Файл: Вопросы общей и теоретической тектоники [сборник]..pdf

ВОПРОСЫ ОБЩЕЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЕКТОНИНИ

УДК - 550.344.094.5 (571.645)

И. С. ШВАНДЮК

ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛИЙ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ Р-ВОЛН В ПРЕДЕЛАХ КУРИЛО-КАМЧАТСКОЙ ФОКАЛЬНОЙ ЗОНЫ МЕТОДОМ НЕВЯЗОК ГОДОГРАФА

НА УДАЛЕННЫХ СТАНЦИЯХ

В изучении верхней мантии Земли важное место занима­ ют исследования зон Беньофа (фокальных зон) — крупных аномалий строения в районах островных дуг. Эти зоны выде­ ляются заметными аномалиями скорости распространения сейсмических волн. Данные о скоростях P-волн в .них, полу­ ченные путем использования локальных сетей наблюдения на различных участках Курило-Камчатской зоны (Тараканов, 1969; Tada, 1972; Кузин, 1973), обнаруживают различия трудно объяснимые с каких-либо общих позиций. Возможная причина такого несходства в разных условиях проведения опыта, причем контролируемость этих условий весьма сомни­ тельна. Здесь целесообразен подход, позволяющий одновре­ менно рассматривать различные далеко отстоящие друг от друга участки Курило-Камчатской зоны, пусть даже за счет некоторой потери точности.

Один из возможных вариантов — развитие и приложение способов определения и анализа невязок годографов по на­ блюдениям на удаленных станциях. Имеющиеся примеры при­ менения этих способов к изучению неоднородностей, связан­ ных с фокальной зоной (Sorrells a. oth., 1971; Jaeo®, 1972), не противоречат возможности получения принципиальных выво­ дов о характере аномалий скорости распространения сейсми­ ческих волн в пределах этих зон.

В настоящей работе ставится задача рассмотреть, насколь­ ко предложенные для Курило-Камчатской зоны разнородные

1 6 6

оценки аномалий скорости распространения сейсмических воЛн в пределах фокальной зоны согласуются с особенностями вре­ менных невязок на удаленных станциях.

Методика построений

Применяемый метод, основные положения которого описа­ ны рядом авторов (Sorrells a. oth., 1971; Jacob, 1972), заключа­ ется в сравнении теоретически рассчитанных невязок (f=t„— t год) P-волн, проходящих в начале пути через аномальную зо: ну в разных модельных ее приближениях с наблюденными на удаленных станциях. Построения проводятся для очагов зем­ летрясений, расположенных так, чтобы предполагаемый эф­ фект действия неоднородностей был максимальным. Теорети­ чески рассчитанные невязки целиком отражают этот факт. Наблюдаемые на станциях невязки формируются в результа­ те действия многих факторов: погрешностей в определении координат очагов землетрясений и времени в очаге, ошибок регистрации времен вступлений P-волн на сейсмостанциях, неизвестных нам отличий реальной Земли от принятой стан­ дартной ее модели. Изучение групп близких землетрясений на одних и тех же станциях позволяет с помощью статистическо­ го анализа выделить систематические отклонения наблюдае­ мых времен пробега от табличных, ответственным за которые можно считать действие неоднородностей в районе источника и особенностей строения земной коры вблизи каждой станции, а также применение осредненных по географическим коорди­ натам сферически симметричных моделей мантии Земли. Си­ стематические невязки перед использованием для интерпрета­ ции эффекта неоднородностей в районе источника желательно уточнить, вводя предварительно оцененные поправки за кору для рассматриваемых станций. Неопределенность, возникаю­ щая в связи с использованием осредненных скоростных мо­ делей мантии, всегда присутствует в исходных данных и сни­ жает разрешающую способность метода — это ограничивает его возможности в уточнении деталей строения неоднород­ ностей (Jacob, 1972; Sorrells a. oth, 1971; Sleep, 1973). Ниже анализируются модели аномальной зоны с существенно раз­ личными скоростными свойствами. В этих условиях построе­ ния метода приводят к качественно различным результатам, что облегчает интерпретацию экспериментальных данных.

167

Модели фокальной зоны и алгоритм расчета кинематических характеристик Р-волн

Для упрощения процесса вычислений, неровности в строе­ нии фокальной зоны, прослеживаемые по карте ее изоглубин (рис. 1), сглажены. В районе Средне-Курильских островов фокальная зона аппроксимировалась плоской, наклоненной под углом 45° плитой, погружающейся до глубины 600 км (рис. 2). По карте (рис. 1) намечаются изменения в геометрии зоны в районе Южно-Курильских островов и о. Хоккайдо. Здесь она падает под континент более полого и, по-видимому, погружается до глубин 400—500 км. Эти изменения отражены

Рис. 1. Карта изоглубнн Ку­ рило-Камчатской фокальной зоны

1 — линии изоглубин (Тара­ канов, 1973); 2 — эпицентры рассматриваемых курильских землетрясений; 3 — эпицент­ ры сахалинских землетрясе­ ний; 4 — области, в пределах которых расположены очаги землетрясений, использован­ ные в работе (Кондорская и др., 1973) для статистического

анализа

168

в соответствующих моделях. Расчеты проведены для групп близких очагов в разных участках зоны. Траектории лучей рас­ считывались в азимутах, близких к направлению, перпендику­ лярному простиранию зоны на каждом участке, так как по этим направлениям эффект присутствия аномальной плиты должен проявиться наиболее четко, и неточности, возникаю­ щие из-за неучета криволинейной формы дуги, здесь наимень­ шие.

Рис. 2. Геометрическое пред­ ставление аномальной зоны (вертикальное сечение в на­ правлении, перпендикуляр­ ном простиранию фокальной

зоны)

Район о. Хоккайдо — {3 <=55—

600 км, D = 100 км. Район Средних и Северных Куриль­ ских островов— р =45°, Н=

600—700 км, D = 100 км

М/КМ^

Скоростные разрезы в плите, заданные в виде последова­ тельности слоев с постоянными скоростями, варьировались в пределах данных (Isacks, a. oth., 1968; Тараканов, 1969; Tada, 1972; Кузин, 1973), (рис.З). В качестве скоростного распре­ деления в сферически-симметричной Земле принимался раз­ рез Херрина (Herrin, 1968) с шагом 10 км. В каждом сфериче­ ском слое зависимость скорости от глубины аппроксимирова­ лась законом Буллена

‘ s

V(r) — скорость на расстоянии г от центра земли; S — номер слоя; Ks — параметр слоя, приблизительно пропорциональный градиенту скорости.

При этом траектория луча и время пробега P-волны вдоль нее рассчитываются по простым формулам. По алгоритму (Sorrels a. oth., 1971), составлена программа на машину

«Минск-22».

Рассматривались очаги с глубиной более 40 км, поэтому необходимость введения поправок за кору в районе источника

169

у (км /с ен )

Н(км)

построен по данным Херрина (Herrin, 1968) (модель 2) 3 — ско­

рости по сравнению с разрезом Херрина увеличены на 3°/о (мо-

170

отпадает. Кора в районе станций рассматривалась как одно­ родный слой мощностью 40 км с Vip=6,5 км/сек.

В рамках некоторых моделей варьировались геометриче­ ские параметры для определения устойчивости результатов по отношению к возможным ошибкам геометрического представ­ ления фокальной зоны и к ошибкам определения координат очагов землетрясений. (Таблица).

дель 3); 4 — скорости по сравнению с разрезом Херрина увели­ чены на 5°/о до глубины 450 км и на 2,5% в интервале глубин

450—600 км (Tada, 1972) ("модель 4); 5 — скорости по срав­ нению с разрезом Херрина увеличены на 7% (Isacks. 1968) (мо­

дель 5); 6 — скорости по сравнению с разрезом Херрина увели­ чены на 10% (модель 6)

171

Экспериментальные данные

В работе использованы данные бюллетеней Международ­ ного сейсмологического центра (B ulletin..., 1973). Для от­ дельных сейсмических станций мировой сети рассматрива­ лись зависимости временных невязок от азимута и эпицентрального расстояния. Так как использовались .наблюдения в течение небольшого периода времени, данных оказалось не­ достаточно для проведения статистического анализа. Однако возможность получения достоверных построений подтвержда­ ется тем, что сии сохраняют характер зависимостей, получен­ ных Н. В. Коидорской и др. (1973) для землетрясений ЮжноКурильских островов и о. Хоккайдо, вполне обоснованным способом.

172