
Глава 2. Глубинные исследования земли геофизическими методами
- 2.1. Методы глубинной геофизики и строение Земли по геофизическим данным
- 2.1.1. Сейсмология, глубинная сейсморазведка и гравиметрия
- 2.1.2. Геомагнетизм и геоэлектрика
- 2.1.3. Структура и физическое состояние недр Земли
- 2.2. Строение недр под океанами
- 2.2.1. Структура дна Мирового океана
- 2.2.2. Аномальные геофизические поля в срединно-океанических хребтах
- 2.2.3. Аномалии геофизических полей в глубоководных котловинах и переходных зонах от океана к континенту
- 2.3. Тектоника литосферных плит и дрейф континентов
2.1. Методы глубинной геофизики и строение Земли по геофизическим данным
Глубинное строение Земли недоступно для непосредственных исследований и может быть изучено только геофизическими методами. Глубинная геофизика объединяет физические методы исследования Земли и ее геосфер, основанные на изучении различных физических полей на поверхности суши или океанов и морей и предназначенные для выявления в Земле физических неоднородностей. Вместе с физикой вещества при высоких давлениях и температурах она составляет физику Земли, т.е. науку, изучающую физические поля Земли, ее строение и свойства вещества недр.Физика Земли как наука включает: сейсмологию, глубинную сейсморазведку, гравиметрию, магнитометрию, глубинную геоэлектрику, термометрию, радиометрию. Теоретической основой для изучения строения Земли служат механика и физика сплошных сред в приложении к горным породам и минеральным ассоциациям в условиях больших давлений и высоких температур. Интерпретируя материалы глубинной геофизики, удалось расчленить Землю на сферические оболочки, определить скачки физических свойств на них и изменения свойств по латерали, строить физические модели недр Земли, а по ним судить о химическом составе. Глубинная геофизика как раздел физики Земли является источником информации для глубинной геологии и геодинамики, а также геоэкологии [Хмелевской В.К. и др., 1988].
2.1.1. Сейсмология, глубинная сейсморазведка и гравиметрия.
Основным источником информации о строении Земли является сейсмология - наука о землетрясениях и глубинная сейсморазведка, основанная на изучении упругих волн от больших взрывов.
1. Сейсмичность Земли. Землетрясения связывают
с деформациями вещества мантии, проявляющимися в виде быстрых его
смещений по разрывам. Выделяющаяся при этом энергия проявляется в
виде деформации вблизи очага, а также передается по всем направлениям
в виде упругих волн. Землетрясение, возникающее в очаге (гипоцентре),
располагающемся на глубинах 10-700 км, принято характеризовать следующими
параметрами: сейсмическим моментом ( ); смещением
в гипоцентре (
) среды, обладающей упругим модулем сдвига
(
); площадью смещения (
) за время
(
); скачком сдвигового напряжения (
), где
и
- напряжения
до и после сдвига; энергией, затрачиваемой на деформацию среды (
) и создание упругих колебаний (
). Все эти параметры
связаны между собой следующими соотношениями, известными в теории
сейсмичности Земли:
![]() | (2.1) |
Оценку мощности землетрясений принято проводить
по относительным магнитудам ( ). Они рассчитываются через
амплитуды сейсмических волн (
), зарегистрированных
сейсмографами на разных расстояниях (
) от эпицентра (проекция
гипоцентра на земную поверхность) до сейсмоприемников, по формуле
![]() | (2.2) |
Здесь - стандартная амплитуда, соответствующая
землетрясению, при котором на расстоянии
= 100 км амплитуда
сейсмической волны равна 1 мкм. Установлена эмпирическая связь между
и
:
. Например,
магнитуды в 8, 7, 6 и 5 единиц соответствуют энергии упругих волн
6,3*1016, 2,0*1015, 6,3*1013 и 2*1012 Дж. Известная оценка балльности (Б)
землетрясений по 12-балльной шкале Рихтера связана с М следующим
образом. Для самых слабых толчков, ощущаемых людьми,
2 (Б около 3 баллов), повреждения зданий наблюдаются при
5 (Б \ {} 6), а разрушительные землетрясения характеризуются от
6 (Б > 7) до М = 8-10 (Б = 10-12).
Сейсмическая активность на Земле различна и приурочена к зонам наиболее активных современных тектонических движений, областям альпийского орогенеза, расположенным вдоль средиземноморского и трансазиатского поясов, активным региональным разломам и др. Если места возможных землетрясений достаточно хорошо известны, то предсказание времени землетрясений остается нерешенной проблемой.
2. Строение Земли по сейсмическим данным. В результате анализа времен прихода, амплитуд и затуханий различных упругих волн (продольных и поперечных, объемных и поверхностных, отраженных, преломленных и рефрагированных), а также характеристик собственных колебаний Земли, созданных землетрясениями или большими взрывами, было установлено слоисто-концентрическое строение Земли.
Первая существенная граница в Земле, выделяемая
по скачкообразному изменению скоростей продольных волн ( ) от 7 км/с в кристаллическом фундаменте до 7,7-8,4 км/с в
мантии, названа поверхностью Мохоровичича или границей Мохо. Эта
поверхность принята за подошву земной коры, которая залегает на глубинах
в среднем 35 км, приближаясь к поверхности до 6 км в океанах и опускаясь
до 70 км в некоторых горных областях.
Второй резкий скачок скоростей
(от 15,7 км/с до 8 км/с),
(с 7,2 км/с почти до нуля) соответствует границе между мантией и
ядром Земли на глубине 2900 км (см. рис. 2.1). Третий резкий скачок
(от 10 до 11 км/с),
(от
нуля до 3,5 км/с) наблюдается на глубине 5100 км на поверхности твердого
внутреннего ядра Земли. Ряд поверхностей раздела выделяют по зонам
градиентов скоростей. В Земле по данным сейсмологии и глубинной сейсморазведки
выделяется до семи концентрических оболочек. Твердая оболочка Земли,
состоящая из земной коры и верхней мантии, залегающая до глубин 100-400
км, называется литосферой. Ниже (до глубин 1000 км) располагается
мягкая полупластичная оболочка, называемая астеносферой. Литосферу
и астеносферу иногда объединяют в периферическую оболочку Земли,
называемую верхней мантией. В интервале 1000-2900 км располагается
нижняя мантия, от 2900 до 5100 км - внешнее " жидкое " , а глубже
- внутреннее " твердое " ядро Земли.
Мощность земной коры, литосферы и скорости упругих волн в них изменяются по латерали, образуя зоны повышенных и пониженных скоростей. Мантия Земли (до 2900 км) также характеризуется латеральной неоднородностью: повышенными скоростями упругих волн под океаническими областями и пониженными под континентами.
3. Плотностная неоднородность недр Земли по
гравиметрическим и сейсмическим данным. По данным спутниковой
альтиметрии и полевой гравиметрии выявлена латеральная плотностная
неоднородность литосферы до глубин около 100 км. Плотностная неоднородность
Земли на больших глубинах определяется по сейсмическим данным. Для
этого используются эмпирически установленные связи между , с одной стороны, и плотностью, упругими
модулями - с другой. За основу берется очевидное предположение о
возрастании плотности с глубиной под действием гидростатического
давления.
На рис. 2.1 представлена наиболее вероятная модель распределения плотности по радиусу Земли.
![]() |
Рис. 2.1. Графики изменения скоростей продольных ( ![]() ![]() ![]() |
Публикации с ключевыми словами:
геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> |