Введение к работе
з
Актуальность проблемы
Несмотря на значительные успехи геофизики в 20-21 веке, многие вопросы все еще остаются открытыми. .Одним из таких вопросов остается проблема динамики верхней мантии. Между тем именно движения в верхней мантии приводят к формированию и эволюции континентов, накоплению тектонических напряжений в земной коре, и, как следствие, - к возникновению землетрясений. Движения же мантии в значительной степени обуславливаются ее структурой - распределением латеральных неоднородностей упругих и реологических характеристик мантийного вещества, приводящих к тепловой и гравитационной конвекции. Исследования мантии проводятся в основном при использовании методов сейсмической томографии, однако такие методы неприменимы в асейсмичных зонах, таких, например, как Восточно-Европейская платформа, что связано как с недостаточным количеством или даже отсутствием сильных землетрясений, так и с тем, что в таких зонах количество сейсмостанций обычно мало. В то же время сведения о строении древних щитов и платформ необходимы для построения геодинамических теорий.
Для определения строения верхней мантии таких регионов представляется весьма перспективным появившийся и бурно развивающийся в последние годы за рубежом метод использования сейсмического шума в томографических исследованиях земной коры, поскольку он не привязан к землетрясениям. Получаемые с его помощью дисперсионные кривые скоростей поверхностных волн используются как исходные данные для поверхностно-волновой томографии. Возможность получения новых сведений о глубинном строении Восточно-Европейской платформы по имеющимся Данным о сейсмическом шуме представляется весьма актуальной, поскольку слабая сейсмичность в этом регионе имеет место, и при этом до сих пор остается открытым вопрос о вызывающих ее процессах.
Цель и задачи работы
Целью данной работы являлось создание пакета программ для построения дисперсионных кривых поверхностных волн по данным о сейсмическом шуме и получение с его помощью новых сведений о строении Восточно-Европейской платформы при использовании записей шума на станциях, расположенных на платформе и ее окраинах. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Обосновать возможность получения дисперсионной кривой поверхностной волны по корреляционной функции сейсмического шума на парах станций и оценить пределы применимости путем численного моделирования.
Создать пакет программ для определения корреляционной функции шума и построения по ней дисперсионных кривых; апробировать методику путем сравнения с результатами, полученными по данным землетрясений.
Создать базу данных, включающую в себя записи длиннопериодных каналов станций, расположенных на или в окрестности ВЕП, за одни и те же годы.
Построить дисперсионные кривые скоростей релеевских волн для трасс, пересекающих ВЕП.
По полученным дисперсионным кривым построить трехмерное распределение скоростей поперечных волн в верхней мантии региона методами поверхностно-волновой томографии.
Исходный материал
В качестве исходных данных использовались цифровые записи 22 сейсмических станций. Записи трех из них, расположенных в Азии, - BRVK ' (Казахстан), TLY (Россия) и BJT (Китай) - использовались для тестирования программы. Для изучения строения Восточно-Европейской платформы использовались записи станций как расположенных на ее территории - ARU, LVZ, OBN, KIV, PUL, MHV (Россия), KIEV (Украина), TRTE (Эстония), так и в
ее окрестностях - GNI (Армения), KEV (Финляндия), K.WP, SUW (Польша), MLR, TIRR (Румыния), PSZ (Венгрия), ААК (Киргизия), АВКТ (Туркмения), BRVK (Казахстан), KONO (Норвегия), SANT (Греция).
Научная новизна
Показано, что по записям сейсмического шума можно строить дисперсионные кривые поверхностных волн до периодов порядка 160 с, что дает возможность определять строение мантии до глубин 250-300 км. В зарубежных исследованиях этот метод использовался в основном для определения строения коры.
Построены дисперсионные кривые для 126 трасс, пересекающих ВЕП; по ним восстановлено трехмерное распределение скоростей поперечных волн в литосфере Восточно-Европейской платформы до глубин 300 км. На основании этих распределений сделаны выводы о латеральных неоднородностях строения верхней мантии в этих районах.
Показано, что под всей исследованной территорией происходит понижение скоростей поперечных волн на глубинах от 150-200 км (щиты) до 250-300 км (платформа).
Выявлена низкоскоростная аномалия под центром Днепровско-Донецкого авлакогена, могущая являться реликтом плюмообразной структуры и, следовательно, отражать существование рифта в древние эпохи.
Выявлена зависимость интенсивности и частотного состава источников шума от их географического местоположения.
Практическая значимость 1. Разработанная методика позволяет по записям шума получать
информацию о строении глубинных структур Земли, причем детальность и
глубина восстановления структуры зависят от расстояния между станциями.
При близких расстояниях между станциями появляется возможность
использования методики для детального восстановления структуры коры,
что может быть использовано, например, при поиске полезных ископаемых.
6 2. Показано, что выявленные глубинные аномалии связаны с
геологическими структурами на поверхности Земли, что может быть
использовано при построении геодинамических концепций.
Апробация работы и публикации
Промежуточные результаты работы докладывались на 5 Международной научно-практической геолого-геофизической конференции-конкурсе молодых ученых и специалистов «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, Россия), основные результаты - на 7 Международной научной конференции «Проблемы Геокосмоса-2008», (Санкт-Петербург, Россия), 4 Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, Россия), 7 Международной научно-практической конференции молодых специалистов «Геофизика-2009» (Санкт-Петербург, Россия).
По теме работы опубликовано 2 статьи и 3 тезиса докладов.
Защищаемые положения
Записи сейсмического шума на длиннопериодном канале (LH) позволяют определять групповые и фазовые скорости поверхностных волн в диапазоне периодов от 5 до 160 секунд.
Под всей исследованной территорией (ВЕП и ее обрамление) происходит понижение скоростей поперечных волн на глубинах от 150-200 км (щиты) до 250-300 км (платформы); подтверждается наличие палеорифта в Днепровско-Донецком авлакогене.
3. Интенсивность и частотный состав источников сейсмического шума
зависят от их географического местоположения; шум со стороны Западной и
Северной Европы более высокочастотен, в то время как шум со стороны
Сибири характеризуется более низкими частотами.
