Как читать сейсмограммы

Посетители сейсмологических обсерваторий при виде сейсмо­грамм часто испытывают разочарование: ведь это всего лишь строчки запутанных волнистых линий. Однако именно по ним сейсмологи определяют магнитуду и эпицентр землетрясения. Хотя при интерпретации сейсмограмм очень важно иметь опыт, первые основы чтения этих неровных линий вполне доступны каждому. Во-первых, вспомним, что сейсмические волны бывают преимущественно трех типов: два из них-продольные и попе­речные-проходят через тело Земли, а третьи-поверхностные — распространяются вокруг Земли (см. рис. 5 в гл. 2). Если мы как следует вглядимся в сейсмограмму, то увидим, что на ней при­сутствуют все эти волны, особенно если запись произведена чув­ствительным сейсмографом на значительном расстоянии от оча­га землетрясения. Волны каждого типа воздействуют на маятни­ки своим особым образом. Во-вторых, прибытие той или иной сейсмической волны определенным образом влияет на характер записи: записываемые колебания становятся более острыми или более плавными, чем раньше, увеличивается амплитуда, меняется ритм (частота) волн. В-третьих, опираясь на опыт расшифровки других сейсмограмм, интерпретатор может выделить в первом приближении момент прихода различных фаз.

Посмотрим на сейсмограмму, показанную на рис. 4. Это обрывок длинной бумажной ленты, снятой с вращающегося ба­рабана одного из сейсмографов, установленных на обсерватории Калифорнийского университета в Беркли. Записанное на ленте землетрясение-афтершок Оровильского землетрясения 1975 г. в Калифорнии. На самом деле линия, прочерчиваемая на бараба­не, идет по спирали, но, естественно, когда ленту расстилают на столе, как это сделано в случае рис. 4, строчки записи кажутся прямыми. Обратите внимание на ряды резкого смещения линий: они с большой точностью показывают интервалы времени. Точный отсчет времени-это главнейшее требование в сейсмоло­гии, и большинство обсерваторий оснащено теперь кварцевымиКак читать сейсмограммы

часами, которые показывают время по Гринвичу (Англия) с точ­ностью до тысячных долей секунды. Кроме того, марки времени наносятся на записи по радиосигналам службы времени (в США-по сигналам длинноволновых радиостанций). На рис. 4 интервал между марками времени составляет 1 минуту. Бара­бан вращается так, что на ленте время возрастает слева на­право.

На сейсмограмме нет ни одного отрезка, где не было бы мел­ких извилин. Так происходит потому, что данный сейсмограф очень чувствителен и записывает непрерывный, хотя и неощу­тимый для человека, шумовой фон Земли. Эти мельчайшие коле­бания, называемые микросейсмамщ возникают в результате мно­жества местных возмущений, причиной которых может быть транспорт на улицах, ветер в кронах деревьев и другие виды дви­жения в природе, например удары прибоя о морской берег. Рас­смотрим теперь отрезок записи, отмеченный стрелкой с буквой Р (см. рис. 4). Очевидно, в этот момент сейсмограф отметил су­щественное изменение колебаний грунта. Пришедшая в этот мо­мент волна несколько большего размера-это первая продольная волна, возникшая в результате подвижки по разлому в очаге землетрясения вблизи Оровилла (Калифорния). Колебания, по­следовавшие за этой первой волной, продолжаются около 21 с. Затем мы видим радикальное изменение характера записи. У стрелки, обозначенной буквой S, амплитуда колебаний резко увеличивается, и интервал между пиками (период волн) возра­стает. Эта точка на сейсмограмме отвечает приходу из очага зе­млетрясения первой поперечной волны. Интервал между прихо­дом поперечной и продольной волн этого землетрясения в Беркли составил 21,0 секунды.

Переместим теперь взгляд немного дальше по записи вправо. После первой поперечной волны в течение примерно двух минут в Беркли продолжала прибывать длинная вереница волн, ко­торым для того, чтобы достичь этого места, потребовалось больше времени, чем объемным волнам. Поскольку на сейсмо­грамме, показанной на рис. 4, записаны колебания грунта в вер­тикальном направлении, то вереница (цуг) более поздних-по­верхностных-волн соответствует волнам Рэлея, представленным на рис. 5 в гл. 2.

Как высота ряби в пруду уменьшается по мере того, как во­лны расходятся от центра возмущения, точно так же и сейсмиче­ские волны, распространяющиеся в Земле, постепенно теряют свою энергию, захватывая все большую и большую площадь. При этом продольные и поперечные волны затухают в ходе рас­пространения быстрее, чем поверхностные, поэтому именно по­верхностные волны сохраняют заметную амплитуду на больших расстояниях. Но и вблизи эпицентра землетрясения некоторая доля колебаний вызывается поверхностными волнами.

Более тщательный анализ сейсмограмм показывает, что, хотя волновые колебания представляются непрерывными, вся картина зарегистрированных колебаний все же сложнее, чем можно было бы объяснить приходом одной продольной волны, одной попе­речной волны и цуга волн Рэлея. Эта сложность вызвана в зна­чительной мере различиями структуры горных пород вдоль пути распространения волн. Как звуковые волны отражаются от высо­ких зданий или стенок каньона, образуя эхо, точно так же возни­кает на границах раздела горных пород сейсмическое эхо, со­здающее на записи дополнительные всплески, которые при детальной интерпретации удается отнести к тому или иному ви­ду волн (см. рис. 6 в гл. 2).

Поскольку необходимо сравнивать моменты прихода каждой из сейсмических волн на сейсмические обсерватории всего мира, надо всюду использовать одно и то же стандартное время. По традиции на сейсмограммах отмечается среднее гринвичское (GMT), а не местное время. Точно так же считается удобным указывать момент возникновения землетрясения в гринвичском времени. Это время легко перевести в местное*), однако надо иметь в виду, что в некоторых странах для лучшего использова­ния дневного света введено так называемое «декретное время».

Подытожим теперь вкратце сведения о физических принци­пах, используемых в устройстве сейсмографа. Сейсмические толчки вызывают качания маятника, а они в свою очередь за­писываются на сейсмограмме в виде волнистой линии. Мы ви­дим на сейсмограммах чередование пиков и впадин, похожее на волны на поверхности океана или вибрации скрипичной струны. Высота каждой волны над ее нулевым положением называется амплитудой волны, а время, необходимое для прохождения по­лного цикла движения-от одного пика до другого,-называется периодом волны. Частота волны, измеряемая в герцах (Гц)-это число полных колебаний (циклов) в секунду; период представляет собой величину, обратную частоте. Человек может слышать зву­ки с частотой примерно от 15 до многих тысяч герц. При земле­трясениях основные ощутимые колебания имеют частоту ниже 20 Гц: до 1 Гц и даже ниже.

Амплитуды волн на сейсмограмме не эквивалентны фактиче­ским амплитудам записываемых колебаний грунта. Дело в том, что сейсмографы снабжены усиливающими приспособлениями, позволяющими записывать движения грунта с требуемым увели­чением (обычно во много тысяч раз). Если учесть коэффициент усиления, то окажется, что амплитуда колебаний грунта, вы­званных приходом iS-волны и записанных на сейсмограмме, ко­торая показана на рис. 4, составляет всего лишь доли миллиме­тра.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 48 | 0,125 сек. | 12.52 МБ