Language
Country/Area
No result found
Звуки, которые сотрясают Землю: знаете ли вы, что вызывает сейсмический шум?
В геофизике, геологии и смежных областях, таких как гражданское строительство, сейсмический шум относится к относительно продолжительным колебаниям грунта, вызванным различными причинами. Такие вибрации часто считаются неинтерпретируемыми или нежелательными компонентами записи сигнала. Физическое происхождение сейсмического шума обусловлено в первую очередь источниками, расположенными на поверхности или вблизи нее, и состоит почти исключительно из упругих поверхностных волн.
Низкочастотные волны (ниже 1 Гц) часто называют микросейсмами, а высокочастотные волны (выше 1 Гц) — пикосейсмами.
Основными источниками сейсмических волн являются деятельность человека (например, дорожное движение или промышленная деятельность), ветер и другие атмосферные явления, реки и океанские волны. Сейсмический шум актуален для всех научных областей, которые опираются на сейсмологию, включая геологию, разведку нефти, гидрологию, а также сейсмостойкость и мониторинг состояния конструкций.
Этот шум часто мешает деятельности, которая чувствительна к внешним вибрациям, такой как мониторинг и исследование землетрясений, прецизионное фрезерование, работа телескопов, обнаружение гравитационных волн и выращивание кристаллов. Однако сейсмический шум имеет и практическое применение, например, для определения низкодеформационных и изменяющихся во времени динамических свойств гражданских инженерных сооружений (таких как мосты, здания и плотины); проведения сейсмических исследований подземных сооружений различных размеров, часто с использованием сейсмических интерферометрия и мониторинг окружающей среды, например, в речной сейсмологии.
Источники сейсмического шума
Исследования происхождения сейсмического шума показали, что низкочастотная часть спектра (ниже 1 Гц) возникает в основном по естественным причинам, в основном из-за воздействия океанских волн. В частности, наблюдаемый во всем мире пик между 0,1 и 0,3 Гц явно связан с взаимодействием водных волн той же частоты. В высокочастотной части (выше 1 Гц) сейсмический шум в основном вызван деятельностью человека, такой как дорожное движение и промышленные работы; однако естественные источники, такие как реки, также могут способствовать возникновению этого эффекта.
Выше 1 Гц ветер и другие атмосферные явления также могут быть основными источниками колебаний грунта.
Например, в Камеруне «дрожание ног», вызванное топанием ногами футбольных болельщиков, относится к неантропогенным явлениям, наблюдаемым в периоды низкой сейсмической активности. В районе залива Бонни в Гвинейском заливе каждые 26–28 секунд появляются импульсы, которые, как полагают, являются отражениями от подводных течений порогов и признаком силы волн.
Физические характеристики сейсмического шума
Амплитуда колебаний сейсмического шума обычно составляет от 0,1 до 10 мкм/с. Глобально оцененная модель фонового шума демонстрирует частотно-зависимые характеристики. Сейсмический шум включает в себя небольшое количество объемных волн (волны P и S), но основными компонентами являются поверхностные волны (волны Лява и Рэлея), поскольку они преимущественно возбуждаются процессами, происходящими в наземных источниках. Эти волны рассеяны, то есть их фазовая скорость изменяется в зависимости от частоты (вообще говоря, уменьшается с ростом частоты).
Поскольку дисперсионная кривая (частотная функция фазовой скорости или лени и т. д.) связывает изменение скорости сдвиговой волны с глубиной, ее можно использовать в качестве неинтрузивного инструмента для определения сейсмической структуры недр.
История сейсмического шума
В нормальных условиях сейсмический шум имеет очень низкую амплитуду и не воспринимается человеком, и его не могли зарегистрировать большинство ранних сейсмографов конца XIX века. Однако к началу XX века японский сейсмолог Омори Фумиёси смог записать окружающие колебания в зданиях и определить резонансную частоту здания. На раннем этапе развития сейсмологии было установлено, что глобальный сейсмический шум длительностью от 30 до 5 секунд вызывается океаном, а в 1950 году Лонге-Хиггинс опубликовал комплексную теорию.
Современные применения сейсмического шума
С развитием науки и техники, особенно с развитием сейсмической интерферометрии с 1990-х годов, применение сейсмического шума продолжает расширяться. Например, используя анализ окружающих колебаний и случайных сейсмических волновых полей, ученые могут охарактеризовать подземные структуры с помощью спектров мощности, анализа пиков H/V, дисперсионных кривых и автокорреляционных функций. Метод одиночной станции и метод массива, несомненно, открыли новые перспективы в сейсмологии.
Наконец, сейсмический шум также считается косвенным индикатором экономического развития, отражающим изменения в деятельности человека.
В связи с эпидемией COVID-19 сокращение человеческой деятельности значительно снизило сейсмический шум, что стало уникальным окном для наблюдения за внешней средой. Сможем ли мы в будущем, по мере углубления наших знаний о сейсмическом шуме, раскрыть больше тайн природных явлений?
