Чувствительность амплитуды волны рэлеевского типа на поверхности к изменению параметров неоднородной среды

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена чувствительность амплитуды вертикальной компоненты смещений поверхностной акустической волны (ПАВ) на поверхности среды к изменению упругих параметров слоистого полупространства с плавным изменением его упругих параметров по горизонтали. Проанализированы случаи перехода волны из однослойной системы в однослойную и из многослойной в многослойную на примере пятислойной системы при независимом изменении скоростей продольных и поперечных волн в слоях. Показано, что свойства опорной среды влияют на результирующие зависимости относительной амплитуды от частоты. Чувствительность амплитуды волны к локальному изменению параметров в многослойной системе существенно изменяется в зависимости от частоты. В случае постоянного коэффициента Пуассона продемонстрирован механизм изменения амплитуды на поверхности на основе анализа профиля поверхностной волны.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. А. Жостков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shageraxcom@yandex.ru
Россия, ул. Большая Грузинская 10, стр. 1, Москва, 123242

Д. А. Жарков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: denis.Zharkov2014@yandex.ru
Россия, ул. Большая Грузинская 10, стр. 1, Москва, 123242

Список литературы

  1. Park C., Miller R., Xia J. Multichannel analysis of surface waves // Geophysics. 1999. V. 64. № 3. P. 800–808.
  2. Okada H. Theory of efficient array observation of microtremors with special reference to the SPAC method // Exploration geophysics. 2006. V. 37. № 1. P. 73–85.
  3. Горбатиков А.В., Барабанов В.Л. Опыт использования микросейсм для оценки состояния верхней части земной коры // Физика Земли. 1993. № 7. С. 85–90.
  4. Nakamura Y. A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface // QR of RTRI. 1989. V. 30. № 1. P. 25–33.
  5. Presnov D.A., Sobisevich A.L., Shurup A.S. Model of the Geoacoustic Tomography Based on Surface-type Waves // Physics of Wave Phenomena. 2016. V. 24. № 3. P. 249–254.
  6. Преснов Д.А., Жостков Р.А., Гусев В.А., Шуруп А.С. Дисперсионные зависимости упругих волн в покрытом льдом мелком море // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 4. С. 426–436.
  7. Лебедев А.В., Манаков С.А. Точность оценки параметров слоистой среды при использовании когерентного векторного приема поверхностной волны Рэлея // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 1. С. 68–82.
  8. Жэн Б.-С., Лу Л.-Ю. Нормальные волны в слоистом упругом полупространстве // Акуст. журн. 2003. Т. 49. № 4. С. 501–513.
  9. Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. М.: Наука, 2015. 164 с.
  10. Оливер А. Поверхностные акустические волны. М.: Мир, 1981. 390 с.
  11. Жостков Р.А., Преснов Д.А., Шуруп А.С., Собисевич А.Л. Сравнение микросейсмического зондирования и томографического подхода при изучении глубинного строения Земли // Изв. Росс. Акад. наук. Сер. физ. 2017. Т. 81. № 1. С. 72–75.
  12. Malischewsky P., Scherbaum F. Love’s Formula and H/V-ratio (Ellipticity) of Rayleigh Waves // Wave Motion. 2004. V. 40. № 1. P. 57–67.
  13. Собисевич А.Л., Преснов Д.А. О решении прямой задачи для определения параметров волн релеевского типа в слоистой геофизической среде // Докл. Рос. Акад. наук. Науки о Земле. 2020. Т. 492. № 2. С. 72–76.
  14. Горбатиков А.В., Цуканов А.А. Моделирование волн Рэлея вблизи рассеивающих скоростных неоднородностей. Изучение возможностей метода микросейсмического зондирования // Физика Земли. 2011. № 4. С. 96–112.
  15. Яновская Т.Б. К теории метода микросейсмического зондирования // Физика Земли. 2017. № 6. С. 18–23.
  16. Разин А.В., Собисевич А.Л. Геоакустика слоистых сред. М.: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук, 2012. 210 с.
  17. Лебедев А.В., Манаков С.А., Дубовой Д.В. Рассеяние волны Рэлея на приповерхностном включении в упругом полупространстве // Известия вузов. Радиофизика. 2023. Т. 66. № 5-6. С. 483–504.
  18. Li S., Huang M., Song Y., Bo Lan, Li X. Theoretical and numerical modeling of Rayleigh wave scattering by an elastic inclusion // J. Acous. Soc. Am. 2023. V. 153. № 4. P. 2336–2350.
  19. Жостков Р.А., Жарков Д.А. Амплитудные характеристики волн рэлеевского типа в горизонтально-неоднородных слоистых средах // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 6. С. 907–920.
  20. Бреховских Л.М. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 416 с.
  21. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 288 с.
  22. Dziewonski A., Anderson D. Preliminary Reference Earth Model // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1981. V. 25. P. 297–356.
  23. Атапин В.Г., Пель А.Н., Темников А.И. Сопротивление материалов. Базовый курс. Дополнительные главы. М.: Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), 2011. 508 с.
  24. Gorbatikov A.V., Montesinos F.G., Arnoso J., Stepanova M.Y., Benavent M., Tsukanov A.A. New Features in the Subsurface Structure Model of El Hierro Island (Canaries) from Low-Frequency Microseismic Sounding: An Insight into the 2011 Seismo-Volcanic Crisis // Surveys in Geophysics. 2013. V. 6. № 4. P. 463–489.
  25. Овсюченко А.Н., Горбатиков А.В., Рогожин Е.А., Андреева Н.В., Степанова М.Ю., Ларьков А.С., Сысолин А.И. Микросейсмическое зондирование и активные разломы керченско-таманского региона // Физика Земли. 2019. № 6. С. 84–95.
  26. Кугаенко Ю.А., Салтыков В.А., Горбатиков А.В., Степанова М.Ю. Особенности глубинного строения зоны трещинных Толбачинских извержений (Камчатка, Ключевская группа вулканов) по комплексу геолого-геофизических данных // Физика Земли. 2018. № 3. С. 60–83.
  27. Цуканов А.А., Горбатиков А.В. О возможности обнаружения в поле поверхностных волн геологических тел, не имеющих скоростного контраста // Акуст. журн. 2025. № 2. С. 273–283.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Геометрия задачи

Скачать (324KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость относительной амплитуды вертикальной компоненты смещений W = Uz / Uz0 от коэффициентов изменения скорости продольных и поперечных волн; Wc — рассчитанная функция, Wa — функция плоскости, аппроксимирующей Wc.

Скачать (993KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость (а) — доминантной частоты и (б) — доминантной длины волны от коэффициента совместного изменение скоростей упругих волн в первом (красная линия; j = 1), втором (оранжевая линия; j = 2), третьем (зеленая линия; j = 3), четвертом (синяя линия; j = 4) слое для высокого (пунктирная линия) и низкого (сплошная линия) контраста между слоями

Скачать (662KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость относительной амплитуды вертикальной компоненты смещений на поверхности от частоты для слабоконтрастной (сплошная линия) и сильноконтрастной (пунктирная линия) фоновой среды.

Скачать (278KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Слева зависимость коэффициентов аппроксимации C2 при Kct (черная линия) и C1 при Kcl (серая линия), справа зависимость угла α (красная линия) и угла β (синяя линия) при изменении параметров (а) — первого, (б) — второго, (в) — третьего, (г) — четвертого, (д) — пятого слоя от частоты; синяя горизонтальная штриховая линия — значение ±π/4; серая вертикальная штриховая линия — обозначение доминантных частот

Скачать (2MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость коэффициентов аппроксимации C3 при Kρ (черная штриховая линия), C2 при Kct (черная сплошная линия) и C1 при Kcl (серая линия) от частоты

Скачать (555KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость угла β между прямой Wa и осью Kct от частоты при изменении параметров первого (красная линия), третьего (зеленая линия) и пятого (фиолетовая линия) слоя; серая штриховая линия — обозначение доминантных частот.

Скачать (326KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Профили вертикальной (сплошная линия) и горизонтальной (штриховая линия) компонент смещений на доминантных частотах для (а) — первого (f = 0.245 Гц), (б) — третьего на высокой доминантной частоте (f = 0.145 Гц), (в) — третьего на низкой доминантной частоте (f = 0.055 Гц) и (г) — пятого (f = 0.05 Гц) слоя; цветная линия — опорная среда, черная — возмущенная среда при увеличении на 10% скоростей упругих волн в зондируемом слое, серая — возмущенная среда при уменьшении на 10% скоростей упругих волн в зондируемом слое; синий пунктир — границы слоев.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025