Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Глубинное строение и кимберлитовыи магматизм в западной Якутии 11
1.1. Геолого-геофизические представления о строении литосферы и проявлениях кимберлитового магматизма 12
1.2. Геофизические модели коры и верхов мантии районов кимберлитовых полей 24
1.3. Основные направления глубинных сейсмических исследований 31
Глава 2. Свойства волнового поля и способы обработки данных 36
2.1. Системы сейсмических наблюдений 36
2.2. Оцифровка сейсмограмм 39
2.3. Волновое поле и его особенности 45
Волны в первых вступлениях 45
Отраженные волны 57
Поперечные волны 65
2.4. Построение сейсмических разрезов 72
Особенности численного решения прямой задачи 72
Численное моделирование скоростных неоднородностей в земной коре 77
Синтетическое волновое поле 85
Глава 3. Сеисмоплотностные модели земной коры кимберлитовых районов 91
3.1. Сейсмические модели земной коры 91
Мало-Ботуобинский район 91
Далдыно - Алакитский район 98
3.2. Сейсмоплотностные модели коры 104
3.3. Особенности глубинного распределения упругих характеристик 109
3.4. Оценка вещественного состава коры 113
Заключение 118
Литература
- Геофизические модели коры и верхов мантии районов кимберлитовых полей
- Основные направления глубинных сейсмических исследований
- Волновое поле и его особенности
- Особенности глубинного распределения упругих характеристик
Введение к работе
Объект исследования - земная кора Якутской алмазоносной провинции, на предмет обнаружения структурно-вещественных неоднородностей, как одних из критериев, определяющих закономерности размещения кимберлитовых полей.
Актуальность исследования
Обнаружение глубинных структур, сопутствующих проявлениям кимберлитового магматизма, остается в значительной степени дискуссионным. Существует ряд геолого-геофизических моделей литосферы Якутской кимберлитовой провинции, описывающих связь особенностей структуры коры с кимберлитовым магматизмом. Вместе с тем их использование для прогноза закономерностей размещения кимберлитовых полей не имело успеха. Применение глубинных геофизических методов для этих целей также пока нельзя считать успешным.
Малые размеры кимберлитовых полей (30-50 км в поперечнике), часто располагающихся в районах развития траппов, существенно усложняют решение проблемы, так как требуют выполнения особо детальных исследований. Применение для этой цели гравимагнитных, электромагнитных, сейсморазведочных данных и детальных геологических съемок не привело к однозначным результатам, по всей видимости, из-за малой глубинности исследований, ограниченных, как правило, осадочным чехлом, а при региональных (глубинных) построениях - из-за недостаточной разрешающей способности используемых геофизических методов.
Таким образом, актуальность исследования определяется необходимостью повышения детальности глубинных сейсмических исследований, заключающейся в обработке полученных ранее данных по современным методикам численного моделирования волнового поля.
Цель исследования
По данным глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) и двумерного численного моделирования волнового поля выделить локальные структурно-
вещественные неоднородности земной коры в районах кимберлитовых полей Западной Якутии и оценить ее вещественный состав по комплексу сейсмических и гравитационных данных.
Задача исследования
Установить связь особенностей волнового поля с распределением локальных скоростных и плотностных параметров земной коры, проявляющихся в районах кимберлитовых полей.
Поставленная задача решалась в несколько этапов:
Составление уточненных сейсмических моделей земной коры по трем профилям ГСЗ пересекающим Мало-Ботуобинский и Далдыно-Алакитский кимберлитовые районы на основе численного двумерного моделирования кинематики волн.
Определение закономерностей в изменении скорости продольных и поперечных волн, плотности, упругих модулей и коэффициента Пуассона в земной коре с использованием построенных сейсмических моделей.
Оценка вещественного состава коры по рассчитанным сейсмоплотностным характеристикам.
Фактический материал, методы исследования
Основой работы являлся экспериментальный материал ГСЗ (первичные данные, около 13000 сейсмических трасс, хранившиеся в аналоговой форме на магнитных носителях), полученные коллективами организаций: Якутским институтом геологических наук СО РАН, Ботуобинской геологоразведочной экспедицией АК АЛРОСА, Новосибирской опытно-методической вибросейсмической экспедицией (НОМВЭ СО РАН СССР) и Объединенным институтом геологии, геофизики и минералогии (ОИГТиМ СО РАН СССР) в период 1981-1986 гг.
Теоретической основой решения поставленной задачи являются метод дискретной корреляции опорных волн (Дузырев и др., 1978) и лучевая теория распространения сейсмических волн в неоднородной изотропной среде. В работе использованы: - времена вступлений опорных Р- и S-волн;
данные, полученные в результате численного сейсмического моделирования;
данные гравитационного моделирования, согласованного с полученными сейсмическими разрезами;
лабораторные измерения плотности и коэффициента Пуассона на образцах горных пород (около 750 определений) {Баюк и др., 1988; Christencen, 1996).
Основной метод исследования - численное решение прямой кинематической задачи сеисмики в двумерно-неоднородной среде {Cerveny et al, 1977), реализованное в программе Ray 84РС, составленной в Геологическом институте Копенгагенского университета (Н. Thybo and J. Lauetgert). Достоверность теоретических расчетов подтверждается малым различием полученных значений с наблюденными временами пробега и объемом использованных данных (около 6000 времен вступлений опорных волн ГСЗ, полученных в 1981, 1983 гг. в Мало-Ботуобинском и 1986 г. в Далдыно-Алакитском районах).
Достоверность сейсмических разрезов подтверждается результатами гравитационного моделирования при соотношении скорость-плотность, близкому к данным по другим платформенным областям.
Защищаемые научные результаты:
В слоях консолидированной коры Якутской кимберлитовой провинции нарастание скорости с глубиной не превышает 1-2%. Это обуславливает скачки скорости на сейсмических границах до 3-7%, необходимые для согласования со значением скорости во всей толще коры, определяемой по данным отраженной волны от Мохо.
В земной коре районов кимберлитовых полей выделены локальные скоростные неоднородности, распределенные по глубине вплоть до раздела Мохо. Они рассматриваются в качестве сейсмических критериев для прогнозирования участков поиска кимберлитов.
Использование данных о распределении скорости продольных волн, коэффициента Пуассона и плотности (по гравитационным данным)
значительно сужает неоднозначность оценки вещественного состава земной
коры и указывает на отсутствие в ней значительных объемов мафических
гранатовых гранулитов.
Научная новизна. Личный вклад;
. Проведена интерпретация составленных скоростных двумерных моделей земной коры и оценена их достоверность, на основе анализа волновой картины, выбора модели первого приближения и использовании результатов численного моделирования в сейсмогеологических условиях Якутской кимберлитовой провинции:
оцифрованы сейсмограммы ГСЗ по материалам полевых работ в Мало-Ботуобинском (р. Олгуйдах - г. Мирный - г. Ленек, 1981 г.; п. Тас-Юрях - п. Алмазный - п. Малыкай, 1983 г.) и Далдыно-Алакитском (р. Моркока - г. Полярный - р. Муна, 1986 г.) районах. Составлен банк данных, представленный массивами цифровых шестиканальных сейсмограмм (седьмой канал марки времени) с соответствующим паспортом. Данные визуализированы монтажами, составленными из одноканальных трасс;
основываясь на сопоставления наблюденных данных и результатов численного лучевого моделирования особенностей волнового поля выделен ряд локальных скоростных аномалий в земной коре, проявляющихся в районах кимберлитовых полей; различие между наблюденными и теоретическими временами пробега волн не превышает для продольных волн 0,08 с, для поперечных волн 0,2 с;
по результатам численного моделирования построены сейсмические модели земной коры Мало-Ботуобинского и Далдыно-Алакитского районов; установлено, что земная кора представляет собой слоисто-блоковую модель с малым нарастанием скорости с глубиной в пределах слоев и заметными перепадами скорости на сейсмических границах;
анализ сейсмических моделей земной коры в районах кимберлитовых полей позволил выделить локальные (с поперечным размером 30-60
км) аномалии пониженной скорости в верхах и повышенной в низах коры.
Установлена региональная линейная корреляция скорости продольных волн и плотности, по материалам гравитационного моделирования сейсмического разреза, выполненного А.В. Манаковым. При практически постоянном коэффициенте Пуассона, рассчитанные изменения модулей сжатия и сдвига в коре более контрастно характеризуют обнаруженные аномалии скорости.
Доказано отсутствие в коре значительных объемов пород высокой степени метаморфизма типа мафических гранатовых гранулитов на основе сопоставления геофизических данных с лабораторными измерениями на образцах горных пород. Наиболее представительными для всей коры региона могут быть породы близкие к гранат-дистеновому гранулиту.
Практическое значение
Обнаруженные в земной коре кимберлитовых районов локальные аномалии скорости могут быть использованы при прогнозе участков, перспективных на поиск проявлений кимберлитового магматизма в Западной Якутии.
Сейсмические параметры земной коры наиболее стабильной части Сибирской платформы могут использоваться для сравнения с данными, полученными в сейсмоактивных областях, с целью выделения и изучения характеристик, связанных с современными геодинамическими процессами.
Предложенная схема интерпретации данных ГСЗ дает возможность получения дополнительной, более детальной информации без значительных материальных затрат, кроме того, оцифрованные данные важны для проведения последующих сейсмических исследований.
Публикации и апробация работы
Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались: на ежегодной международной научно-практической конференции «Студент и научно-технический прогресс» (присужден диплом первой степени). (Новосибирск, 1999 г.), на международном симпозиуме
«Deep seismic profiling of the continents and their Margins» (Ульвик, Норвегия, 2000 г.), на международной геофизической конференции «Сейсмология в Сибири на рубеже тысячелетий» (Новосибирск, 2000 г.), на геофизической конференции «Проблемы региональной геофизики» (Новосибирск, 2001 г.), на конференции посвященной 90-летию со дня рождения академика А.Л. Яншина «Фундаментальные проблемы геологии и тектоники Северной Евразии», на конференции «Проблемы региональной геофизики» (Новосибирск, 2001 г.), на международной конференции «Проблемы сейсмологии Ш-го тысячелетия» (Новосибирск, 2003 г.), на международном совещании «AGU 2002 Fall Meeting Moscone» (Сан-Франциско, Калифорния, 2003 г.), на совещании (Алмазы-50) «Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее» (Санкт-Петербург, 2004 г.), на международной научной конференции посвященной 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева «Сейсмические исследования земной коры» (Новосибирск, 2004 г.), на международном симпозиуме, посвященном 70-летию академика Н.В. Соболева «Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений» (Новосибирск, 2005 г.).
По теме диссертации опубликовано 12 работ, из которых 2 статьи в рецензируемых журналах, 7 - материалы российских и международных конференций, симпозиумов, совещаний, 3 - тезисы в трудах российских конференций.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения с общим объемом 128 страниц, содержит 43 рисунка. Список литературы включает 84 наименования.
Диссертация выполнена в Лаборатории глубинных сейсмических исследований и региональной сейсмичности Института геофизики СО РАН.
Благодарности
За участие в формировании научных взглядов, руководство в проведении исследовательской работы, всестороннюю поддержку и
постоянное внимание автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору В. Д. Суворову.
Построение сейсмоплотностных моделей было бы вряд ли возможно без сотрудничества с А.В. Манаковым (ЯНИГП АЛРОСА, г. Мирный).
Автор благодарит сотрудников Геологического института при Копенгагенском университете и Институт Геофизики Польской Академии Наук за консультации, помощь при освоении программ и за сердечный прием в 2001,2002 и 2003 годах.
За поддержку, сотрудничество и обсуждение различных вопросов автор выражает благодарность коллективу Лаборатории глубинных сейсмических исследований и региональной сейсмичности института геофизики СО РАН.
Автор благодарит директора Геофизической службы СО РАН д.г.-м.н B.C. Селезнева за помощь при оформлении данной работы, неформальный подход к тексту диссертации и ряд высказанных ценных замечаний.
Также автор выражает искреннюю признательность В.И. Самойловой за методические рекомендации и консультации при подготовке диссертации.
Геофизические модели коры и верхов мантии районов кимберлитовых полей
Для решения проблемы прогноза размещения кимберлитовых полей выполнены значительные объемы региональных, средне- и крупномасштабных геолого-геофизических работ. Региональные работы в основном проводились с целью обнаружения крупных структурных особенностей по поверхности мантии и горизонтам консолидированной коры. На начальных этапах такие исследования обычно выполнялись в районах кимберлитовых полей, как эталонных участках. Были проведены наблюдения методами гравиметрии, магнитометрии, магнитотеллурических и глубинных сейсмических зондирований (МТЗ, ГСЗ), отличающихся потенциально высокой разрешающей способностью.
Общей задачей была разработка принципов и методик прогнозирования месторождений алмазов и научно обоснованного комплекса поисковых критериев. С внедрением компьютерных технологий обработки геолого-геофизических материалов резко возросли объемы вовлекаемой в интегрированный анализ информации. Появилась возможность систематизации накопленных и вновь получаемых данных и оперативной их переинтерпретации на основе различных подходов.
Геофизические критерии основываются на поведении физических полей, отражающих аномальные особенности среды, возникшие в процессе вещественных или структурных преобразований, а также на особенностях сходства и различия между геофизическими характеристиками алмазоносных и непродуктивных кимберлитовых полей.
По геологическим данным и результатам интерпретации средне и мелкомасштабных геофизических полей были сформулированы структурные критерии. Так было замечено, что основная масса кимберлитовых полей сформировалась в пределах наиболее раздробленных зон фундамента, которые выделяются разнополярными полосовыми Ag и ДТ аномалиями {Трофимов, 1980; Мокшанцев и др., 1976).
Вопрос отражения кимберлитовых полей в данных грави- и магниторазведки, давно интересовал исследователей, однако такой анализ ограничивался сопоставлением кимберлитовых полей с наблюденными геофизическими полями, которые, как известно, содержат суммарную информацию о геологическом разрезе, а информация о деталях разреза часто незаметна из-за влияния более интенсивных помех иной природы, чем кимберлиты. Так, в геофизических полях Западной Якутии в первую очередь находят отражение линейно-вытянутые или изометрические геоструктурные области, имеющие косвенное отношение к проявлениям кимберлитового магматизма.
Благодаря введению новых технологий, на эталонных объектах, Мирнинского кимберлитового поля, появилась возможность проверить сделанные ранее предположения, о том что кимберлитовые поля находят свое отражение в результатах средне- и маломасштабных геофизических съемках в виде аномалий определенного типа. Локальные гравитационные аномалии над кимберлитовыми полями представляются минимумами силы тяжести интенсивностью 1-2 мГл, и в их пределах располагается преобладающее число кимберлитовых трубок (Духовский и др., 1986; Манаков и др., 2000).
В локальном магнитном поле картина более сложная. Здесь на фоне отрицательных значений аномалий до 0,6 мЭ, кимберлитовые поля сопровождаются слабым повышением значений до 0,2 мЭ. Единой аномалии над кимберлитовым полем не отмечается. В качестве дополнительных аномальных признаков могут рассматриваться модули градиентов локальных аномалий. Для районов кимберлитовых полей отмечается преобладание низких значений градиента локальных аномалий 0,2м Гл/км, 0.2 мЭ/км {Романов, 1998). При этом в область низких значений гравитационного градиента попадают почти все кимберлитовые трубки. Поле магнитного градиента отличается наличием общего фона практически нулевых значений градиента с небольшим повышением значений в местах скопления кимберлитовых трубок.
Таким образом, гравиметрические и магнитные наблюдения позволяют получить дополнительные данные для районирования территории по степени перспективности на коренную алмазоносность и проводить прогнозную оценку площадей. Нельзя отрицать и тот факт, что эти виды исследования являются наиболее доступными среди других геофизических методов. Их большим преимуществом перед более громоздкими геофизическими методами является относительно невысокие затраты при проведении полевых работ. Однако при критическом отношении следует заметить, что приведенная система признаков, возможно необходима, но, по всей видимости, недостаточна. Аномалии, хорошо показавшие себя на эталонном объекте слишком невелики и неоднозначны, чтобы их можно было уверенно использовать для выделения новых перспективных площадей. Таких аномалий много и за пределами известных полей, а критерии разбраковки неизвестны. Вероятным решением этой проблемы является увеличение количества используемых аномальных признаков для однозначного выделения прогнозируемых площадей.
Основные направления глубинных сейсмических исследований
Представляется естественным, что при изучении связи особенностей глубинного строения земной коры и верхов мантии с проявлениями кимберлитового магматизма особая роль предназначается геофизическим методам и в частности глубинному сейсмическому зондированию (ГСЗ), как эффективному инструменту изучения глубинных недр. Перед ГСЗ можно поставить две основные задачи, различающиеся масштабом исследования. Первая заключается в поисках признаков отличающих кимберлитовую провинцию в целом от сопредельных территорий. В настоящее время это связывается с повышенной мощностью литосферы до 250-300 км, имеющей областями, так называемый «литосферный киль» (Groves et al, 1987; Griffin et al, 1999; Манаков и др., 1999; Shirey et al, 2003). Здесь возможности ГСЗ ограничены необходимостью производить взрывы большой мощности, обеспечивающие прослеживание волн на расстояниях более 1000 км. Вместе с тем, имеющиеся данные по профилю ГСЗ «Кратон» (Березово-Усть-Мая) пересекающему кимберлитовую провинцию, полученные с применением ядерных взрывов, показывают присутствие в верхней мантии нескольких слоев с пониженной скоростью и отсутствие признаков отчетливой корреляции распределения скорости с тепловым потоком. Это означает, что модель жесткой литосферы с мощностью обратно пропорциональной тепловому потоку не подходит для Сибирской платформы (Егоркин и др., 1991; Pavlenkova, 1995; Nielsen et al, 1999).
Для обычной методики ГСЗ, с расстояниями взрыв-прием около 400-450 км, глубинность исследований, как правило, ограничивается уровнем залегания поверхности Мохо (40-50 км). В таком случае задачей является изучение земной коры, области перехода кора-мантия и верхов мантии на глубину 10-15 км. В нашем случае актуальным является выделение локальных аномалий в земной коре, характерных для района кимберлотовых полей. Изучение распределения сейсмических характеристик коры совместно с петрологическими данным позволит составить петрофизическую модель земной коры, типичную для кимберлитовых районов.
Учитывая трудности обнаружения признаков кимберлитовых полей в геофизических полях и неоднозначность интерпретации при попытках выделения соответствующих аномалий, главное условие при обработке данных ГСЗ заключается в повышении детальности изучения свойств земной коры. Решение такой задачи представляется реальным, поскольку при предыдущей обработке (Суворов, 1993) уже были замечены некоторые аномалии времен пробега волн, которые в силу ограниченности возможностей ручной обработки не нашли соответствующего отображения в построенных моделях. Были лишь получены сведения о крупномасштабных, региональных характеристиках земной коры, что является недостаточным для решения задач локального прогнозирования на уровне кимберлитовых полей.
В таком виде исследований наибольший интерес представляет изучение строения земной коры в районах непосредственного расположения кимберлитовых полей как эталонных объектов. Целью является детальный анализ волновой картины и построение сейсмических разрезов с наиболее возможной детальностью, обеспечивающей надежное выделение локальных аномалий соответствующих имеющейся плотности наблюдений. Такая задача может быть решена при использовании цифровых данных и современных методов численного моделирования волновых полей в двумерных средах. Для этого необходима оцифровка имеющихся данных, хранящихся в аналоговом виде на магнитной ленте.
Таким образом, в данной работе предпринята попытка детализировать строение земной коры в районах кимберлитовых полей путем обработки предварительно оцифрованных данных ГСЗ с целью поиска аномальных особенностей, которые могут иметь отношение к глубинным проявлениям кимберлитового магматизма.
Непосредственным объектом изучения являются районы Мирнинского и Далдыно-Алакитского кимберлитовых полей. В первом имеются два профиля ГСЗ и один во втором (рис. 1.2). Возможность решения такой задачи обосновывается применением современных технологий численного лучевого моделирования волнового поля в двумерной среде. Поставленная задача решается в несколько этапов: 1. Оцифровка аналоговых сейсмограмм и составление их монтажей, обеспечивающих проведение детального анализа волновой картины. 2. Изучение рельефа опорных сейсмических границ (поверхности фундамента, раздела Мохоровичича, внутрикоровых границ). 4. Локализация скоростных аномалий в земной коре.
Волновое поле и его особенности
В Якутской кимберлитовой провинции опорными преломляющими границами, волны от которых регистрируются в первых вступлениях, являются кровля (поверхность кристаллического фундамента Ф) и подошва (раздел М) консолидированной коры. В последующих вступлениях наблюдаются отраженные волны от внутрикоровой границы и раздела Мохо.
Ниже рассмотрены типичные свойства опорных волн и их взаимоотношение, проиллюстрированное монтажами сейсмограмм и системами наблюденных годографов. Каждая трасса на монтаже нормирована на значение максимальной амплитуды, поэтому возможно анализировать только относительные их изменения.
Волны в первых вступлениях
Выделение и корреляция волн в первых вступлениях до удалений 100-180 км вследствие высокого уровня сигнал/помеха не вызывают особых затруднений. Колебания характеризуются, как правило, высокой интенсивностью и при малом фоне случайных помех достаточно выразительны.
Исследуемый материал представлялся и ранее в монографии {Суворов, 1993), в публикациях (Уаров, 1981; Суворов и др., 1983; Суворов и др., 1987; Селезнев и др., 1987; Суворов и др., 1992; Крылов и др., 1993), а также в отчетных материалах полевых экспедиций. В данной работе этот материал приведен в единый цифровой формат, что позволяет представлять и использовать его в новом качестве, в частности, в виде монтажей сейсмограмм.
Типичная для района Мирнинского кимберлитового поля волновая картина иллюстрируется монтажом сейсмограмм, полученных из ПВ 2 в интервале расстояний от источника 10-231 км (рис. 2.5). Как видно, первые вступления волн характеризуются высоким соотношением сигнал/помеха и их корреляция вполне надежная. Столь высокое качество свойственно большинству сейсмограмм, и лишь при наличии повышенного фона случайных помех выделение этих колебаний может быть затруднено. Отчетливо видно, что волна с кажущейся скоростью (VK), близкой к 6,3 км/с (отмечена как Pg), прослеживается в первых вступлениях на расстоянии 20-110 км от источника возбуждения. Далее скорость скачком возрастает до 6,4-6,5 км/с (отмечена как Pi), сохраняет постоянные значения до 180-190 км, где резко увеличивается до 8,7 км/с (волна Рп). Раннее, в российской литературе использовались обозначения волн с данными кинематическими и динамическими характеристиками Рпрф Р0 Р01 , Р м соответственно. В данной работе использованы обозначения волн соответствующие современным международным правилами. Встречный годограф из ПВ 5 (рис. 2.6) показывает примерно такую же картину, когда волна Pg, с кажущейся скоростью около 6,3 км/с, прослежена до расстояний от источника в 100 км. Здесь, на некоторых трассах ее интенсивность не очень велика и далее она сменяется волной Pt с кажущейся скоростью около 6,5 км/с. Начиная с расстояний около 200 км в первые вступления выходит волна Рп с такой же высокой скоростью около 8,7 км/с как и на прямом годографе (рис. 2.6). Близкая волновая картина по волне Pg наблюдается и из ПВ 2 на профиле п. Тас - Юрях - п. Алмазный - п. Малыкай, который пересекает маршрут р. Олгуйдах - г. Мирный - г. Ленек в 30 км к югу от г. Мирный (рис. 2.1). Эта волна на большей части профиля имеет кажущуюся скорость 6,2-6,3 км/с (рис. 2.7). Она прослеживается на большом протяжении вплоть до выхода в первые вступления волны Рп с кажущейся скоростью около 8.5 км/с как на прямых, так и на встречных годографах (рис. 2.8). Волна Vi с кажущейся скоростью 6,5-6,6 км/с в первых вступлениях на этом профиле не регистрируется.
На рис. 2.9 представлены годографы волны Pg по профилю р. Олгуйдах - г. Мирный - г. Ленек. Следует отметить, что выделение и корреляция опорных волн, по сравнению с ранее выполненными работами не изменялась, были введены только отдельные поправки во времена пробега.
Выход волны Pg в первые вступления с кажущейся скоростью 6,2-6,3 км/с происходит на удалениях от источника 30-50 км. На меньших расстояниях первой регистрируется волна с VK 5,6 КМ/С ОТ границы в осадочном чехле, соответствующей, по-видимому, кровле кембрийских отложений. Западная часть профиля характеризуется постоянным значением кажущейся скорости около 6,2 км/с и лишь на локальных участках профиля 120-160 км и 230-260 км наблюдается ее увеличение до 6,3-6,35 км/с. В центральной части профиля, как и восточной, значение VK опять уменьшается до 6,2 км/с.
Волна Pj значительно отличается от Pg повышенной кажущейся скоростью 6,5-6,6 км/с. Она прослеживается в первых вступлениях на расстояниях от источника возбуждений свыше 100 км только на первой половине профиля. Во второй части профиля она прослежена только во вторых вступлениях на тех же расстояниях взрыв-прием, что менее надежно.
Области прослеживания и природа волн, регистрирующихся в первых вступлениях, определяются в результате анализа свойств наблюденных годографов, их взаимного расположения и проверяется численным моделированием в двумерных моделях. Эти данные свидетельствуют о том, что волну Pg можно отнести к преломленной на поверхности кристаллического фундамента. Для изучения ее природы использовались также сведения о глубине залегания фундамента по скважинам. Волна Pj на удаленных ветвях годографов соответствует преломленной волне от границы, залегающей в толще фундамента. Ближние части годографов могут соответствовать докритической отраженной волне от этой границы. Однако это требует дополнительных исследований на более плотных системах наблюдений. Наиболее отчетливо определяется преломленная волна на поверхности Мохо, отличающаяся повышенной скоростью до 8,2-8,7 км/с.
Особенности глубинного распределения упругих характеристик
Следует заметить, что глубина залегания внутрикоровой границы была рассчитана при постоянной скорости 6,4 км/с в покрывающей толще. Ранее предполагалось также, что различие кажущейся скорости волны РсР на прямых и встречных годографах (отмечено выше, см. рис. 2.15) обусловлено наклоном этой границы. При этом, отнесение точек отражения к центру расстояния взрыв-прием, хотя и с поправкой за наклон границы, привело к повышенному разбросу глубин и, вообще говоря, к довольно сложному рельефу, в котором лишь в региональном приближении можно было увидеть наклон {Суворов, 1988).
По годографу волны отраженной от внутрикоровой границы видно, что он имеет достаточно сложную форму, отличную от простой гиперболы, (рис. 2.26). Привести в соответствие наблюденные и теоретические времена пробега удалось путем уточнение параметров разреза нижней части коры путем скачкообразного подъема границы и аномалии повышенной скорости в нижней части коры под приподнятым крылом флексуры. При этом далекие закритические отражения РсР от опущенной границы проходят через такую аномалию, что увеличивает кажущуюся скорость на встречных годографах. На рисунке 2.266 видно, что это позволило добиться не только хорошего соответствия для волны РсР, но и для волн отраженной и преломленной от поверхности Мохо.
По поперечным волнам, так же как и по продольным, для уточнения модели среды проводилось решение прямой кинематической задачи. В качестве первого приближения был принят разрез по продольным волнам, в котором значения скоростей были уменьшены в 1,73 раза. При фиксированном положении сейсмических границ, значения скорости изменялись для уменьшения невязки между наблюденными и рассчитанными значениями времен пробега волн. Такие изменения проводились в соответствии со скоростными неоднородностями, выделенными по продольным волнам.
На рис. 2.27а, б, в представлены графики невязок между наблюденными и рассчитанными временами пробега для всех продольных волн. Общаяминимальная величина среднеквадратического отклонения для этой величины для продольных волн равна 0,05 с. Эта величина кажется, на первый взгляд слишком заниженной, поскольку при разреженной плотности расстановки регистраторов точность дискретной корреляции и определения времени пробега волны оценивается значительно большей величиной до 0.1 с {Методика и аппаратура..., 1978). Стремление подобрать разрез с минимально возможной величиной невязок времени вытекает из условия однозначности решения обратной кинематической задачи. При значительной величине невязок времен можно подобрать различные разрезы земной коры, удовлетворяющие одним и тем же наблюденным данным. Чем больше невязки времен, тем такая возможность выше. В частности примеры, приведенные выше, показывают высокую чувствительность времен пробега волн в условиях слоисто-неоднородного двумерного разреза коры к локальным аномалиям скорости. Решение задачи в данном случае заметно облегчилось высоким качеством стартовых сейсмических разрезов. Невязки между наблюденными и теоретическими значениями времен пробега для поперечных волн, не превышают, как правило, ± 0,2 с при среднеквадратическом значении 0,16 с для всех типов волн (рис. 2.27 г). При этом погрешность определения скорости продольных и поперечных волн осредненных в пределах достаточно крупных блоков земной коры можно оценить величиной ± 0.05 км/с.
Синтетическое волновое поле
Важное место в численном моделировании занимает и расчет синтетических сейсмограмм. Это позволяет проверить соответствие предлагаемой модели среды (разреза) особенностям волновой картины. К примеру, в синтетическом волновом поле могут появиться волны, которых нет на реальных сейсмограммах, или с точностью наоборот. Кроме того, характер изменения интенсивности волн с расстоянием взрыв-прием позволяет оценить правильность задания градиентов скорости в слоях. Форма сигнала моделируется несколькими видами функции источника. Для лучевого метода можно использовать любой из них, поскольку не учитывается возможное изменение частотного состава колебаний.
Главная трудность более детального анализа динамических особенностей регистрирующихся волн заключается в невозможности учесть эффекты, связанные с условиями установки сейсмоприемников и изменений поверхностных сейсмогеологических условий. Именно поэтому приходится использовать нормировку сейсмических записей на максимальную амплитуду в трассе. В результате можно обсуждать только относительные изменения амплитуд волн.
Моделирование свойств волнового поля проиллюстрируем на некоторых конкретных примерах. На рис. 2.28 представлены результаты таких расчетов в интервале удалений взрыв-прием 10-400 км для ПВ 1 на профиле р. Олгуйдах - г. Мирный - г. Ленек. Рис. 2.28а иллюстрирует синтетический монтаж сейсмограмм, где хорошо видны основные типы волн, выделенные на реальном монтаже (рис. 2.286), по которым определены параметры сейсмического разреза, и амплитудные соотношения этих волн. Заметим, что здесь показаны только преломленные волны и закритические отражения. Хорошо видно, что амплитуды волны, преломленной на границе Мохо, значительно меньше, чем у закритических отражений РсР, как и по наблюденным данным. Начиная с 250 км от источника, она регистрируется в протяженной области интерференции с отраженной волной от Мохо РтР. Повышенными значениями амплитуды в сравнении с волной Pg в первых вступлениях характеризуется и закритическая отраженная волна от границы Мохо (РтР). Общее поведение амплитудных соотношений в зависимости от расстояния взрыв-прием свидетельствует о непротиворечивости модельных и представленных на разрезе градиентов изменения скорости.
