ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2011, № 9, с. 103-112
УДК 550.34
ОДНОМЕРНАЯ СКОРОСТНАЯ МОДЕЛЬ СРЕДЫ СРЕДНЕКУРИНСКОЙ ВПАДИНЫ ПО ДАННЫМ МЕСТНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
АЗЕРБАЙДЖАНА © 2011 г. Г. Д. Етирмишли, С. Э. Казымова, И. Э. Казымов
Республиканский Центр Сейсмологической Службы НАНА,Баку, Азербайджан.
E-mail: sabina.k@mail.ru Поступила в редакцию 15.06.2010 г.
В статье представлен способ определения скоростной модели земной коры и параметров землетрясений Среднекуринской впадины по данным сети телеметрических станций Азербайджана, что позволило пересчитать основные параметры гипоцентров землетрясений, получить поправки к временам прихода P и S волн на станции наблюдения и существенно повысить точность определения координат гипоцентров землетрясений. Построение проводилось на программе "VELEST" — программы для расчета одномерных минимальных скоростных моделей по временам пробега волн.
ВВЕДЕНИЕ
Данная работа посвящена построению одномерной скоростной модели и переобработке данных регистрации землетрясений Среднекуринской впадины с использованием алгоритмов, не входящих в обязательную обработку при составлении каталога сейсмических событий.
До сих пор вся стандартная обработка была рассчитана на сеть аналоговых станций. С появлением сети телеметрических станций "Kinemetrics", стало возможным применять методики, позволяющие получать более точные решения при локальных наблюдениях. Использование телеметрических станций дало также возможность помимо сведений о координатах гипоцентра получить большое количество станционных невязок — систематических отклонений времен пробега первых вступлений продольных волн от стандартного осредненного годографа. Разница между временами пробега является следствием различия скоростной модели, используемой в определении координат гипоцентров с истинной моделью земной коры.
В вычислениях положений гипоцентров одним из очень важных параметров является скоростная модель. Важность нахождения одномерной скоростной модели подчеркивалась во многих работах, например в [Kissling еt al., 1994]. Под одномерной скоростной моделью понимается такая скоростная модель, относительно которой среднеквадратичная невязка (RMS) по всем лучам минимальна среди всех возможных скоростных моделей, т.е. модель обеспечивающая минимум функционала RMS. Ис-
пользование для трехмерных расчетов в качестве нулевого приближения неоптимальной одномерной модели может привести к появлению артефактов (несуществующих неоднородностей) в трехмерной модели. Подбор оптимальной одномерной модели должен производиться для каждого набора данных отдельно с учетом существующей априорной информации о скоростных границах и значениях скоростей в интересующем регионе. Поэтому поиск оптимальной одномерной скоростной модели является неотъемлемой частью любого сейсмотомографиче-ского исследования.
Одновременно со скоростями обычно рассчитываются станционные временные поправки для каждой станции. Станционные поправки в центре сети обычно несут в себе информацию о геологическом строении приповерхностных слоев. Временные поправки для станций, расположенных на окраинах, отражают не только особенности структуры осадочного чехла в зоне приемника, но и другие эффекты, связанные с неравномерным расположением событий в зависимости от азимута для данной станции.
ОПИСАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Времена вступления сейсмических волн всегда определяются с некоторой погрешностью. Для аналоговых станций считается, что максимальная точность определения сейсмической волны 0.1 с, а для цифровых - 0.05 с. Далеко не для всех сейсмических волн удается определить времена вступления с указанной точностью. От одних землетрясений сейсмическая запись является более четкой, от других — ме-
нее. Точность определения времени вступления волны также зависит от местоположения сейсмической станции. На станциях, которые расположены вдали от населенных пунктов, уровень сейсмического шума меньше и полезный сигнал более четкий. Частой ошибкой является неправильное определение фазы волны. Интерпретатор пытается зарегистрировать время вступления первой волны, а регистрирует время вступления вторичной фазы. Описываемые в данной работе сейсмотомографические исследования базируется только на первых вступлениях продольных и поперечных сейсмических волн. Далее погрешность, связанная с неправильным определением времени вступления волны, вместе с несовершенством методов локации событий и неполнотой сведений о скоростях сейсмических волн в исследуемом регионе, об анизотропных свойствах и механизмах очага, влечет за собой ошибки в определении координат землетрясений и времени в источнике [Усольцева, 2004].
Анализ скоростных свойств в исследуемом регионе, построение одномерных скоростных моделей следует проводить только опираясь на данные времен вступлений, определенные с хорошей точностью и только от тех землетрясений, для которых ошибка вычисления координат и времени в источнике невелики. Использование всех имеющихся данных в исследовании может привести к получению неверных одномерных и трехмерных скоростных моделей. Наиболее грубые ошибки в определении времени вступления удается зафиксировать при построении индивидуальных и сводных годографов. Чтобы из общей массы землетрясений выявить те события, координаты и время в источнике которых определены достаточно надежно, нами были использованы следующие критерии:
1. Выбирать только те события, которые зарегистрированы достаточно большим количеством станций.
2. Выбирать только те события, вокруг которых регистрирующие станции расположены достаточно равномерно. По мнению С. Рокера [ЛЪегз, Яоескег, 1991; Яоескег е! а1., 1987] при проведении томографических исследований возможно использовать только те события, которые при локации и дальнейшей перелокации в различных одномерных слоистых моделях удовлетворяют следующим критериям;
1 — число обусловленности матрицы из частных производных времени пробега по координатам, т.е. отношение максимального собственного числа матрицы к минимальному, не должно быть слишком большим;
2 — процесс локации должен быть сходящимся, т.е., например, на последней итерации координаты должны сдвигаться не более, чем на 3 км;
3 — координаты событий должны быть слабо чувствительны к локации в различных скоростных моделях. Т.е., например, координаты событий не должны отличаться более, чем на 10 км при локации в скоростных моделях, различающихся на ±10%;
4 — стандартная ошибка определения координат также не должна быть слишком большой.
Конкретные числа в критериях для каждого набора данных необходимо подбирать свои в зависимости от специфики данных и региона, также с использованием метода проб и ошибок [Усольцева, 2004].
И Э. Кисслингом и С. Рокером также отмечается, что при сортировке данных необходимо обратить внимание на значение RMSœg и на расстояние до ближайшей станции.
Критерии Э. Кисслинга и С. Рокера применены для сортировки событий во многих томографических исследованиях [Petit et al., 1998; Roecker et al., 1987]. Результаты этих исследований подтверждают действенность описанных критериев при сортировки событий.
В ходе исследования рассматривались сейсмологические данные о параметрах локальных землетрясений и временах прихода P и S волн зарегистрированных сетью телеметрических станций за период 2004—2009 гг Параметры гипоцентров, включающие координаты очага, глубину очага, время возникновения события, времена пробега P и S волн были получены из каталогов Республиканского Центра Сейсмологической Службы [Гасанов, и др., 2004; 2005; 2006; 2009]. Исходя их геометрии расположения очагов землетрясений и сейсмологических станций, область исследований представляет собой объем земной коры и верхней мантии до глубины 60 км, площадью 320 х 190 км (39.80-41.50; 44.60— 48.40) (рис. 1).
Всего было отобрано 800 событий. Для построения одномерной модели среды были использованы времена пробега P и S волн со значениями невязок для Р-волн в диапазоне ±2 с, для S-волн ±3 км. Число сейсмических лучей, просвечивающих объем среды от выбранных событий до станций, составил для Р-волн 3243, для S-волн — 3152. Объем среды был разбит на слои: 0—1, 1—3, 3—5, 5—8, 8—10, 10—15, 15—25, 25—35, 35—40, 40—50, 50—60 со средними скоростями 1.5, 1.6, 2.0, 2.2, 2.6, 3.3, 4.5, 5.3, 6.3, 7.2, 8.1 км/с. Отношение Vp/Vs нами было принято равным 1.75. При принятой в программе структуре скоростной модели данное значение на наш взгляд яв-
ёерШ, кт 0 20 40 60
39.50
40.00 ^
40.50
ад
ТЗ
"§41.00
2 о
14.50
42.00 -
42.50
4400 0
т10 , к20 ^=30 4^40 50 60
4500
4600
1оп§Ииёе, deg 4700
4800
4900
5000
60 50 § 40
-Й 30
а 20 ■3 10
0
t
50 10 150 200 N оГ еуеп18
Рис. 1. Карта эпицентров Среднекуринской впадины за период 2004—2009 гг.
ляется наиболее оптимальным, поскольку средние значения отношения У/У для многих типов пород близки. Для осадочных пород (известняки, песчаники, доломиты) значения Ур/У изменяются в интервале 1.45—2.30, в среднем составляя 1.78. Для магматических и метаморфических пород (гранит, грано-диорит, габбро, пироксенит, перидотит) — 1.60—1.88, в среднем составляет 1.70. Исходя из этих соображений, нами было использовано значение У/У = 1.75. В качестве исходной модели, была принята горизонтально-слоистая скоростная модель построенная А.Г. Гасановым по геофизическим данным и исполь-
зуемая в настоящее время в подсчетах гипоцентров землетрясений[Гасанов, 2001].
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Построение одномерной скоростной модели производилось на программе \ELEST. Одномерная модель — это начальная модель как набор горизонтальных слоев (скорость может быть постоянной или линейно изменятся с глубиной в каждом слое; разрывы (скачки) возможны только на границах раздела слоев) [КзвН^ е! а1, 1994]. \ELEST обладает рядом преимуществ, в частности позволяет решать совместную задачу для модели и гипоцентров, ис-
пользовать станционные задержки, совместно рассчитывать модели по P- и ¿-волнам, а также в процессе счета оценивать "вклад" каждой волновой фазы от каждого события в общую ошибку решения.
Расчет одномерной начальной скоростной модели начинается с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.