Sensitivity of the amplitude of a rayleigh type wave on a surface to changes in the parameters of an inhomogeneous medium

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

The sensitivity of the amplitude on the surface of a surface acoustic wave (SAW) to a change in the elastic parameters of a layered half-space with a smooth change in its elastic parameters horizontally is considered. The cases of wave transition from a single-layer system to a single-layer system and from a multilayer to a multilayer system are analyzed using the example of a five-layer system with an independent change in the velocities of longitudinal and transverse waves in the layers. It is shown that the properties of the reference medium affect the resulting dependences of the relative amplitude on the frequency. The sensitivity of the wave amplitude to local changes in parameters in a multilayer system varies significantly depending on the frequency. In the case of a constant Poisson's ratio, the mechanism of amplitude variation on the surface is demonstrated based on the analysis of the surface wave profile.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

R. Zhostkov

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: shageraxcom@yandex.ru
Ресей, B. Gruzinskaya st., 10, build. 1, Moscow, 123242

D. Zharkov

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: denis.Zharkov2014@yandex.ru
Ресей, B. Gruzinskaya st., 10, build. 1, Moscow, 123242

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Geometry of the problem

Жүктеу (324KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Dependence of the relative amplitude of the vertical component of displacements W = Uz / Uz0 on the coefficients of change in the velocity of longitudinal and transverse waves; Wc is the calculated function, Wa is the function of the plane approximating Wc.

Жүктеу (993KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Dependence of (a) — dominant frequency and (b) — dominant wavelength on the coefficient of joint change in the velocities of elastic waves in the first (red line; j = 1), second (orange line; j = 2), third (green line; j = 3), fourth (blue line; j = 4) layer for high (dashed line) and low (solid line) contrast between layers

Жүктеу (662KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Dependence of the relative amplitude of the vertical component of displacements on the surface on the frequency for a low-contrast (solid line) and high-contrast (dashed line) background environment.

Жүктеу (278KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. On the left, the dependence of the approximation coefficients C2 for Kct (black line) and C1 for Kcl (gray line), on the right, the dependence of the angle α (red line) and the angle β (blue line) when changing the parameters of (a) the first, (b) the second, (c) the third, (d) the fourth, (d) the fifth layer on the frequency; the blue horizontal dashed line is the value of ±π/4; the gray vertical dashed line is the designation of the dominant frequencies.

Жүктеу (2MB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Dependence of the approximation coefficients C3 for Kρ (black dashed line), C2 for Kct (black solid line) and C1 for Kcl (gray line) on the frequency

Жүктеу (555KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Dependence of the angle β between the straight line Wa and the Kct axis on the frequency when changing the parameters of the first (red line), third (green line) and fifth (purple line) layers; the gray dashed line indicates dominant frequencies.

Жүктеу (326KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Profiles of the vertical (solid line) and horizontal (dashed line) components of displacements at dominant frequencies for (a) the first (f = 0.245 Hz), (b) the third at a high dominant frequency (f = 0.145 Hz), (c) the third at a low dominant frequency (f = 0.055 Hz) and (d) the fifth (f = 0.05 Hz) layer; the colored line is the reference medium, the black line is the disturbed medium with a 10% increase in the elastic wave velocities in the probed layer, the gray line is the disturbed medium with a 10% decrease in the elastic wave velocities in the probed layer; the blue dotted line is the layer boundaries.

Жүктеу (1MB)
Метадеректер

© The Russian Academy of Sciences, 2025