научная статья по теме СОВМЕСТНОЕ ОБРАЩЕНИЕ P- И S-ПРИЁМНЫХ ФУНКЦИЙ И ДИСПЕРСИОННЫХ КРИВЫХ ВОЛН РЭЛЕЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО АНАТОЛИЙСКОГО ПЛАТО Геофизика

Текст научной статьи на тему «СОВМЕСТНОЕ ОБРАЩЕНИЕ P- И S-ПРИЁМНЫХ ФУНКЦИЙ И ДИСПЕРСИОННЫХ КРИВЫХ ВОЛН РЭЛЕЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО АНАТОЛИЙСКОГО ПЛАТО»

УДК 550.347

СОВМЕСТНОЕ ОБРАЩЕНИЕ P- И ¿-ПРИЁМНЫХ ФУНКЦИЙ И ДИСПЕРСИОННЫХ КРИВЫХ ВОЛН РЭЛЕЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО АНАТОЛИЙСКОГО ПЛАТО

© 2014 г. Л. П. Винник1, М. Эрдуран2, С. И. Орешин1, Г. Л. Косарев1, Ю. А. Кутлу2, О. Чакир2, С. Г. Киселев1

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия 2Университет Чанаккале им. 18марта, Инженерный факультет, Отдел геофизики, г. Чанаккале, Турция

Поступила в редакцию 05.12.2013 г.

Приемные функции продольных и поперечных волн и дисперсионные кривые основной гармоники волн Рэлея использованы для исследования литосферы Центрального Анатолийского Плато. Приводятся результаты для 8 широкополосных сейсмических станций. Установлено, что на территории плато кора мощностью около 35 км подстилается мантийным козырьком с подошвой на глубине около 60 км. Скорость продольных Vp и поперечных волн Vs в этом слое составляет не более 7.6 и 4.5 км/с, соответственно, а отношение скоростей Vp/Vs близко к 1.7, т.е. на 6% меньше, чем в стандартных моделях IASP91 и PREM. Столь низкое отношение скоростей характерно для пород с высоким содержанием ортопироксена. Под высокоскоростным козырьком скорость поперечных волн понижена до 4.0—4.2 км/с, а отношение Vp/Vs близко к стандартному значению (1.8). На большинстве использованных станций в приемных функциях продольных волн не обнаружена сейсмическая фаза P410s, сформированная на глобальной 410-километровой сейсмической границе. 410-километровая граница связана с фазовым переходом оливин—шпинель, а ее исчезновение может свидетельствовать об аномально низком содержании оливина и высоком содержании базальтовой составляющей. Эта аномалия может быть связана с субдукцией большого объема океанической коры при закрытии Тетиса. В целом результаты работы свидетельствуют о высокой информативности использованного методического комплекса.

Ключевые слова: Анатолийское плато, верхняя мантия, литосфера, приемные функции, поверхностные волны, совместное обращение.

DOI: 10.7868/S0002333714040176

ВВЕДЕНИЕ

Длиннопериодные (100—150 с) поверхностные волны Рэлея и Лява представляют классический инструмент для картирования региональной структуры верхней мантии до глубины 200—250 км (например, [Levshin et al., 1989; Ritzwoller et al., 2002; Salaün et al., 2012]). В последние годы появились другие сейсмические методы, позволяющие решать вопросы строения недр в том же диапазоне глубин, что и поверхностные волны. Речь идет, в частности, о приемных функциях поперечных волн [Farra, Vinnik, 2000] и совместном обращении приемных функций продольных и поперечных волн [Vinnik et al., 2004]. Хорошие результаты получены при совместном обращении приемных функций двух типов и аномалий времени пробега продольных и поперечных волн. При этом телесейсмические аномалии времени пробега продольных и поперечных волн восполняют недостаточную чувствительность приемных

функций к абсолютным значениям скорости волн. Другая возможность привлечения абсолютных значений скоростей связана с использованием дисперсионных кривых поверхностных волн. Идея совместного обращения поверхностных волн и приемных функций реализована в работах, использующих поверхностные волны Рэлея и приемные функции продольных волн при картировании коры [Эй, Бои^ег, 1999]. В литературе обсуждался возможный метод совместного обращения приемных функций продольных и поперечных волн и дисперсионных кривых поверхностных волн [£акк, Бгёигап, 2011]. В этой статье мы описываем опыт практического комплекси-рования приемных функций продольных и поперечных волн и дисперсионных кривых волн Рэлея и полученные при этом результаты.

Объектом исследования служит Центральное Анатолийское Плато (рис. 1), литосфера которого сформирована аккреционными комплексами,

3

33

43° I 42° I 41°1

40° I

3944"

к

&

37° 36° 35°

Black Sea

Л

A CANT

tCORM

A LOD *ANTO

a svsk"'

tS "> Ä

ANTO

/ASVRH CENTRAL ANATOLIA

wLf - Jv^-V

■ГШ ,Abnn

... ,.r<Westem л

GrabenSystem , ' . . , ч. ■ ■ * ■

-■.-■-.. EAP ■ I

Й^? * -A. ' "Jg ...

MEDITERRANEAN

25° 26° 27° 28° 29° 30° 31° 32° 33° 34° 35° 36° 37° 38° 39° 40° 41° 42° 43° 44° 45° 46°

Рис. 1. Главные элементы тектоники Анатолийской плиты [ §агс^1и е! а1., 1987; Тауша2 е! а1., 2007]. Сейсмические станции, использованные в работе, показаны треугольниками; EAFZ — Восточно-Анатолийская разломная зона; NAFZ — Северо-Анатолийская разломная зона.

связанными с закрытием Тетиса [Sengor, Yilmaz, 1981]. Это плато является относительно стабильным блоком литосферы, который смещается как одно целое на запад под давлением движущейся к северу Арабской плиты. Смещение Центрального Анатолийского Плато по отношению к соседним литосферным блокам происходит в зонах СевероАнатолийского и Восточно-Анатолийского разломов (рис. 1). Восточно-Анатолийская разлом-ная зона разделяет Центральное и Восточное Анатолийское Плато. Смещение по разломам сопровождается сильной сейсмичностью. В статье представлены результаты анализа записей 8 сейсмических станций: ANTO, BNN, CANT, CORM, KOZT, LOD, SVRH, SVSK (рис. 1).

ПРИЕМНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОДОЛЬНЫХ ВОЛН

Приемные функции продольных волн позволяют исследовать сейсмические границы в коре, верхней мантии и переходной зоне. Они используются далее совместно с приемными функциями поперечных волн для построения скоростных разрезов коры и верхней мантии. При совместном обращении приемных функции продольных и поперечных волн множество возможных моделей эффективно ограничивается значениями аномалий времени пробега продольных и поперечных волн в

коре и верхней мантии, которые можно оценить по времени пробега сейсмических фаз Р410з и Р660з в приемных функциях продольных волн. Однако, как будет ясно из дальнейшего, в районе нашего исследования решение этой задачи затруднено, и для оценки аномалий времени пробега продольных и поперечных волн используются волны Рэлея.

Мы пользуемся системой координат Щ [Ут-шк, 1977], где ось Ь направлена вдоль главного направления смещений в продольной волне, а ось О перпендикулярна к Ь в плоскости распространения волны. Все записи пропускались через фильтр низкой частоты с угловой частотой 0.2 Гц. Для стандартизации волновых форм различных землетрясений применялась деконволюция £>-ком-понент во временной области. Стандартизованные О-компоненты суммировались с временными сдвигами, компенсирующими зависимость времени пробега обменных волн Рз от эпицентрального расстояния. Суммарные приемные функции вычислялись для ряда пробных глубин обмена в диапазоне глубин от 0 до 1000 км и в диапазоне эпицентраль-ных расстояний от 30° до 90°. Типичное число суммируемых приемных функций составляет около 100, что в общем случае позволяет выделять сейсмические фазы с амплитудой около 0.02 или 2% от амплитуды первичной Р-волны. Эта величина характерна для обменных волн от границ в переходной зоне мантии. Большинство эпицен-

тров используемых землетрясений находится в северо-восточном квадранте (рис. 2).

0-компонента приемных функций состоит из обменных волн Рз и многократно--отраженных волн, приходящих к приемнику в виде поперечных волн. Для определения структуры переходной зоны и аномалий времени пробега продольных и поперечных волн в коре и верхней мантии нужны обменные волны Рз от глобальных сейсмических границ на глубинах около 410 и 660 км. Эти границы соответствуют фазовым переходам с отрицательным и положительным наклоном кривой фазового равновесия [Ка18ига, Но, 1989; Но, Така-Иа8Ы, 1989], и глубина границ зависит от температуры: с повышением или понижением температуры в переходной зоне различие в глубине границ уменьшается или увеличивается, как и разность времени пробега соответствующих обменных волн. Стандартная разность времени пробега означает и стандартную глубину границ. Если в этом случае наблюдается аномальное время пробега волн Р410з и Р660з, то оно определяется аномальными скоростями в коре и верхней мантии. Среднемировые времена пробега волн Р410з и Р660з по данным континентальных сейсмических станций очень близки к стандартным временам в модели 1Л8Р91 [КеппеИ, Бп§ёаЫ, 1991]: 44.0 и 67.9 с соответственно [СИеуго! е! а1., 1999]. При этом время пробега Р410з и Р660з по записям хорошего качества определяется с погрешностью не более 0.2—0.3 с.

Волна Р660з на нескольких станциях регистрируется с большой амплитудой (0.03 или 3% от амплитуды продольной волны) на времени около 69 с, т.е. с опозданием около 1 с относительно стандартного времени, но только на одной станции (8У8К) выделяется волна Р410з (рис. 3). Слабость Р410з особенно ясно видна при суммировании всех приемных функций. Вместо этой фазы на времени 40 с уверенно выделяется фаза с противоположной полярностью, которая может образоваться на кровле низкоскоростного слоя, на глубине около 350 км. Эта особенность строения переходной зоны представляет самостоятельный интерес, но отсутствие Р410з не позволяет оценить разность времени пробега Р660$, и Р410з и определить аномалии времени пробега, необходимые для обращения приемных функций в скоростные разрезы. Поэтому в дальнейшем для решения этой задачи привлекаются поверхностные волны.

ПРИЕМНЫЕ ФУНКЦИИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН

В приемных функциях поперечных волн обменные волны ¿р не интерферируют с многократно отраженными волнами, а времена пробега волны ¿410р обеспечивают дополнительные ограничения на скоростные разрезы, получаемые

Рис. 2. Эпицентры землетрясений, использованных при построении приемных функций продольных (пустые кружки) и поперечных (залитые кружки) волн.

обращением приемных функций. В методе приемных функций поперечных волн сейсмограмма проецируется на оси Ь и О, которые определяются иначе, чем для продольных волн. Ось О параллельна главному направлению смещений поперечной волны в плоскости распространения волны. Ось Ь перпендикулярна к О в той же плоскости. Амплитуда поперечной волны во много раз превосходит амплитуду обменных волн, но вдоль оси Ь она пренебрежимо мала. Поэтому ось Ь оптимальна для выделения волн ¿р. В принципе способ построения приемных функций поперечных волн сходен со способом, описанным для п

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