Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
13.4.1. ОСОБЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ
Напомним прежде всего классическое разделение скоростей по глубине на зоны. К. Е. Буллен 11966 J подразделяет мантию Земли на четыре основные зоны: В, С, D' и D". Первая из них начинается на глубине 33 км (среднее положение границы Мохо на континентах) и кончается на глубине 413 км. К этой части мантии приурочена зона пониженных скоростей и так называемая астеносфера, где предположительно могут существовать зоны расплава, скорее всего в локальных областях. Нижележащая зона С простирается до глубины «1000 км, что несколько больше максимальной глубины глубокофокусных землетрясений (см. гл. 5). В этом слое наблюдаются зоны аномальных градиентов, положение которых не всегда отчетливо проявляется. Зоны В и С в совокупности представляют собой верхнюю мантию. Нижняя мантия состоит из двух слоев: D' и D". Первый из них имеет мощность порядка 1700 км (от 1000 до 2700 км) и, по имеющимся к настоящему времени данным, не содержит заметных нерегулярностей в распределении скоростей. Слой D" рассматривается как переходный от нижней мантии к внешнему ядру и в нижней части характеризуется отрицательными градиентами скорости. Другие авторы [Жарков, 1983; Болт, 1984], проводившие обобщение данных сейсмологии землетрясений, дают некоторые иные положения границ раздела, особенно в верхней части мантии (в литосфере), а также в зоне D", размер которой в настоящее время считается не больше, чем 100 км.
Наибольший интерес представляет изучение неоднородности в литосфере. Первые исследования по этому вопросу, по-видимому, принадлежат Б. Гутенбергу [ 1963 ]. По ряду сейсмоактивных областей им были рассчитаны графики зависимости vp и Vx от глубины (рис. 13.22). На графиках достаточно отчетливо видны зоны пониженных скоростей обоих типов волн в пределах глубин «70—250 км. Эта зона впоследствии получила название слоя Гутенберга.
Более полные данные по изучению зависимости скоростей от глубины даются в работах, в которых использовались искусственные источники с надежной фиксацией координат и времени очага, и отсчеты времен вступления волн более точны в связи с применением относительно высоких частот. Один из таких графиков, по данным А. В. Егоркина и др. [1984], приведен на рис. 13.23 для величины V1, до глубины 700 км, отсчитываемой от границы Мохо. В верхней части литосферы, начиная с глубины «50 км, отмечается ряд слоев с пониженными и повышенными скоростями. Последний из них залегает на глубине 200 км, после этого до глубины «415 км, где фиксируется резкая граница, скорость слабо возрастает. Ниже на глубинах порядка 500 и 670 км отмечаются зоны повышенных градиентов, причем на последней градиент несколько выше, чем на первой. При рассматриваемых исследованиях большое внимание было уделено также регистрации поперечных волн, но расшифровка их, в частности „первых волн", оказалась затруднительной. Кривую vs(z) можно с большой достоверностью получить из vp(z), поскольку величина V5/vp для верхней мантии не может изменяться в больших пределах, и потому отмеченные особенности на vs(z), скорее всего, будут отмечаться в тех же интервалах глубин, что и на рис. 13.23.
Часть IV. Объекты сейсмических исследований
10,4
10,0
«>,.. км/с
9,2 э
7,6 600 Н, км
Рис. 13.23. Осреднснный скоростной разрез верхней мантии vp(H), по данным ГСЗ, с большими расстояниями источник—приемник.
Рис. 13.22. Скорости v5 и^в функции глубины, рассчитанные по данным регистрации землетрясений Б. Гутенбергом.
Достаточно полная сводка данных по изменению скоростей с глубиной в мантии по многим регионам мира дана в монографии В. В. Рябого [1979]. Она составлена по работам с использованием как естественных, так и искусственных источников возбуждения и по всем типам волн, включая поверхностные. Эта сводка за период до 1977—1978 гг. показывает, что зависимости v(z) отличаются очень большим разнообразием. Это объясняется многими причинами: полнотой системы наблюдений, качеством первичных данных, правильностью подходов к интерпретации волновых полей; но даже если исключить субъективные факторы, то, безусловно, различия в кривых v(z) в какой-то мере связаны с латеральными изменениями скоростей в мантии. Несмотря на изобилие приведенных в указанной работе данных по кривым v(z), мы решили представить здесь самые последние данные, полученные при использовании плотных систем наблюдений и мощных источников, в том числе ядерных (рис. 13.24). Вопросы подробного изучения латеральных изменений скоростей в верхней и частично в нижней мантии будут освещены далее.
13.4.2. О ЛАТЕРАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ СКОРОСТЕЙ В МАНТИИ
Интерес к выяснению особенностей пространственного распределения физических параметров, в том числе скоростей упругих волн, в мантии имеет вполне закономерный характер, так как многие геологические явления обусловлены физико-химическими процессами в подкоровом пространстве (вулканизм, кимберлитовый магматизм, глубокофокусные землетрясения и др.). Если говорить о
244
Глава ІЗ. Глубинные исследования земной коры и мантии
