Затухание сейсмических волн в литосфере северной части Провинции Бассейнов и Хребтов А. А. Добрынина

Abstract

В настоящей работе представлены результаты исследования затухания сейсмических волн методом кода-волн [Aki, Chouet, 1975] в литосфере и верхней мантии северной части Провинции Бассейнов и Хребтов (ПБХ) (рис. 1). В работе использовались данные, полученные в рамках сейсмического эксперимента 1988-1989 PASSCAL Basin and Range Passive Seismic Experiment [Owens, Randall, 1989], - записи 66 землетрясений и взрывов с магнитудами M b=1.1-5.0, произошедших на территории ПБХ (рис. 2). Для расчета эффективной сейсмической добротности по коде использовалась модель однократного рассеяния [Aki, Chouet, 1975]. Расчет значений Q C выполнялся для 18 значений длины окна обработки коды W - от 10 до 95 с с шагом 5 с на 6 центральных частотах f: 0.3, 0.75, 1.5, 3.0, 6.0 и 12.0 Гц. Всего выполнено 7776 индивидуальных измерений Q C. Наблюдается сильная зависимость добротности от частоты и длины окна обработки коды: Q c возрастает от 12±6 до 359±17 для центральных частот 0.3 и 12.0 Гц при длине окна обработки коды W=10 с и от 87±6 до 1177±87 на тех же частотах при W=95 с (рис. 6). На базе полученных значений Q c для всех значений длины окна W были рассчитаны эмпирические зависимости добротности от частоты согласно [Mitchell, 1981] и получены значения: Q 0 - добротность на референтной частоте f 0 (/0=1 Гц) и n - частотный параметр (n близок к 1 и меняется в зависимости от неоднородности среды [Aki, 1981]). Полученные в настоящей работе значения Q 0 меняются от 60±8 до 222±17, значения частотного параметра варьируются от 0.57±0.04 до 0.84±0.05, и коэффициент затухания δ меняется в пределах 0.015-0.004 км -1 в зависимости от W (рис. 8), подобные значения параметров затухания характерны для районов с высокой тектонической активностью [Mak et al., 2004]. В рамках модели однократного рассеяния зависимость параметров затухания от длины окна обработки коды может быть объяснена с позиций глубины формирования коды [Pulli, 1984]: большее значение W соответствует большей глубине прохождения кода-волн. Анализ вариаций коэффициента затухания δ и частотного параметра n для Провинции Бассейнов и Хребтов показал, что оба параметра неравномерно уменьшаются с увеличением глубины -на глубине 150 км наклон графика изменения б заметно меняется. В верхней части графика (глубины до 150 км) наблюдается резкое изменение б с глубиной, особенно хорошо это видно на графике градиента б (рис. 9, 10), подобное поведение характерно и для n. Также на глубине около 140 км отмечается скачок параметра n. В средней части (на глубинах 150-200 км) наклон графика б увеличивается, градиенты б и частотного параметра значительно уменьшаются. И в нижней части разреза (>200 км) значение б становится практически постоянным, также отмечается резкое скачкообразное увеличение значения n (рис. 9, 10). На рисунке приведен скоростной разрез исследуемого региона, полученный в работе [Wagner et al., 2012]. На разрезе видно, что под Провинцией Бассейнов и Хребтов расположена низкоскоростная мантия, начинающаяся практически под границей Мохо (на глубине 50-60 км). Нижняя граница низкоскоростной мантии находится на глубине 130-160 км. Таким образом, можно заключить, что изменение угла наклона графика зависимости б от глубины связано с глубинным строением среды. При этом резкие изменения б и n приурочены к скоростным границам среды. Высокие значения б и n, характерные для верхней части разреза, свидетельствуют о высокой степени неоднородности среды, что подтверждается также низкими скоростями сейсмических волн в данной области [Wagner et al., 2012]. Уменьшение параметров δ и n в средней и нижней частях разреза говорит о более однородной структуре среды на больших глубинах. В результате проведенного исследования характеристик затухания сейсмических волн в литосфере и верхней мантии северной части Провинции Бассейнов и Хребтов установлена высокая зависимость эффективной сейсмической добротности Q C от частоты в диапазоне 0.5-16.0 Гц. Получены эмпирические соотношения Q(f) для разной длины окна обработки коды; показано, что значение эффективной сейсмической добротности увеличивается с увеличением длины окна обработки коды, что может быть интерпретировано как уменьшение затухания с глубиной. Сопоставление глубинных вариаций коэффициента затухания и частотного параметра со скоростным строением показало, что для северной части Провинции Бассейнов и Хребтов на скоростных границах наблюдается отчетливое изменение затухания сейсмических волн.