Введение к работе
Актуальность проблемы
Сведения о глубинном строении земной коры и мантии необходимы для познания и объяснения тектонических процессов, происходящих в различных регионах Земли На их основе строятся геодинамические модели, которые позволяют объяснить и спрогнозировать дальнейшее развитие этих процессов Особый интерес в настоящее время вызывают внутрнконтинентальные регионы, тектоническая активность которых обусловлена процессами рифтогенеза и интенсивного горообразования К таким регионам относятся Байкальская рифтовая система и высокогорные сооружения на юге Сибири и Западной Монголии, исследованию строения мантии которых посвящена представляемая работа
Помимо перечисленных структур исследованиями охвачены южные окраины Сибирской платформы, области умеренного горообразования Забайкалья и Центральной Монголии, а также субплатформенные структуры Восточной Монголии и Северного Китая Все эти структуры различаются по степени их изученности различными геофизическими методами Исследования с применением полного комплекса геофизических методов проведены только на территории России Сведения о глубинном строении территории Монголии основаны, преимущественно, на исследованиях с использованием данных гравиметрии и сейсмологических методов, а также геотермальным методом Это методы поверхностно-волновой томографии, томографии по объемным волнам и метод функции приемника Причем исследования двумя последними методами выполнены только по двум профилям временных сейсмических станций, пересекающих территорию Монголии с севера на юг
Цель и задачи работы
Целью настоящей работы является изучение горизонтальных неоднородностей верхней мантии в пределах территорий Восточной Сибири, Монголии и Северного Китая по данным фазовых скоростей поверхностных волн на участках между парами цифровых сейсмических станций сетей IRIS, расположенных в Азии В рамках исследований были поставлены следующие задачи
-
Выбор и обработка записей поверхностных волн методом спектрально-временного анализа, конечной целью которой является вычисление времен запаздываний фаз этих волн на траекториях эпицентр-станция
-
Вычисление фазовых скоростей на участках между парами сейсмических станций Контроль их воспроизводимости
-
Построение карт распределения фазовых скоростей поверхностных волн в пределах области исследования с использованием метода поверхностно-волновой томографии, основанного на формализме Бэйкуса-Гильберта
-
Вычисление путем решения обратных задач скоростных разрезов поперечных волн (волн S), удовлетворяющих дисперсионным кривым межстанционных фазовых скоростей
-
Построение, с использованием метода поверхностно-волновой томографии, карт распределения скоростей поперечных волн S
Исходный материал
Исходными данными в работе служили записи поверхностных волн Рэлея от удаленных землетрясений на широкополосных цифровых сейсмических станциях сетей IRIS (каналы LHZ), расположенных в Азии Выбор землетрясений обуславливался качеством записей поверхностных волн (соотношением сигнал-шум) и положением их эпицентров Эпицентры выбранных для анализа землетрясений располагались в пределах бассейнов Атлантического, Индийского и Тихого океанов, вдоль западного побережья Северной Америки, на юго-востоке Африканского континента и в Средиземноморье на удалении 5000-15000 км от регистрирующих станций Критерием выбора используемых землетрясений было то, что их эпицентры располагались в створах с парами сейсмических станций Отклонение по азимуту от межстанционных профилей допускалось не более 5 Всего в работе использовано 69 землетрясений за период с 1994 по 2006 г с магнитудами не менее 6 0 Диапазон эпицентральных расстояний при этом составлял 5-15 тыс км, что позволяет осуществить вычисление дисперсионных кривых на периодах до 200-250 секунд, что соответствует глубинности метода 600-650 км
Научная новизна
В рамках поставленной задачи автором получены 198 дисперсионных кривых фазовых скоростей на участках сейсмических трасс между 46 парами регистрирующих станций Дисперсионные кривые, для каждой из пар станций, усреднялись, проводилась оценка погрешности При вычислении использовался метод спектрально-временного анализа (метод СВАН) Алгоритм и программа СВАН разработаны в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (МНТП РАН) под руководством проф А Л Левшина
Полученная выборка дисперсионных кривых использована для вычисления карт распределения фазовых скоростей основной моды волн Рэлея В результате было получено 14 карт для периодов колебаний 10-100 секунд с шагом по периоду 10 секунд и от 100 до 200 секунд с шагом 25 секунд Картирование осуществлялось с использованием метода двумерной томографии Алгоритм и компьютерная программа метода разработаны проф Санкт-Петербургского университета Т Б Яновской
В рамках задачи картирования скоростей поперечных волн для каждой из пар станций вычислялись скоростные разрезы этих волн, удовлетворяющие соответствующим дисперсионным кривым На основании полученных разрезов были вычислены и построены карты распределения
скоростей поперечных both, отражающие трехмерную скоростную структуру мантии Всего было получено 12 карт для глубин 50-600 км с шагом по глубине в 50 км Картирование скоростей осуществлялось также с использованием программы поверхностно-волновой томографии. Решение обратных задач выполнялось с использованием программы, разработанной в МИТП РАН под руководством проф А Л Левшина Автор программы к ф -ми ДЕ Локштанов
На основе карт распределения скоростей волн S построены двумерные скоростные разрезы для 5 профилей, пересекающих основные тектонические структуры Центральной Азии в различных направлениях
Практическая значимость
Получены новые сведения о характере дисперсии фазовых скоростей
волн Рэлея в Центральной Азии, которые могут быть включены в базу
данных для использования другими исследователями Результаты работы
позволили оценить наличие и распределение крупномасштабных
горизонтальных неоднородностей в мантии тектонических регионов,
находящихся в пределах области исследования, установить различие в
строении мантии между тектонически активными структурами,
платформенными и субшшформенными и регионами Результаты работы могут быть использованы при построении геодинамических модепей, объясняющих природу и развитие тектонических процессов в Центральной Азии
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались на XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2005 г), на 2-м Международном симпозиуме "Активный геофизический мониторинг лигосферы Земли" (Новосибирск, 2005 г), на Всероссийском совещании "Современная геодинамика и сейсмичность Центральной Азии фундаментальный и прикладной аспекты" (Иркутск, 2005 г,), на Международной конференции "Проблемы геокосмоса" (Санкт-Петербург, 2006 г), на XXII Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2007 г), Conference commemorating the 50th anniversary of the 1957 Gobi-Altay earthquake (Ulaanbaatar, 2007 r)
По теме диссертации опубликовано 9 работ
Защищаемые положения
На основе совместного анализа полученных в данной работе карт
распределения фазовых скоростей, скоростей волн S и двумерных
скоростных разрезов были сделаны следующие выводы
1 Мантия Центральной Азии характеризуется наличием
горизонтальных неоднородностей на всем диапазоне исследуемых
глубин
-
Наиболее контрастные по перепаду скоростей горизонтальные неоднородности наблюдаются в верхней мантии (на глубинах до ~ 400 км), что может быть связано с интенсивными глубинными процессами, получившими свое развитие на современном этапе геологической истории
-
Область перехода от верхней мантии к нижней (транзитная зона на глубине 410-600 км), как и верхние этажи нижней мантии, также характеризуются неоднородностью строения среды в горизонтальных направлениях Однако по перепаду скоростей горизонтальные неоднородности на этих глубинах являются менее контрастными, чем аналогичные включения в верхней мантии
-
Наличие низкоскоростных слоев и включений в мантии Центральной Азии на глубинах до 400 км, а также высокоскоростных включений в пределах транзитной зоны на востоке и юго-востоке области исследования может быть обусловлено совокупностью эндогенных процессов, проявившихся в мантии Центральной Азии, включая воздействие мантийных и глубинных плюмов
Структура и объем работы
