Области применения сейсмологии для изучения недр Земли насчитывают чуть более 100 лет. Его инструменты для определения свойств недоступной Земли являются наиболее мощными из всех геофизических методов.
Основными причинами являются наличие природных (землетрясения) или контролируемых (взрывы) источников упругих волн и их относительно низкое рассеяние на расстоянии.
Сейсмологические методы охватывают периодичность около шести порядков, а глубина исследуемого сооружения может варьироваться от нескольких метров в инженерных приложениях до центра Земли.
Прогресс в сейсмологии был достигнут благодаря разработкам по нескольким направлениям: теория, инструментарий и его развертывание, а также вычислительные ресурсы.
Несмотря на то, что исследования землетрясений и структуры Земли тесно взаимосвязаны, эти две темы часто обсуждаются отдельно.
За последние 25 лет был достигнут значительный прогресс по нескольким направлениям:
- развитие широкополосного цифрового инструментария, который позволил создать цифровые сейсмические базы данных беспрецедентного качества в глобальном и региональном масштабах,
- разработка мощных инструментов анализа данных, ставшая возможной благодаря все более эффективной компьютерной технологии,
- теоретический прогресс в прямых и обратных расчетах влияния сильной боковой неоднородности на распространение сейсмических волн.
Сочетание этих факторов привело к значительному улучшению изображения структуры в глобальном и региональном масштабе. Чему зачастую способствовало включение ограничений, связанных с другими типами данных, в первую очередь в области минеральной физики и геодинамики.
В последнее время достигнут значительный прогресс в вычислении синтетических сейсмограмм в трехмерном пространстве Земли с использованием численных методов. С развертыванием плотных региональных сетей широкополосных сейсмометров был достигнут еще один быстрый прогресс, связанный с адаптацией методологий, впервые разработанных в области геологоразведочной сейсмологии, к крупномасштабному сканированию тонких структур коры и верхней мантии.
Осознание важности анизотропии на Земле привело к теоретическим и методологическим разработкам. В течение последнего десятилетия наблюдалось быстрое развитие использования шума Земли в качестве источника сигнала.
События с конца XIX века до начала 1950-х гг.
Теоретические основы сейсмологии можно проследить до восемнадцатого и девятнадцатого веков исследований упругости и распространения упругих волн в твердых телах. Первую численную оценку периода фундаментальной колебательной моды лорд Кельвин дал в 1863 г., но разработку собственной теории для однородной сферы пришлось ждать около 50 лет.
Лорд Рэйли решил проблему распространения поверхностных волн в упругом полупространстве в 1877 году. Этому предшествовали первые механические сейсмографы, которые были разработаны в 1880-х годах.
Первоначально сейсмографы имели очень низкую чувствительность и использовались для регистрации местных землетрясений. История глобальной сейсмологии начинается с записи землетрясения в Японии 19 апреля 1889 года фон Ребером-Пашвицем. Он связал возмущение, зарегистрированное на наклономере, используемом для изучения приливов и отливов Земли, с сообщениями о сильном землетрясении в Японии.
Ранние сейсмографы были механическими маятниками без демпфирования (гашение или предотвращение колебаний), кроме трения. Их увеличения (отношение амплитуды на сейсмограмме к фактическому движению грунта) были очень низкими, и из-за отсутствия демпфирования записи были очень колебательными и было трудно различить приходы различных фаз.
Усовершенствованный механический сейсмограф с регулируемым демпфированием был построен компанией Wiechert в 1904 году.
Вскоре после этого Галицин разработал систему электромагнитного сейсмографа, в которой движение маятника сейсмометра генерировало электрический ток при движении катушки в магнитном поле. Этот ток, в свою очередь, был отнесен к гальванометру. Вращение гальванометрической катушки в магнитном поле было записано на фотобумаге лучом света, отраженным от зеркала, прикрепленного к катушке. Реакция системы зависела от чувствительности и свободного времени сейсмометра и гальванометра и их демпфирования.
Хотя эта система является более сложной, она обеспечивает гораздо большую гибкость при выборе желаемых мер реагирования. Постепенно совершенствуясь, сейсмометрическая гальванометрическая система, записывающая на фотобумагу, широко использовалась в течение последующих 60-70 лет, когда ее постепенно заменили цифровыми системами.
С усовершенствованием технологии систем записи стало легче идентифицировать фазы, и стало возможным идентифицировать P-сопряжения (первичные), соответствующие волнам сжатия, S-сопряжения (вторичные), соответствующие сдвиговым волнам, и L-сопряжения, иногда называемые "основной фазой", соответствующей поверхностным волнам.
Поверхностные волны вызвали некоторую путаницу, потому что было также поперечное движение, не предсказанное Рэйли. В первом десятилетии ХХ века был достигнут быстрый прогресс. Некоторые классические задачи, такие как вычисление и инверсия времени перемещения для структуры скоростей, были решены самостоятельно разработанными уравнениями для амплитуды отраженных и передаваемых волн на границе между двумя упругими средами.
В 1922 году под руководством профессора Оксфордского университета Тёрнера было создано Международное сейсмологическое резюме (МКС) с международным руководством, которому было поручено начиная с 1918 года выпускать "окончательные глобальные каталоги".
