I.
Со времени опубликования основополагающей работы Рэлея (Lord Rayleigh, 1877), в которой он теоретически предсказал существование волновых мод, сосредоточенных в окрестности свободной границы однородного упругого полупространства, в вопросе о распространении поверхностных волн различной природы накоплено большое количество теоретического и экспериментального материала. Необходимость проникнуть в суть волновых явлений такого рода была продиктована их важностью как при описании естественных явлений (например, при землетрясениях), так и в практических приложениях (к примеру, при зондировании земной коры с целью последующей добычи полезных ископаемых, или при ультразвуковом тестировании промышленных материалов). Открытие Рэлея вдохновило на поиск аналогичных явлений в других механических системах. Важным наблюдением Стоунли (Stoneley 1924), было то, что похожие поверхностные волновые колебания могут иметь место и вдоль контакта между двумя упругими полупространствами. В частном случае на границе однородных жидкости и упругой среды теорию распространения волны Стоунли исследовал голландский сейсмолог Дж.Г. Шольте (J.G. Scholte) в 1940-х годах (Scholte J. G, 1942, Scholte J. G. 1947). В настоящее время волна Стоунли на границе жидкости и упругой среды называется волной Шольте.  В настоящее время поверхностные волны используются для решения разнообразных сейсмологических, сейсмических и инженерных задач. Частота используемого сигнала определяет возможные объекты исследований, так как поверхностные волны с разной длиной волны проникают на различные глубины. Для исследования земной коры и верхней мантии используют частоты 0.003 – 0.1 Гц, глубина проникновения в среду составляет до нескольких сотен километров; для исследования осадочных чехлов используют частоты 0.1 – 5 Гц (глубина проникновения в среду — от нескольких сотен метров до нескольких километров), для исследования верхней части разреза (ВЧР) при решении задач сейсморазведки и инженерных задач — 10 – 50 Гц, при этом глубина исследования составляет до нескольких десятков метров. В последние годы все большую популярность набирают сейсмические методы, основанные на использовании поверхностных волн, в основном для оценки приповерхностного распределения скоростей поперечных волн (Vs). Основное преимущество методов поверхностных волн состоит в том, что они не требуют специальной техники сбора данных, поскольку они используют данные, содержащиеся в обычных (P-волновых) сейсмических записях. Методы основаны на анализе дисперсионных свойств поверхностных волн, т.е. зависимости скорости распространения различных спектральных составляющих волн от их частоты. Эта зависимость тесно связано с вертикальным распределением Vs в геологической среде. Таким образом, оценки скоростей поперечных волн могут быть получены путем анализа дисперсионных соотношений, полученных из поверхностных волн, содержащихся в сейсмических записях P-волн. Различные модификации этого метода успешно использовались для оценки Vs в различных исследованиях (Gabriels et al. 1987; Barrows et al. 1988; Nazarian and Stokoe 1988; Rix et al. 1988; Jongmans and Demanet 1992; Al-Eqabi and Herrmann 1993; Chávez-García et al. 1995; Gitterman et al. 1996; Abraham et al. 1998, доклад, представленный на 4-м ежегодном международном собрании EEGS, в Барселоне; Bitri et al. 1998, доклад, представленный на 4-м ежегодном международном совещании EEGS, Барселона; Haegeman and Van Impe 1999; Shtivelman 1999).  Ранее для изучения верхней части разреза использовались методы отражённых и преломленных продольных и поперечных волн. Достоинства и ограничения этих методов описаны в других источниках и хорошо известны. В частности, в некоторых случаях съемки поперечных волн, требующие специальных методов сбора данных с использованием горизонтально ориентированных приемников, могут оказаться проблематичными и недостаточно эффективными для получения данных поперечных волн хорошего качества, необходимых для надежных оценок Vs. Проблема особенно серьезна в морской среде, поскольку поперечные волны не распространяются в воде. Дополнительная проблема может возникнуть, когда неглубокие подводные слои состоят из относительно мягкого грунта.  В этом случае отсутствие резких контрастов скоростей в водонасыщенных породах может препятствовать использованию съемок преломления продольных волн для оценки Vp ниже морского дна. Сейсмические исследования поверхностных волн играют важную роль в исследованиях верхней части разреза, проводимых для различных целей, как на суше, так и на море. Скорости продольных и поперечных волн, Vp и Vs соответственно, полученные в результате сейсмических исследований, могут предоставить информацию о структуре и свойствах верхней части разреза (Boiero et al, 2013). Лабораторные исследования выявили эмпирическую связь между прочностью на сдвиг (Gmax) и скоростью распространения поперечной волны (Vs) в осадке (Ayres and Theilen, 1999). Таким образом, пространственное изменение прочности на сдвиг можно обнаружить путем дистанционного измерения скоростей поперечных волн. Скорость поперечной волны является важным показателем литологии, потому что она часто изменяется в 10 раз в пределах первых 50 м морских отложений, тогда как скорости продольных волн обычно меняются менее чем в два раза (Hamilton, 1976).  Данные о скоростях поперечных волн Vs и максимальной прочности на сдвиг могут быть получены с помощью лабораторных или сейсмических исследований на месте. Лабораторные испытания требуют очень качественных, нетронутых образцов, что часто является сложной и дорогостоящей задачей в морских условиях. Кроме того, лабораторные тесты измеряют Gmax только в отдельных местах отбора проб, которые могут не быть репрезентативными для всего профиля почвы. В отличие от лабораторных испытаний, сейсмические исследования на месте не требуют невозмущенного отбора проб; они поддерживают напряжения на месте во время испытаний и измеряют объемную реакцию большого объема грунта. Измерение Vs в естественных условиях стало предпочтительным методом оценки свойств сдвига при малых деформациях и было включено в системы классификации объектов и уравнения прогнозирования движения грунта по всему миру (Michael L. et al 2020). Профили Vs и Gmax используют в различных областях, знания об изменении прочности на сдвиг с глубиной может быть использовано при планировании расположения морских ветряных электростанций или нефтяных вышек, проектировании мостов, причалов, эстакад, исследования окружающей среды и подземных вод, оценка сейсмического риска и т.д. В частности, сейсмические скорости могут иметь первостепенное значение для различных морских геотехнических изысканий, такие как строительство и расширение морских портов, планирование искусственных островов (Boiero et al, 2013).
Сейсмические исследования поверхностных волн (P-волн) используются для решения различных задач сейсморазведки и инженерных изысканий. Они позволяют оценить приповерхностное распределение скоростей поперечных волн (Vs) и пространственное изменение прочности на сдвиг (Gmax) в верхней части разреза.