В книге собраны несекретные данные, относящиеся к возбуждению сейсмических сигналов подземными ядерными взрывами, включая явления, связанные с декаплингом и понижением сейсмической эффективности взрыва. Даётся обзор работ по сейсмологии ядерных взрывов и общее описание таких взрывов.

Доля сейсмической энергии ядерного взрыва, излучаемая в виде сейсмических волн, колеблется от нескольких сотых процента до нескольких процентов. Такие широкие пределы изменения вызываются различием неупругих свойств среды, непосредственно окружающей взрыв. Некоторое представление о явлениях в неупругой области даёт теория статического равновесия, но для понимания того, каким образом взрыв возбуждает сейсмические волны, необходимо рассмотреть динамические процессы распространения неупругих волн напряжения. В книге приведены многочисленные теоретические и экспериментальные примеры распространения неупругих волн, включая современные расчёты на ЭВМ взрыва 5 кт в граните.

Физические основы теории упругости изложены для трёх типов волн (Р, S, R), исследование которых позволяет отличить взрыв от землетрясения. При взрывах и землетрясениях образуются сейсмические волны и других типов, но здесь рассматриваются только три основные. Волны Р, или продольные, приходят первыми на удалённые сейсмические станции и используются для обнаружения сейсмического явления. Волны R, или релеевские, вместе с волнами Р в настоящее время наиболее важны для идентификации явления как взрыва (или землетрясения). Волны S, или поперечные, рассматриваются постольку, поскольку они всегда присутствуют, если образуются волны R.

Волны Р рассматриваются подробнее, чем S или R, так как в настоящее время имеется большой теоретический и экспериментальный материал, касающийся их возбуждения взрывами. В книге представлены теоретические зависимости амплитуды сейсмических волн от мощности взрыва как для головной, так и для телесейсмической волны Р, с учётом и без учёта неупругого затухания. Даны также соответствующие кривые «амплитуда-мощность» при допустимых характеристиках сейсмографа. Приведены имеющиеся экспериментальные данные зависимости «амплитуда-мощность взрыва» и «магнитуда-мощность» для волн Р, обсуждается влияние различных геологических условий в районе взрыва, а также полости на телесейсмические сигналы.

В заключение даётся сводка того, что известно и что неизвестно относительно возбуждения сейсмических волн подземными ядерными взрывами. В число основных неизвестных факторов входят: 1) точные уравнения состояния пород, в особенности для процесса адиабатической разгрузки, которые необходимы для полного описания распространения неупругих волн напряжения, и 2) влияние различных параметров взрыва на характеристики волн R.

Представлено много иллюстраций, приводится много конкретных данных по взрывам, произведённым в США, и подробная библиография.

Книга несомненно будет встречена с интересом геофизиками самых различных областей, а также специалистами по физике взрыва.

Книга Г. Родина «Сейсмология ядерных взрывов» представляет собой обзор современных теоретических и экспериментальных данных, касающихся возбуждения сейсмических колебаний подземными ядерными взрывами и распространения этих колебаний в Земле.

Отмечая, что возбуждение сейсмических волн и доля энергии взрыва, переходящая в сейсмическую энергию, зависят от неупругой реакции среды, в которой происходит взрыв, автор приводит в первых двух главах довольно подробный обзор исследований ближней зоны взрыва. При этом Родин указывает, что для полного описания поведения среды, окружающей ядерный взрыв, необходимо знать точное уравнение состояния породы не только при ударном сжатии, но и вдоль адиабаты разгрузки для процесса расширения, следующего за ударным сжатием. В особенности это относится к пористым средам, поведение которых при сжатии и разрежении значительно отличается от поведения сплошных сред. В число работ, рассмотренных Родиным, не вощли некоторые важные исследования, выполненные за последние годы в СССР. Так, в монографии «Механический эффект подземного взрыва» Родионова, Адушкина, Костюченко и др. [1] в доступной форме изложена теория развития подземного камуфлетного взрыва как в скальных сплошных породах, так и в мягких грунтах, причём основное внимание уделяется физическому описанию явления. Там же проводится сопоставление теории с имеющимися данными лабораторных и натурных экспериментов по взрыву и даётся обширная библиография предшествующих работ советских и иностранных авторов, посвящённых этим вопросам. В 1972 г. вышла из печати обзорная статья «Теоретические аспекты задачи о взрыве в грунте» Зволинского и др. [2], в которой показано развитие идей в теоретическом решении задачи о взрыве в мягких и твёрдых грунтах. В этой же статье описывается большой цикл работ, связанных с получением решений в аналитическом виде для упрощённых моделей взрыва, а также работ, в которых сделана попытка численного расчёта поведения грунта в самой ближней зоне взрыва.

Глава 3 книги Родина, в которой затрагивается важный вопрос о доле энергии подземного ядерного взрыва, переходящей в энергию сейсмических волн, несколько схематична, что, впрочем, и не удивительно, если учесть малую изученность вопроса. В последнее время появилось несколько работ [3—5], включая статью самого Родина [3], в которых показано, что сейсмическая эффективность взрыва, т.е. доля сейсмической энергии от общей энергии взрыва, зависит от ряда причин, в том числе от таких свойств окружающей породы, как трещиноватость, влажность и др.

В главе 4 подробно изложен вопрос о механизме возбуждения сейсмических волн взрывом и предложена аналитическая аппроксимация взрывного источника.

В качестве источника сейсмических колебаний при взрыве автор рассматривает сферу, отделяющую область неупругого поведения среды от упругого. К поверхности этой сферы приложено радиальное напряжение, которое представляется аналитически с помощью 6 параметров. Зная радиальное напряжение и пользуясь основными соотношениями теории упругости, Родин получает выражение для приведённого потенциала и смещения головной и телесейсмической объёмной волн.

Существует, однако, и другой способ аналитической аппроксимации источника сейсмических волн при взрыве. В нём аналитически аппроксимируется приведённый потенциал. При этом вместо 6 параметров решение зависит от 3 параметров. Этот способ впервые был предложен в статье [6], а затем нашёл своё дальнейшее развитие в работах [7, 8].

В главе 5 рассматриваются общие вопросы, связанные с затуханием и дисперсией сейсмических волн: причинность, постоянство добротности (диссипативной функции) Q и соответствующий вид коэффициента затухания. Последняя сводка экспериментальных данных, касающихся добротности, опубликована в книге [9] и в статье [10].

В главе 6 очень кратко упоминаются исследования, касающиеся микросейсмического шума. Подробнее они описаны в работе Пасечника [9].

Глава 7 посвящена головным и телесейсмическим объёмным волнам. В ней представлены теоретические формулы для расчёта смещения головных и телесейсмических волн в идеально упругом и поглощающем пространстве и рассчитаны примеры сейсмограмм. Исследовано влияние характеристик короткопериодных сейсмографов Беньоффа и Вилмора на колебания в Р-волне и на зависимость амплитуд колебания и магнитуды от мощности взрыва. Соответствующие исследования влияния характеристик сейсмографов СК, СКМ, СКД, которыми оснащены сейсмические станции СССР, приведены в упоминавшейся выше работе Пасечника [9]. Там же указаны магнитуды взрывов, вычисленные по данным сейсмических станций СССР.

Наконец, в гл. 8 кратко рассмотрены вопросы, связанные с определением сейсмической эффективности ядерных взрывов с декаплингом.

Книга Г. Родина «Сейсмология ядерных взрывов» будет весьма полезна не только широкому кругу геофизиков, занимающихся изучением механизма очага взрыва и сейсмической эффективности взрывов, но и специалистам в области физики взрыва.

ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
М. А. Садовский

Литература

1. РОДИОНОВ В. Н., АДУШКИН В. В., КОСТЮЧЕНКО В. Н., НИКОЛАЕВСКИЙ В. Н., РОМАШОВ А. Н., ЦВЕТКОВ В. М., Механический эффект подземного взрыва, «Недра», М., 1971
2. ЗВОЛИНСКИЙ Н. В., ПОДЪЯПОЛЬСКИЙ Г. С., ФЛИТМАН Л. М., Теоретические аспекты задачи о точечном взрыве в грунте, Изв. АН СССР, Физика Земли, №1 (1973)
3. RODEAN Н.С., An Energy Analysis to Seismic Coupling Analysis, J. Geophys. Res., 77, №17 (1972)
4. PERRET W. R., Seismic Source Energies of Underground Nuclear Explosions, Bull. Seism. Soc. Am., 62, № 3 (1972)
5. ЗЕЛЬМАНОВ И. Л., ТИХОМИРОВ A. M., Влияние физико-химических свойств пород на механическое действие подземного ядерного взрыва (по результатам модельных экспериментов), сб. «Атомные взрывы в мирных целях», Атомиздат, М., 1970
6. HASKELL N. A., Analytic Approximation for the Elastic Radiation from a Contained Underground Explosion, J. Geophys, Res., 72, 2583 (1967)
7. VON SEGGERN D., BLANDFORD R., Source time functions and spectra for underground nuclear explosions, Geophys. J. R. Astron. Soc., 31, № 1-3 (1972)

Книги на ту же тему

1. Отражённые волны в тонкослоистых средах, Кондратьев О. К., 1976
2. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва, Садовский М. А., 1999
3. Физические основы сейсмического метода. Нетрадиционная геофизика, Николаев А. В., Галкин И. Н., ред., 1991
4. Механика глубинных подземных взрывов, Чедвик П., Кокс А., Гопкинс Г., 1966
5. Распространение сейсмических волн, Сердобольский Л. А., 2012
6. Подземные взрывы, Адушкин В. В., Спивак А. А., 2007
7. Полевая геофизика, Знаменский В. В., 1980
8. Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. (геофизика сильных возмущениЙ) Сборник научных трудов, Зецер Ю. И., ред., 1999
9. Воздействие землетрясений и взрывов на ионосферу, Гохберг М. Б., Шалимов С. Л., 2008
10. Взрывное дело: Сборник 83/40: Методики измерения и аппаратура для исследования действия взрыва, Родионов В. Н., Фомичев А. Г., ред., 1982
11. Расчётные модели сейсмических воздействий, Назаров Ю. П., 2012
12. Сейсмическое микрорайонирование территорий городов, населённых пунктов и больших строительных площадок, Заалишвили В. Б., 2009
13. Физика землетрясений и предвестники, Соболев Г. А., Пономарев А. В., 2003
14. Интерпретация данных сейсморазведки методом отражённых волн, Пузырев Н. Н., 1959
15. Получение надежных данных сейсморазведки, Притчетт У., 1999
16. Внутренние гравитационные волны в неоднородных средах, Булатов В. В., Владимиров Ю. В., 2005
17. Теория волн, Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П., 1979
18. Линейные и нелинейные волны, Уизем Д., 1977
19. Проблемы геофизики XXI века: В 2 кн. (комплект из 2 книг), Николаев А. В., ред., 2003
20. Проблемы геотомографии, Николаев А. В., Галкин И. Н., Санина И. А., ред., 1997
21. Теоретические проблемы в геофизике. Вычислительная сейсмология. Выпуск 29, Кейлис-Борок В. И., Молчан Г. М., ред., 1997
22. Твёрдые тела под высоким давлением, Пол В., Варшауэр Д., ред., 1966
23. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — 2-е изд., Лаврентьев М. А., Шабат Б. В., 1977
24. Механика сплошной среды. — 2-е изд., испр. и доп. В 2-х томах (комплект из 2 книг), Седов Л. И., 1973
25. Динамика сплошных сред в расчётах гидротехнических сооружений, Дидух Б. И., Лобысев В. Л., Лятхер В. М., Милитеев А. Н., Новосёлов И. Г., Яковлев Ю. С., 1976