Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

ЗАТУХАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ЛИТОСФЕРЕ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ПРОВИНЦИИ БАССЕЙНОВ И ХРЕБТОВ

https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0091

Полный текст:

Аннотация

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 Mb=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 QC 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 QC. Наблюдается сильная зависимость добротности от частоты и длины окна обработки коды: QС 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 QС для всех значений длины окна W были рассчитаны эмпирические зависимости добротности от частоты согласно [Mitchell, 1981] и получены значения: Q0 – добротность на референтной частоте f0 (f0=1 Гц) и n – частотный параметр (n близок к 1 и меняется в зависимости от неоднородности среды [Aki, 1981]). Полученные в настоящей работе значения Q0 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 δ заметно меняется. В верхней части графика (глубины до 150 км) наблюдается резкое изменение δ с глубиной, особенно хорошо это видно на графике градиента δ (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 δ увеличивается, градиенты δ и частотного параметра значительно уменьшаются. И в нижней части разреза (>200 км) значение δ 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 δ от глубины связано с глубинным строением среды. При этом резкие изменения δ и n приурочены к скоростным границам среды. Высокие значения δ 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 QC 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.

Об авторе

А. А. Добрынина
Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия
Россия
канд. физ.мат. наук


Список литературы

1. Aki K., 1969. Analysis of the seismic coda of local earthquakes as scattered waves. Journal of Geophysical Research 74 (2), 615–631. http://dx.doi.org/10.1029/JB074i002p00615.

2. Aki K., 1980. Attenuation of shearwaves in the lithosphere for frequencies from 0.05 to 25 Hz. Physics of the Earth and Planetary Interiors 21 (1), 50–60. http://dx.doi.org/10.1016/00319201(80)900199.

3. Aki K., 1981. Source and scattering effects on the spectra of small local earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America 71 (6), 1687–1700.

4. Aki K., Chouet B., 1975. Origin of the coda waves: source, attenuation and scattering effects. Journal of Geophysical Research 80 (23), 3322–3342. http://dx.doi.org/10.1029/JB080i023p03322.

5. Aleqabi G.I., Wysession M.E., 2006. Distribution Q Lg in the Basin and Range Province of the Western United States. Bulletin of the Seismological Society of America 96 (1), 348–354. http://dx.doi.org/10.1785/0120040086.

6. Baqer S., Mitchell B.J., 1998. Regional variation of Lg coda Q in the continental United States and its relation to crustal structure and evolution. Pure and Applied Geophysics 153 (2–4), 613–638. http://dx.doi.org/10.1007/s000240050210.

7. Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Yang Y., 2009. A 3D shear velocity model of the crust and uppermost mantle beneath the United States from ambient seismic noise. Geophysical Journal International 177 (3), 1177–1196. http://dx.doi.org/10. 1111/j.1365246X.2009.04125.x.

8. Benz H., Frankel A., Boore D., 1997. Regional Lg attenuation of the continental United States. Bulletin of the Seismological Society of America 87 (3), 606–619.

9. Burger R.W., Somerville P.G., Barker J.S., Herrmann R.B, Helmberger D.V., 1987. The effect of crustal structure on strong ground motion attenuation relations in eastern North America. Bulletin of the Seismological Society of America 77 (2), 420–439.

10. Chavez D., Priestley K., 1986. Measurement of frequency dependent Lg attenuation in the Great Basin. Geophysical Research Letters 13 (6), 551–554. http://dx.doi.org/10.1029/GL013i006p00551.

11. Dobrynina A.A., 2011. Codawave attenuation in the Baikal rift system lithosphere. Physics of the Earth and Planetary Interiors 188 (1–2), 121–126. http://dx.doi.org/10.1016/j.pepi.2011.05.008.

12. Dobrynina A.A., Albaric J., Deschamps A., Perrot J., Ferdinand R.W., Deverchere J., Sankov V.A., Chechelnitsky V.V., 2012. Seismic waves attenuation in continental lithosphere under extensional condition: comparison of the East African and Baikal rift systems. In: Book of abstracts 33rd General Assembly of the European Seismological Commission (GA ESC 2012), 19–24 August 2012, Moscow and Young Seismologist Training Course (YSTC 2012), 25–30 August 2012, PH “Poligrafiqwik”, Obninsk, p. 32–33.

13. Dobrynina A.A., San'kov V.A., Chechel'nitskii V.V., 2011. Seismic quality factor of the lithosphere of the southwestern flank of the Baikal rift system. Russian Geology and Geophysics 52 (5), 555–564. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2011.04.008.

14. Erickson D., McNamara D.E., Benz H.M., 2004. FrequencyDependent Lg Q within the Continental United States. Bulletin of the Seismological Society of America 94 (5), 1630–1643. http://dx.doi.org/10.1785/012003218.

15. Havskov J., Ottemoller L., 2003. SEISAN: The Earthquake Analysis Softwares for Windows, Solaris and Linux, Version 8.0. Institute of Solid Earth Physics, University of Bergen, Norway. 348 p. http://www.geo.uib.no/seismo/software/software. html.

16. Lay T., Wallace T.C., 1988. Multiple ScS attenuation and travel times beneath western North America. Bulletin of the Seismological Society of America 78 (6), 2041–2061.

17. Lee J., Garwood J., Stockli D.F., Gosse J., 2009. Quaternary faulting in Queen Valley, CaliforniaNevada: Implications for kinematics of fault slip transfer in the Eastern California Shear ZoneWalker Lane Belt. The Geological Society of America Bulletin 121 (3–4), 599–614. http://dx.doi.org/10.1130/B26352.1.

18. Mak S., Chan L.S., Chandler A.M., Koo R., 2004. Coda Q estimates in the Hong Kong region. Journal of Asian Earth Sciences 24 (1), 127–136. http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2003.10.001.

19. Mitchell B., 1981. Regional variation and frequency dependence of Qb in the crust of the United States. Bulletin of the Seismological Society of America 71 (5), 1531–1538.

20. Owens T.J., Randall G.E., 1989. Data report for «The 198889 PASSCAL Basin and Range PassiveSource Seismic Experiment. Part I: Large Aperture Array Data» for the project science team. IRIS data Management system. PASSCAL Data Report 90001. 21 p.

21. Pulli J.J., 1984. Attenuation of coda waves in New England. Bulletin of the Seismological Society of America 74 (4), 1149–1166.

22. Rautian T.G., Khalturin V.I., 1978. The use of coda for determination of the earthquake source spectrum. Bulletin of the Seismological Society of America 68 (4), 923–948.

23. Ryan W.B.F., Carbotte S.M., Coplan J.O., O'Hara S., Melkonian A., Arko R., Weissel R.A., Ferrini V., Goodwillie A., Nitsche F., Bonczkowski J., Zemsky R., 2009. Global multiresolution topography synthesis. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10 (3), Q03014. http://dx.doi.org/10.1029/2008GC002332.

24. Shen W., Ritzwoller M.H., SchultePelkum V., Lin F.C., 2013. Joint inversion of surface wave dispersion and receiver functions: A Bayesian MonteCarlo approach. Geophysical Journal International 192 (2), 807–836. http://dx.doi.org/10.1093/ gji/ggs050.

25. Singh S., Herrmann R., 1983. Regionalization of crustal coda Q in the continental United States. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 88 (B1), 527–538. http://dx.doi.org/10.1029/JB088iB01p00527.

26. Wagner L.S., Fouch M.J., James D.E., HansonHedgecock S., 2012. Crust and upper mantle structure beneath the Pacific Northwest from joint inversions of ambient noise and earthquake data. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 13 (12), Q0AN03. http://dx.doi.org/10.1029/2012GC004353.

27. Xie J.K., Mitchell B.J., 1990. Attenuation of multiphase surface waves in the Basin and Range Province, part I: Lg and Lg coda. Geophysical Journal International 102 (1), 121–137. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365246X.1990.tb00535.x.


Для цитирования:


Добрынина А.А. ЗАТУХАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ЛИТОСФЕРЕ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ПРОВИНЦИИ БАССЕЙНОВ И ХРЕБТОВ. Геодинамика и тектонофизика. 2013;4(1):53-67. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0091

For citation:


Dobrynina А.А. ATTENUATION OF SEISMIC WAVES IN THE LITHOSPHERE OF THE NORTHERN PART OF THE BASIN AND RANGE PROVINCE. Geodynamics & Tectonophysics. 2013;4(1):53-67. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0091

Просмотров: 435


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2078-502X (Online)