The Earth has its own magnetic field (the geomagnetic field), which is confined by the action of the solar wind into a volume called the magnetosphere (see Chapter 5.03). This field is not steady, but varies with time due partly to the interaction with the solar wind, but more importantly by its own physical processes. Direct observation of such changes has been carried out only in the last few centuries, but with indirect measurements we can understand the field behavior millions of years back in time. In this extended time frame, there is evidence that the polarity of the magnetic field reversed frequently, and that the magnetic dipole axis in very ancient times was significantly displaced from the present rotational axis (the North and South geographic Poles). It is of considerable interest how such knowledge was acquired over several centuries. We will take a brief tour of the historical events that provided important steps in formulating our understanding of the geomagnetic field. In doing so, we have to rely solely on the written records, which is the reason why only the European and Chinese histories are referred. There are many works on this topic; among them, the important ones are Mitchell (1932–46), Harradon (1943–45), Needham (1962), and Yamamoto (2003). The English translations of Chinese literature below were taken from Needham (1962). Chinese sentences given together with English were taken from the Japanese translation of this book (Hashimoto et al., 1977). When we talk about the earliest recognition of the magnetism of the Earth, we should be careful to discriminate two separate issues; that is, the attractive force exerted by a magnet on iron, and the north- (or south-) seeking property of the magnet. The former can be taken as the forerunner to the science of magnetism, while the latter is the basis for appreciation of the magnetic field associated with the Earth. Our main interest is in the geomagnetic field, but it is necessary to look into magnets first.

In general usage, the term ‘earthquake’ describes a sudden shaking of the ground. Earth scientists, however, typically use the word ‘earthquake’ somewhat differently – to describe the ‘source’ of seismic waves, which is nearly always sudden shear slip on a fault within the Earth (see Figure 1). In this article, we follow the scientific usage of the term, and focus our review on how earthquakes are studied using the motion of the ground remote from the earthquake source itself, that is, by interpreting the same shaking that most people consider to be ‘the earthquake’. The field defined by the use of seismic waves to understand earthquakes is known as earthquake seismology. The nature of the earthquakes makes them intrinsically difficult to study. Different aspects of the earthquake process span a tremendous range in length scales – all the way from the size of individual mineral grains to the size of the largest plates. They span a tremendous range in timescales as well. The smallest micro-earthquakes rupture faults for only a small fractionof a second andthe durationof even the verylargest earthquakes can be measured in hundreds of seconds. Compare this with the length of strain accumulation in the earthquake cycle, which can be measured in decades, centuries, and even millenniums in regions of slow strain rate. The evolution of fault systems spans longer times still, since that can require the action of thousands of earthquakes. At different physical dimensions or temporal scales, different physical mechanisms may become important, or perhaps negligible. Earthquakes occur in geologically, and hence physically, complicated environments. The behavior of earthquakes has been held up as a type example of a complex natural system. The sudden transformation of faults from being locked, or perhaps slipping quasistatically, to slipping unstably at large slip speeds, as is nearly universally observed for earthquakes, also makes them a challenging physical system to understand. Despite these challenges, seismologists have made tremendous progress in understanding many aspects of earthquakes – elucidating their mechanisms based on the radiated seismic wavefield, determining where they occur and the deep structure of faults with great precision, documenting the frequency and the regularity (or irregularity) with which they occur (and recur) over the long-term, gaining insight into the ways in which they interact with one another, and so on. Yet, the obvious goal of short-term prediction of earthquakes, that is specifying the time, location, and size of future significant earthquakes on a timescale shorter than decades, remains elusive. Earthquakes are different in this sense from nearly all other deadly natural hazards such as hurricanes, floods, and tornadoes, and even volcanic eruptions, which to varying degrees are predictable over a timescale of hours to days. The worst earthquakes rank at the very top of known disasters. The deadliest known earthquake killed over half a million people in a matter of minutes.

Mineral physics involves the application of physics and chemistry techniques in order to understand and predict the fundamental behavior of Earth materials (e.g., Kieffer and Navrotsky, 1985), and hence provide solutions to large-scale problems in Earth and planetary sciences. Mineral physics, therefore, is relevant to all aspects of solid Earth sciences, from surface processes and environmental geochemistry to the deep Earth and the nature of the core. In this volume, however, we focus only on the geophysical applications of mineral physics (see also Ahrens (1995), Hemley (1998), and Poirier (2000)). These applications, however, are not just be constrained to understanding structure the Earth (see Volume 1) and its evolution (see Volume 9), but also will play a vital role in our understanding of the dynamics and evolution of other planets in our solar system (see Volume 10 and Oganov et al. (2005)). As a discipline, mineral physics as such has only been recognized for some 30 years or so, but in fact it can trace its origins back to the very foundations of solid Earth geophysics itself. Thus, for example, the work of Oldham (1906) and Gutenberg (1913), that defined the seismological characteristics of the core, led to the inference on the basis of materials physics that the outer core is liquid because of its inability to support the promulgation of shear waves. A landmark paper in the history of the application of mineral physics to the understanding of the solid Earth is the Density of the Earth by Williamson and Adams (1923). Here the elastic constants of various rock types were used to interpret the density profile as a function of depth within the Earth that had been inferred from seismic and gravitational data. Their work was marked by taking into account the gravitationally induced compression of material at depth within the Earth, which is described by the Williamson–Adams relation that explicitly links geophysical observables (g(r), the acceleration due to gravity as a function of radius, r, and the longitudinal and shear seismic wave velocities Vp and Vs).

Geophysics is the physics of the Earth, the science that studies the Earth by measuring the physical consequences of its presence and activity. It is a science of extraordinary breadth, requiring 10 volumes of this treatise for its description. Only a treatise can present a science with the breadth of geophysics if, in addition to completeness of the subject matter, it is intended to discuss the material in great depth. Thus, while there are many books on geophysics dealing with its many subdivisions, a single book cannot give more than an introductory flavor of each topic. At the other extreme, a single book can cover one aspect of geophysics in great detail, as is done in each of the volumes of  this treatise, but the treatise has the unique advantage of having been designed as an integrated series, an important feature of an interdisciplinary science such as geophysics. From the outset, the treatise was planned to cover each area of geophysics from the basics to the cutting edge so that the beginning student could learn the subject and the advanced researcher could have an up-to-date and thorough exposition of the state of the field. The planning of the contents of each volume was carried out with the active participation of the editors of all the volumes to insure that each subject area of the treatise benefited from the multitude of connections to other areas. Geophysics includes the study of the Earth’s fluid envelope and its near-space environment. However, in this treatise, the subject has been narrowed to the solid Earth. The Treatise on Geophysics discusses the atmosphere, ocean, and plasmasphere of the Earth only in connection with how these parts of the Earth affect the solid planet. While the realm of geophysics has here been narrowed to the solid Earth, it is broadened to include other planets of our solar system and the planets of other stars. Accordingly, the treatise includes a volume on the planets, although that volume deals mostly with the terrestrial planets of our own solar system. The gas and ice giant planets of the outer solar system and similar extra-solar planets are discussed in only one chapter of the treatise. Even the Treatise on Geophysics must be circumscribed to some extent. One could envision a future treatise on Planetary and Space Physics or a treatise on Atmospheric and Oceanic Physics. Geophysics is fundamentally an interdisciplinary endeavor, built on the foundations of physics, mathematics, geology, astronomy, and other disciplines. Its roots therefore go far back in history, but the science has blossomed only in the last century with the explosive increase in our ability to measure the properties of the Earth and the processes going on inside the Earth and on and above its surface. The technological advances of the last century in laboratory and field instrumentation, computing, and satellite-based remote sensing are largely responsible for the explosive growth of geophysics. In addition to the enhanced ability to make crucial measurements and collect and analyze enormous amounts of data, progress in geophysics was facilitated by the acceptance of the paradigm of plate tectonics and mantle convection in the 1960s. This new view of how the Earth works enabled an understanding of earthquakes, volcanoes, mountain building, indeed all of geology, at a fundamental level. The exploration of the planets and moons of our solar system, beginning with the Apollo missions to the Moon, has invigorated geophysics and further extended its purview beyond the Earth. Today geophysics is a vital and thriving enterprise involving many thousands of scientists throughout the world. The interdisciplinarity and global nature of geophysics identifies it as one of the great unifying endeavors of humanity. 

В 2006 году Технический комитет SEG по стандартам принял новую редакцию (2.1) формата файлов SPS.

Основные отличия состоят в: обязательном упоминании номера версии формата в заголовке изменении спецификаторов ряда полей R, S файлов и расположения колонок в них. Вместе с тем не следует ожидать быстрого перехода на новый формат в отечественных организациях, поэтому по умолчанию формируются файлы старого (1.0) формата.

Если руководство вашей компании до этого осуществляло 3D съемку, потребуется меньше обучения, проводимого  техническим персоналом (обычно геофизиками), которое необходимо до рекомендации 3D съемки. Руководство ознакомится с типами сбора данных, требованиями обработки и интерпретации, которые могут предъявляться к персоналу, работающему на 3D съемке. Могут быть заранее сложившиеся идеи по отношению к окончательным результатам, которые могут быть предоставлены на разных стадиях работ. Важно подчеркнуть, что успех или неудача при предыдущих опытах с 3D съемкой могут  необязательно повторяться в будущих программах. Значительные улучшения могут быть получены при изменении параметров проектирования, сбора данных и обработки. Наоборот, результаты могут быть хуже, чем ожидалось, если были выбраны неудачные параметры проектирования. 

Технология вибрационной сейсморазведки включает в себя ряд процедур, направленных на обеспечение качества излучения сейсмических сигналов вибрационными источниками. К ним относится и правильный выбор рабочего режима вибраторов, и контроль качества их работы. Единых нормативных документов, регламентирующих выполнение этих работ, не существует. Состав их и уровень требований определяет, как правило, заказчик работ, исходя из собственного опыта. 

Упругие волны, используемые при сейсмической разведке, создается преимущественно при помощи взрывов зарядов кон­денсированных взрывчатых веществ. При взрыве возникает мощный кратковременный единичный волновой импульс. Это облег­чает наблюдение за распространением в среде этого импульса и  различных волн, образующихся при его прохождении через гра­ницы и неоднородности среды. Накоплен значительный опыт преимущественного возбуждения заданного типа упругих коле­баний путем управления взрывом, который сохранил свое зна­чение в качестве основного способа возбуждения колебаний в толще пород, несмотря на появление иных способов, основанных на вибрации тяжелой плиты, ударе груза, электрическом разряде и других процессах.

Данные АК представляют прямое измерение скорости, с которой сейсмические волны распространяются в разрезе в зависимости от глубины. Сейсмические данные, с другой стороны, обеспечивают непрямое измерение скорости. Основываясь на этих двух типах информации, сейсморазведчик получает большое количество различных типов скоростей, таких как интервальная, кажущаяся, средняя, среднеквадратичная, мгновенная, фазовая, групповая, по ОГТ, суммирования и миграции. Однако, наиболее достоверная скорость, получается по сейсмическим данным. Это та, которая дает лучшую сумму. Если предположить, что разрез является сложным, скорость суммирования относится к скорости ОГТ, которая, в свою очередь, относится к среднеквадратичной скорости (ур. 3.4), из которой выводятся средняя и интервальная скорости. Интервальная скорость – это средняя скорость в интервале между двумя отражающими поверхностями.

Преобразование Фурье является фундаментальной составляющей анализа сейсмических данных и применяется почти на всех стадиях обработки. Данный временной ряд, такой как сейсмическая трасса, может быть полностью, однозначным образом описана в виде суммы ряда синусоид, каждая из которых характеризуется своей амплитудой, частотой и задержкой по фазе (относительным выравниванием). Этот процесс выполняется путем прямого преобразования Фурье. И наоборот, сейсмическая трасса может быть синтезирована при данных частотных составляющих. Этот процесс выполняется путем обратного преобразования Фурье. Краткое математическое исследование преобразования Фурье приводится в Приложении А. Алгоритмы обработки сейсмических данных часто могут быть описаны или реализованы в частотной области проще, чем во временной. В разделе 1.2 вводится одномерное (1-D) преобразование Фурье и рассматриваются некоторые свойства временного ряда во временной и в частотной областях. Многие методики обработки (одно- или многоканальной) включают операнд (сейсмическую трассу) и оператор (фильтр). Простое применение анализа Фурье состоит в разработке нуль-фазовых частотных фильтров, обычно в форме полосовой фильтрации. В результате 1.3 исследуются 40 выборок ОПВ, записанных в разных частях мира с различными типами источников и регистрирующей аппаратуры (Yilmaz и Cumro, 1983). Введены различные типы сейсмической энергии: отраженные волны, когерентные помехи, такие как кратные волны, боковые волны, поверхностные волны, случайные помехи окружающей среды. В разделе 1.4 приводится основная последовательность обработки данных и примеры полевых данных. В обработке данных имеются три основные стадии, каждая из которых направлена на улучшение сейсмической разрешающей способности, под которой подразумевается способность разделять два отражения, расположенные близко друг к другу.

1. Деконволюция выполняется по оси времен с целью повышения временной разрешающей способности путем сжатия основного импульса приблизительно до единичного и подавления реверберационных волн.

2. Суммирование сжимает размер выноса, тем самым, уменьшая объем сейсмических данных до плоскости сейсмического разреза с нулевым выносом и повышая отношение сигнал/помеха.

3. Миграция обычно выполняется на суммированном разрезе (который предполагается разрезом с нулевым выносом) с целью повышения разрешающей способности в горизонтальном направлении путем рассеивания (collapsing) преломленных волн и перемещения отражений от наклонных поверхностей в их истинные положения.

Вторичные процессы реализуются на определенных стадиях с целью улучшения рабочих характеристик деконволюции, суммирования и миграции. Когда когерентные помехи устраняются, например, с помощью пространственной фильтрации, можно улучшить деконволюцию и скоростной анализ. Коррекция остаточной статики также улучшает скоростной анализ и, следовательно, качество суммированного разреза.