Излагаются основы волновой теории и лучевого приближения распространения звука в океане и мелком море. Рассмотрены различные задачи отражения и преломления сейсмических и звуковых волн в реальных геологических средах, имеющие большое прикладное значение. Критически проанализированы сейсмические данные о структуре земной коры под океанами и показана дискуссионность существующих представлений о ее принципиальном отличии от структуры коры континентов.
   Теоретически обосновываются дистанционно-акустические методы определения скорости звука и акустического импеданса в морских осадках на ходу судна. Это позволяет получать оперативную информацию о физических свойствах грунтов без остановки судна и отбора проб. Приведены материалы их экспедиционной проверки в Атлантическом океане и модельных исследованиях. Рассмотрены комплексные петрофизические модели морей и океана, полученные Калининградским университетом за последние 25 лет.
   Книга рекомендуется в качестве учебного пособия студентам географических и геологических факультетов и может быть полезна океанологам и геофизикам.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I СЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ИЗУЧЕНИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ ОКЕАНОВ 5
§1. Краткий очерк истории исследования 5
§2. Скорость звука в морской воде 10
Распределение скорости звука в океане 13
§3. Условия возбуждения и приема колебаний в океане 15
Физические основы распространения взрывного колебания в воде 16
Спектры взрыва 18
Невзрывные источники возбуждения 19
§4. Методика морских сейсмоакустических исследований 23
Метод ГСЗ 23
Метод сейсмопрофилирования 25

ГЛАВА II ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕ 31
§1. Упругие свойства горных пород. Закон Гука 31
§2. Уравнение плоской волны. Анализ решения уравнения 32
§3. Уравнение сферической волны. Анализ решения уравнения 35
§4. Акустическое давление и колебательная скорость плоской волны 37
§5. Акустическое давление и колебательная скорость сферической волны 41
Комплексная форма записи основных соотношений плоской и сферической волны 43

ГЛАВА III ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕ 45
§1. Отражение звука поверхностью моря 45
§2. Отражение и преломление звука дном моря 49
§3. Отражение звука от дна моря при различных углах падения 53
§4. Отражение звука от дна в мелком море 57
§5. Нормальные волны в мелкой воде 61
§6. Отражение звука от дна глубокого моря 62
§7. Отражение звука от слоя донных осадков в океане 63

ГЛАВА IV ЛУЧЕВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕ 69
§1. Условия применимости лучевого приближения 69
§2. Уравнение годографа отраженной волны 70
§3. Уравнение годографа преломленной волны 71
Годограф преломленной волны для многослойной среды 74
Определение граничной скорости 75
§4. Уравнение годографа рефрагированной волны 75
§5. Критическая оценка данных о сейсмической структуре волн коры океанов 81
Сейсмическая модель перисферы 89

ГЛАВА V ПЕТРОФИЗИКА ДНА ОКЕАНА 93
§1. Уравнение состояния осадочного вещества 93
§2. Петрофизика морских осадков 96
Петрофизика донных осадков Балтийского моря 98
Статистический анализ петрофизических параметров 99
Петрофизика донных осадков Баренцева моря 101
Петрофизика донных осадков шельфа Черного моря 103
Петрофизика донных осадков Фареро-Шетландского желоба 104
Петрофизика донных осадков Фареро-Исландского и Исландско-Гренландского порогов 108
Петрофизика донных осадков Гренландской котловины 110
§3. Петрофизика дна глубоководных котловин Атлантического океана 111
Петрофизика осадочной толщи Атлантического океана по данным бурения 115
Петрофизика верхней осадочной толщи 0–10 м 115
Петрофизика верхней 100-метровой толщи осадков 116
Физические свойства осадочного чехла Атлантического океана 118
Петрофизическая модель осадочной толщи 119
Петрофизическая модель акустического фундамента 120
Регрессионный анализ петрофизических характеристик морских осадков 122

ГЛАВА VI ДИСТАНЦИОННО-АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЛИТОЛОГИИ МОРСКИХ ОСАДКОВ 128
§1. Определение акустического импеданса, скорости звука и литологии по амплитудным коэффициентам отражения 128
§2. Определение скорости звука и акустического импеданса по спектральным коэффициентам отражения 130
Построение спектральной кривой и учет поглощения 132
Экспериментальные вычисления скоростей по сейсмограммам МОВ 134
§3. Определение скорости звука по критическому углу отражения 136
§4. Определение амплитудного коэффициента поглощения продольных волн в океанических осадках 137

ЛИТЕРАТУРА 144

Введение

   Морская сейсмоакустика является основным методом исследования строения осадочной толщи и кристаллического фундамента земной коры морей и океанов. Пик активности в проведении сейсмоакустических работ в Мировом океане пришелся на 60–80-е годы текущего столетия. Именно в этот период был получен массовый материал о сейсмической структуре дна глубоководных котловин, подводных окраин континентов, срединно-океанических хребтов, на основе которого было сделано заключение о существовании особого “океанического” типа земной коры. Однако получаемые данные не  всегда критически оценивались и зачастую без должных оснований интерпретировались в пользу господствовавших представлений об отсутствии под океанами “гранитного” слоя и сокращенной в 2–3 раза в сравнении с континентальной мощности земной коры. Перед  геологической наукой возникла проблема – дать надлежащее объяснение обнаруженному феномену. Обильная литература, множество гипотез и даже 600 глубоководных скважин “Гломар Челенджер” не дали окончательного разрешения этой проблемы и поныне. Геологи, географы, океанологи привыкли безоглядно верить геофизикам и всем их построениям. Однако в морской сейсмоакустике, равно как и в магнитометрии и гравиметрии имеются свои проблемы, нерешенные и дискуссионные вопросы, которые не позволяют в целом ряде случаев однозначно интерпретировать результаты измерений (Орленок. 1980, 1995).
   Учебное пособие знакомит читателей с основами теории распространения сейсмических волн в океане, отражения и преломления их на границах раздела в твердой коре. Рассмотрены принципы интерпретации отраженных, преломленных и рефрагированных волн. Дан критический анализ сейсмической информации, на основании которой был выделен особый “океанический” тип земной коры. Это позволяет начинающему исследователю творчески подходить к осмыслению геофизической информации и тем более к различным гипотезам, построенным на этой информации.
   Приведены материалы натурных измерений петрофизической структуры морских осадков. Выявлены основные закономерности изменения различных физических характеристик осадочной толщи и их связь с литологией. Найденные зависимости позволили разработать методы дистанционно-акустической классификации донных отложений на ходу судна без его остановки для отбора проб грунта в реальном масштабе времени. Решение этой задачи имеет большое значение для изучения распространения подводного звука, картирования донных отложений, проведения инженерно-технических работ, для подводного флота.
   Используемый в учебном пособии математический аппарат вполне доступен для понимания студентами геологических и географических факультетов, овладевших основами математического анализа, который, как правило, входит в обязательные дисциплины университетских программ.

Формат: PDF
Язык: Русский

Скачать учебник
Морская сейсмоакустика (В.В. Орлёнок)