Элективный курс «Физические основы сейсмологии и тектоники» с использованием интерактивных методов обучения Пояснительная записка
Скачать 435.32 Kb.
|
Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига▪ На сейсмограммах первыми регистрируются волны сжатия, или продольные сейсмические волны. Эти волны вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Так как эти волны являются самыми быстрыми («primery»-первоначальный) отсюда и их второе название Р-волны или первичные волны. Их скорость за  висит от модуля упругости и жесткости породы.  μ- модуль сдвига, ρ- плотность среды, λ- коэффициент, связанный с модулем всестороннего сжатия κ (λ=κ-2/3μ). Вблизи земной поверхности скорость Р-волн составляет 6 км/с, а на очень большой глубине - 13 км/с. Часть энергии Р-волн, выходя из недр Земли на ее поверхность, передается в атмосферу в виде звуковых волн, которые воспринимаются людьми при частоте более 15 Гц. ▪ Следующими регистрируются поперечные сейсмические волны, называемые также S-волнами («secondary»-вторичный). При их прохождении каждая частица породы колеблется перпендикулярно направлению распространения волны. Их скорость зависит от сопротивления породы сдвигу и составляет примерно 7/12 от скорости распространения Р-волн.  Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны). Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны. Именно они вызывают самые сильные разрушения. Поверхностные волны распространяются вдоль земной поверхности или параллельно ей и не проникают глубже 80-160 км. В этой группе выделяются волны Рэлея и волны Лява (названные по именам ученых, разработавших математическую теорию распространения таких волн). При прохождении волн Рэлея частицы породы описывают вертикальные эллипсы, лежащие в очаговой плоскости. В волнах Лява частицы породы колеблются перпендикулярно направлению распространения волн. Поверхностные волны часто обозначаются сокращенно как L-волны. Скорость их распространения составляет 3,2-4,4 км/с. При глубокофокусных землетрясениях поверхностные волны очень слабые и довольно быстро затухают с глубиной, а также с удалением от эпицентра землетрясения. Амплитуда и период характеризуют колебательные движения сейсмических волн. Амплитудой называется величина, на которую изменяется положение частицы грунта при прохождении волны по сравнению с предшествовавшим состоянием покоя. Период колебаний - промежуток времени, за который совершается одно полное колебание частицы. Вблизи очага землетрясения наблюдаются колебания с различными периодами - от долей секунды до нескольких секунд. Однако на больших расстояниях от центра (сотни километров) короткопериодные колебания выражены слабее: для Р-волн характерны периоды от 1 до 10 с, а для S-волн - немного больше. Периоды поверхностных волн составляют от нескольких секунд до нескольких сотен секунд. Амплитуды колебаний могут быть значительными вблизи очага, однако на расстояниях 1500 км и более они очень малы - менее нескольких микрон для волн Р и S и менее 1 см - для поверхностных волн. Продольные и поперечные волны распространяются в толще Земли, при этом непрерывно увеличивается объем среды, вовлекаемой в колебательный процесс. Поверхность, соответствующая максимальному продвижению волн определенного типа в данный момент, называется фронтом этих волн. Поскольку модуль упругости среды возрастает с глубиной быстрее, чем ее плотность (до глубины 2900 км), скорость распространения волн на глубине выше, чем вблизи поверхности, и фронт волны оказывается более продвинутым вглубь, чем в латеральном (боковом) направлении. Траекторией волны называется линия, соединяющая точку, находящуюся на фронте волны, с источником волны. Направления распространения волн Р и S представляют собой кривые, обращенные выпуклостью вниз (из-за того, что скорость движения волн больше на глубине). Траектории волн Р и S совпадают, хотя первые распространяются быстрее. Встречая на своем пути слои пород с отличающимися свойствами, сейсмические волны отражаются или преломляются подобно тому, как луч света отражается от зеркальной поверхности или преломляется, переходя из воздуха в воду. Любые изменения упругих характеристик или плотности материала на пути распространения сейсмических волн заставляют их преломляться, а при резких изменениях свойств среды часть энергии волн отражается Сейсмические станции, находящиеся вдали от эпицентра землетрясения, регистрируют не только прямые волны Р и S, но также волны этих типов, уже отраженные один раз от поверхности Земли - РР и SS (или РR1 и SR1), а иногда - отраженные дважды - РРР и SSS (или РR2 и SR2). Существуют также отраженные волны, которые проходят один отрезок пути как Р-волна, а второй, после отражения, - как S-волна. Образующиеся обменные волны обозначаются как РS или SР. На сейсмограммах глубокофокусных землетрясений наблюдаются также и другие типы отраженных волн, например, волны, которые прежде, чем достичь регистрирующей станции, отразились от поверхности Земли. Их принято обозначать маленькой буквой, за которой следует заглавная (например, рR). Эти волны очень удобно использовать для определения глубины очага землетрясения. На глубине 2900 км скорость P-волн резко снижается от >13 км/с до ~8 км/с; а S-волны не распространяются ниже этого уровня, соответствующего границе земного ядра и мантии. Оба типа волн частично отражаются от этой поверхности, и некоторое количество их энергии возвращается к поверхности в виде волн, обозначаемых как РсР и SсS. Р-волны проходят сквозь ядро, но их траектория при этом резко отклоняется и на поверхности Земли возникает теневая зона, в пределах которой регистрируются только очень слабые Р-волны. Эта зона начинается на расстоянии ок. 11 тыс. км от сейсмического источника, а уже на расстоянии 16 тыс. км Р-волны снова появляются, причем их амплитуда значительно возрастает из-за фокусирующего влияния ядра, где скорости волн низкие. Р-волны, прошедшие сквозь земное ядро, обозначаются РКР или Рў. На сейсмограммах хорошо выделяются также волны, которые по пути от источника к ядру идут как волны S, затем проходят сквозь ядро как волны Р, а при выходе волны снова преобразуются в тип S. В самом центре Земли, на глубине более 5100 км, существует внутреннее ядро, находящееся предположительно в твердом состоянии, но природа его пока не вполне ясна. Волны, проникающие сквозь это внутреннее ядро, обозначаются как РКIКР или SКIКS. Информация к занятию 5 Применение сейсмических волн для исследования строения Земли Для исследования строения недр земли используется так называемая сейсмическая разведка, основанная на изучении особенностей распространения упругих (сейсмических) волн в земной коре. Для сейсморазведки применяют метод отраженных (МОВ) и преломленных волн (МПВ), а также пьезоэлектрического эффекта. При МОВ возбуждённая взрывом или механическим воздействием сейсмическая волна, распространяясь во все стороны от него, последовательно достигает нескольких отражающих границ. На каждой из них возникает отражённая волна, которая возвращается к поверхности Земли, где фиксируется приборами. МОВ позволяет одновременно изучать геологическое строение на глубинах от 0,1—0,2 до 7—10 км и определять глубины сейсмических границ с точностью до 1—2%, обнаруживая при этом небольшие угловые несогласия, зоны выклинивания и участки смены фаций. МОВ — наиболее точный и детальный метод изучения осадочных толщ, используемый главным образом при поисках нефти и газа, а также при изучении некоторых рудных месторождений и региональных геологических исследованиях. МПВ основывается на наблюдении волн, которые, преломившись в слое, отличающемся повышенной скоростью распространения сейсмических волн, проходят в этом слое значительная часть пути и после повторного преломления возвращаются к поверхности Земли. Пользуясь МПВ, можно определять положение и форму поверхности одного или нескольких таких слоев и скорости в них на глубинах от нескольких метров до десятков километров. К Сейсмической разведке относится также пьезоэлектрических метод (ПЭМ), в котором особенности распространения упругих волн изучают, наблюдая возбуждаемое ими (при воздействии на пегматиты и некоторые горные породы) электромагнитное поле, возникающее вследствие пьезоэлектрического эффекта. ПЭМ позволяет обнаруживать породы, обладающие этим эффектом в значительной степени. В Сейсмической разведке применяют преимущественно продольные волны, (поперечные волны применяют редко ввиду трудности их возбуждения). Частоты регистрируемых колебаний, возбуждаемых сейсмическими волнами, составляют от 3—5 Гц при глубинных исследованиях и до 150—250 Гц при изучении небольших глубин. Сейсмическая разведка проводят вдоль профилей, на которых через определённые интервалы располагают источники и приёмники колебаний. В качестве источников колебаний используют взрывы зарядов в неглубоких скважинах; применяют также вибрационные или ударные передвижные установки. При каждом положении источника колебаний замеры на профиле производят сейсмоприёмниками, в которых механические колебания почвы преобразуются, в электрические; последние по радио транслируются в передвижную сейсморазведочную станцию. Колебания, приходящие от каждого приёмника, усиливают, преобразовывают, записывают и получают полевую магнитную сейсмограмму; распределение времени пробега волны на профиле позволяет судить о путях её распространения, физическом типе и некоторых других особенностях. Геологическую информацию из сейсмограмм извлекают обработкой на ЭВМ, в результате которой получают сейсмогеологические разрезы , отображающие положение сейсмических границ вдоль профиля, выраженное или во времени прихода сейсмических волн, или в глубинах. На основании разрезов составляют карты изохрон или изогипс. Для правильного геологического истолкования материалов сейсмической разведке важно возможно более полное знание скоростей распространения волн в разрезе; сведения о скоростях волн могут быть получены из данных МОВ и отчасти МПВ и в особенности из данных детальных сейсмических наблюдений в глубоких скважинах. Несмотря на высокую стоимость, сейсмическая разведка является наиболее распространённым среди геофизических методов исследования строения недр земли. Информация к занятию 6. Для оценки и сравнения землетрясений используется шкала магнитуд и шкала интенсивности. 1) Шкала интенсивности. Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. Интенсивность землетрясений оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности. Для ретроспективной оценки балльности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения. В США оценка интенсивности обычно проводится по модифицированной 12-балльной шкале Меркалли. 1 балл. Ощущается немногими особо чувствительными людьми в особенно благоприятных для этого обстоятельствах. 3 балла. Ощущается людьми как вибрация от проезжающего грузовика. 4 балла. Дребезжат посуда и оконные стекла, скрипят двери и стены. 5 баллов. Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Незакрепленные предметы падают. 6 баллов. Ощущается всеми. Небольшие повреждения. 8 баллов. Падают дымовые трубы, памятники, рушатся стены. Меняется уровень воды в колодцах. Сильно повреждаются капитальные здания. 10 баллов. Разрушаются кирпичные постройки и каркасные сооружения. Деформируются рельсы, возникают оползни. 12 баллов. Полное разрушение. На земной поверхности видны волны. В России и некоторых соседних с ней странах принято оценивать интенсивность колебаний в баллах МSК (12-балльной шкалы Медведева - Шпонхойера - Карника), в Японии - в баллах ЯМА (9-балльной шкалы Японского метеорологического агентства). Интенсивность в баллах (выражающихся целыми числами без дробей) определяется при обследовании района, в котором произошло землетрясение, или опросе жителей об их ощущениях при отсутствии разрушений, или же расчетами по эмпирически полученным и принятым для данного района формулам. 12-балльная шкала Медведева - Шпонхойера - Карника
2) Шкала магнитуд. Более универсальной и физически обоснованной характеристикой землетрясения служит его магнитуда. Она характеризуется максимальной амплитудой записи, полученной сейсмографом стандартного типа на фиксированном расстоянии от эпицентра толчка. Первая шкала магнитуд землетрясений была изобретена в 1935 году американским профессором Чарлзом Френсисом Рихтером (1900-1985г. ) и носит его имя. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw). В шкале локальных магнитуд (первоначальная шкала Рихтера) за магнитуду толчка принимается величина МL= lq (Amax) где Amax- максимальная амплитуда колебаний (в мкм) по записи стандартного короткопериодного (0,8 с) крутильного сейсмографа на эпицентральном расстоянии 100 км. Для оценки удаленных землетрясений (более 2000 км от эпицентра), где короткопериодные сейсмографы бесполезны, используется телесейсмическая магнитудная шкала для поверхностных волн с периодом 18-22 с: МS= lq (A/ T )+ 1,66 lq D + 3,30, где А-максимальная амплитуда колебаний почвы (в мкм.), Т- соответствующий период колебаний (в секундах), D-расстояние до эпицентра ( в градусах). Чем больше размах волны, тем соответственно больше смещение грунта. Магнитуда 0 означает землетрясение с максимальной амплитудой 1 мкм на эпицентральном расстоянии 100 км. При амплитуде равной 5 , отмечаются небольшие разрушения зданий. Опустошительный толчок имеет магнитуду 7. Самые сильные из зарегистрированных землетрясений достигают величины 8,5-8,9 по шкале Рихтера. В настоящее время оценка землетрясений в магнитудах применяется чаще, чем в баллах. Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом: |
Похожие:
 | Элективный курс по страноведению «Знакомьтесь: Соединенные Штаты Америки» Пояснительная записка Данный элективный курс заканчивается викториной on-line, позволяющей учителю закрепить и проконтролировать знания учащихся по всему... |  | Элективный курс по физике «Элементы биофизики»» Автор : Лимонов Н.... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... |
| Элективный курс «Симметрия вокруг нас» Автор: Соктоева Любовь Жамбаловна... Для учащихся данный элективный курс призван помочь представить математику в констексте биологии | | Программа элективного курса Пояснительная записка. Элективный курс «индикаторы» Элективный курс «индикаторы» предназначен для предпрофильной подготовки учащихся 9-х классов. На изучение данного курса отводится... |
| Пояснительная записка Курс «Физические величины и их измерения» Курс «Физические величины и их измерения» ставит своей целью дать возможность учащимся, интересующимся физикой, познакомиться с основными... | | Элективный курс «Основы проектирования». 10 класс. Составитель программы... Курс «Основы проектной деятельности» изучается в старшей ступени обучения в средней школе |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Реализация гендерного подхода на уроках иностранного языка с использованием интерактивных методов обучения | | Элективный курс Уравнения и неравенства с параметрами (10 класс,... Элективный курс для 10 класса «Уравнения и неравенства с параметрами.» рассчитан на 32 часа |
| Программа элективного курса 10 класс Часовская С. М. учитель мхк... Элективный курс «Культурное наследие нашего края» для учащихся старшей школы рассчитан на 34 часа | | Пояснительная записка Данный элективный курс составлен на основе... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов и является предметно-ориентированным. Данный курс относится к типу элективных... |
| Пояснительная записка. Данный элективный курс составлен в соответствии... Концепция профильного обучения на старшей ступени общего образования, утвержденная приказом Министерства образования РФ №2783 от... | | Пояснительная записка элективный курс «Создание электронных ресурсов... Элективный курс «Создание электронных ресурсов по международному гуманитарному праву» разработан для учащихся 9 классов на основе... |
| Пояснительная записка Элективный курс «Ты на просторах Internet или... Цель урока: Организация деятельности учащихся по формированию представления об ip-адресации компьютера и системе доменных имен | | Элективный курс «Исследование информационных моделей» в старшей школе Пояснительная записка В новом образовательном стандарте на третьей ступени общего образования, т е в старшей школе (10 – 11 классы), предусмотрено изучение... |
| Элективный курс по русскому языку для 11-х классов Пояснительная записка Единому государственному экзамену. Данный курс учитывает эти новые условия, в нем подробно разбираются все задания демонстрационного... | | Пояснительная записка 2 Цели курса Элективный курс «Общие закономерности биологии. Наследственность человека и его здоровье» |
