В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 26
Текст из файла (страница 26)
5.1. Наибольший пеРиол наблюдаетсЯ длл моды згзз, он ссзставлает около 54 мин. Таблица 5Л Значения периодов собственных колебаний и добротности, рассчитанные для некоторых мод Ти 9 Окончание табл, 5, ! з.а'Г аз!а !,' т,а( та а 5,6! О !», Частота, яусс Рис. Б.В. Спектр собственных колебаний Земли; л — соответствух5щий залина на рис. 5.7 (ло Болт, 19а4.С. 12б); 6 — ллиннолериолная наста спектра колебаний после землетрясения на Суматре 2004 го М = 9,1 (лр Ратх е! а!..
2(ХЬ. Р 1140 с изменениями) %.2.б. Значение собственных колебаний длл построения моделей Земли Регистрация собственных колеоаний Земли открыла путь к построению современной глобальной молели Земли. Полобно точу. как масса Земли и ее момент инерции яютяются интегральными параметрами Земли и опрелеляются распрелелением плотности в ее нелрах, собственныс периолы (частоты,са,) также относятся к интегральным парачетрам Земли (Жарков, (9БЭ). 0лнако собственные частоты как интегральные параметры Земли прелставляют собой более сложные величины, чем масса и моче!п. инерции, так как они зависят не только от распрелеления плотности в Земле, но и от распрелеления ее упругих параметрою молуля сжатия и молулн слвнга. неупругости нелр.
а также от распрелеления гравитационного поля в нед(!ах планеты, Знание периодов собственных колебаний Земли позволяет решать обратную задачу: подобрать параметры Земли К, р, р таким образом, чтобы значения периодов собственных колебаний, рассчитанные на основании этих параметров, удовлетворяли экспериментальным набору периодов.
Знание полного спектра собственных колебаний (всех периодов) позволило бы точно подобрать модель и по мере уточнения спектра — улучшать качество моделей. При этом А; р и р входят в,а» не в виде ср и с ., а независимо, что позволяетсразу получать модель Земли р(г), (а не скоростной разрез сл(г) и с.(г)). Большое число измеренных собственных частот (несколько тысяч) дшшет СКЗ весьма информат ивным источником для построения сферически симметричной модели Земли.
Различные моды СКЗ проникают на различные глубины: чем выше частота (меньше длина волны), тем меньше глубина проникновения, Это обстоятельство позволяет использовать С КЗ для»дифференциального» зондирования Земли. Наблюдая за затуханием различных гармоник СКЗ, можно проследить изменение диссипативных свойств вещества Земли с глубиной, те. определяется также лобротность ь)(г) для собственных колебаний Земли, аналогично тому, как это делается для добротности упругих волн.
$.3. СОВРЕМЕННЫЕ РАДИАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ЗЕМЛИ 3.3.1. Требования и моделям Земли Современные модели Земли опирают~ на всю совокупность геофизических данных. Задача при их построении ставится следующим образом: найти распределения в Земле плотности н упругих модулей, наилучшим образом согласующиеся с: ° годографами сейсмических волн: данными о дисперсии поверхностных волн; периодами собственных колебаний Земли; значениями массы, моментами инерции Земли, гравитационными моментами У„. Таким образом„построение моделей Земли является типичной обратной задачей (по следствию нужно определить причину).
Известны различные способы решения обратных задач. Одины из таких способов является метод Монте-Карло, заключающихся в переборе всевозможных случайных моделей и оценке степени их соответствия эмпирическим данным. Впервые метод применен В.И. Кейлосолгйуоиьм (!966), а затем широко использован Ф. Прессом ( (968). При эюм из 5 )О' перебранных моделей подходящими оказались только 20 (в среднем — ! на миллион). 5.3.2. Модель РЕМ В )970-е гт.
была прелложена молель РЕМ вЂ” Рагагпегпс Еап)з Моде! (Дзевонский и лр„(975). В модели РЕМ распределение свойств в Земле аппроксимируется кусочно-непрерывными аналитическими функциями радиуса, на каждом участке являющимися по:иигомаии ло третьей степени, Коэффициенты в полююмах молелей РЕМ определялись методом наименьших квадратов, чтобы удовлетворить данным наблюлений о времени пробега волн. разности времени пробега, а также большим выборкам из )064 собственных периодов Земли и лисперсионным кривым для поверхностных волн океанических и континентальных регионов. Существует несколько разновидностей модели РЕМ: РЕМ-О (осеаи(с) — лля океанических регионоьх * РЕМ-С (еогпьвеога() — лля континентальных регионов: Р ЕМ-Л (атегаее) — срелняя.
Различие в молелях лля континентов и океанов сохраняется ло глубин нсолноролностей в верхней мантии (на глубине 420 км). Глубже этой зоны все три модели идентичны. 5.3.3. Модель РЯЕМ Развитие плей, заложенных при построении модели РЕМ, позвол и:ю Дзевоигиому и Аидерсоиу ( ! 98 ! ) построить наиболее часто иглюльзуемую в настоящее время глобальную референтную модель Земли РЕЕМ (Ргейгп(вагу геГегепсе Еапй пнх)е!). В РКЕМ испольюваны данные особе|венных колебаниях и объемных волнах. Модель РВЕМ похожа на обобпгенную модель РЕМ-Л: глубже 420 км обе модели практически совпадают. Заметные изменения по сравнению с РЕМ внесены в строение наружных 420 км. У модели РКЕМ также сугцествуют варианты лля океанических и континентальных регионов.
В модели (хКЕМ граница Мохо находится на глубине 24 км, РКЕМ имеет три !ранимы в верхней мантии (на глубинах 220, 400 н 670 км) и зону низких скоростей лля 5'-волн на глубинах от ((О ло 220 км. Новый элемент, который появился в РКЕМ, — аииюаизоаиыи сюй в верхней части мантии на глубинах между 24,4 и 220 км. В этом слое скорости сейсмических волн имекп различные значения вдоль радиуса и перпендикулярны радиусу Выявление сейсмическими методами анизотропных зон в мантии прямо указывает на то, что в этих зонах происходит свечение горных пород, или на то, что их течение, в геологическом смысле, происходило сравнительно нславно.
Скоростной разрез ср(г) и сг(г), а также распределение добротности в Земле для Р- й 5-волан гю модели РВЕМ представлено на рис. 4.29. Зависимость р(г), а также упругих молулей К(г), р(г) и ирй приведены на рис. 5.9, о, о, Рассчитанные по (5.11) и (5.12) для модели РзкЕМ зависимости я(г) и р(г) приведены на рис.
5.9, б. Отметим, что максимум (л = 10,7 м/с~) достигается на границе ядра и мантии, а в мантии я(г) меняется незначительно и даже имеет небольшой минимум (я =9,93 м/сз) вдиапазоне глубин 1371 — 1471 км. тазбииа, км 6000 5000 ОЮО ЗООО изм !ею Гкзбииа, км 69Ю 59Ю 49Ю ЗООО ЮОО 19Ю 0 14 ЗЗ н 11 ю О И 8 а б 5 3 ою 0,8 о,т 150 ЗОО Я 150 0'6 а 0,5 0,4 о,з о,г О,з 0 О о юоо гею зею кюо июо акю г,км 0 !ею 2000 Зею 4000 к ки Рис. 5.9. Распределение параметров в Земле согласно модели РВЕМ: а — плотность, ускорение д, давление; б -- упругие модули К р, у 167 5.3.4. )у(одели 1АЬР91 и АКт 35 Модель 1АБР91 (Кеннет, 1991; Кеннет, Энгдал, 1991) разработана в Международной ассоциации сейсмологии и физики земных недр (1п!егпайопа1 Аззос!айоп о!' ЯеЬпю!оиру апд Рйугйсз о( гйе Еапй 1п!епог — 1АЯРЕ1) на основании большого объем цифровых данных о временах пробега Р- и Я-волн.
Это глобальная сферически симметричная сейсмическую модель Земли, в которой даны значения скоростей Р- и 5-волн как функции радиуса (глубины). Модель 1АЯР91 в верхней мантии заменю отличается от модели РВЕМ. В модели 1АВР9! скачки скоростей Р- и 5- волн расположены на глубинах 410 и бб0 км. Так как амплитуды отклонений этих границ от средних значений, зависяшне от разных причин, составляют 30 — 40 км, то различие РВЕМ и 1А51'91 по этим параметрам невелико.
В модели 1А5Р91 нет слоя низких скоростей с анизотропией и скачка скоростей на глубине 220 км, а граница Мохо расположена на глубине 35 км. Обработка еще большего объема данных позволила уточнить модель 1АЯ'91 и построить на ее основании модель АК135. В ней содержатся зависимость от глубины (радиуса) для скоростей сейсмических волн (Кеннет и др., 1995), а также для плотности и доб- ротности (Мопгаяпег, Кеппен, 1996). Распределение параметров со- гласно модели АК135 показано на рис.
5,! б. иаа ~аоо 800 ст) боо а ОООО 0000 4000 ОООО 2000 1000 О Ьубнна, км б О вхе мао аио яео эта>готе о Глубина, км Рис, 5ЛО. Распределение параметров в земле согласно модели АК1 35: Π— плотность, скорости с„сб б — добротность 5.Я. СЕЙСМИЧЕСКАЯ ТОМОГРАФИЯ 5.4,1.
Понятие сейсмической томогре4ии Во всех предыдущих подразделах мы рассматривали в основном сФерически симметричную модель Земли. Приволились также варнанты с разделением на континентальную и океаническую модели. К началу 1980-х пс создались условия лля построения более тонких моделей Земли.
Это было связано с оснащением сейсмической сети приборами с циФровой регистрацией и возросшими возможностями вычисли 1ельной техники, способной анализировать громалные массивы инФюрмации, Появилась возможность выявлять небольшие гло +5%) отклонения скоростей прохождения сейсмических волн через недра Земли относительно станлартных моделей 1рйЕМ и др.). Разработана также молель 5 Рб 1Морелли, Лзевонски, ! 993), но она применяется только лля скоростного разреза Земли. Из классических молелей наиболее близкими к современным оказались модель А» Буллена и модель Берча. Молели РКЕЫ, !ЛЯР91 и АК!35 используются как станлартные реФерентные модели нулевого приближения. по отношению к которым строятся сейсмотомограФические модели Земли.
Методы, позволяющие получать двух- и трехмерные картины неоднородностей (отклонений от стандартных моделей) в мантии и коре Земли. получили название сейсмической томографии, Термин томография означает формирование послойного (»тоыо» -- срез) образа некоторого объекта. Так, медицинская томография строит послойное изображение органов, например юловного мозш, с помощью рентгеновских лучей. Сейсмическая томография базируется на обработке информации от объемных и поверхностных сейсмических волн. »просвечивающих» интересуюший геофизиков объект. С начала исследований сейсмотомографические модели строились по двум напрашзениям, 1. Провалится сглаживание неоднородностей в распрелелении скоростей бс .
Ьс (с помощью их разложения по сферическим функциям в кажлом из рассматриваемых слоев мантии). Толщина земной коры также разлагается по сферическим функциям. Основы этою направления были разработаны в работах Аидерсоиа и Дмвоиски (1984) и Дзевонски и 2)удхауса (Ох(езгопз)г(, Ьоодпоцзе, !987). За референтную модель принималась РВЕМ. Все границы в исходной модели мантии в этом методе также должны разлагаться по сферическим функциям, Первое направление построения томографических моде.шй можно назвать крупномасштабным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
