Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Строение верхней мантии Восточно-Европейской платформы по данным сейсмического шума

Диссертация: Строение верхней мантии Восточно-Европейской платформы по данным сейсмического шума
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Промежуточные результаты работы докладывались на 5 Международной научно-практической геолого-геофизической конференции-конкурсе молодых ученых и специалистов «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, Россия), основные результаты — на 7 Международной научной конференции «Проблемы Геокосмоса-2008», (Санкт-Петербург, Россия), 4 Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Обзор и анализ методов, применявшихся в данной работе, и результатов исследования Восточно-Европейской платформы
    • 1. 1. Методы поверхностно-волновой томографии
      • 1. 1. 1. Понятие сейсмической томографии
      • 1. 1. 2. Поверхностно-волновая томография
      • 1. 1. 3. Двумерная задача томографии
      • 1. 1. 4. Одномерная обратная задачи о восстановлении скоростного разреза по дисперсионной кривой поверхностной волны
    • 1. 2. Получение дисперсионных кривых поверхностных волн по записям сейсмического шума
      • 1. 2. 1. Предпосылки для использования нестандартных частей сейсмических записей в сейсмологии
      • 1. 2. 2. Использование сейсмической коды для определения тензора Грина
      • 1. 2. 3. Использование сейсмического шума
      • 1. 2. 4. Теоретические основы метода
      • 1. 2. 5. Использование сейсмического шума для определения фазовых скоростей
      • 1. 2. 6. Перспективность метода
    • 1. 3. Геолого-геофизические сведения о строении Восточно-Европейской платформы
  • Глава 2. Методика
    • 2. 1. Исследование границ применимости метода определения дисперсионных кривых по корреляционной функции шума путем численного моделирования
    • 2. 2. Процедура обработки данных
    • 2. 3. Реализация процедуры обработки данных
    • 2. 4. Тестирование методики
      • 2. 4. 1. Станции в Азии
      • 2. 4. 2. Станции на Восточно-Европейской Платформе
  • Глава 3. Результаты анализа корреляционных функций на станциях ВЕП
    • 3. 1. Исходные данные
    • 3. 2. Дисперсионные кривые
    • 3. 3. Томографическое восстановление структуры коры и верхней мантии
  • Восточно-Европейской платформы
    • 3. 4. Анализ скоростной структуры региона в сопоставлении с тектоникой
    • 3. 5. Распределение источников сейсмического шума

Строение верхней мантии Восточно-Европейской платформы по данным сейсмического шума (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы.

Несмотря на значительные успехи геофизики в 20−21 веке, многие вопросы все еще остаются открытыми. Одним из таких вопросов остается проблема динамики верхней мантии. Между тем именно движения в верхней мантии приводят к формированию и эволюции континентов, накоплению тектонических напряжений в земной коре, и, как следствие, — к возникновению землетрясений. Движения же мантии в значительной степени обуславливаются ее структурой — распределением латеральных неоднородностей упругих и реологических характеристик мантийного вещества, приводящих к тепловой и гравитационной конвекции. Исследования мантии проводятся в основном при использовании методов сейсмической томографии, однако такие методы неприменимы в асейсмичных зонах, таких, например, как ВосточноЕвропейская платформа, что связано как с недостаточным количеством или даже отсутствием сильных землетрясений, так и с тем, что в таких зонах количество сейсмостанций обычно мало. В то же время сведения о строении древних щитов и платформ необходимы для построения геодинамических теорий.

Для определения строения верхней мантии таких регионов представляется весьма перспективным появившийся и бурно развивающийся в последние годы за рубежом метод использования сейсмического шума в томографических исследованиях земной коры, поскольку он не привязан к землетрясениям. Получаемые с его помощью дисперсионные кривые скоростей поверхностных волн используются как исходные данные для поверхностно-волновой томографии. Возможность получения новых сведений о глубинном строении Восточно-Европейской платформы по имеющимся данным о сейсмическом шуме представляется весьма актуальной, поскольку слабая сейсмичность в этом регионе имеет место, и при этом до сих пор остается открытым вопрос о вызывающих ее процессах.

Цель и задачи работы.

Целью данной работы являлось создание пакета программ для построения дисперсионных кривых поверхностных волн по данным о сейсмическом шуме и получение с его помощью новых сведений о строении Восточно-Европейской платформы при использовании записей шума на станциях, расположенных на платформе и ее окраинах. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Обосновать возможность получения дисперсионной кривой поверхностной волны по корреляционной функции сейсмического шума на парах станций и оценить пределы применимости путем численного моделирования.

2. Создать пакет программ для определения корреляционной функции шума и построения по ней дисперсионных кривыхапробировать методику путем сравнения с результатами, полученными по данным землетрясений.

3. Создать базу данных, включающую в себя записи длиннопериодных каналов станций, расположенных на или в окрестности ВЕП, за одни и те же годы.

4. Построить дисперсионные кривые скоростей релеевских волн для трасс, пересекающих ВЕП.

5. По полученным дисперсионным кривым построить трехмерное распределение скоростей поперечных волн в верхней мантии региона методами поверхностно-волновой томографии.

Исходный материал.

В качестве исходных данных использовались цифровые записи 22 сейсмических станций. Записи трех из них, расположенных в Азии, — BRVK (Казахстан), TLY (Россия) и BJT (Китай) — использовались для тестирования программы. Для изучения строения Восточно-Европейской платформы использовались записи станций как расположенных на ее территории — ARU, LVZ, OBN, KIV, PUL, МНУ (Россия), KIEV (Украина), TRTE (Эстония), так и в ее окрестностях ~ GNI (Армения), KEV (Финляндия), KWP, SUW (Польша), MLR, TIRR (Румыния), PSZ (Венгрия), ААК (Киргизия), АВКТ (Туркмения), BRVK (Казахстан), KONO (Норвегия), SANT (Греция).

Научная новизна.

Показано, что по записям сейсмического шума можно строить дисперсионные кривые поверхностных волн до периодов порядка 160 с, что дает возможность определять строение мантии до глубин 250−300 км. В зарубежных исследованиях этот метод использовался в основном для определения строения коры.

Построены дисперсионные кривые для 126 трасс, пересекающих ВЕПпо ним восстановлено трехмерное распределение скоростей поперечных волн в литосфере Восточно-Европейской платформы до глубин 300 км. На основании этих распределений сделаны выводы о латеральных неоднородностях строения верхней мантии в этих районах.

Показано, что под всей исследованной территорией происходит понижение скоростей поперечных волн на глубинах от 150−200 км (щиты) до 250−300 км (платформа).

Выявлена низкоскоростная аномалия под центром Днепровско-Донецкого авлакогена, могущая являться реликтом плюмообразной структуры и, следовательно, отражать существование рифта в древние эпохи.

Выявлена зависимость интенсивности и частотного состава источников шума от их географического местоположения.

Практическая значимость.

1. Разработанная методика позволяет по записям шума получать информацию о строении глубинных структур Земли, причем детальность и глубина восстановления структуры зависят от расстояния между станциями. При близких расстояниях между станциями появляется возможность использования методики для детального восстановления структуры коры, что может быть использовано, например, при поиске полезных ископаемых.

2. Показано, что выявленные глубинные аномалии связаны с геологическими структурами на поверхности Земли, что может быть использовано при построении геодинамических концепций.

Апробация работы и публикации.

Промежуточные результаты работы докладывались на 5 Международной научно-практической геолого-геофизической конференции-конкурсе молодых ученых и специалистов «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, Россия), основные результаты — на 7 Международной научной конференции «Проблемы Геокосмоса-2008», (Санкт-Петербург, Россия), 4 Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, Россия), 7 Международной научно-практической конференции молодых специалистов «Геофизика-2009» (Санкт-Петербург, Россия). По теме работы опубликовано 2 статьи и 3 тезиса докладов.

Защищаемые положения.

1. Записи сейсмического шума на длиннопериодном канале (LH) позволяют определять групповые и фазовые скорости поверхностных волн в диапазоне периодов от 5 до 160 секунд.

2. Под всей исследованной территорией (ВЕП и ее обрамление) происходит понижение скоростей поперечных волн на глубинах от 150−200 км (щиты) до 250−300 км (платформы) — подтверждается наличие палеорифта в Днепровско-Донецком авлакогене.

3. Интенсивность и частотный состав источников сейсмического шума зависят от их географического местоположенияшум со стороны Западной и Северной Европы более высокочастотен, в то время как шум со стороны Сибири характеризуется более низкими частотами.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации — 96 страниц машинописного текста, в том числе 43 рисунка, и 7.

Заключение

.

В ходе работы был создан программный пакет, позволяющий реализовать все этапы построения дисперсионных кривых поверхностных волн по данным о сейсмическом шуме. Его работоспособность подтверждена совпадением дисперсионных кривых, полученных по данным о шуме и по данным о землетрясениях. Создана база таких данных для 20 станций, расположенных на территории Восточно-Европейской платформы и в ее окрестностях.

Получены дисперсионные кривые групповой скорости волны Релея для 119 трасс, пересекающих ВЕП, которые использовались в качестве входных данных для поверхностно-волновой томографии. Это позволило восстановить трехмерную структуру распределения скоростей поперечной волны в рассматриваемом регионе.

1. Основные методические выводы работы состоят в следующем:

S Дисперсионные кривые поверхностных волн можно получать из данных о сейсмическом шуме вплоть до периодов порядка 100−160 с в зависимости от расстояния между станциями.

S Показано, что подходы к решению трехмерной задачи томографии, разнящиеся порядком решения задачи двумерной томографий и одномерной обратной задачи о восстановлении скоростного разреза по дисперсионной кривой поверхностной волны, эквивалентны.

S Кросс-корреляционные функции шума позволяют оценивать зависимость частотного состава источников сейсмического шума от их пространственного распределения.

2. По результатам данной работы были сделаны следующие выводы относительно строения коры и верхней мантии ВЕП:

S Средняя скорость в коре минимальна в области Прикаспийской депрессии и Черноморской впадины (<3.3 км/с) и максимальна в области Балтийского щита (> 3.7 км/с).

S Под всей территорией ВЕП происходит понижение скоростей поперечных волн на глубинах от 150−200 км (щиты) до 250−300 км (платформа).

•S Под центром Днепровско-Донецкого авлакогена выявлена низкоскоростная аномалия, могущая являться реликтом плюмообразной структуры.

3. Построены так называемые шумограммы (карты распределения источников сейсмического шума) для различных периодов, наглядно показывающие зависимость распределения источников сейсмического шума от частоты.

Показать весь текст

Список литературы

  1. П., Павленкова Н. И. Структурные карты земной коры Европы // Изв. АН СССР, Физика Земли, 1988, № 10, с.3−14
  2. В.В., Гордиенко И. В., Завгородняя О. В., Усеико О. В. Тепловое поле территории Украины. Киев, Знание Украины, 2002, 170 с.
  3. П.Г., Яновская Т. Е. Обобщение метода Бэйкуса-Гильберта для оценки горизонтальных вариаций строения Земли // Изв. АН СССР, сер. Физика Земли, 1987, № 6. С.30−40.
  4. Т.П., Старостенко В. И. Неоднородность верхней мантии Европы по комплексу геофизических данных// В кн.: Строение и динамика литосферы Восточной Европы. Вып.2, М., ГЕОКАРТ, ГЕОС, 2006. С.600−658.
  5. Т.В., Степаненко В. М. Скоростная модель земной коры и верхов мантии Донбасса и ее геологическая интерпретация // Геофизический журнал, № 2, Т.20, 1998. С. 95−105.
  6. Н.К., Стовба С. Н., Турчаненко Н. Т. Некоторые особенности строения Днепровско-Донецкой впадины по данным региональных сейсмостратиграфических исследований // Геол. журн., 1993, № 2, С. 87−98.
  7. А. А., Вагин С. А., Варданян И. Л. и др. Анализ МТ и MB результатов, а интервале периодов суточных вариаций по данным BEAR и определение «нормального» разреза Балтийского щита // Физика Земли, 2002, № 11, с.34−53.
  8. В.М., Бармин М. П. Дисперсионные кривые групповых скоростей волн Релея для ряда регионов Азиатского континента. Изв. АН СССР, Физика Земли, 1989, № 9, с.16−25.
  9. Р.И., Гордиенко В. В. Тепловой поток Украины. // Киев, Наук, думка, 1971, 147 с.
  10. Ю.Левшин A.JI., Яновская Т. Е., Ландер A.JI. и др. Поверхностные сейсмические волны в горизонтально-неоднородной Земле (ред.В.И.Кейлис-Борок). // М., Наука, 1987. 277 с.
  11. П.Нолет Г. Распространение сейсмических волн и сейсмическая томография // В кн. Сейсмическая томография, ред. Г. Нолета, Мир, 1990. С.9−33.12,Орлюк М. И., Пашкевич И. К. Магнитная модель юго-западного края
  12. Восточно-Европейской платформы // Геофиз. журн., 1995, т.17, № 6, с.31−36
  13. Н.И. Волновые поля и модель земной коры (континентального типа) // Киев, Наук, думка, 1973. 217 с.
  14. И. А., Ризниченко О. Ю. Томографический эксперимент SVEKALAPKO. В кн.: Строение и динамика литосферы Восточной Европы. Вып.2, М., ГЕОКАРТ, ГЕОС, 2006. С.70−78.
  15. В.Б., Бородулин М. И., Чекунов А. В. Глубинное строение Донбасса и сопредельных территорий // Геол. журн. 1977, т.37, с.23−31
  16. В.И.Старостенко, Р. А. Стифенсон (ред.) Проект GEORIFT: глубинное строение и эволюция Днепровско-Донецкой впадины и вала Карпинского. В кн.: Строение и динамика литосферы Восточной Европы. Вып.2,
  17. М., ГЕОКАРТ, ГЕОС, 2006. С.291−342.
  18. Строение и динамика Восточно-Европейской платформы (Результаты исследований по программе EUROPROBE), выпуск 2. // Москва, ГЕОКАРТ, ГЕОС, 2006. 735 с.
  19. Ю.Г., Яновская Т. Б. Строение верхней мантии западной части Восточно-Европейской платформы по скоростям поверхностных волн // Физика Земли, 2003, № 8, с.3−10.
  20. Ю.Г., Панца Дж.Ф., Яновская Т. Б., Дольони К. Структура верхней мантии в Альпийской зоне по данным поверхностно-волновой томографии // ДАН, 2007, т.416, № 3, с. 388−391
  21. В.Е. Региональная геотектоника: Внеальпийская Европа и Западная Азия. // М., Недра, 1977. 382 с.
  22. М.В., Соллогуб В. Б. Глубинная структура Днепровско-Донецкого авлакогена по геофизическим данным // Киев, Наук. думка, 1980. 180 с.
  23. Н. С. Основные черты строения и развития ВосточноЕвропейской платформы: сравнительная тектоника древних платформ // «Изв. АН СССР. Серия геологическая», 1946, № 1, с.5−62.
  24. Т.Б. Оценка разрешения в задачах лучевой сейсмотомографии // Физика Земли, 1997, № 9, с.76−80.
  25. Т.Б., Кожевников В. М. Анизотропия верхней мантии Азиатского континента по групповым скоростям волн Релея и Лява. // Геология и геофизика, № 5, 2006, С.622−629.
  26. Т.Б., Порохова JJ.H. Обратные задачи геофизики. // Издательство С.-Петербургского университета, 2004, 214 с.
  27. Т.Б., Кожевников В. М., Соловей О. А., Акчурин К. Р. Строение верхней мантии в Азии по фазовым и групповым скоростям релеевских волн // Физика Земли, № 8, 2008, с.22−31
  28. Backus G., Gilbert F. Numerical application of formalism for geophysical inverse problems. Geophys. J. Roy. astr. Soc. 1967, 13, 247−276.
  29. Bruneton M., H. A. Pedersen, Farra V. and the SSTW Group. Complex lithospheric structure under the central Baltic Shield from surface wave tomography//J. Geophys. Res., 109, В10 303, doi: 10.1029/2003JB00294, P. 1−15.
  30. Campillo M. and Paul A. Long range correlations in the diffuse seismic coda // Science, 2003, 299(5606), P.547−549.
  31. Gee D.G., ZeyenH.J. EUROBRIDGE 1996 Lithosphere Dynamics: Origin and Evolution of Continents. // EUROPROBE Secretariat, Uppsala University, 1996. 138 p.
  32. Henino R., Tregoures N.P., Shapiro N. M., Margerin L., Campillo M., van Tiggelen B. A. and Weaver R. L. Observation of Equipartition of Seismic Waves // Phys. Rev. Lett, 2001, v.86, № 15, P.3447−3450.
  33. Hestenes M.R., Stiefel E. Methods of conjugate gradients for solving linear systems. // Res.N.B.S., 1952, v.49, P.400−436.
  34. KraevaN., Pinsky V., Hofstetter A. Seasonal variations of cross correlations of seismic noise in Israel // J. Seismol, 2009, v. 13, p.73−87.
  35. Lin F.C., Ritzwoller M.H., Townend J., Savage M., Bannister S. Ambient noise Rayleigh wave tomography of New Zealand // Geophys. J. Int., 2007, v. 172,1. P.649−666.
  36. Lin F.C., Moschetti M.P., Ritzwoller M.H. Surface wave tomography of the western United States from ambient seismic noise: Rayleigh and Love wave phase velocity maps // Geophys. J. Int., 2008, v. 173, P.281−298.
  37. Lobkis O.I. and Weaver R.L. On the emergence of the Green’s function in the correlations of a diffuse field // J.Acoust. Soc.Am. 2001, v. l 10., P.3011−3017.
  38. Mantovani E., Nolet G., Panza G.F. Lateral heterogeneity in the crust of the Italian region from regionalized Rayleigh-wave group velocities. Ann.Geophys., 1985, v.3,No.4, 519−530.
  39. Marquering H. and Snieder R. Shear-wave velocity structure beneath Europe, the northeastern Atlantic and western Asia from waveform inversions including surface-wave mode coupling // Geophys. J. Int., 1996, v. 127, P.283−304
  40. Morse P. and Feshbach H. Methods of Theoretical Physics // McGraw-Hill, New York, 1953, Part I, Chap.7, c.791−895
  41. Muyzert E., Paulssen H., Snieder R. A seismic cross-section through the east European continent // Geophys. J. Int., 1999, v. 136, P.695−704
  42. Nakanishi I and Anderson D.L. Worldwide distribution of group velocity of mantle Rayleigh waves as determined by spherical inversion.
  43. Bull.Seism.Soc.Am., 1982, v.72, 2063−2080.
  44. Nolet G. Partitioned waveform inversion and the two-dimensional structure under the network of autonomously recording seismograph // J. Geophys. Res., 1990, V.95, P.8499−8512.
  45. Paul, A., Campillo, M., Margerin, L., Larose, E., Derode, A. Empirical synthesis of time-asymmetrical Green functions from the correlation of coda waves // J. Geophys. Res, 2005, 110, B08302, doi: 10.1029/2004JB003521
  46. Paulssen H., Bukchin B.G., Emelianov A.P., Lazarenko M., Muyzert E.J., Snieder R., Yanovskaya T.B. The NARS-DEEP project // Tectonophysics, 1999, V.313, P.1−8.
  47. Roux P., Sabra K.G., Kuperman W.A. Ambient noise cross correlation in free space: Theoretical approach // J. Acoust. Soc. Am. 2005, v. l 17, P.79−84.
  48. Sabra, K.G., Gerstoft, P., Roux, P., Kuperman, W.A., Fehler, M.C. Extracting time-domain Green’s function estimates from ambient seismic noise // Geophys. Res. Lett., 2005(a), 32, L03310, doi: 10.1029/2004GL021862
  49. Sabra K.G., Roux P., Kuperman W.A. Emergence rate of the time-domain Green’s function from the ambient noise correlation function // J. Acoust. Soc. Am. 2005b, v. l 18, P.3524−3531.
  50. Sato Y. and Santo T.A. World-wide distribution of the group velocity of Rayleigh waves as determined by dispersion data. Bull.Earthq.Res.Inst.Tokyo Univ. 1969, v.47, 31−41.
  51. Shapiro N.M. and Campillo M. Emergence of broadband Rayleigh waves from correlations of the ambient seismic noise Ii Geophys. Res. Lett., 2004, v.31, L07614.
  52. Shomali Z.H., Roberts R.O. Non-linear body wave teleseismic tomography along the TOR array // Geophys. J. Int., 2002, V.148, P.562−574.
  53. Snieder R. Extracting the Green’s function from the correlation of coda waves: a derivation based on stationary phase // Phys. Rev. E, 2004, v.69, 46 610.
  54. Tregoures N.P., Henino R., Lacombe C., Shapiro N. M., Margerin L., Campillo M. and van Tiggelen B. A. Multiple Scattering of Seismic Waves // Ultrasonics 40, 2002, P.269−274, (Proceedings of Ultrasonics International 2001, Delft).
  55. Yang Y., Ritzwoller M.H., Levshin A.L., Shapiro N.M. Ambient noise Rayleigh wave tomography across Europe // Geophys. J. Int., 2007., v. 168., P.259−274.
  56. Yao, H., van der Hilst, R.D., de Hoop, M. V. Surface-wave array tomography in SE Tibet from ambient seismic noise and two-station analysis. I. Phase velocity maps // Geophys.J.Int., 2006, 166, P. 732−744.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!