أطوار الموجات الزلزالية

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

أطوار الموجات الزلزالية الموجات الزلزالية علوم الأرض والجيولوجيا

إن من أهم استخدامات علم الزلازل والموجات الزلزالية هو دراسة التركيب الداخلي للأرض وتحديد خصائصها.

فبينما نعتمد في دراساتنا للوشاح (Mantle) واللب (Core) بالدرجة الأولى على الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل طبيعية الحدوث، فإننا في الغالب نعتمد في دراساتنا الزلزالية الاستكشافية للقشرة الأرضية العليا على موجات زلزالية صناعية.

ويقوم علماء الزلازل بتسمية الموجات الزلزالية حسب مسار انتشارها في الأرض، ويختصرون هذه التسميات بأحرف يمثل كل منها مسار الموجة الزلزالية في أحد التركيبات الرئيسية للأرض.

 

في العادة يمكن تمثيل الموجة المنتشرة بشعاع هو في الواقع ذلك الخط المتعامد مع مماسات الجبهات المتتابعة للموجة الزلزالية في اتجاه معين.

نظراً للتركيب المعقد للكرة الأرضية فإن للموجات الزلزالية انتشارات ومسارات كثيرة يمكن تبسيطها بالأشعة الموضحة على الشكل (5).

من أهم الموجات الزلزالية التي يتم قراءتها على تسجيلات الزلازل البعيدة ما يلي:- يتم تسمية الموجة الابتدائية المحصورة في مسارها خلال الوشاح فقط بالحرف (P).

 

إذا انعكست على سطح الأرض داخلياً بحيث تم تسجيلها بعد انعكاسها مرة واحدة فهي (PP)، مرتين فهي (PPP).

وكذلك بالنسبة للموجات الثانوية فهي إما (S) أو (SS) أو (SSS).

إذا تحولت إحدى هاتين الموجتين أثناء أحد مساراتها إلى الأخرى، فيؤخذ ذلك بعين الاعتبار. فقد تنعكس (P) مرة واحدة قبل تسجيلها متحولة إلى (S) عندئذ هي (PS) وقد يتم تسجيل موجات (PSS) أو (SP) وهكذا.

 

بينما تكون الموجات المباشرة P أول الموجات على التسجيلات الزلزالية حتى مسافة حوالي 105º تظهر الانعكاسات (PP، PPP)… الخ بعدها وتصل دائماً قبل ذروة الموجات السطحية وهي مهمة في دراسات القشرة الأرضية وكذلك ميكانيكية التكسير عند البؤرة.

يتم تعريف الموجات المنتشرة عمودياً من البؤرة لتنعكس بالقرب من سطح الأرض بأحرف صغيرة بعد انعكاسها (p, s) فمثلاً (PP) هي موجة ابتدائية منعكسة مرة واحدة على سطح الأرض بالقرب من المركز السطحي للزلزال. وهي ذات قيمة في تحديد العمق البؤري للزلزال.

يتم تمييز الموجات المنعكسة على السطح الخارجي للب الأرض بالحرف الصغير (c) فهي إما (PcP) أو (PcS) أو (ScS) أو (ScP).

 

ويتم تسجيل مثل هذه الموجات المنعكسة في المسافات 26º – 103º. وقد تكون أوضح ما يكون في المدى 30º – 40º وهي ذات أهمية في دراسات اللب الخارجي للأرض.

إذا اخترقت الموجة الابتدائية في مسارها اللب الخارجي فمسارها فيه يعرف بالرمز (K) ويعرف مسارها في اللب الداخلي (I).

لاحظ أن الموجات الثانوية لا تنتشر في اللب الخارجي السائل أو الذي يسلك سلوك السوائل بالنسبة لانتشار هذه الموجات، وفي حالة انتشارها في اللب الداخلي تسمى (J).

 

فالموجة (PKP) هي موجة ابتدائية اخترقت الوشاح لتنكسر انكساراً غير حرج إلى داخل اللب الخارجي ثم تنكسر مرة أخرى خارجة منه إلى سطح الأرض مخترقة الوشاح.

ولا مانع أن تتحول على الحد الفاصل بين اللب الخارجي والوشاح إلى (S)، وعند تسجيلها فهي (PKS) (انظر الشكل 6).

وقد تتحول الموجة الثانوية على هذا الحد إلى ابتدائية وعندئذ يتم تسجيلها على بعد حوالي 84º، أو أكثر وهي (SKS) وأحياناً يصعب التمييز بينها وبين (S). أما (PKP) وتسمى أحياناً (P’) فهي تظهر على مسافات أكبر من 142º.

 

ولتوضيح الموجات المنعكسة على سطح اللب الداخلي يستخدم الحرف i وهو مقصور بالطبع على الموجات الابتدائية. 

ومثال على ذلك (PKIKP) التي هي موجة ابتدائية انتقلت خلال الوشاح ثم اللب الخارجي لتنعكس على الحد الفاصل بين اللبين عائدة إلى سطح الأرض بينما الموجة (PKIKP) تخترق الوشاح واللبين ليتم تسجيلها على الطرف الآخر من سطح الأرض، ويتم تسجيلها في العادة على مسافة 110º.

وقد تتحول مثل هذه الموجة على السطح الخارجي للب الأرض إلى موجة ثانوية ثم تتحول عند خروجها على السطح نفسه إلى موجة ابتدائية فهي عندئذ (PKJKP).

 

لاحظ أن الموجات الابتدائية (P) قد تلامس سطح اللب الخارجي بحيث يكون مماساً لمسار شعاعها، وعندئذ تخرج إلى سطح الأرض على مسافة حوالي 103º، وإذا انكسرت داخل اللب فهي لا تعود إلى سطح الأرض إلا بعد حوالي 142º (PKP).

لذلك فإن المسافة المحصورة بين 103º – 142º من مركز الزلزال لا تستقبل أية موجات ابتدائية باستثناء بعض الأمواج المشتتة (Diffracted) على سطح اللب الخارجي نتيجة ملامسة الموجة له.

وهذه الموجات بطبيعتها ذات سعات ضعيفة ونادراً ما يمكن تمييزها. لذلك فإن المسافة المذكورة تعرف «بنطاق الظل» (Shadow Zone) اقتداء بانعكاسات الضوء وظلاله الناتجة عن انعكاساته وانكساراته على أسطح الأجسام غير المنفذة له (انظر الشكل 5).

 

أما بالنسبة للزلازل القريبة وذات العمق الضحل، فإن أهم الموجات التي يتم تسجيلها هي (S_g)، (P_g) وهذه تمثل الانكسارات الحرجة من سطح الطبقة الجرانيتية. وقد يتم تسجيل الموجات المنعكسة من سطح هذه الطبقة وتسمى (PgP, SgS) وأحياناً (P₁P, S₁S).

والموجات المنكسرة انكساراً حرجاً من سطح الطبقة البازلتية (ما يعرف بعدم استمرارية كونراد (Conrad Discontinuity) فتسمى (p^*) إذا كانت ابتدائية و(S^*) إذا كانت ثانوية.

وتلك المنعكسة من نفس السطح فتسمى (P^*p, S^*S) وأحياناً (P₂P, S₂S). والموجات المنكسرة انكساراً حرجاً على سطح عدم استمرارية موهو(Moho Discontinuity) (انظر حد عدم استمرارية موهو) فتسمى (P_n, S_n) وإذا كانت منعكسة فتسمى (P_MP, S_MS).

 

والجدير بالذكر أن بعض الباحثين يطلقون اسم (P) على الموجات (P^*) وبعضهم يطلق نفس الاسم على الموجات (P_g) وكذلك الحال بالنسبة للموجات الثانوية.

لكن الغالبية العظمى للباحثين يتقون على ما ذكر آنفاً من تسميات. تعتبر هذه الموجات ذات أهمية بالغة في دراسة تفصيلات القشرة الأرضية والوشاح العلوي وقد يستفاد منها في تحديد سمك الرسوبيات.

تكون الموجات الابتدائية دائماً هي أول الموجات على تسجيلات الزلازل القريبة ولكن أيهما يصل أولاً (P_g أم P^* أم P_n) ذلك يعتمد بالطبع على بعد الزلزال وعمقه وسماكة القشرة الأرضية ومكوناتها وخصائصها الفيزيائية.

 

فمثلاً بالنسبة لمحطة رصد الزلازل في الجامعة الأردنية حيث سماكة الرسوبيات في حدود 2.5 كم تكون الموجات (P_g) هي أول الموجات لجميع الزلازل التي تبعد عن المحطة مسافة 20 كم– 40 كم تقريباً.

ولجميع الزلازل التي تبعد مسافة أكبر من 140 كم فالوصول الأول هو (P_n) وتلك التي تبعد مسافة أقل من 20 كم تكون أول الموجات الابتدائية هي تلك المنكسرة انكساراً حرجاً خلال الرسوبيات فوق الطبقة الجرانيتية ما دام عمق الزلزال أقل من 3 كم.

أما الموجات (P^*) فهي دائماً تصل من الزلازل التي تبعد مسافة أكبر من 100 كم، وعندئذ تسبقها الموجات (P_g) وكذلك (P_n) حسب المسافة وتلحقها الموجات (P_MP).

 

وقد تأكد هذا الوضع بعد إجراء دراسات زلزالية صناعية ذات عمق كبير على طول الجزء الشرقي لحفرة الانهدام الأردني– حيث تبين أن القشرة الأرضية على طول حفرة الانهدام قارية.

وأن سماكة جزئها العلوي (الجرانيتي) تبلغ حوالي 20– 22 كم تزداد فيها سرعة الموجات الابتدائية حتى تصل حوالي 6.4 كم/ث كما تبلغ سماكة جزئها السفلي (البازلتي) حوالي 13– 15 كم وسرعته هي 6.65 كم/ث.

يفصل القشرة عن الوشاح نطاق ذو سماكة حوالي 4– 5 كم، تزداد فيه السرعة تدريجياً من 6.65 كم/ث إلى حوالي 8.1 كم/ث (Transitional Zone).

 

يرى الشكل (7) التسجيل الزلزالي المختزل على سرعة 6 كم/ث (Reduced Record Section) لأحد التفجيرات والمسجل على خط يمتد من مناجم فوسفات الأبيض بوسط الأردن إلى مشاش حدرج على حدود السعودية.

وهذا التسجيل مرسوم على الخطوط: (a_s) تمثل الوصلات الابتدائية الترسيبية، (a) يمثل الوصلات الجرانيتية (d, p_g) يمثل (b, p_n) يمثل (c, p^*)، يمثل (P_MP) وهي محسوبة كلها حسب نموذج القشرة الأرضية (B Ù)، وباستخدام طريقة التتبع الشعاعي (Ray- Tracing) حيث تتغير السرعة عمودياً في الطبقة الواحدة.

وباستخدام طريقة الشعاع النظري(Ray- Theoretical) تم حساب التسجيل النظري (Synthetics) الناتج عن انتشار الموجات بنفس النموذج كما هو مبين في (C Ù).

 

يوضح الشكل (8) تفاصيل القشرة الأرضية القارية وكذلك المحيطية لمقارنة السماكات وسرعات الموجات الابتدائية والثانوية في أجزاء كل منها، انظر أيضاً الشكل (7).

تتراوح سرعة الموجات (P_g) في حدود 6– 6.4 كم/ث وقد تقل عن ذلك خاصة إذا كان قد لحق بالطبقة الجرانيتية بعض عوامل التعرية، وعندئذ قد تصل إلى حوالي 5.8 كم/ث وربما أقل قليلاً.

أما موجات P^* فتتراوح سرعتها في حدود 6.5– 6.7 كم/ث وقد تزيد عن 7 كم/ث أحياناً.

 

أما الموجات P_n فهي غالباً أكثر قليلاً من 8 كم/ث خاصة في المناطق القارية، وقد تكون حوالي 7.5 كم/ث أو أقل قليلاً في حالات نادرة للمناطق المحيطية.

أما سرعة الموجات الابتدائية في الصخور الرسوبية فهي تختلف كثيراً باختلاف تركيبها المعدني وصلابتها وكثافتها (انظر المعادلة (1)).

فقد تقل كثيراً عن 2 كم/ث للصخور الطرية وقد تزيد قليلاً عن 5.5 كم/ث لبعض أنواع الصخور الرملية الصلبة. ولمقارنة هذا بسرعة الموجات الثانوية (انظر المعادلة (2)، الموجات الزلزالية الجسمية).

 

أما الموجات السطحية (Surface Waves) والموجات الموجهة (Guided Waves) فهي عديدة.

وتكون موجات رالي وموجات لاف (Love) تكون في الغالب محصورة في مسارها بالقشرة الأرضية، وإذا كانت تردداتها قليلة جداً (فتراتها الزمنية كبيرة) فإن مسارها عندئذ يكون متأثراً بالجزء العلوي من الوشاح.

فمثلاً موجات لاف من هذا النوع تسمى (G) وإذا كانت تردداتها أعلى نسبياً وانحصر مسارها في الجزء العلوي من القشرة الأرضية القارية بحيث تزداد السرعة تدريجياً مع العمق فهي عندئذ تسمى (L_g) (انظر الشكل 4).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]