ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2018, том 19, № 3, с.41-56. https://doi.org/10.21455/gr2018.3-3
УДК 550.347
Аннотация Литература Полный текст
СКОРОСТНАЯ СТРУКТУРА ВЕРХНЕЙ КОРЫ РЕГИОНА ФИНСКОГО ЗАЛИВА И ЕГО ОБРАМЛЕНИЯ ПО ДАННЫМ ШУМОВОЙ ПОВЕРХНОСТНО-ВОЛНОВОЙ ТОМОГРАФИИ
© 2018 г. Т.Ю. Королева(1), Б.А. Ассиновская(2)
(1) Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург, Россия
(2) Сейсмическая станция “Пулково”, Федеральный исследовательский центр “Единая геофизическая служба РАН”, г. Санкт-Петербург, Россия
Методом шумовой поверхностно-волновой томографии исследуется скоростное строение верхней коры региона Финского залива и его обрамления. Использованы записи шума 16 широкополосных сейсмостанций, расположенных в рассматриваемом регионе и его окрестностях. По кросскорреляционным функциям шума, вычисленным для пар станций, строились дисперсионные кривые для периодов от 2 до 20 с. Затем с помощью двумерной томографии получались карты распределения групповых скоростей для отдельных периодов. На следующем этапе решалась обратная задача восстановления скорости S-волны по дисперсионной кривой поверхностной волны. Начальное приближение было выбрано на основе анализа скоростного профиля ГСЗ Советск–Кохтла-Ярве. Скоростной разрез искался в виде кусочно-постоянной функции; количество слоев в коре принималось равным пяти; толщина слоев и скорость в них варьировались. Полученные вертикальные скоростные разрезы представлены в виде латеральных вариаций в трех интервалах глубин – 0–2, 2–8, 8–16 км. Результаты работы позволили уточнить структуру земной коры в области перехода от Фенноскандинавского щита к Русской плите до глубин 16 км.
В интервале глубин 0–2 км отмечается изменение VS от 3.1 до 3.4 км/с, которое связано с влиянием осадочного чехла и переходом от кристаллических пород фундамента к девонским низкоскоростным песчано-глинистым отложениям. Простирание аномалий скорости в этом интервале совпадает с ориентацией геологических структур в области перехода от щита к Балтийской синеклизе.
В интервале глубин 2–8 км рассматриваемой территории выявлены блоки с VS =3.5–3.6 км/с на севере и с VS =3.4–3.5 км/с на юге. Граница между этими блоками маркирует контакт Фенноскандинавского щита с Русской плитой. В районе сейсмогенной Псковско-Палдисской зоны деформаций, возможно, присутствует область пониженных скоростей. На глубинах 8–16 км кора однородна; здесь прослеживается один монолитный скоростной блок с VS =3.7–3.8 км/с. Существование грабена Финского залива, предполагаемое некоторыми исследователями, полученными результатами не подтвердилось.
Ключевые слова: сейсмотомография, поверхностно-волновая томография, сейсмический шум, поперечная волна, дисперсионная кривая, геологический разрез, глубинная структура, горная порода.
Литература
Геология и полезные ископаемые России. В шести томах. Т. 1. Запад России и Урал. Кн. 1. Запад России / Ред. Б.В. Петров, В.П. Кириков. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2006. 528 с.
Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 (третье поколение). Центрально-европейская серия. Лист О-35 (Псков) – (N-35) – О-35 (Санкт-Петербург). Геологическая карта дочетвертичных образований / Под ред. В.П. Кирикова. Лист 2. Схема геологического строения довендских образований. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2012.
Дитмар П.Г., Яновская Т.Б. Обобщение метода Бэйкуса-Гильберта для оценки горизонтальных вариаций скорости поверхностных волн // Физика Земли. 1987. № 6. С.30–40.
Карабанов А.К., Гарецкий Р.Г., Айзберг Р.Е. Неотектоника и неогеодинамика запада Восточно-Европейской платформы. Минск: Белорусская наука, 2009. 183 с.
Королева Т.Ю., Яновская Т.Б., Патрушева С.С. Использование сейсмического шума для определения структуры верхней толщи Земли // Физика Земли. 2009. № 5. С.3–14.
Королева Т.Ю., Яновская Т.Б., Патрушева С.С. Скоростное строение верхней мантии Восточно-Европейской платформы по данным сейсмического шума // Физика Земли. 2010. № 8. С.38–47.
Никонов А.А. Финский залив – рифтогенная структура?! // Тектоника и геофизика литосферы: Материалы XXXV Тектонического совещания. Т. 2. М.: ГЕОС, 2002. С.70–74.
Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. СПб.: Наука, 2015. 167 с.
Airo M.-L., Säävuori H. Petrophysical characteristics of Finnish bedrock. Concise handbook on the physical parameters of bedrock / Geological Survey of Finland. 2013. Report of Investigation. 205. 33 p.
All T., Puura V., Vaher R. Orogenic structures of the Precambrian basement of Estonia as revealed from the integrated modelling of the crust // Proс. Estonian Acad. Sci. Geol. 2004. V. 53, N 3. P.165–189.
Ankudinov S., Sadov A., Brio H. Crustal structure of Baltic countries on the basis of deep seismic sounding // Proс. Estonian Acad. Sci. Geol. 1994. V. 43, N 3. P.129–136.
Assinovskaya B.A., Ovsov M.K. Seismotectonic zoning of the Finnish–Bothnia region based on the structural analysis method // Russian Journal of Earth Sciences. 2014. V. 14. Doi: 10.2205/ 2014es000542
Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Barmin P., Levshin A.L., Lin F.C., Moschetti M.P., Shapiro N.M., Yang Y. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements // Geophys. J. Int. 2007. V. 169. P.1239–1260.
Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Shapiro N.M. Broadband ambient noise surface wave tomography across the United States // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B05306. doi: 10.1029/2007JB005248
Bogdanova S., Gorbachev R., Skridlaite G., Soesoo A., Taran L., Kurlovich D. Trans-Baltic Palaeoproterozoic correlations towards the reconstruction of supercontinent Columbia/Nuna // Precambrian Research. 2015. V. 259. P.5–33.
Brangulis A.J., Kanevs S. Tectonics of Latvia. Riga, 2002. 50 p.
Brenguier F., Shapiro N.M., Campillo M., Nersessian A., Ferrazini V. 3-D surface wave tomography of the Piton de la Fournaise volcano using seismic noise correlation // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L02305. doi: 10.1029/2006GL028586
Cho K.H., Herrmann R.B., Ammon C.J., Lee K. Imaging the upper crust of the Korean Peninsula by surface-wave tomography // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2007. V. 97. 1B. P.198–207. doi: 10.1785/0120060096
Janik T. Upper Lithospheric Structure in the Central Fennoscandian Shield: Constraints from P- and S-Wave velocity models and VP/VS ratio distribution of the BALTIC wide-angle seismic profile // Acta Geophysica. 2010. V. 58. P.543–586.
Kang T.S., Shin J.S. Surface-wave tomography from ambient seismic noise of accelerograph networks in southern Korea // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. P.1–5. doi: 10.1029/2006GL027044
Kirs J., Puura V., Soesoo A., Klein V., Konsa M., Koppelmaa H., Niin M., Urtson K. The crystalline basement of Estonia: rock complexes of the Palaeoproterozoic Orosirian and Statherian and Mesoproterozoic Calymmian periods, and regional correlations // Estonian Journal of Earth Sciences. 2009. V. 58, N 4. P.219–228.
Koslovskaya E., Kosarev G., Aleshin I., Riznichenko O. Structure and composition of the crust and upper mantle of the Archean-Proterozoic boundary in the Fennoscandian shield obtained by joint inversion of receiver function and surface wave phase velocity of recording of the SVEKALAPKO array // Geophys. J. Int. 2008. V. 175. P.135–152. doi: 10.1111/j.1365-246X2008.03876.x
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.
Lobkis O.I., Weaver R.L. On the emergence of the Green’s function in the correlations of a diffuse field // J. Acoust. Soc. Amer. 2001. V. 110. P.3011–3017.
Moschetti M.P., Ritzwoller M.H., Shapiro N.M. Surface wave tomography of the western United States from ambient seismic noise: Rayleigh wave group velocity maps // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2007. V. 8, N 8. Q08010. doi: 10.1029/2007GC001655
Precambrian basement of the Gulf of Finland and surrounding area. 1:1 mln / Ed. T. Koistinen. Geological Survey of Finland, Espoo. 1994.
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. 2005. V. 118. P.3524–3531.
Shapiro N.M., Campillo M. Emergence of broadband Rayleigh waves from correlation of the ambient seismic noise // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. L07614. doi: 10.1029/2004GL019491
Shapiro N.M., Campillo M., Stehly L., Ritzwoller M.H. High-resolution surface-wave tomography from ambient seismic noise // Science. 2005. V. 307. P.1615–1618.
Soesoo A., Puura V., Kirs J., Petersell V., Niin M., All T. Outlines of the Precambrian basement of Estonia // Proc. Estonian Acad. Sci. Geol. 2004. V. 53, N 3. P.149–164.
Stehly L., Fry B., Campillo M., Shapiro N.M., Gilbert J., Boschi I., Giardini D. Tomography of alpine region from observation of seismic ambient noise // Geophys. J. Int. 2009. V. 178. P.338–350.
Villasenor A., Yang Y., Ritzwoller M.H., Gallart J. Ambient noise surface wave tomography of the Iberian Peninsula: Implications for shallow seismic structure // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L11304. doi: 10.1029/2007gl030164
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.
Yang Y., Zheng Y., Chen J., Zhou S., Ni J., Sandvol E., Ritzwoller M.H. Rayleigh wave phase velocity maps of Tibet and the surrounding regions from ambient seismic noise tomography // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2010. V. 11. Q08010. P.18. doi: 10.1029/ 2010GC003119
Zheng S., Sun X., Song X., Yang Y., Ritzwoller M.H. Surface wave tomography of China from ambient seismic noise correlation // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2008. V. 9. Q05020. doi: 10.1029/2008GC001981