Мониторинг землетрясений

В большинстве случаев изменение скорости происходит в Земле не резкими скачками на определенных границах

В большинстве случаев изменение скорости происходит в Земле не резкими скачками на определенных границах, а непрерывно, и мы можем представить себе внутренние области Земли как серию тонких концентрических оболочек (скорлупок) и применить к каждой из них уравнение. В этом случае можно было бы, если бы мы знали скорость на всех глубинах, проследить путь различных волн через Землю до их выхода на поверхность, а также подсчитать, сколько времени потребуется каждой волне на этот путь. К сожалению, мы имеем дело с обратной задачей: получить график изменения скорости с глубиной. Однако мы ограничены сведениями, касающимися только поверхности нашей планеты, и единственное, что мы можем наблюдать,-это время прихода сейсмических волн к различным участкам земной поверхности.
Обратные задачи, т.е. задачи, связанные с определением того, что находится на глубине, по измерениям, выполненным на поверхности или над ней, весьма распространены в геофизике.

Обычно обратные задачи решаются гораздо труднее, чем прямые, но для разбираемой здесь сейсмической задачи можно вывести математические выражения, позволяющие получить график зависимости скорости от глубины землетрясения путем обращения годографа -кривой, характеризующей время пробега сейсмических волн.

Анализа многих записей землетрясений

Однако прежде всего рассмотрим, как в течение многих лет кропотливого анализа многих записей землетрясений были построены точные и детальные графики зависимости времени пробега сейсмических волн от расстояния.
Процесс начинается с того, что где-то происходит сильное землетрясение и волны от него приходят на сейсмические станции, разбросанные по всему миру.

Следующий шаг-выделить приход одних и тех же волн в записях различных станций, поскольку кроме упоминавшихся уже Р-, S- и поверхностных волн существует множество других лучей, отраженных и (или) преломленных внутри Земли; некоторые из них показаны . (Заметим, однако, что эти «мешающие» отраженные и преломленные волны имеют важное значение для совершенствования наших знаний об изменении скорости волн во внутренних областях Земли.)

И все-таки нам неизвестно ни место, ни время землетрясения

И все-таки нам неизвестно ни место, ни время землетрясения. Их можно оценить, только сравнивая записи разных станций: ближайшая к очагу землетрясения станция запишет его волны раньше всех и с наибольшей амплитудой. Таким образом можно построить грубые, приближенные годографы для Р- и S-волн. Когда это будет сделано, мы сможем использовать уже более точный метод оценки времени землетрясения и расстояния от его очага по разности времен прихода Р- и S-волн. На рис. видно, как эта разность связана с расстоянием между сейсмической станцией и местом землетрясения (расстояние выражено через эпицентральный угол А). Таким образом, время и расстояние считываются с годографа. Одной станции недостаточно, чтобы указать место землетрясения; можно определить только расстояние до него. Но по нескольким станциям место землетрясения засечь уже можно.

Если годограф построен неточно, то вместо одного пересечения появится несколько засечек, и фигуру годографа можно будет уточнить, так чтобы расхождение было сведено к минимуму.

Одно землетрясение дает только отдельные значения на годографе

Одно землетрясение дает только отдельные значения на годографе, соответствующие расстояниям до записавших его станций. Чтобы построить почти непрерывные кривые, такие, как на, необходимо в течение многих лет записывать землетрясения, происходящие во всем мире. Подобный синтез непрерывного годографа по многим землетрясениям возможен только потому, что Земля обладает сферической симметрией высокой степени (с поправкой на экваториальное вздутие, обусловленное вращением). На сегодняшний день время пробега сейсмических волн при полной его продолжительности около 20 мин определяется с точностью до нескольких секунд. Большая часть остающихся невязок обусловлена неоднородностями в недрах Земли.
В настоящее время к этим правилам добавляются и другие, представляющие собой более сложный и совершенный метод проб и ошибок. По найденному скоростному разрезу рассчитываются для различных эпицентральных углов времена пробега, которые сравниваются с наблюденными временами. Затем для лучшего согласия вычисленных и наблюденных значений скоростной разрез уточняется в ходе непрерывного итерационного процесса. Для дополнительной проверки выбранных зависимостей скорости от глубины используются годографы более сложных трасс волн, таких, как РсР и РКРРКР).