Лекции по Физике Земли
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Определение путей луча
•Луч, попадая на границу, согласно законам физики меняет свое направление.
sin i1 V1 sin 2 V2
•Это явление называется рефракцией.
•Форма волнового фронта на скоростной границе искажается.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Продольные и поперечные волны
•Т.к. P и S волны по разному
деформируют породы скорость их прохождения различна. P – волны приходят раньше S волн.
•Т.к. жидкие среды могут принимать любую форму –они не сопротивляются поперечным деформациям - S волны не
проходят.
•P и S волны создаются
большинством сейсмических источников. Кроме того, они создаются в результате «волновой конверсии.
•P волны – отражаются и
преломляются,
•S волны – отражаются и
преломляются
sin i1 p |
|
sin i |
отраженные |
|
V |
|
V |
||
|
|
|
1s |
|
1 p |
|
|
1s |
|
sin i1 p |
|
sin i |
преломленные |
|
V |
V |
|||
|
|
|
2 s |
|
1 p |
|
|
2 s |
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Трассирование лучей
•В реальных условиях Земли мы имеем расслоенную среду с нарастанием скорости с глубиной. Трасса прохождения лучей будет выполаживаться.
•Такие лучи называются рефрагированными.
vk.com/club152685050 | vkСейсмическая.com/id446425943 модель Земли.
• Структура расслоенности Земли установлена по сейсмологическим данным.
•Земная кора – Vp = 2.3- 7.2 км/сек. На границе Мохо – резкий скачек до 7.8-8.4 км/сек.
•Граница Голицина – 400 км. М – резко увеличивается. Объясняется фазовым переходом доминирующих минералов (оливин, пироксен) в более компактную форму (аналогично переходу графита в алмаз).Область 400-600 км переходная зона верхней мантии.
•Граница 660 км-разделяет верхнюю и нижнюю мантию. Предполагается фазовый переход
минералов. Возможен небольшой вещественный переход.
•Ниже 660 км Vp и Vs плавно увеличиваются за исключением нижних 200 км (слой D). Он
выделяется как более высокой температурой, так и несколько отличным составом.
•2700 км- граница ядра. Ядро делится на внешнее и внутреннее.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности строения и состава ядра Земли.
•Наблюдения P и S волн свидетельствуют о том, что граница ядра и нижней мантии - это переход от твердого состояния вещества к жидкому (продольные волны проходят, а поперечные – нет).
•Почему жидкость находится ниже твердого субстрата. С учетом
состава метеоритов и теории происхождения Земли предполагается, что мантия состоит из кристаллических силикатов, в то время как внешнее ядро – из FE, который локализовался в центре Земли в связи
с более высокой плотностью. FE имеет меньшую температуру плавления, чем силикаты и температура на границе ядро-мантия – это граница между точками плавления двух минералов.
•Внутреннее ядро, через которое проходят поперечные волны, твердое.
Возможно, оно также состоит из FE при температуре ниже температуры плавления при таком давлении. Предполагается, что т
емпература плавления внешнего ядра понижена за счет присутствия таких элементов, как сера.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Трассы лучей в Земле
•Лучи названы по пути, который они проходят и по типу (P и S).
•P-луч в коре и мантии PcP; луч в коре и мантии, тип которого изменился с P на S на границе ядра в мантии – PcS.
•Луч, продольной волны, проходящий через ядро – PKP.
•Сигнал проходит через ядро за 20 мин.
•Анализ всех типов волн – является основой сейсмологической модели Земли.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Томография – базовый метод |
Сейсмическая томография |
|
изучения внутреннего строения (как |
||
|
||
Земли, так и человека). |
|
•Пример. Пусть лучи имеют одинаковую протяженность. Время прихода волн по трассам: AA1, BB1, CC1, HH1- одинаково (стандарт).
•Время прихода волн по трассам: DD1, EE1, FF1, GG1- увеличено
(уменьшено) по отношению к стандарту.
•Различия во времени прихода по отношению к стандарту таких волн – первые проценты при нижней точке луча –несколько сотен км.
•В нижней мантии изменения Vp и Vs - менее 1%. У Vs различия больше чем у Vp.
vk.com/club152685050Примеры| vk.com/id446425943
сейсмотомографических
разрезов
•Томография очень важна, так как может фиксировать вариации сейсмических скоростей, латеральные или вертикальные, которые не разделяются контрастными сейсмическими границами.
•Томографические разрезы ОД Тонга-Кермадек показывают,
что субдуцирующая плита (слэб) проявляется как зона повышенных скоростей, т.к. ее температура ниже, чем у окружающих мантийных образований. Плита изгибается на границе верхней и нижней мантии (660 км).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ФИЗИКА ЗЕМЛИ
Лекция 11
Сейсмичность Земли. Землетрясения и распространение упругих волн
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Что такое землетрясение?
•Землетрясение приводит к двум явлениям:
-сотрясение Земли,
-неожиданное перемещение сегментов Земли и формирование разрывных нарушений. Разломы формируются тогда, когда увеличивающееся тектоническое напряжение превышает предел прочности пород.
•Внешние проявления землетрясения:
слабые - дребезжат часы, качаются люстры,
сильные – разрушения домов, магистралей, путепроводов и др.
• Причина землетрясения – прохождение сейсмической волны.