Структура поля поглощения поперечных волн в окружающей среде

Изучение динамики геофизических процессов - одно из направлений многопланового междисциплинарного исследования, которое мы проводим при творческом взаимодействии большого коллектива ученых разных специальностей и результаты которого представлены в ряде монографий, в том числе в трех томах Атласа и в монографии. Эти исследования позволили выявить многофакторность связей и наличие взаимовлияния процессов, происходящих в твердой Земле, гидросфере, атмосфере, биосфере, космосе, социуме.

В частности, процессы, происходящие в сложно построенной, изменяющейся во времени, нелинейной геодинамической системе отражают как взаимодействие внутренних тектонических сил, так и влияние различных внешних факторов, одним из которых являются рассматриваемые в данной работе вариации скорости вращения Земли.

В последние годы на основе изучения записей химических взрывов получены результаты, свидетельствующие о том, что структура поля поглощения объемных волн существенно меняется во времени и что существует связь между этими изменениями и длиннопериодными вариациями скорости вращения Земли.

В основе работ по изучению пространственных неоднородностей литосферы и астеносферы сейсмически активных районов методом короткопериодной коды, который мы развиваем в течение более двух десятков лет, лежат экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что определяющее влияние на формирование сейсмического волнового поля оказывает структура поля поглощения.

Наиболее подробно с помощью этого метода изучены неоднородности поля поглощения в Гармском районе Таджикистана. Особый интерес представляют результаты анализа рельефа кровли слоя сильного поглощения, глубина которой ведет себя настолько закономерно, что оказалось возможным изобразить ее в виде изолиний.

Как показал опыт изучения поля поглощения в коре и верхней мантии Гармского района, пространственные его вариации выражены значительно сильнее, чем временные. В ряде случаев временные вариации поля поглощения были обнаружены в зонах сильного поглощения, причем более сильные, чем в слабо поглощающих блоках. В других случаях амплитуды этих вариаций не превышали уровня погрешностей метода.

Очевидно, что неоднозначность полученных нами ранее результатов изучения временных вариаций поля поглощения по короткопериодной коде слабых местных землетрясений в сейсмически активном Гармском районе связана со значительной его пространственной неоднородностью. В данной работе мы возвращаемся к этой теме, привлекая ранее не использованные данные и учитывая полученные в последние годы результаты изучения колебательной структуры различных геофизических полей и их связь с причинами регионального и глобального плана.

Использованные материалы

Анализировались записи более 1000 слабых (7.5<К<9.0) местных(ts-tp<2.5 с) землетрясений, полученные с помощью аппаратуры СКМ-3 стационарной сети станций Гармского полигона КСЭ (Таджикистан) в 1980-1991 гг. (рис. 6.1). Эпицентральные расстояния землетрясений не превышали 25 км, а глубины очагов - 10 км.

Вопрос о правомочности использования записей слабых местных землетрясений, полученных с помощью широкополосной аппаратуры с собственным периодом Т= 1.5 с и полосой пропускания от 0.5 до 10 Гц, для изучения неоднородностей поля поглощения в коре и верхней мантии Гармского района был нами изучен ранее. Результаты этого изучения состоят в следующем. Периоды колебаний в коде на записях широкополосной аппаратурой зависят от частотной характеристики прибора, времени вдоль записи, магнитуды землетрясения и спектрального состава излучения.

В нашем случае влияние указанных факторов нивелируется выбором узкого энергетического диапазона землетрясений, преобладающая частота колебаний которых составляет 0.6-1.5 Гц, что совпадает с собственным периодом используемой аппаратуры, а также изучением одних и тех же временных интервалов в коде.

Рис. 6.1. Карта района исследований:
1 - глубина кровли слоя сильного поглощения в километрах, пунктир означает, что в данном случае глубина кровли слоя сильного поглощения может располагаться выше приведенных отметок; 2-4 - пункты наблюдений (2 - только сейсмические наблюдения, 3 и 4 - кроме того, регистрация уровня грунтовых вод, наклонов и деформаций соответственно), 5 - эпицентры землетрясений (ст. Тавиль-Дора) за 1980-1991 гг., огибающие которых показаны на рис. 5.9; 6 - эпицентры землетрясений К > 11, которые имели место в окрестностях ст. Тавиль-Дора за тот же период (табл. 6.1)

Станции Гармского полигона образуют два профиля: северный - расположенный между Каратегинским хребтом и хребтом Петра Первого, и южный - между хребтом Петра Первого и Дарвазским хребтом. Размер изучаемого района составляет 80 км с севера на юг и 120 км с запада на восток. Расстояния между станциями 15-20 км.

Анализ огибающих коды землетрясений различных районов показал, что частоты в коде варьируют незначительно, из чего следует, что огибающие коды широкополосных записей можно описывать не амплитудами и периодами, а только максимальными амплитудами. Непосредственное сравнение огибающих коды землетрясений, записанных аппаратурой СКМ-3 и ЧИСС, также свидетельствуют о том, что изучаемые нами параметры огибающих коды в выбранном временном диапазоне практически не зависят от частоты, что дает основание считать вполне приемлемым использование записей землетрясений широкополосной аппаратурой СКМ для решения поставленной задачи.

Кроме того, в работе использованы данные, в значительной мере проанализированные и опубликованные, о временных вариациях наклонов земной поверхности и деформаций земной коры, а также уровня грунтовых вод в скважинах на Гармском геофизическом полигоне. Автор благодарит О.Н. Галаганова и В.П. Передерина за то, что они любезно предоставили ему возможность воспользоваться этими материалами.

Наклономерные и деформометрические наблюдения за медленными движениями земной коры с применением маятниковых наклономеров и штанговых деформографов проводились в штольнях сейсмических станций, расположенных в разных частях полигона, данные по двум из них (№ 6 Чусал и № 11 Чиль-Дора) анализируются в работе (рис. 6.1). Измерительные приборы были оснащены цифровой и аналоговой аппаратурой, позволяющей регистрировать составляющие NS и EW наклонов и деформаций земной коры с точностью 1011, для анализа мы использовали модули векторов наклонов и деформаций.

Наблюдения за уровнем подземных вод проводились в неглубоких, от 80 до 200 м, скважинах, вскрывающих верхние водоносные горизонты. Положение скважин, данные которых использованы в работе, показаны на рис. 6.1, уровень воды в них регистрировался поплавковыми уровнемерами в аналоговом виде. Шаг дискретизации всех рядов 1 сутки.

Упомянутые выше ряды сопоставлялись с рядами скорости вращения Земли, описанными Н.С. Сидоренковым и А.Г. Гамбурцевым.