениями. Одной из первых существенных особенностей сейсмичности, на которую ученые довольно давно направили свое внимание, оказалось свойство периодичности - повторяемости более интенсивных землетрясений в одном месте через конкретный интервал времени.   Формирование инструментальной сейсмологии, окончание формирования мировой сети сейсмических станций, введение в 1945 г. в практику сейсмологических наблюдений суждения магнитуды и построение на ее основе мировых и региональных каталогов землетрясений послужило основой для довольно совершенного описания географии планетарной сейсмичности и, в результате, введения концепции сейсмических поясов, узкими полосами.[3]

Они простираются вдоль всей поверхности планеты на многие тысячи и десятки тысяч километров.  Самые первые результаты инструментального исследования сейсмичности дали возможность довольно убедительно подтвердить отмеченное прежде исследователями ее свойство миграции, то есть закономерного перемещения во времени и в пространстве всего сейсмического пояса, некоторой его части или конкретно взятых очагов крупнейших землетрясений, в том числе и осцилляции. Такое явление, как миграция в виде упругих импульсов зарегистрировали и в образцах горной породы. Обнаружение эффекта D-волн свидетельствует о волновой природе миграции землетрясений.  Также отметили, что более крупным землетрясениям свойственна тенденция группироваться в эпохи, во время которых почти одновременно встречаются на всей поверхности Земли и при этом редко случаются в интервалах времени между ними.  Явление группируемости землетрясений в пространстве и во времени на меньшем масштабном уровне установили почти для всех сейсмоактивных районов Земли. На группируемость землетрясений по величине их сейсмической энергии свидетельствуют данные о существовании при конкретных значениях магнитуд статистически значимых и объяснимых на геологическом материале отклонений от линейного закона повторяемости, которые отмечали многие исследователи: М ≈ 8 - Новая Зеландия, Северная Анатолия, Мексика, Япония, Алеутские острова, Эгейское море, Южная Калифорния, Камчатка; М = 4, Таджикистан, М = 5,5, Камчатка, М = 5 - 6 Япония и др.[1]

Существование данных явлений группирования землетрясений и их миграции дает возможность предположить о наличии между их очагами вполне конкретной связи, по сути, взаимодействия, физика которого находится свойствами пространственного, временного и энергетического распределений землетрясений.  Приведенные данные о группируемости землетрясений и волновой природе миграции сейсмичности показывают на то, что совокупность землетрясений, которая рассматривается в пространстве и во времени с учетом взаимодействия между их очагами, можно рассматривать как вполне конкретный физический процесс.

Под сейсмическим процессом понимают совокупность землетрясений протяженного региона (очага отдельно взятого землетрясения, островной дуги или всего сейсмического пояса), которую рассматривают в пространстве и во времени, учитывая взаимодействия их очагов. Данные о существовании взаимосвязи между землетрясениями, с одной стороны, и процессами в атмосфере, вариациями вращения планеты, нутацией ее полюса, гелиофизическими параметрами, космическими факторами, эклиптической долготой Луны, солнечной активностью, количеством осадков, колебаниями уровня моря  - с другой, подтверждают планетарный масштаб сейсмического процесса.[5]

С применением теории субдукции, разработали механические модели, в рамках которых сейсмичность получилось объединить с движением тектонических плит в результате чего и стала бесспорной тектоническая природа волн миграции.  В связи с этим, приведенные данные дают возможность предположить, что сейсмический процесс стоит рассматривать как волновой, планетарного масштаба процесс, который имеет тектоническую природу. Установили блоковый характер геофизической среды, доказали, что у Земли имеются сильно выраженные нелинейные свойства, и показали, что закономерности сейсмичности в поясах можно описать аналитическими методами с помощью нелинейных волновых уравнений.  Идеи о блоковом строении геофизической среды при построении моделей сейсмического процесса использовали и ранее. Отличительной особенностью данных моделей является то, что в них основным моментом оказывается иерархичность и вытекающая из нее попытка дать единое описание связи землетрясений разнообразной силы и местоположения. В контексте такого обзора главным выводом «иерархического» подхода оказывается сильная нелинейность дифференциальных уравнений, с помощью которых описывают сейсмический процесс. Данный вывод находится в полном согласии с приведенными прежде данными о нелинейном характере блоковой среды и оказывается вполне закономерным, ведь в нелинейных средах, к которым относится и земная кора, лишь за счет «включения» в линейное уравнение соответствующих нелинейных членов можно пытаться в рамках одной модели совместить миграционную (волновую) природу сейсмического процесса, с одной стороны, с большой продолжительностью сейсмического цикла (100 - 200 лет) и малыми значениями скоростей миграции (10 ÷ 1000 км/год) - с другой.В связи с этим, показывается, что аналитические модели, которые претендуют на адекватное изображение сейсмического процесса, обязаны содержать нелинейные волновые уравнения, коэффициенты которых находятся свойствами геофизической среды и сейсмичности. В последние годы разработали огромное число математических моделей для описания нелинейных сейсмических эффектов и процессов.[2]

Согласно данным моделям, описание нелинейных эффектов в геофизических средах возможно, если описывать их в рамках канонических нелинейных уравнений Бусинеска, Бургерса, Кортевега - де Вриза, Шредингера, sin - Гордона и их модификаций, в которых важнейшими оказываются нелинейность, диссипация и дисперсия - главные характеристики и геофизической среды и волновых процессов, которые протекают в ее пределах. Данные уравнения имеют сравнительно простую структуру, их решения в использовании к конкретным физическим задачам довольно хорошо изучены, что разрешает детально изучать физическую природу ряда фундаментальных сейсмо-тектонических (и иных геофизических) процессов. Нелинейные волновые свойства геофизической среды, которая имеет блоковое (фрагментированное) строение, оказывается возможным описать, как правило, с привлечением уравнения sin - Гордона: медленные уединенные тектонические волны при вращении фрагментов блочных сред, уединенные волны при деформировании сред с пластическими прослойками, уединенные волны в разломе земной коры. При этом динамические возмущения обладают солитонным характером и при достижении состояния предельного равновесия в макромасштабе микровращения блоков формируют некую упорядоченную структуру. Движущиеся блоки земной коры обладают и «вращательной» составляющей, которая обусловлена вращением Земли. На это указывают данные о морфоструктурах и так называемым вихревым структурам. Развивая представления микрополярного континуума, которые учитывают одновременно и трансляционные смещения и кинематически независимые микроповороты отдельных блоков, оказалось возможным в рамках одной модели описать процессы, которые приводят кизлучению и тектонических уединенных и сейсмических упругих (землетрясений) волн.[3]

Полученный результат имеет принципиальное значение, из-за того, что открывает возможность построения в рамках модели микрополярного континуума механики очага тектонического землетрясения. С позиции моментной теории упругости вывод о том, что уравнение sin - Гордона, по сути, оказывается уравнением движения блоковой среды, бесспорен: антисеммитричная часть тензора напряжений, которая связана с микровращениями блоков, пропорциональна векторному произведению возвращающей силы, которая приложена к поверхности вращающегося блока, на радиус поворота, и, таким образом, пропорциональна синусу угла поворота. Успехи, которые достигнуты в рамках моделей геофизических сред, применяющих представления о блоках, двигающихся друг относительно друга по, фактически, долгоживущим разломам, бесспорны. И вместе с тем, при описании данных движений нельзя не учитывать процессы, которые приводят к «залечиванию» разломов; данные процессы оказываются альтернативными процессу нарушения сплошности земной коры и в существенной степени определяют ее прочность. В другом случае, «за то огромное время, в течение которого на Землю действуют землетрясения, вся земная кора должна была бы расчлениться трещинами и превратиться, грубо говоря, в песок». Учет данного рода данных неминуемо приводит нас к нужности разработки таких нелинейных континуальных моделей, в которых при поворотах блоков напряжения скапливаются не только в пределах достаточно узких («трещинных») зон между ними, но и в значительно больших объемах, в пределах достигающих размеров всего тела. Из приведенных выше данных стоит сделать вывод о том, что физическое содержание моделей сейсмического процесса, которое связано с его волновой тектонической природой и планетарным масштабом явления, по сути, обеспечивается за счет отождествления концепций очага землетрясения, как вполне конкретного объема сейсмофокальной зоны, и блокового строения геофизической среды. Совмещение данных концепций, с бесспорностью, влечет за собою выполнение вполне конкретных условий. А именно, в свете представленных выше данных, само землетрясение, то есть выделение энергии при сейсмическом толчке, случается вследствие такого движения в его очаге, источником которого является взаимодействие «элементарных» сейсмофокальных блоков друг с другом, по сути, имеющее дальнодействующий характер.  Ясно, что общепринятые в данное время модели очага землетрясения: лавинно неустойчивое образование трещин, дилатации, консолидационная и другие, которые основаны на «локальном» принципе упругой отдачи Рейда не в состоянии объяснить дальнодействующий механизм взаимодействия. Это из-за того, что упругие напряжения в таких моделях концентрируются внутри очага в узкой зоне, которая примыкает к магистральному разрыву плоской формы. Нужность поиска новых («не локальных») моделей очага землетрясения вытекает, в том числе, и из иных данных, которые указывают на существование класса «замедленных», «безмолвных» и многократных - мультиплетных землетрясений. Попытка построения теории процесса при данных явлениях приводит к появлению огромного числа условий, которые, вряд ли, удастся согласовать в рамках общепринятых на данный момент времени представлений о процессе в очаге землетрясения.[1]