Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 История развития сейсмической томографии и существующие томографические модели 12
1.1 Предыстория создания первых трехмерных моделей скоростей сейсмических волн 12
1.2 Некоторые существующие трехмерные модели скоростей Р и S волн 13
Выводы к главе 16
ГЛАВА 2 Методика построения трехмерных региональных томографических моделей по данным времен пробега от локальных землетрясений 18
2.1 Томография по временам пробега объемных сейсмических волн от землетрясений. Постановка задачи. Введение понятия параметризации функции 18
2.2 Формулы для вычисления частных производных. Различные способы параметризации модели 22
2.2.1 Блоковая параметризация 23
2.2.2 Параметризация с использованием Би-сплайнов 24
2.2.3 Параметризация модели с помощью тетраэдров, внутри которых скорость меняется линейно непрерывно 27
2.2.4 Несколько слов о других способах параметризации модели 28
2.3 Используемые стандартные статистические характеристики для оценки качества полученных результатов 29
2.4 Алгоритмы построения сейсмических лучей 30
2.4.1 Построение лучей в сферически-симметричной среде (одномерный луч) .30
2.4.2 Построение лучей в горизонтально-неоднородных средах 31
2.5 Методы обращения матриц. Вычисление матрицы разрешения. Решение
обратной задачи 38
2.5.1 Нахождение решения уравнения (34) с помощью построения системы нормальных уравнений 43
2.5.2 Нахождение решения уравнения (34) с помощью сингулярного разложения матрицы В 45
2.5.3 Нахождение решения уравнения (34) методом LSQR 46
2.6 Методы локации землетрясений в одномерных скоростных моделях 47
2.7 Различные способы введения весовых коэффициентов 52
2.8 Основные этапы любого сейсмотомографического исследования 54
2.8.1 Сортировка данных 54
2.8.2 Построение оптимальной одномерной модели и перелокация событий в полученной одномерной модели. Вычисление станционных поправок 57
2.8.3 Выбор алгоритма и его тестирование 58
2.8.4 Построение трехмерной модели и перелокация событий, проверка правильности проведенных расчетов 59
Выводы к главе 61
ГЛАВА З Сравнительный и оценочный анализ 62
3.1 Сравнение различных численных алгоритмов для расчета времени пробега луча и вычисления траекторий сейсмических лучей 62
3.2 Сравнение различных способов параметризации модели 68
3.3 Сравнение различных способов обращения матриц 72
3.4 Оценка влияния процедуры пересчета лучей и перелокации событий после каждой итерации назначение RMSW 73
3.5 Тестирование различных алгоритмов построения сейсмотомографических моделей 75
Выводы к главе 84
ГЛАВА 4 Общая геофизическая характеристика тянь-шаня 86
4.1 Расположение исследуемого региона на топографической и тектонической картах 86
4.2 История развития региона 87
4.3 Магнитные аномалии 90
4.4 Аномалии силы тяжести, изостатическое состояние земной коры, плотность пород 91
4.5 Тепловое поле 93
4.6 Активные разломы, скорости современных деформаций 95
4.6.1 Скорости горизонтальных движений 95
4.6.2 Скорости вертикальных движений 97
4.7 Исследования Тянь-Шаня по сейсмологическим данным 97
4.7.1 Общая информация 97
4.7.2 Сейсмичность 102
4.7.3 Исследования методами глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). 104
4.7.4 Исследования земной коры всего Тянь-Шаня методом сейсмической томографии по данным объемных волн 107
4.7.5 Исследования земной коры Северного Тянь-Шаня методом сейсмической томографии по данным объемных волн 111
4.8 Детальное изучение зоны сочленения Чуйской впадины и Киргизского хребта
113
Выводы к главе 115
ГЛАВА 5 STRONG Описание используемых в работе данных и анализ сейсмичности тянь-шаня 117
5.1 Общие сведения об используемых данных STRONG 117
5.2 Анализ сейсмичности и месторасположения станций на территории Тянь-Шаня по имеющимся данным 125
5.3 Отбор данных для построения одномерных и трехмерных томографических моделей 129
5.3.1 Отбор данных для территории Северного Тянь-Шаня (41.9-43.4 с.ш., 73.5-
76.5 в.д.) 129
5.3.2 Отбор данных для всей территории Тянь-Шаня 132
Выводы к главе 136
ГЛАВА 6 Полученные одномерные и трехмерные скоростные модели тянь-шаня 138
6.1 Скоростные модели Северного Тянь-Шаня 138
6.1.1 Построение одномерных моделей, расчет станционных поправок и перелокация событий в одномерной модели для территории Северного Тянь-Шаня 138
6.1.2 Трехмерные модели Р и S волн для территории Северного Тянь-Шаня, перелокация событий в трехмерной модели 146
6.1.3 Геологотектоническая интерпретация полученных результатов и сравнение с существующими моделями для территории Северного Тянь-Шаня 165
6.2 Исследование всей территории Тянь-Шаня с использованием локальных данных. 170
6.2.1 Построение одномерных моделей, расчет станционных поправок и перелокация событий в одномерной модели для территории всего Тянь-Шаня 170
6.2.2 Трехмерные модели Р и S волн для территории всего Тянь-Шаня, перелокация событий в трехмерной модели 171
6.2.3 Геологотектоническая интерпретация полученных результатов и сравнение с существующими моделями территории всего Тянь-Шаня 178
Выводы к главе 181
Выводы и заключение 183
Приложение 1 Существующее программное обеспечение для решения сейсмотомографических задач 186
1. Программа Velest [21] 186
2. Программа Sphypit90 [43] 186
3 Программа Simulps [55] 187
4 Программа Fatomo [19] 188
Литература
- Некоторые существующие трехмерные модели скоростей Р и S волн
- Формулы для вычисления частных производных. Различные способы параметризации модели
- Сравнение различных способов параметризации модели
- Активные разломы, скорости современных деформаций
Введение к работе
Несколько последних десятилетий сейсмическая томография является одним из наиболее распространенных и эффективных методов получения информации о скоростных свойствах пород внутри Земли. Существует большое количество различных сейсмотомографических алгоритмов. Наличие этих алгоритмов с одной стороны существенно упрощает и убыстряет решение задачи восстановления трехмерной скоростной структуры в Земле. С другой стороны, не зная как устроены эти алгоритмы и какова их область применимости, трудно получить удовлетворительное решение. В этой связи особенно актуальным на сегодняшний день является сравнительное изучение физических основ различных алгоритмов, освоение этих алгоритмов и их усовершенствование для конкретного набора экспериментальных данных и особенностей геолого-тектонического строения изучаемого региона.
На данном этапе развития сейсмической томографии наиболее актуальным является исследование сложно построенных регионов, например, такого горного массива, как Тянь-Шань. К настоящему моменту для территории Тянь-Шаня очевидно, что кора и мантия существенно неоднородны. Характер этих неоднородностей более сложный, с различной степенью контрастности, чем, например, в зонах субдукции и в местах расположения плюмов (нет ярко выраженной высокоскоростной области, связанной с погружающейся пластиной океанской литосферы, как в районах субдукции, или низкоскоростного канала, связанного с восходящей струей разогретой мантии, как над плюмами). Поэтому нужны более совершенные методы для восстановления этих неоднородностей. До сих пор при построении сейсмотомографических моделей территории Тянь-Шаня изучаемая область разбивалась на прямоугольные блоки с постоянной скоростью внутри или скоростная функция раскладывалась по полиномам Лежандра (гармонически-полиномиальный способ разложения). Оба эти способа имеют ряд существенных недостатков. При использовании гармонически-полиномиального способа часто сталкиваются с проблемой ложной экстраполяции искомой функции в слабо изученных районах. При разбивке исследуемой территории на блоки с постоянной скоростью не всегда удается правильно установить границы разноскоростных областей.
Сравнительно недавно в Тянь-Шаньском регионе наряду с аналоговой формой записи сейсмического сигнала, стало возможным производить запись сейсмического сигнала в цифровом виде. Первые цифровые станции на территории Тянь-Шаня появились в 1991 году. Количество цифровых станций на территории Тянь-Шаня с каждым годом увеличивается. В 1997-2000 гг. их было около 40. Точность определения времени вступления различных волн по цифровой волновой форме значительно выше, чем с использованием аналоговой сейсмограммы. Очевидно, что из двух скоростных моделей для одного и того же региона, та которая получена с использованием данных на цифровых станциях является более точной и детальной. Построение томографических моделей с использованием цифровых данных описано в работах [11] и [67]. В данной работе представлен анализ цифровых данных за более длительный период времени и при построении моделей используются эти данные в совокупности с наиболее совершенными сейсмотомографическими методиками.
Разработка и усовершенствование имеющихся сейсмотомографических алгоритмов для сложно-построенных сред, а также расчет трехмерных скоростных моделей с помощью этих алгоритмов и новых массивов данных для территории Тянь-Шаня актуальны при проведении сейсмологических исследований горного сооружения Тянь-Шаня. Новая информация, полученная на основе анализа рассчитанных вновь скоростных моделей совместно с новыми уточненными тектоническими картами [86; 109], в значительной степени дополняет существующие представления об особенностях геологического строения и динамических процессах, происходящих в этом регионе.
Основная цель. Целью работы является изучение пространственных скоростных неоднородностей строения земной коры Тянь-Шаня на основе непрерывного способа параметризации модели по данным цифровых и аналоговых сейсмических станций.
Основные задачи исследования.
- провести сравнительный анализ наиболее часто используемых различных сейсмотомографических методов, а также алгоритмов, разработанных автором на тестовых примерах;
для конкретных условий изучаемого региона (объем экспериментального материала, относительное расположение источников и приемников, размеры территории и др.) разработать усовершенствованные алгоритмы томографической инверсии;
- для получения достоверной информации о скоростях сейсмических волн в зоне сочленения Киргизского хребта и Чуйской впадины построить трехмерные непрерывные скоростные модели верхнего этажа земной коры по Р и S волнам с использованием различных алгоритмов и различных наборов данных для этой территории;
- построить наиболее адекватную скоростную модель земной коры по Р волнам для территории всего Тянь-Шаня. Научная новизна. Предложены два новых алгоритма TomoTetraFD и TomoCubeFD для построения непрерывных и квазинепрерывных (функция скорости претерпевает разрыв на конкретных глубинах) моделей скоростей продольных (Р) и поперечных (S) сейсмических волн. Алгоритм TomoTetraFD особенно эффективен в районах с существенно неравномерным расположением источников сейсмических волн. В отличие от многих существующих алгоритмов применение данных возможно не только для территорий локального масштаба (200 200 км), но и регионального (1000 1000 км).
Впервые проведен сравнительный анализ пяти различных сейсмотомографических программ: Sphypit90, Simulpsl4, Fatomo, TomoCubeFD, TomoTetraFD, в которых в качестве исходных данных использованы времена пробега продольных (Р) и поперечных (S) сейсмических волн от локальных землетрясений. Три первых алгоритма (Sphypit90, Simulpsl4, Fatomo) активно применяются для построения трехмерных моделей скоростей объемных волн различных регионов. Два других (TomoCubeFD и TomoTetraFD) разработаны автором на базе существующего сейсмотомографического программного обеспечения. Даны рекомендации по поводу того, в каких случаях удобнее всего использовать тот или иной алгоритм.
По данным времен пробега от местных землетрясений, зарегистрированных на аналоговых и цифровых станциях, впервые построена квазинепрерывная трехмерная скоростная модель Р волн всей территории Тянь-Шаня. Предложен и реализован на практике ряд тестов, подтверждающих устойчивость полученного результата. Проведена геолого-геофизическая интерпретация полученного результата. Впервые проведена локация большого количества землетрясений и взрывов, произошедших на всей территории Тянь-Шаня методом сеточного поиска [34] в трехмерной скоростной модели.
Применен новый подход к построению трехмерных скоростных моделей Р и S волн для верхней части коры под Северным Тянь-Шанем, а также для анализа отношения Vp/Vs в этом регионе. Этот подход позволяет выявить наиболее достоверные скоростные неоднородности, т.к. включает в себя построение целого множества трехмерных скоростных моделей с использованием различных наборов данных, различных сейсмотомографических алгоритмов для Р волн и совместно для Р и S волн. Применение такого подхода необходимо при наличии системы наблюдений, состоящей из малого количества станций. Очень важно также использование такого подхода, когда в распоряжении исследователя имеются только бюллетени сейсмических событий, а не сами волновые формы.
Защищаемые научные положения.
Использование Би-сплайн параметризации и триангуляции Делоне в томографических алгоритмах является эффективным при построении трехмерных скоростных моделей. Достаточно эффективным способом выявления действительно существующих трехмерных скоростных неоднородностей является использование жестких критериев по отбору данных и построение не одной, а большого количества скоростных моделей с использованием различных наборов данных и различных методов.
Обнаруженные скоростные неоднородности в верхней коре под Тянь-Шанем хорошо согласуются с геологической и тектонической картой данного региона.
Практическая значимость. Полученные в настоящей работе трехмерные скоростные модели могут быть использованы для уточнения геолого-тектонического строения Тянь-Шаня, повышения точности локации эпицентров землетрясений и выявления характерных особенностей современного сейсмического режима исследуемой территории с последующей геофизической интерпретацией.
Установленные скоростные модели могут быть также использованы в интересах Международной системы сейсмического мониторинга (IMS) для контроля за соблюдением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Полученные скоростные разрезы могут быть использованы для расчета очагово-станционных сейсмических поправок SSSC для станций IMS Тянь-Шаньского региона. В работе [42] показано, как на основе высокоточной трехмерной скоростной модели для Индо-Пакистанского региона произведен расчет поправок SSSC и с их помощью проведена более уточненная локация событий по станциям IMS.
Рекомендации методической главы данной работы существенно упростят и ускорят процедуру выбора подходящего алгоритма для проведения локальных сейсмотомографических исследований коры и верхней мантии в других сейсмоактивных регионах земного шара. В свою очередь эти сейсмотомографические исследования позволят получить новую информацию о геолого-тектоническом строении и провести уточнение координат и времени в источнике землетрясений в этих регионах.
Некоторые существующие трехмерные модели скоростей Р и S волн
Первые сейсмотомографические модели появились около 30 лет назад. На сегодняшний день существует большое количество глобальных и региональных скоростных моделей Земли. Для построения скоростных моделей отдельных регионов используют данные времен пробега объемных (Р и S) и высокочастотных поверхностных волн. В глобальных моделях в качестве начальных данных часто используются: короткопериодные продольные объемные волны, прошедшие без отражений, отраженные от земного ядра, а также прошедшие через внешнее земное ядро; длиннопериодные объемные волны с периодами от 45 до 200 сек; поверхностные волны с периодами от 35 до 250 сек.; собственные колебания всей планеты (3-55 мин). Региональные скоростные модели строятся по данным времен пробега сейсмических волн как от локальных землетрясений или взрывов (т.е. источников, расположенных на исследуемой территории), так и по данным времен пробега от телесейсмических землетрясений или взрывов (удаленных на большие расстояния от региона).
Одна из первых работ, посвященных построению региональной скоростной модели по локальным данным, была проведена K.Aki и W.H.K.Lee в 1976 году [3]. Они построили трехмерную модель скоростей Р волн для верхних 15 км коры в районе разломов Сан Андреас и Калаверас в
Калифорнии и произвели перелокацию источников в этом районе. Впоследствии глубинные разломы в Калифорнии методом сейсмической томографии изучались в работах [7; 8; 57; 64]. После перелокации событий в трехмерной скоростной модели большинство гипоцентров землетрясений располагаются ближе к тектоническим разломным структурам. Границы высоко- или низкоскоростных аномалий часто совпадают с линиями разломов, которые были обнаружены с помощью геологических методов. В перечисленных работах для расчетов использовались данные от землетрясений, произошедших в верхней коре до глубин 10-15 км. В работе [46] использовались данные от землетрясений, произошедших на значительно больших глубинах до 250 км. С помощью этих данных С.Рокеру [46] удалось выявить низкоскоростную область, простирающуюся под Памиро-Гиндукушской зоной в Средней Азии до глубин 250 км.
По данным удаленных землетрясений в нашей стране первая трехмерная скоростная модель была построена А.С. Алексеевым и М.М. Лаврентьевым на основе наблюдений времен пробега на сейсмологическом профиле Памир-Байкал [69]. Одной из основополагающих работ телесейсмической томографии, в которой подробно описывается методика построения скоростных моделей верхней мантии с использованием данных от удаленных землетрясений, также является работа [2].
По количеству работ в области глобальной сейсмической томографии особое место занимают работы американской школы Адама Дзивонского [5]. На сегодняшний день для большинства глобальных сейсмотомографических моделей в верхней мантии на глубинах 78-148 км с сейсмически активными районами связаны низкоскоростные аномалии, а с сейсмически спокойными регионами высокоскоростные аномалии.
Исследованию пространственного строения литосферы по данным поверхностных волн посвящены работы Т.Б. Яновской [122].
Помимо трехмерных моделей скоростей Р и S волн с помощью сейсмической томографии по локальным данным также строятся карты отношения Vp/Vs для различных глубин [64], которые несут в себе информацию о химическом составе, слагающих земные недра пород.
В последнее время для регионального изучения крупных тектонических структур Европейским Геофизическим Союзом проводился ряд исследований с привлечением различных стран. На территории Германии, Дании, Швеции проводился глобальный эксперимент TOR (Transeuropaen Suture Zone) в 1996/97 годах, на территории Финляндии и России эксперимент Svekalapko в 1999 году. Основная цель этих экспериментов - более детальное изучение внутреннего строения в этих регионах за счет создания плотной сети переносных и стационарных сейсмических станций (при проведении эксперимента Svekapko станции располагались через каждые 50 км). Полученные данные были использованы для изучения горизонтальных неоднородностей не только методом сейсмической томографии, а также методом обменных волн и другими.
Формулы для вычисления частных производных. Различные способы параметризации модели
Обозначим функцию скорости - v(r), функцию медленности - s(r) и функцию квадрата медленности (г). Выражение для времени пробега через функцию скорости приведено в (1), ниже приведены выражения для времени пробега через функцию медленности (11) и через функцию квадрата медленности (11):
При параметризации модели искомая функция раскладывается по некоторому набору базисных функций с определенными коэффициентами. В (12) приведен общий вид разложения функций s(r) и s (г) по набору базисных функций.
Эти разложения аналогичны разложению (3) для функции v(r). Исходя из (3) и (12) с учетом (1) и (11) общий вид формул для вычисления производных Фреше для трех видов функций следующий:
Из формул (13) видно, что проще всего вычислить производные, если параметризовать функцию медленности. Производные, вычисляемые для функций s(r) и s (г) всегда положительны, следовательно, матрица А в (10), которую они составляют, является положительно определенной. Если используется функция v(r), то все производные - - отрицательные и дук положительно определенной является матрица -А.
Параметризацию модели возможно проводить в классе кусочно-постоянных, в классе непрерывных, в классе один раз непрерывно-дифференцируемых, дважды-непрерывно дифференцируемых (и.т.д. до бесконечности) функций. Ниже более подробно описаны те виды параметризаций, которые использовались автором в ходе работы.
Блоковая параметризация. Блоковая параметризация применяется и в декартовой и в сферической системе координат и является наиболее распространенной, как в глобальной, так и в локальной томографии. Исследуемый объем разбивается на конечное число блоков. В декартовой системе координат блоки представляют собой параллелепипеды, в сферической системе координат сферические сегменты. Считается, что искомая функция (v(r), s(r) или s (г)) постоянна внутри каждого блока. Количество базисных функций равно количеству блоков. Каждая базисная функция имеет вид: Ґ1, если г є к - ому блоку 10, если г к - ому блоку
Коэффициент, соответствующий к-ой базисной функции равен значению искомой функции (vk(r), Sk(r) или s k(r)) в k-ом блоке. При блоковой параметризации формулы (13) для вычисления производных Фреше принимают вид dY к v2k(r) =5 (Г)/ (15) STt [ 1 j djk 2,Js2k(r) где lik - длина і-того луча в k-ом блоке. Знак интеграла исчезает, т.к. подынтегральная функция постоянна. Блоковая параметризация используется для построения глобальных томографических моделей BDP98 (Boschi and Dziewonski), HWE97 (van der Hilst et al.) и других. Также блоковая параметризация применяется для построения региональных скоростных моделей в [3; 45; 44].
Одним из недостатков блоковой параметризации является то, что из-за наличия фиктивных вертикальных границ часто возникают проблемы при трассировки лучей и не всегда верно восстанавливаются границы разноскоростных блоков.
Параметризация с использованием Би-сплайнов
Параметризация с использованием Би-сплайнов применяется только в декартовой системе координат, т.к. эта параметризация требует задания прямоугольной сетки. В исследуемом объеме задается сетка из точек. Каждая точка сетки - это точка пересечений трех прямых, первая из которых параллельна оси х, вторая параллельна оси у, третья параллельна оси z. Эти прямые отсекают на осях х,у и z соответственно некоторые отрезки. Длина отрезков, отсекаемых на оси х, может быть неодинакова, т.е. шаг сетки по оси х может быть неравномерным. По оси у и z также допустима неравномерность шага сетки. Для построения базисных функций в трехмерном пространстве сначала необходимо построить 3 одномерных функции, соответствующих каждой из осей. Трехмерная Би-сплайн базисная функция равна произведению трех одномерных базисных функций. hk(r) = B (x)B (y)Bzk(z) (16)
Теория построения одномерных Би-сплайнов изложена в [85]. П.
Фирбас в [112] считает, что Би-сплайновое описание среды является оптимальным при построении томографических моделей. Би-сплайн аппроксимация является аппроксимацией общего типа и поэтому не накладывает серьезных ограничений на форму возмущающей функции. Одномерные и соответственно трехмерные Би-сплайны бывают 1, 2, 3 и.т.д. порядка. Одномерный Би-сплайн 1-го порядка представляет собой ступенчатую функцию, т.е. такую функцию, которая в двух точках претерпевает разрыв 1-го рода (Рис. 2). Соответственно трехмерные Би-сплайны первого порядка совпадают с базисными функциями, введенными при описании блоковой параметризации (14). Формулы для вычисления одномерных Би-сплайнов 2-го порядка (Би-сплайны 2-го порядка также называются линейными Би-сплайнами) и Би-сплайнов 4-го порядка (Би-сплайны 4-го порядка также называются кубическими Би-сплайнами) для случая равномерной сетки приведены в [33].
Сравнение различных способов параметризации модели
В данном разделе описан тест, демонстрирующий преимущества алгоритмов, использующих непрерывные способы параметризации модели, по сравнению с алгоритмами, использующими блоковый способ параметризации.
В качестве тестовой скоростной модели использовалась скоростная модель, заданная формулой (66) при v0=5.8 км/с. Горизонтальное сечение тестовой скоростной модели для всех глубин представлено на Рис. 9. В тесте используется расположение источников и приемников, изображенное на Рис. 6. Для всех пар источник-приемник в тестовой скоростной модели проведен расчет времен пробега. В качестве нулевого приближения была задана модель с постоянной скоростью во всем объеме, равной 5.8 км/с (Рис. 9). Далее с использованием различных способов параметризации среды проведено восстановление истинной скоростной структуру. Решение обратной задачи проводилось с помощью разделения переменных [38].
Сейсмический шум (ошибка, связанная с неправильным определением времени вступления), а также ошибка, связанные с неправильным определение координат источника, в данном случае не вводились.
Как видно из Рис. 10 границы высоко- и низкоскоростных неоднородностей в тестовой модели расположены на расстоянии 35 км. Восстановление блочной скоростной модели проведено для случаев, когда весь исследуемый объем разбивался на блоки с горизонтальными размерами 20x20 км и 10x10 км. При использовании Би-сплайн параметризации узлы сетки не совпадали с центрами высоко- и низкоскоростных клеток тестовой модели, а располагались равномерно по осям х и у через каждые 20 км. При восстановлении скоростной структуры с помощью триангуляции Делоне использовалась неравномерная сетка, наибольшее количество узлов было сосредоточено в зонах максимальной плотности сейсмических лучей.
Для того, чтобы произвести сравнение влияния именно типа параметризации на Рис. 10 и Рис. 11 приведены результаты расчетов после первой итерации. В этом случае траектории лучей для всех четырех вариантов одинаковы и совпадают с прямыми линиями, а следовательно, решение не зависит от способа построения луча. Процесс восстановления трехмерной скоростной структуры является итеративным, но характер основных неоднородностей обычно проявляется уже после первой итерации.
Для восстановления скоростной структуры с использование блоковой параметризации среды использовалась программа Sphypit90, с использованием линейной Би-сплайн параметризации - программа Simulps, с использованием кубической Би-сплайн параметризации и тетраэдеров Делоне - программы, написанные автором работы. На Рис. 11 результаты расчетов с использованием блоковой параметризации представлены в двух разных вариантах. Оба эти варианта используются в сейсмической томографии для представления конечного результата. В некоторых работах результаты расчетов изображаются в виде al, 61, а в других, например [44; 67], в виде а2, 62. На Рис. 11 al и 61 представлены скоростные модели, которые действительно были посчитаны. Скорость сейсмической волны внутри каждого блока постоянна. На Рис. 11 а2 и 62 представлены скоростные модели, полученные после сглаживания результатов, изображенных на Рис. 11 al и 61. Та скорость, которая соответствует данному блоку, присваивалась центральной точке этого блока. Затем, зная скорости в центрах всех блоков, производилась аппроксимация скоростной функции линейными Би-сплайнами по значениям скоростей в конкретных точках.
Сравнение результатов, представленных на Рис. 10 и Рис. 11, показывает, что для данного расположения источников и приемников и для описанного выше разбиения среды на блоки и задания точек сетки, параметризация линейными или кубическими Би-сплайнами, а также триангуляция Делоне лучше восстанавливают клеточную скоростную структуру, чем блоковая параметризация. На Рис. 11 al и 61 клеточная структура неоднородностей еле уловима. На Рис. 11 а2 и 62 она проявляется более четко, но все равно хуже, чем на Рис. 10. Для случая б на Рис. 11, когда горизонтальные размеры блоков 10x10 км, рассчитанная скоростная модель является более детальной. Если сопоставить контуры истинных скоростных неоднородностей с рассчитанными, то обнаружится, что второй снизу ряд клеток абсолютно неверно восстанавливается при использовании блоковой параметризации (Рис. 10), в то время как при использовании Би-сплайн параметризации и триангуляции Делоне этот ряд клеток восстанавливается достаточно точно (Рис. 11).
Проверка разрешающей способности имеющегося набора данных с помощью клеточного теста при сейсмотомографическом исследовании также проводится при использовании блокового способа параметризации, например в [15]. Из сказанного выше, также как и из работы [15] следует, что клеточная структура в целом восстанавливается при блоковом способе параметризации модели. Однако, при использовании непрерывных способов параметризации в большинстве случаев удается добиться лучшего восстановления клеточной скоростной структуры. Особенно отчетливо разница в восстановлении клеточной структуры при использовании блоковых и непрерывных способов параметризации среды заметна для случаев систем наблюдения с малым количеством регистрирующих станций и неравномерного расположения источников и приемников.
Активные разломы, скорости современных деформаций
Современная средняя скорость укорочения Тянь-Шаньского горного массива вдоль направления север-юг по измерениям GPS составляет 20 мм/г [16] скорость сближения Индийской и Евроазиатской плиты около 50 мм/г.
Скорости горизонтальных и вертикальных движений, определенные по GPS, с помощью суммирования сейсмических моментов и геологическим методом, часто расходятся. Обычно геологический метод дает более низкие значения скоростей, чем два других. Ниже приведены скоростные характеристики разломов, полученные геологическим методом.
Карта активных разломов для изучаемой территории по [109] представлена на Рис. 20. Для одного из крупных разломов, Таласо-Ферганского, имеющего протяженность около 400 км и северо-западное простирание, известно, что правосдвиговая компонента смещения в 10-30 раз превосходит взбросовую. По скоростям сдвиговых смещений разлом делится на 5 сегментов. Современные скорости сдвиговых перемещений и протяженности сегментов представлены в Табл. 7.
Между I и V сегментом суммарное сдвиговое смещение за четвертичное время составило 10-12 км. Разломы Западно-Джунгарский и Джунгарский, которые не вошли в исследуемую территорию и расположены в северо-северо-восточном направлении от озера Иссык-Куль, тоже имеют северозападное простирание. Для этих разломов скорости современных правосдвиговых движений в 8-10 раз превосходят взбросовые и составляют 1 мм/год для Западно-Джунгарского и 3-5 мм/год для Джунгарского (Рис. 20).
К западу от ТФР с южной стороны Ферганской впадины направление разломов близко к субширотному. Для Южно-Наукатского разлома известна скорость позднечетвертичного надвигания 5 мм/год. Северо-западнее Ферганской впадины разломы наклонены на северо-запад.
К востоку от ТФР К.Е.Абдрахматовым выделена Нарын-Сонкульская разломная зона (Рис. 20). На южном фланге этой зоны Западно-Акшийракский разлом, для которого скорость надвигания 2-3 мм/год, на севере Нарынский разлом, его скорость взброса 2 мм/год. Для Северо-Джумгальского разлома имеющего северо-восточное направление скорость надвига до 3 мм/год. Для Южно-Сонкульского и Северо-Нарынского разломов взброс сочетается с превосходящим правым сдвигом (Рис. 20). Скорости сдвига 1-3 мм/год и 1,5мм/год соответственно. Скорости взброса 0,1-0,5 и 0,15-0,2 мм/год.
На южном склоне Кунгей-Алатау (Рис. 20) для разлома Северо-Аксуйского скорость взброса 0.35-0.4 мм/год, скорость правого сдвига 0.15 мм/год. Для Заилийского и Алмаатинского взбросов (Рис. 20) средние скорости оценены величинами 0.5-0.8 и 0.25-0.4 мм/год
В [119] отмечается, что помимо вертикальных движений, связанных с субмеридиальным сжатием, также существуют автономные вертикальные движения, которые по мнению Ф.Н.Юдахина вызваны разуплотнением мантии.
Характер вертикальных движений по обе стороны от Талассо-Ферганского разлома за новейший период различны. К юго-западу от разлома общий размах движений 13-14 км (-6 км в Ферганской впадине и до +7 в Заалайском хребте), к северо-востоку 9-11 км (—4 км в Чуйской и Иссык-Кульской впадинах и +4.5 в Киргизском хребте). Для Джунгарского разлома 8,4 мм/год.
АЛЛ Общая информация. Некоторые сведения о скоростях сейсмических волн для различных областей Тянь-Шаня возможно получить после анализа годографов для этих областей от землетрясений или взрывов. Первый годограф сейсмических волн для средней Азии был составлен Е.А.Розовой в 1936 г. Он состоял из трех ветвей, соответствующих определенным скоростным слоям в коре. В работе [101] этот годограф был скорректирован, выделены новые ветви, выявлены области на территории Киргизского Тянь-Шаня, где кора более неоднородна, а где менее. В книге [101] представлены горизонтально-слоистые скоростные модели для четырех различных профилей, полученные на основе построения системы встречных годографов. Эти профили пересекают всю территорию Киргизии в направлении юго-запад - северо-восток и юго-восток - северо-запад. По годографам, построенным по данным площадных систем наблюдений, получена более детальная информация о скоростях верхних слоев коры до глубин 10-15км на севере Тянь-Шаня (хр. Таласский Алатау, Киргизский хребет, Чуйская впадина), в центральной области (зона Токтогульского водохранилища и его окрестности) и в юго-восточной части Ферганской впадины (Папанский р-н). Особенно ценна информация, полученная по данным от промышленных взрывов, произошедших в разные годы на территории Киргизского Тянь-Шаня. Т.М.Сабитовой [101] проанализированы данные от Токтогульского взрыва (08.02.1975, 73Е, 42N), Актюзского (12.05.1982, севернее оз. Иссык-Куль), Торуайгырского (11.07.1974, севернее оз. Иссык-Куль), Сулюктинского (10.04.1977, горное обрамление Ферганской впадины), Наманганских (10.07.1974, 02.11.1974, 10.03.1975, 71.5Е, 41N, Узбекистан) и других. В работе выявлено, что северо-западная часть Киргизского Тянь-Шаня до глубин 10-15 км является более неоднородной, чем северо-северо-восточная. На северо-западе в верхней коре обнаружены зоны высокоскоростных включений, а на север-северо-востоке возможно наличие зон низкоскоростных включений.
