Азимутальная анизотропия Саяно-Байкальской складчатой области по приемным функциям далеких землетрясений

Целью данного исследования являлось определение детальной скоростной структуры земных недр сейсмически активной Саяно-Байкальской складчатой области, в том числе выявление азимутов и глубин в окрестностях пунктов наблюдений, обладающих анизотропными свойствами. Исходными данными для исследования послужили многолетние наблюдения пяти широкополосных сейсмических станций в районе Саяно-Байкальской складчатой области. В основе предлагаемой методики выявления глубин и направлений земных недр, обладающих анизотропными свойствами, лежит метод продольной приемной функции. Из телесейсмических записей выделены приемные функции для всех возможных направлений относительно каждого пункта наблюдения. Выявлены азимутальные границы относительно наблюдающей станции, где приемные функции меняются существенным образом, что предполагает изменение скоростной структуры при переходе через эти условные границы. В пределах диапазонов азимутов BAZ с однородными приемными функциями инверсией функций рассчитаны скоростные модели V_S, учитывающие связь между глубиной зондирования среды h и соответствующим этой глубине расстоянием от сейсмостанции d. На основе одномерных скоростных разрезов для различных азимутов с учетом сейсмического сноса построены круговые модели V_S(h,BAZ,d), визуализирующие скоростную структуру относительно всех пунктов наблюдения до глубин 70 и 270 км. В результате получен комплекс моделей, отражающих детальную глубинную скоростную структуру района Саяно-Байкальской складчатой области. Скорости сейсмических волн V_S(h) определены в пределах земной коры со средним шагом по глубине 1 км, в пределах мантии - с шагом 5-10 км. Круговые модели V_S(h,BAZ,d) наглядно демонстрируют скоростную неоднородность в различных направлениях от пункта наблюдения и позволяют выявить анизотропность среды, проявляющуюся при таком представлении в наличии оси симметрии в круговых моделях, которая в среднем имеет ориентацию с северо-запада на юго-восток, но варьируется с глубиной.

сейсмическая анизотропия, Саяно-Байкальская складчатая область, метод функции приемника, глубинные скоростные разрезы, телесейсмические данные

1. Forsyth D.W. The early structural evolution and anisotropy of the oceanic upper mantle // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1975. Vol. 43. Iss. 1. P. 103–162. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1975.tb00630.x

2. Trampert J., Woodhouse J.H. Global anisotropic phase velocity maps for fundamental mode surface waves between 40 and 150 s // Geophysical Journal International. 2003. Vol. 154. Iss. 1. P. 154–165. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2003.01952.x

3. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference Earth model // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1981. Vol. 25. Iss. 4. P. 297– 356. https://doi.org/10.1016/0031-9201(81)90046-7

4. Mitchell B.J. On the inversion of Love- and Rayleigh-wave dispersion and implications for the Earth structure and anisotropy // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1984. Vol. 76. Iss. 1. P. 233–241. https://doi.org/10.1111/j.1365- 246X.1984.tb05040.x

5. Montagner J.-P., Tanimoto T. Global upper mantle tomography of seismic velocities and anisotropies // Journal of Geophysical Research. 1991. Vol. 96. Iss. B12. P. 20337–20351. https://doi.org/10.1029/91JB01890

6. Villaseñor A., Ritzwoller M.H., Levshin A.L., Barmin M.P., Engdahl E.R., Spakman W., et al. Shear velocity structure of central Eurasia from inversion of surface wave velocities // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2001. Vol. 123. Iss. 2-4. P. 169–184. https://doi.org/10.1016/S0031- 9201(00)00208-9

7. Panning M., Romanowicz B. Inferences on flow at the base of the Earth’s mantle based on seismic anisotropy // Science. 2004. Vol. 303. Iss. 5656. P. 351–353. https://doi.org/10.1126/science.1091524

8. Яновская Т.Б., Кожевников В.М. Анизотропия верхней мантии Азиатского континента по групповым скоростям волн Рэлея и Лява // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. № 5. С. 622–629.

9. Винник Л.П., Косарев Г.Л., Макеева Л.И. Анизотропия по наблюдениям волн SKS и SKKS // Доклады Академии наук СССР. 1984. Т. 278. № 6. С. 1335–1339.

10. Vinnik L.P., Makeyeva L.I., Milev A., Usenko A.Yu. Global patterns of azimuthal anisotropy and deformations in the continental mantle // Geophysical Journal International. 1992. Vol. 111. Iss. 3. P. 433–447. https://doi.org/10.1111/j.1365- 246X.1992.tb02102.x

11. Гольдин С.В., Суворов В.Д., Макаров П.В., Стефанов Ю.П. Структура и напряженно-деформированное состояние литосферы Байкальской рифтовой зоны в модели гравитационной неустойчивости // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. № 10. С. 1094–1105.

12. Gao S.S., Liu K.H., Davis P.M., Slack P.D., Zorin Y.A., Mordvinova V.V., et al. Evidence for small-scale mantle convection in the upper mantle beneath the Baikal rift zone // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2003. Vol. 108. Iss. B4. P. 2194. https://doi.org/10.1029/2002JB002039

13. Gao S.S., Liu K.H., Chen C. Significant crustal thinning beneath the Baikal rift zone: new constraints from receiver function analysis // Geophysical Research Letters. 2004. Vol. 31. Iss. 20. P. L20610. https://doi.org/10.1029/2004GL020813

14. Barruol G., Deschamps A., Deverchere J., Mordvinova V.V., Ulziibat M., Perrot J., et al. Upper mantle flow beneath and around the Hangay dome, Central Mongolia // Earth and Planetary Science Letters. 2008. Vol. 274. Iss. 1-2. P. 221–233. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2008.07.027

15. Oreshin S., Vinnik L., Makeyeva L., Kosarev G., Kind R., Wentzel F. Combined analysis of SKS splitting and regional P traveltimes in Siberia // Geophysical Journal International. 2002. Vol. 151. Iss. 2. P. 393–402. https://doi.org/10.1046/j.1365- 246X.2002.01791.x

16. Calais E., Vergnolle M., San'kov V., Lukhnev A., Miroshnitchenko A., Amarjargal Sh., et al. GPS measurements of crustal deformation in the Baikal-Mongolia area (1994–2002): implications for current kinematics of Asia // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2003. Vol. 108. Iss. B10. P. 2501. https://doi.org/10.1029/2002JB002373

17. Silver P.G., Chan W.W. Shear-wave splitting and subcontinental mantle deformation // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1991. Vol. 96. Iss. B10. P. 16429–16454. https://doi.org/10.1029/91JB00899

18. Gao S., Davis P.M., Liu H., Slack P.D., Zorin Yu.A., Mordvinova V.V., et al. Seismic anisotropy and mantle flow beneath the Baikal rift zone // Nature. 1994. Vol. 371. Iss. 6493. P. 149–151. https://doi.org/10.1038/371149a0

19. Gao S., Davis P.M., Liu H., Slack P.D., Rigor A.W., Zorin Y.A., et al. SKS splitting beneath continental rift zones // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1997. Vol. 102. Iss. B10. P. 22781– 22797. https://doi.org/10.1029/97jb01858

20. Dricker I.G., Roecker S.W. Lateral heterogeneity in the upper mantle beneath the Tibetan plateau and its surroundings from SS-S travel time residuals // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2002. Vol. 107. Iss. B11. P. 2305. https://doi.org/10.1029/2001JB000797

21. Vinnik L.P. Detection of waves converted from P to SV in the mantle // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1977. Vol. 15. Iss. 1. P. 39–45. https://doi.org/10.1016/0031-9201(77)90008-5

22. Kosarev G.L., Makeyeva L.I., Vinnik L.P. Inversion of teleseismic P-wave particle motions for crustal structure in Fennoscandia // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1987. Vol. 47. P. 11– 24. https://doi.org/10.1016/0031-9201(87)90063-X

23. Zorin Yu.A., Mordvinova V.V., Turutanov E.Kh., Belichenko V.G., Artemyev A.A., Kosarev G.L., et al. Low seismic velocity layers in the Earth’s crust beneath Eastern Siberia (Russia) and Central Mongolia: receiver function data and their possible geological implication // Tectonophysics. 2002. Vol. 359. Iss. 3-4. P. 307–327.

24. Stammler K. SeismicHandler – programmable multichannel data handler for interactive and automating processing of seismological analyses // Computers & Geosciences. 1993. Vol. 19. Iss. 2. P. 135–140. https://doi.org/10.1016/0098-3004(93)90110-Q

25. Kosarev G.L., Petersen N.V., Vinnik L.P., Roecker S.W. Receiver functions for the Tien Shan analog broadband network: contrast in the evolution of structures across the Talasso-Fergana fault // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1993. Vol. 98. Iss. B3. P. 4437–4448. https://doi.org/10.1029/92JB02651

26. Kind R., Kosarev G.L., Petersen N.V. Receiver functions at the stations of the German Regional Seismic Network (GRSN) // Geophysical Journal International. 1995. Vol. 121. Iss. 1. P. 191–202. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1995.tb03520.x

27. Haskell N.A. Crustal reflection of plane P and SV waves // Journal of Geophysical Research. 1962. Vol. 67. Iss. 12. P. 4751–4768. https://doi.org/10.1029/JZ067i012p04751

28. Крылов С.В., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Сергеев В.Н., Шелудько И.Ф. [и др.]. Детальные сейсмические исследования литосферы на P- и S-волнах. Новосибирск: Наука, 1993. 199 с.

29. Лобковский Л.И. Геодинамика зон спрединга, субдукции и двухъярусная тектоника плит. М.: Наука, 1988. 251 с.

30. Kennett B.L.N., Engdahl E.R. Traveltimes for global earthquake location and phase identification // Geophysical Journal International. 1991. Vol. 105. Iss. 2. P. 429–465. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1991.tb06724.x