Кіріспе

Трансверсальды изотроптық материал – изотропия жазықтығына перпендикуляр ось бойынша симметриялы физикалық қасиеттері бар материал. Бұл көлденең жазықтықта шексіз көп симметрия жазықтықтары болады, сондықтан осы жазықтықта материалдың қасиеттері барлық бағытта бірдей. Сондықтан мұндай материалдар "полярлық анизотроптық" материалдар деп те аталады. Геофизикада тік көлденең изотропия (VTI) радиалды анизотропия деп те аталады. Бұл материал түрі алтыбұрышты симметрияны көрсетеді (бірақ техникалық тұрғыдан алғанда, бұл 6-шы және одан жоғары дәрежелі тензорлар үшін дұрыс емес), сондықтан (төртінші дәрежедегі) серпімділік тензорындағы тәуелсіз тұрақтылардың саны 5-ке дейін азаяды (толық анизотроптық қатты дене жағдайындағы 21 тәуелсіз тұрақтыдан). Электрлік кедергі, өтімділік және т.б. (екінші дәрежелі) тензорлардың екі тәуелсіз тұрақтысы бар.

Көлденең изотроптық материалдардың мысалы

Көлденең изотроптық материалдың мысалы – талшықтарының көлденең қимасы дөңгелек болатын осьтік бір бағытты талшықты композиттік қабат. Бір бағытты композитте талшық бағытына перпендикуляр жазықтықты, ұзақ толқын ұзындығында (төмен жиілікте) қозғанда изотроптық жазықтық деп қарастыруға болады. Оң жақтағы суретте талшықтар ось бойымен орналасқан, бұл изотропия жазықтығына перпендикуляр. Тиімді қасиеттері тұрғысынан, тау жыныстарының геологиялық қабаттары көбінесе көлденең изотроптық деп түсіндіріледі. Мұндай қабаттардың тиімді серпімді қасиеттерін есептеу петрологияда Бакустың масштабтау әдісі деп аталады, ол төменде сипатталған.

Қысқа және орта толқын ұзындығы шамамен

Сызықтық серпімді көлденең изотроптық ортадағы толқын таралу мәселелерінің шешімдерін квази P толқыны, квази S толқыны және квази S толқынына перпендикуляр поляризацияланған S толқыны үшін шешімдерді қосу арқылы табуға болады. Дегенмен, жылдамдықтың бұрыштық өзгеруіне қатысты теңдеулер алгебралық тұрғыдан күрделі, ал жазық толқын жылдамдықтары таралу бұрышына тәуелді болады. Материал арқылы өтетін серпімді толқындардың бағытқа тәуелді жылдамдықтарын Кристофель теңдеуін қолдану арқылы анықтауға болады, олар былай беріледі:

мұндағы – симметрия осі мен толқын таралу бағыты арасындағы бұрыш, – масса тығыздығы, ал – серпімділік қатаңдық матрицасының элементтері. Томсен параметрлері осы өрнектерді жеңілдету және түсінуді оңайлату үшін қолданылады.

Томсен параметрлері

Томсен параметрлері – көлденең изотроптық материалдарды сипаттайтын серпімді модульдердің өлшемсіз комбинациялары, олар, мысалы, геофизикада кездеседі. Бұл параметрлер серпімділік қатаңдық матрицасының компоненттері арқылы былайша анықталады:

мұнда 3-индекс симметрия осін көрсетеді. Бұл параметрлерді, P және S толқындарының жылдамдықтарымен бірге пайдаланып, әлсіз анизотроптық, қабатты орта арқылы толқын таралуын сипаттауға болады. Тәжірибе жүзінде, көптеген қабатты тау жыныстары үшін Томсен параметрлері 1-ден әлдеқайда төмен болады. Бұл атау Хьюстон университетінің геофизика профессоры Леон Томсенге байланысты, ол бұл параметрлерді 1986 жылғы «Жұқа эластикалық анизотропия» атты мақаласында ұсынған.