WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Графическое тестирование на искусственных неоднородностях показывает, что неоднородности уверенно локализуются, но контуры их делаются менее четкими, а интенсивность аномалий занижается примерно вдвое.

Сильной стороной выбранного нами подхода является измерение станционных невязок по каждому землетрясению сразу по всем станциям профиля в специальном графическом окне пакета программ SeismicHandler Клауса Стаммлера (Stammler, 1993). Выбор только сильных событий (M > 5.5) с низким уровнем шума на записи, корректная фильтрация, большое увеличение и возможность визуального контроля за характером каждой записи на профиле исключает ошибки при определении невязок времен пробега и позволяет ограничиться меньшим набором данных.

В соответствии с мировой практикой построения томографических моделей по телесейсмическим наблюдениям анализировались не абсолютные величины невязок времен пробега, а их отклонения от среднего значения для каждого землетрясения. Т.е. существенными являются не сами невязки, а их колебания вокруг некоторого уровня (центрированные или относительные невязки). Такой подход обусловлен тем, что очаги землетрясений находятся вне области эксперимента и их влияние (особенности скоростной структуры в районе очага, ошибки в определении времени возникновения землетрясения и глубины гипоцентра) должно быть исключено. Исключается и влияние структуры на пути от очага землетрясения до основания исследуемой области.

Такой подход особенно оправдан именно при двумерной томографии.

Байкальская рифтовая зона. Томографический разрез вдоль Байкальской рифтовой зоны получен инверсией невязок времен пробега Р-волн к стационарным станциям, наиболее близко расположенным к оси рифтовой зоны (рис.1). Согласно результату инверсии (рис. 2, цв. вкладка) под центральной частью Байкальской рифтовой зоны в самой верхней мантии находится высокоскоростная область. Судя по превышению скорости Р-волн, достигающему 2% относительно стандартной модели Земли IASP91, Байкальский рифт в основном расположен над еще мощной литосферой края Сибирского кратона. О мощности литосферы этой части платформы можно приближенно судить по положению нулевой изолинии скоростной аномалии Р волн. Однако, толщина 100–300 км представляется несколько завышенной для края кратона, тем более, что по данным поверхностно-волновой томографии, литосфера быстро выклинивается по направлению к юго-востоку (Priestley, 2006).

Область под литосфеой Сибирской платформы характеризуется пониженной скоростью сейсмических волн, обусловленной высокими температурами на этих глубинах и повышенной флюидизацией недр. Толстая литосфера кратона препятствует свободному тепломассопереносу к поверхности Земли и отток флюидов из-под кратона должен концентрироваться на его краях. Поэтому, при всей осторожности, с которой нужно подходить к интерпретации осредненных томографических образов, представляется неслучайным, что более низкие скорости наблюдаются на югозападном, как показывает томография, более крутом фланге окраины литосферы кратона. Повышенная интенсивность низкоскоростной аномалии на этом фланге может быть также вызвана суммой двух эффектов – тепломассопереносом непосредственно из-под Сибирской платформы и северной ветвью Байкало-Хангайского плюма (см. разрез по профилю PASSCAL, рис.2). Под северо-восточным флангом БРЗ слабое понижение скорости может быть обусловлено только тепломассопереносом из-под более пологого края платформы. Локальное понижение скорости в дельте реки Селенги (станция КАВА) и под Баргузинской впадиной (станция SYVR) можно объяснить конфигурацией Сибирской платформы в плане: эти районы, повидимому, наиболее приближены к ее краю, и низкие скорости могут отражать здесь максимальную концентрацию флюидов, без препятствий поднявшихся до этих глубин, и их воздействие на структуру земной коры.

Разрез Братск–Иркутск–Улан-Батор–Ундуршил получен вдоль профиля PASSCAL с наиболее густой расстановкой станций (рис. 2). Профиль проходит по южной окраине Сибирской платформы, пересекает юг Байкальского рифта, хребты Хамар-Дабан Саяно-Байкальской складчатой области и складчатые пояса Монголии. Распределение скоростных аномалий Р-волн на этой томографии тесно связано с поверхностной структурой. Высокоскоростная аномалия, характеризующая область литосферы под Сибирской платформой, сменяется мощной низкоскоростной аномалией. По выходу на поверхность наиболее интенсивная часть этой аномалии совпадает с отрогами Хамар-Дабан (высокие его хребты и Южно-Байкальская впадина проектируются на край высокоскоростной аномалии). Примечательно, что эта деталь томографии присутствует и в других результатах, полученных независимыми методами по независимым данным (Burkholder et al., 1995; Яновская, Кожевников, 2005).

Т.о. сравнение результатов подтверждают надежность выделения низкоскоростных аномалий.

Под Байкальской впадиной отрицательная аномалия расположена глубже 100 км, в то время как в районе Хэнтэйского поднятия аномальная область того же знака находится выше 100 км. Прослеживается связь Саяно-Байкальской аномалии с интенсивной низкоскоростной областью в интервале глубин 400– 600 км под Сибирской платформой, что свидетельствует в пользу конвективного течения в верхней мантии из-под Сибирской платформы.

Профиль Сибирская платформа – Гоби-Алтай (MOBAL_2003, рис. 2).

Наиболее интенсивная низкоскоростная аномалия в томографической модели находится под наивысшим поднятием Хангая. Аномалия прослеживается до глубины 200 км, заглубляясь в направлении Джидинской покровно-складчатой зоны. Под Байкальской рифтовой зоной (Тункинский бассейн, пологие хребты Хамар-Дабана) также наблюдается значительное, но менее интенсивное понижение скорости в верхних 200 км. В модели есть указание на связь между ветвями, и, наверное, целесообразно назвать всю эту аномалию БайкалоХангайской.

Южный край Сибирской платформы проявляется интенсивной высокоскоростной аномалией до глубин 150–180 км. Более слабые высокоскоростные аномалии примерно на тех же глубинах присутствуют под Джидинской покровно-складчатой зоной, а также под Озерной и ГобиАлтайской зонами на юге. На севере Байкало-Хангайская аномалия граничит с наклонной высокоскоростной областью, которая начинается непосредственно от подошвы Сибирской платформы и достигает максимальной интенсивности в интервале глубин 550–600 км. Ее существование, так же как и существование высокоскоростной глубинной аномалии южнее Хангая, обнаружено и поверхностно волновой томографией (Emmerson et al., 2006, fig. 10). Между ними, в интервале глубин 450–600 км находится наиболее узкая часть БайкалоХангайской аномалии, которую, по-видимому, можно ассоциировать с достигающей этих глубин стволовой частью плюма. С продвижением вверх объем аномалии увеличивается, а ее конфигурация усложняется, что согласуется с плюмовой концепцией, согласно которой геометрия плюма в верхних горизонтах Земли обусловлена взаимодействием вещества глубинного флюида с субстратом верхней мантии и зависит от ее зрелости.

Благодаря интенсивной флюидизации выше 200 км могут быть созданы условия для зон объемного плавления (Летников, 2006).

Трехмерная телесейсмическая томография вдоль профиля Сибирская платформа – Гоби-Алтай по P волнам и гравиметрическим данным Для трехмерного зондирования среды в районе наблюдения необходимы лучи землетрясений со всех азимутов. Но главное отличие и преимущество метода в совместной инверсии невязок времен пробега Р-волн далеких землетрясений и гравиметрических аномалий в районе наблюдения, в привлечении детальной информации распределения по площади гравитационных аномалий Буге. В используемой схеме предполагается линейная положительная связь между аномалиями скорости (VP) и плотности (). Согласно уравнению Ф. Берча (1961) VP B., где B – коэффициент связи, который в зависимости от состава пород изменяется от 2.5 до 3.5 км с–1 г–1 см3. Взаимное дополнение и согласование двух наборов данных позволило рассчитать трехмерное распределение аномалий скорости и плотности вдоль трансекта MOBAL_2003 и тем самым получить дополнительную информацию о глубинной структуре юга Сибири и Центральной Монголии до глубины 300 км.

Разрешение трехмерной томографии, как и двумерной, оценено двумя методами. Согласно аналитическому методу (Menke, 1984), для большинства инвертируемых параметров диагональные элементы матрицы разрешения ~0.4, и очень мало значений 0.7. Однако значения диагональных элементов сильно зависят от вводимого в инверсию ограничения на сглаживание. В нашем случае, из-за шума в данных и коротких длин волн, которые невозможно инвертировать, приходится вводить сильное сглаживание (0.001), и по этой причине элементы разрешающей матрицы относительно малы.

Другой путь тестирования разрешения – шахматный тест восстановления структуры литосферы по лучевой геометрии наблюдений показал более быструю деградацию аномалий плотности с глубиной по сравнению с аномалиями скорости, но зато хорошее площадное их восстановление вблизи поверхности и на уровне подошвы коры, что компенсирует слабое разрешение скоростных аномалий в верхнем слое.

Согласно лучевому покрытию, разрешаемая часть литосферы концентрируется вдоль профиля при довольно слабой латеральной протяженности. Из-за того, что сейсмические лучи приходят в основном с востока, результаты моделирования дают довольно бедный образ западной части Монголии. Поэтому приходится в основном опираться на гравиметрию, чтобы иметь представление о латеральной протяженности мантийных структур (рис. 3, цв. вкладка).

Модели воспроизводят контраст между верхней мантией под активным орогеническим поясом и мантией холодного высокоскоростного Сибирского кратона. Утолщение литосферы кратона по направлению к северу согласуется с выполненной нами двумерной томографией и с другими работами (Zorin et al., 1990; Yanovskaya and Kozhevnikov, 2003; Кулаков, 2008).

Приложение Рис. 2. VP-аномалии, полученные в результате двумерной телесейсмической томографии вдоль Байкальской рифтовой зоны, профиля PASSCAL_1992 и профиля MOBAL_2003 (см. рис.1).

Рис. 3. Вертикальные сечения 3D-моделей аномалий плотности (a) и скорости (b) вдоль субмеридионального трансекта MOBAL (слева) и поперек трансекта на широте станции TUSG (справа). Расстояния указаны в км относительно UTM-проекции, центрированной относительно 102° Е. Коды указывают на основные аномалии: Sc –Сибирский кратон; Sb – южный Байкал и Саянский пояс; Hd – Хангайское поднятие; Al – Алтай; Ga – Гоби-Алтай.

Рис. 4. Трехмерная модель скоростной структуры S-волн под областью Южного Байкала и смежной территории, построенная по результатам инверсии продольных приемных функций. Сечения ВС и СВ соответствуют одноименным профилям на рис.1.

Приложение Рис. 5. Двумерные скоростные разрезы по результатам инверсии приемных функций А – субширотный профиль (см. рис. 1); Б – субмеридиональный профиль 1992 г. по станциям; субмеридиональный профиль 1992 г. Братск–Иркутск–Улан-Батор–Ундуршил;

наклон разрезов, учитывающий горизонтальный масштаб, равен углу падения (20°) сейсмических лучей в зондируемой ими толще.

Приложение Рис. 6. Vs - структура коры и верхней мантии вдоль профиля MOBAL_2003.

1– оценка толщины литосферы по данным гравиметрии (Zorin et al., 1990);

2 – данные о тепловом потоке (Lysak, Dorofeeva, 2003).

Рис.7. Сводные данные по SKS расщеплению и GPS геодезии.

Пояснения в тексте.

Сильные скоростные контрасты внутри коры под Хангайским поднятием и Тункинской депрессией, проинтерпретированы как утолщенная кора.

Хангайскому поднятию соответствует область низкой скорости и низкой плотности, локализованная на разных глубинах. Благодаря плотному пространственному покрытию гравиметрическими данными, определена трехмерная геометрия этой особенной низкоскоростной и низкоплотностной аномалии. Также как в двумерной модели, интенсивные части аномалий Хангая простираются почти до 300 км.

Наиболее вероятно, что этот горячий плавучий материал поддерживает кору и создает топографическое поднятие Хангая (Petit et al., 2008) К тому же высота поднятий в подобных условиях должна дополнительно расти за счет активных процессов гранитизации внутри коры (Летников, 2006).

Выделенная восточнее на этой же широте аномалия низкой скорости и плотности, начинаясь на глубине 200 км, прослеживается по пониженной плотности дальше к востоку до Хэнтея, где она обнаружена двумерной томографией как интенсивная низкоскоростная аномалия в коре и непосредственно под ней (см. рис. 2, профиль PASSCAL).

Таким образом, уточнена конфигурация и интенсивность низкоскоростных аномалий, отождествляемых с плюмами, под Хангайским и Хэнтэйским горными поднятиями, а также под флангами Байкальской рифтовой зоны. В диапазоне глубин 0–300 км ширина наиболее интенсивных аномалий достигает 200 км, области их выхода к поверхности Земли совпадают с областями кайнозойского вулканизма. Корни Хангайской и СаяноБайкальской аномалий прослеживаются до глубины 600 км.

Геометрия и местоположение надежно выделенных различными томографическими методами отрицательных аномалий скорости и плотности и их глубокие корни дают основание предполагать, что кайнозойское поднятие Саяно-Байкальского складчатого пояса, Хангая и Хэнтэя и связанный с ним рифтогенез, магматизм, высокий тепловой поток и литосферное утонение являются результатом взаимодействия ветвей мантийных плюмов с вышележащей литосферой.

Глава 3. Исследования глубинной структуры в Центральной Азии методом функции приемника (receiver function).

В первом разделе главы излагаются теоретические основы используемого в работе метода, который получил широкое признание в последние годы. Суть метода состоит в расчете горизонтально-слоистых моделей подстанционной скоростной структуры на основании подбора теоретических функций приемника к наблюдаемым функциям, обусловленным вступлениями в коде Р-волны обменных поперечных волн, образующихся на границах 1-го и 2-го рода в районе регистрации (Vinnik, 1977).

На первом этапе – этапе анализа – из трехкомпонентных сейсмограмм выделяются волновые стандартизованные формы – P-сигнал и функции SV и SH. Решение обратной задачи (инверсия SV функций) является вторым этапом работы. Для инверсии использована программа, разработанная Г.Л. Косаревым (Kosarev et al., 1987; 1989).). В процедуре инверсии применены теория плоских волн, допущение, что земная кора и верхняя мантия представляют собой пачку плоских изотропных однородных слоев, лежащих на однородном полупространстве (Haskell, 1962), и метод регуляризации для решения некорректных обратных задач (Тихонов и Арсенин,1979; Гласко, 1984).

Таким образом, задача инверсии сама по себе является одномерной.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»