научная статья по теме ОДНОМЕРНАЯ СКОРОСТНАЯ МОДЕЛЬ СРЕДЫ СРЕДНЕКУРИНСКОЙ ВПАДИНЫ ПО ДАННЫМ МЕСТНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ АЗЕРБАЙДЖАНА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОДНОМЕРНАЯ СКОРОСТНАЯ МОДЕЛЬ СРЕДЫ СРЕДНЕКУРИНСКОЙ ВПАДИНЫ ПО ДАННЫМ МЕСТНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ АЗЕРБАЙДЖАНА»

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.

Показать целиком