Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Изложенные в данной главе в общем виде вопросы будут конкретизированы в последующем при рассмотрении геологических объектов различной природы.
В научных организациях в настоящее время большое внимание уделяется изучению анизотропных свойств геологических тел. Убедительно показано, что наиболее полное решение проблемы возможно при совместном использовании продольных и поперечных волн различных классов. Анизотропные свойства пока широко не используются на практике. В последующих главах будут даны примеры определения параметров анизотропии для отдельных объектов с учетов вариаций в поляризации поперечных волн.
(12.2)
222
Глава 13. Глубинные исследования земной коры и мантии
Г**. 13.1. График изменения мощностей ж^иой коры на континентах и в океанах.
223
Глава 13. ГЛУБИННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ И МАНТИИ
Разработка сейсмографов и быстрое развитие методов инструментальной сейсмологии в конце 19-го — начале 20-го веков позволили обеспечить быстрое развитие сейсмических сетей и на основе этого разработать способы определения координат очагов и времен распространения волн на интервале источник—приемник (см. ч. ID. На основе этого начало быстро прогрессировать направление, связанное с использованием методов сейсмологии для изучения внутреннего строения Земли, в первую очередь нахождения в теле планеты величин скоростей vp и vs, границ различной резкости, зон изменения градиентов dv/dz и определения поглощающих свойств (добротности). Это направление в настоящее время названо структурной сейсмологией [Ризниченко, 1985а], хотя методы очаговой сейсмологии также могут быть полезными при решении задач структурной геологии, прежде всего при изучении разломной тектоники.
Длительное время сведения о строении литосферы получали только с использованием волн от землетрясений. Постепенно начали привлекать источники типа промышленных взрывов (в первую очередь, взрывы в карьерах) с фиксированием координат и времени очага. Только в середине 20-го столетия начали использовать регулярные системы наблюдений с заранее планируемым расположением источников и приемников с ориентацией, прежде всего, на регистрацию волн в области первых вступлений. Такие регулярные системы длительное время использовались при исследовании относительно неглубоко залегающих слоев, и только в конце 40-х годов были поставлены опыты по изучению кристаллической коры.
В течение нескольких десятилетий сейсмические станции при регистрации землетрясений и взрывов располагались только на суше и потому, в первую очередь, сведения о верхних частях кристаллической оболочки Земли (литосферы) относились к континентам. Наблюдения на акваториях с применением искусственных источников были начаты только в конце 40-х — начале 50-х годов и отчетливо показали принципиальные отличия в мощностях земной коры на морях, океанах и континентах. Схематически эти результаты представлены на рис. 13.1 [Строение..., 1959], где видно, что мощности коры изменяются примерно на порядок, причем они не остаются постоянными ни на акваториях, ни на суше. Последнее дало возможность предположить, что строение коры может иметь определенную связь с особенностями тектонической обстановки тех или иных районов. Глубинные оболочки (H > 500—600 км) до настоящего времени изучаются преимущественно путем регистрации волн от землетрясений и только частично используется энергия подземных ядерных взрывов.
В данной главе не затрагиваются вопросы изучения земного ядра, поскольку они достаточно полно изложены в гл. 6, и со времени выхода первого издания книги существенно новых результатов не получено. Отмстим только, что имеются сведения о неоднородности внешней оболочки внутреннего ядра и се анизотропных свойствах [Tromp, 19951. Исследования земной коры, а также верхней мантии любыми методами относятся преимущественно к континентам по причинам, которые вряд ли стоит объяснять. В связи с этим в данной работе исследованиям на материках уделяется несколько больше внимания, чем на акваториях.
13.1. ЗЕМНАЯ КОРА НА КОНТИНЕНТАХ
Исследования глобального характера показали, что мощность, земной коры в пределах континентов не стабильна (см. рис. 13.1). В еще большей степени это относится к переходным зонам от континентов к океанам и к островам. В связи с этим в более поздний период при региональном изучении коры преследовали цель >становления связи между ее строением и
Часть IV. Объекты сейсмических исследований
особенностями тектонической обстановки. Еще ранее, когда использовались данные по регистрации землетрясений, такой подход выполнялся автоматически для локальных сейсмоактивных районов.
Подавляющая часть исследований носила региональный характер с охватом достаточно больших площадей либо маршрутов значительной протяженности. Работы более детального характера с искусственными источниками систематически начали проводиться только в последние два десятилетия.
13.1.1. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С РЕГИСТРАЦИЕЙ ВОЛН ОТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Наиболее значимы исследования в сейсмоактивных районах, где обычно создается достаточно густая сеть станций и имеется большой объем информации от близких землетрясений (А < 800 км). При построении годографов P- и S-волн используются данные от станций, расположенных в различных азимутах, и тем самым при обработке вычисляются средние параметры, относимые к некоторой площади. Как правило, на сейсмограммах удается идентифицировать как продольные, так и поперечные волны. На рис. 13.2 в качестве примера представлены годографы волн Р, Pn, S и Sn [Методы..., 1960]. Одновременная регистрация обоих типов волн является важным преимуществом исследований в сейсмоактивных районах. Вместе с тем, точность определения мощностей коры при современных требованиях далеко не достаточна, а сведений о внутреннем строении консолидированной коры, как правило, не удается получить. Укажем еще, что наблюдаемые кажущиеся скорости волн считаются всегда приблизительно равными граничным скоростям. При долговременно действующей сети станций и большой густоте их расположения удастся изучить поверхность Мохо относительно надежно, особенно если можно определять глубины очагов хотя бы для сравнительно небольшой части землетрясений. Использование волн PhS позволяет оценивать средние величины скоростей в коре и использовать их при решении обратной задачи очаговой сейсмологии. Следует напомнить (см. гл. 5), что трехкомпонентные сейсмографы в сейсмоактивных районах всегда располагаются на скальных основаниях, и потому о наличии осадков в локальных областях можно
