СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХОВ МАНТИИ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПОЛУОСТРОВА КАМЧАТКА ПО ДАННЫМ ПРИЕМНЫХ ФУНКЦИЙ ПРОДОЛЬНЫХ ВОЛН

1. ВВЕДЕНИЕ

Положение п-ва Камчатка в переходной зоне между материком и океаном определяет его сложную глубинную структуру; в частности, формирование глубинной структуры в основном объясняется субдукционным механизмом и деформацией плит в коллизионной зоне [Gontovaya et al., 2007; Droznina et al., 2017]. Полуостров Камчатка входит в северную часть Курило-Камчатской островной дуги, относящейся к переходной зоне материк – океан в северо-западной части Тихого океана. Северная часть полуострова расположена в области пересечения с Алеутской островной дугой; со стороны Тихого океана к ней максимально приближены Императорские горы и Императорский разлом. На пересечении этих структур в северной части полуострова сформировался крупнейший вулканический центр Евразии – Ключевская группа вулканов. Южная Камчатка находится под влиянием структур северной части Курильской островной дуги, Охотского моря, а также разломов литосферы северо-западного простирания акватории Тихого океана [Moroz, Gontovaya, 2018].

По результатам многочисленных геофизических исследований, выполненных методами сейсмотомографии, геоэлектрики, а также с использованием данных по магнитометрии, гравиметрии и тектонике, сделаны выводы о слоисто-блоковой глубинной структуре полуострова и о различии в строении земной коры и верхней мантии Северной и Южной Камчатки [Gontovaya et al., 2010; Moroz, 1976; Sidorov et al., 2020; Nizkous et al., 2006; Shapiro et al., 2000]. В классическом тектоническом представлении Камчатки выделяют три структурных неравномерно развивающихся блока: Южно-Камчатский, Центрально-Камчатский и Северо-Камчатско-Олюторский, границы между блоками выражены зонами глубинных разломов преимущественно северо-западного простирания [Erlikh, 1973]. Особый интерес в отношении активной разломной тектоники вызывает район южного завершения Центральной Камчатской депрессии (ЦКД); переход от Центральной Камчатки к Южной, представленный в виде Петропавловск-Малкинской (Начикинской) зоны поперечных дислокаций [Geology..., 1964], протягивающихся в северо-западном направлении (рис. 1, а) [Kozhurin et al., 2008]. Помимо этого, стоит упомянуть вулканические пояса Камчатки субмеридионального простирания, образовавшиеся в четвертичное время: Срединный вулканический пояс с единичными активными вулканами и более молодой Восточно-Камчатский вулканический пояс с действующими и потенциально активными вулканами (рис. 1).

Цель настоящего исследования – определение скоростного строения коры и верхней мантии вдоль восточной части п-ва Камчатка по телесейсмическим данным методом продольной приемной функции [Vinnik, 1977; Kosarev et al., 1993]. В работе использовались данные 11 сейсмических станций Камчатского филиала ФИЦ ЕГС РАН, образующие исследуемый профиль, проходящий через всю восточную часть полуострова, вдоль разломов Восточно-Камчатского пояса (рис. 1).

2. ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Камчатка является одним из наиболее изученных регионов в геолого-геофизическом отношении. Один из главных результатов исследований за последние годы – глубинные сейсмотомографические модели Курило-Камчатского региона и его окружения, характеризующие распределение скоростных неоднородностей среды [Zhao et al., 2010; Koulakov et al., 2011]. Модели отражают, в общем, близкие скоростные свойства мантии в изученных интервалах глубин, но имеют плохую детальность для коры и верхней мантии.

По данным о местных землетрясениях, взятым из регионального каталога КФ ЕГС РАН, рассчитана скоростная модель литосферы п-ва Камчатка [Gontovaya et al., 2003, 2010; Gorbatov et al., 1999; Nizkous et аl., 2007]. Региональные модели позволяют получить уже более детальные представления о скоростной структуре литосферы и сопоставить ее с другими геолого-геофизическими данными. На их базе для Камчатки рассмотрен ряд скоростных моделей, позволяющий выявить связь скоростных свойств коры и верхней мантии с сейсмичностью и глубинными разломами [Moroz, Gontovaya, 2018].

Необходимо отметить один из последних масштабных проектов для изучения глубинного строения в районе Ключевской группы вулканов – международный эксперимент KISS в 2015–2016 гг., в рамках которого была развернута временная сеть, включающая более сотни сейсмических станций [Shapiro et al., 2017]. Первая сейсмическая модель по данным сети KISS, полученная с помощью шумовой томографии, основанной на методе Монте-Карло, представлена в работе [Green et al., 2020]. Исследование [Egorushkin et al., 2021], отличающееся алгоритмами томографической инверсии, также посвящено изучению строения верхней коры района Ключевской группы вулканов и Центрально-Камчатской депрессии на основе данных по поверхностным волнам. Кроме того, по данным KISS были построены новые модели скоростей Р- и S-волн в коре и мантии на основе использования объемных волн от локальных землетрясений [Koulakov et al., 2020]. Благодаря проведенным исследованиям выявлено явное соответствие между распределением сейсмических аномалий в верхней коре и основными вулканическими структурами Ключевской группы вулканов и особенности строения отдельных вулканических систем.

Одним из первых исследований глубинного строения Камчатки методом приемных функций является работа [Levin et al., 2002]. В ходе эксперимента 1998–1999 гг. на территории полуострова было развернуто 15 широкополосных сейсмических станций. По результатам эксперимента (для каждой станции были отобраны записи не более 20 землетрясений) построены одномерные подстанционные скоростные модели V_S до глубины 75–100 км, выявлены региональные вариации границы Мохо от 30–40 км по всему полуострову, рассчитана сейсмическая анизотропия в верхних слоях мантии.

Местоположение трех пунктов наблюдений совпадает с расположением сейсмических станций текущего исследования: PET, TUM, OSS (рис. 1, б). Разрез, полученный по данным станции PET, характеризуется низкоскоростной корой с V_S=3.2 км/c от поверхности до глубины порядка 28 км, повышением скорости до 3.9 км/с к глубине 38 км и резкой границей Мохо на этой глубине со скоростью V_S=4.6 км/с. Под станцией TUM обнаружены низкоскоростные слои в коре с границами на глубинах 2.5, 14.5 км со скоростями до V_S=3.0 и 3.5 км/с соответственно. Коромантийная граница зафиксирована на глубине 31 км с резким повышением V_S до 4.6 км/с, это же значение скорости зафиксировано в мантии на глубине до 100 км. Разрез по данным станции OSS характеризуется более высокими скоростями в коре – 3.3 и 3.6 км/с на границах 2 и 19 км и повышением скорости до 4.1 км/с на границе Мохо (42 км) и до 4.6 км/с в мантии на глубине менее 100 км. Описанные модели не отражают полностью реальную сложную глубинную структуру п-ва Камчатка, так как представлены в виде нескольких однородных слоев с постоянной скоростью поперечных волн.

Одно из последних исследований методом функции приемника – построение глубинных скоростных разрезов района Авачинской бухты [Reznichenko et al., 2023]. Достоинством данной работы является совместная интерпретация P- и S-функций приемника, что, по мнению авторов, обеспечивает наиболее устойчивый скоростной разрез коры и верхней мантии [Vinnik et al., 2004]. Представлены одномерные модели V_S(h) до глубины 300 км по данным станций «Петропавловск» (PET), «Дальний» (DAL), «Институт» (IVS) и «Карымшина» (KRM) с 2000 по 2019 г. Усредненные значения скоростей, рассчитанные по полученным разрезам, в земной коре и верхней мантии оказались заметно ниже, по сравнению с глобальной моделью IASP91 [Kennett, Engdahl, 1991]. Среднее отклонение наблюденных скоростей от модельных составляет 0.5–1.0 км/с в коре, а затем постепенно уменьшается вплоть до глубины 180 км. На больших глубинах скорости в полученных моделях совпадают со стандартными значениями. Данное исследование проведено для относительно небольшого района Камчатки, местоположение только двух пунктов наблюдений совпадает с расположением сейсмических станций текущего исследования: PET, KRM (рис. 1, б).

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование скоростной структуры земной коры и подкоровой мантии выполнено телесейсмическим динамическим методом продольной приемной функции [Vinnik, 1977]. Сейсмические лучи во фронте продольной (P) волны от удаленных более чем на 3000 км землетрясений подходят к подошве исследуемой структуры близко к вертикали, что позволяет с их помощью зондировать глубинную структуру непосредственно под наблюдающей станцией. В ответ на первичный P-импульс на границах сейсмических неоднородностей в районе наблюдения генерируются вторичные волны. Суть метода в выделении обменных вторичных волн PS из записи коды продольной волны сильных далеких событий. Подбором теоретических приемных функций к наблюдаемым определяется изотропная горизонтально-слоистая модель подстанционной скоростной структуры, обусловленная неоднородностями в окрестности регистрирующей станции [Kosarev et al., 1993].

Выделение функций приемника на каждом пункте наблюдения производилось с помощью программного обеспечения для анализа сейсмических сигналов в пакете программ «SeismicHandler» [Stammler, 1993].

На первом шаге к выделению продольной (P) приемной функции осуществляется переход от горизонтальных компонент исходной сейсмограммы землетрясения к горизонтальным осям R и T (рис. 2, а, б). R – направленная на эпицентр радиальная компонента, T – перпендикулярная ей трансверсальная составляющая. После вычисления угла падения P-волны под сейсмостанцией на границу земля – воздух выполняется поворот осей Z, R, T на оси L, Q, T (рис. 2, в). Ось L соответствует главному направлению смещений в P-волне, а в перпендикулярном к ней направлении (вдоль оси Q) максимальной энергией обладают обменные поперечные волны SV. L и Q перпендикулярны трансверсальной оси T. При условии, что среда под станцией не является горизонтально-слоистой изотропной структурой, в направлении T может быть выделена SH составляющая обменных волн. Последующая деконволюция L-, Q- и Т-компонент Р-сигналом L-компоненты стандартизует сигнал, делая его независимым от формы волны, обусловленной особенностями очага, и устраняя влияние среды на пути к слоистой структуре под станцией. Трассы L, Q, T нормализуются на величину максимума L-компоненты (рис. 2, г).

Приемные функции, полученные по единичному событию, далеки от идеала, что неизбежно из-за наличия сейсмического шума, поэтому для исследования скоростного строения необходим анализ максимально возможного количества записей событий из разных очаговых областей. Стандартизованные компоненты записей землетрясений (L, Q, T) для каждой станции суммировались с целью подавления шума и выделения регулярных особенностей.

4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В работе рассматривались данные 11 сейсмических станций сети Камчатского филиала ФИЦ ЕГС РАН, установленных вдоль восточной части п-ва Камчатка (см. рис. 1, б; табл. 1). Из всей совокупности данных, согласно примененной методике, были выбраны записи телесейсмических событий с магнитудой более 6, эпицентральными расстояниями 30–90° и с диапазоном обратных азимутов, равным 150–240°. Азимутальный набор землетрясений обусловлен естественным распределением активных очаговых зон на земном шаре и небольшим выбранным периодом сейсмических наблюдений (2011–2016 гг.). Преимущественно отбирались события с четко выраженными первыми вступлениями и сравнительно быстро затухающими сигналами. Отбор телесейсмических событий осуществлялся с помощью каталога CMT (Global Centroid Moment Tensor Catalog) Колумбийского университета [Dziewonski et al., 1981; Ekström et al., 2012].

Необходимо отметить, что первые результаты (одномерные скоростные модели V_S(h) и двумерный скоростной разрез для профиля вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса) были получены по станционным данным 2011–2013 гг. Далее в распоряжении авторов оказались данные второго периода наблюдений – за 2014–2016 гг., по которым также были получены соответствующие модели. Итоговые модели получены по агрегированным данным. Такой двухэтапный процесс обработки позволяет верифицировать полученные результаты.

Количество записей, удовлетворяющих методу, оказалось невелико: от 14 до 40 для станций 2011–2013 гг. и от 11 до 37 для станций 2014–2016 гг. (табл. 1). Анализировались 240-секундные интервалы сейсмограмм – 120 с до вступления P-волны и 120 с записи землетрясения после вступления P-волны. Отбирались события с четко выраженными первыми вступлениями и сравнительно быстро затухающими сигналами (рис. 2, а). Для подавления региональных высокочастотных помех использовалась преимущественно полосовая фильтрация записей в диапазоне 0.01–0.90 Гц. Так как в работе использовались данные широкополосных и короткопериодных приборов (табл. 1), восстановление скоростной структуры земной коры и верхов мантии проводилось до глубины 70 км. Сравнение результатов по данным широкополосного и обычного типа приборов (эксперименты PASSCAL-1992, MOBAL-2003) показало, что различие в частотных диапазонах не сказывается существенным образом на моделях до глубины 70 км [Zorin et al., 2002; Mordvinova, Artemyev, 2010].

По записям каждой станции получены приемные функции для P- (волновые трассы L-компоненты) и SV-волн (волновые трассы на Q-компоненте). Очевидна амплитудная выразительность приемных функций широкополосных станций: PAU, KDT, KRM, PET, AVH, TUM, OSS (рис. 3). На Q-трассах первый пик высокой амплитуды в интервале времен ~0.5–1.5 с после вступления P-волны на станцию соответствует интенсивной обменной волне PS на подошве осадочного слоя, характер которого в районах с богатой тектонической историей может существенно меняться вдоль профиля. Далее следует цуг осцилляций, сформированный скоростными неоднородностями в земной коре. Максимум повышенной интенсивности в интервале запаздываний 4–6 с соответствует PS-обмену на подошве земной коры (самой резкой границе на пути волн в районе пункта регистрации). На Q-трассах некоторых станций такого явно выраженного максимума не наблюдается. Кружками на трассах отмечены возможные варианты PS-обменов на коромантийной границе под соответствующими станциями (рис. 3). Не исключено, что обмены малой интенсивности на подошве коры объясняются недостаточным подавлением шума из-за сравнительно небольшого количества записей далеких землетрясений. Но также очень вероятно, что в целом строение коры в районе наблюдения гораздо сложнее, а коромантийный переход может иметь и градиентный характер [Mordvinova et al., 2007].

5. ИНВЕРСИЯ SV-ФУНКЦИЙ И СКОРОСТНЫЕ РАЗРЕЗЫ

Решение обратной задачи восстановления одномерных скоростных разрезов в окрестности регистрирующей станции выполнено по программе Г.Л. Косарева [Kosarev et al., 1993; Kind et al., 1995]. Теоретическая Q-компонента вычисляется матричным методом Томсона – Хаскелла [Haskell, 1962] при допущении, что исследуемая структура представлена пачкой плоских изотропных однородных слоев, лежащих на однородном полупространстве. Каждый слой характеризуется скоростью распространения продольных и поперечных сейсмических волн, плотностью и мощностью. Кроме того, для вычисления теоретической Q-компоненты необходимо задать форму колебания P-волны, подходящей из полупространства к подошве горизонтально-слоистой структуры, и величину кажущейся скорости. Для этого использован реальный стандартизованный сигнал L-компоненты и кажущаяся скорость, соответствующая среднему эпицентральному расстоянию землетрясений, по записям которых сформированы наблюдаемые компоненты L и Q. Суть метода в подборе компоненты Q теоретической функции приемника к наблюдаемой (рис. 4).

Определение одномерного скоростного разреза V_S(h) под сейсмической станцией представляет собой итерационный процесс, при котором различие между наблюдаемой и теоретической Q-функциями минимизируется путем подбора параметров скоростного разреза, исходя из некоторого начального приближения V₀(h) путем подбора параметров разреза, основанного на методе регуляризации для некорректных задач [Tikhonov, Arsenin, 1979]. Число итераций определяется условием уменьшения отклонения расчетной функции приемника от наблюдаемой функции до уровня шума или тем, что оно стабилизируется.

Для уменьшения неоднозначности, обусловленной взаимозависимостью скорости и мощности в каждом из слоев, в качестве первого приближения следует использовать наиболее подходящую для региона скоростную модель коры и значение скорости непосредственно под корой, определенные другими геофизическими методами.

Для одномерной структуры задаются значения скорости на нескольких глубинах (узлах) и разбиением расстояния между узлами на слои равной толщины, скорость между которыми интерполируется. Глубина слоев не изменяется в процессе инверсии, а переменными величинами являются значения скорости продольных и поперечных сейсмических волн (V_P и V_S) и плотности (ρ) в слоях. Так как Q-компонента является суперпозицией обменных SV-волн и наиболее чувствительна к изменению скорости поперечных волн, варьируются относительно начальной модели только скорости поперечных сейсмических волн (V_S) в слоях. На соотношение скоростей (V_P/V_S) и плотность в слоях накладываются ограничения. При отсутствии предварительных данных V_P/V_S может быть принято равным 1.73 как следствие предположения о равенстве коэффициента Пуассона 0.25 в земной коре; плотность определяется через линейную связь между скоростями продольных волн согласно закону Берча [Birch, 1964].

Для минимизации расхождения теоретических и наблюдаемых SV-функций приемника анализировался интервал трасс от 5 до 15 с, что является достаточным при определении скоростного разреза до глубины 70 км.

Как показало численное тестирование процедуры инверсии [Zorin et al., 2002; Mordvinova, Artemyev, 2010], для надежного определения скоростного разреза по приемным функциям важна сбалансированная параметризация скоростной модели. Для детального зондирования среды земной коры и верхней части мантии необходимо, чтобы элементарные слои в модели были оптимально тонкими. В данном случае для верхних четырех километров земной коры с наиболее быстро меняющейся скоростью выбран шаг (толщина элементарного слоя) 0.5 км, для основной части земной коры шаг по вертикали равен 1 км. Для уточнения глубины границы Мохо относительно ее позиции в начальном приближении шаг в 1.5–2.0 км сохранялся для верхних 4–6 км мантии. Следующие слои в мантии анализировались с шагом 4–5 км до глубины 70 км. Всего в модели использовалось 40 слоев (рис. 4).

В качестве первого приближения в процедуре инверсии для всех станций использована одна и та же ступенчатая функция скорости, рассчитанная по усредненному 4-слойному S-скоростному разрезу для Камчатки, скорость в котором сравнительно плавно увеличивается от слоя к слою [Droznina et al., 2017]. Скорости V_P и V_S в коре меняются от 3.6 до 6.5 км/c и, следовательно, от 2.00 до 3.75 км/c, V_P и V_S в мантии были приняты равными 7.2 и 4.0 км/с. Соответствующая продольным скоростям плотность определяется исходя из закона Берча [Birch, 1964].

Следующим этапом проводилось тестирование на устойчивость решения. За окончательную модель по данным каждой станции принимались лишь те, которые выдержали проверку на устойчивость решения при изменении параметров первых приближений инверсии (мощность коры, толщина элементарных слоев, отношение скоростей продольных и поперечных волн и др.). Проведена мультиинверсия для многих стартовых моделей (100 и более), создаваемых с помощью генератора случайных чисел [Ammon et al., 1990]. При таком подходе (100 и более) первые приближения получаются генератором случайных чисел по исходному первому приближению, заданному на основе усредненного 4-слойного S-скоростного разреза для Камчатки [Droznina et al., 2017]. В этом случае в качестве окончательного первого приближения инверсии берется среднее из диапазона результирующих моделей. Как показало тестирование, глубина резких границ в результирующих моделях (в первую очередь это относится к границе Мохо) и глубина слоев как пониженной, так и повышенной скорости модели очень устойчивы к изменению начальных моделей в процедуре инверсии [Mordvinova, Artemyev, 2010].

Для всех станций по P-приемным функциям процедурой инверсии были восстановлены одномерные распределения скоростей поперечных волн V_S(h) от поверхности до глубины 70 км (рис. 5). Разрешение модели (детальность скоростного разреза по вертикали) определяется заданной параметризацией модели и в среднем для земной коры равно 1 км, для мантийной части модели оно составляет не более 5 км. Это довольно высокое разрешение для моделей такого класса. Как уже отмечалось в работе, был двухэтапный процесс обработки сейсмических записей за период 2011–2013 и 2014–2016 гг., позволяющий верифицировать полученные результаты.

Скоростные разрезы по одним и тем же станциям имеют хорошую схожесть по разным периодам наблюдений. Явные отличия проявляются в моделях, полученных для станции KDT, при использовании практически одинакового количества землетрясений для выделения результирующих приемных функций (рис. 5, а, б). При этом выделенные приемные функции для станции KDT за периоды 2011–2013 и 2014–2016 гг. очень схожи между собой, но в 2011–2013 гг. были использованы землетрясения, имеющие большую магнитуду и, соответственно, с более четкими сигналами сейсмических волн.

Далее в исследовании уже участвовали скоростные разрезы, построенные по объединенным приемным функциям, полученным по записям землетрясений 2011–2016 гг.

В моделях многих станций чередуются слои повышенной и пониженной скорости по отношению к стартовой, коромантийная граница выделяется слабо и имеет градиентный характер. Тенденция к более резкому переходу кора – мантия наблюдается у самой южной станции PAU и у северных станций профиля BDR и OSS. На первый взгляд, полученные скоростные разрезы по 11 станциям не отличаются друг от друга, но их интерполяция в двумерный разрез дает более выразительную картину глубин Камчатки.

Методом триангуляции с линейной интерполяцией одномерных станционных моделей V_S(h) получено двумерное распределение сейсмических скоростей – вертикальный разрез коры и верхов мантии вдоль восточной части п-ва Камчатка (рис. 6). Разрешение по горизонтали определяется плотностью станций на профиле, длина профиля – 950 км.

Необходимо отметить, что перед построением двумерного скоростного разреза одномерные подстанционные модели V_S(h) подверглись процедуре сглаживания для подавления чрезмерных осцилляций скоростей (см. рис. 5, б). Процедура сглаживания заключалась в осреднении значений скорости в скользящем окне достаточно малого размера (по трем соседним значениям). Метод триангуляции с линейной интерполяцией основан на оптимальной триангуляции Б.М. Делоне, т.е. на построении сетки треугольников с вершинами в точках наблюдений [Lee, Schachter, 1980]. Точки со значениями замеров соединяются таким образом, чтобы результирующая поверхность была покрыта «лоскутным одеялом» из треугольных пластинок, при этом ни одна из сторон треугольника не пересекалась сторонами других треугольников. Каждый треугольник определяется тремя точками замеров. Значения функции в узлах регулярной сети, попадающих внутрь этого треугольника, считаются принадлежащими плоскости, проведенной через вершины треугольника (сеточные значения рассчитываются по формулам линейной интерполяции).

6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

По построенному для профиля вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса скоростному разрезу (рис. 6) обнаруживается слоистая структура коры и ~40 км подкоровой мантии. Вслед за предшественниками выявленную нами структуру можно назвать слоисто-блоковой [Gontovaya et al., 2010; Sidorov et al., 2020; Nizkous et al., 2006; Shapiro et al., 2000].

Как правило, коромантийная граница на сейсмических моделях определяется по сгущению и выполаживанию изолиний скорости. На северо-востоке разреза коромантийный переход определяется по сгущению изолиний скоростей 3.8–3.9 км/с на глубине 34–36 км, южнее за «Мохо» можно принять изолинию 3.8 или 3.9 (рис. 6). В случае выбора границы со скоростью V_S=3.8 км/с под большинством сейсмостанций вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса наблюдается сходство глубин выделенной границы Мохо с глубинами мощности земной коры на схеме в работе Л.И. Гонтовой и др. [Gontovaya et al., 2007]. На рис. 7 приведена схема мощности земной коры [Gontovaya et al., 2007], треугольниками показаны сейсмические станции, по которым была определена коромантийная граница, цифрами в них указаны соответствующие глубины.

Неоднозначное решение в определении коромантийного перехода наблюдается в районе станции PAU на юге Камчатки. На восстановленном скоростном разрезе наблюдаются два локальных скачка скорости на глубине 26 и 32 км (см. рис. 5, а), которые могут соответствовать коромантийной границе, хотя на нижней границе (32 км) отмечается больший перепад скорости. В работе [Gontovaya et al., 2007] глубина мощности земной коры определяется в 24–26 км, но по данным метода обменных волн землетрясений [Baboshina et al., 1984] для юга Камчатки коромантийный переход зафиксирован на глубине 30–34 км.

При выборе изолинии V_S=3.9 км/с (см. рис. 6) в качестве коромантийного перехода наблюдается более пологая граница вдоль всего восточного п-ва Камчатка с мощностью коры 32–36 км, что хорошо согласуется с обобщенными результатами глубинных исследований МОВЗ, выполненных в 1986–2013 гг. по сети региональных профилей на Камчатке [Nurmukhamedov et al., 2016].

Если в целом анализировать скоростной разрез для профиля вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса (см. рис. 6), то можно выявить следующие закономерности: в земной коре присутствует контрастная граница на глубине 5–7 км, где происходит скачок скорости поперечных волн от 2.8 до 3.2 км/с; однородный слой на глубине 10–25 км, в котором скорость V_S плавно возрастает от 3.5 до 3.7 км/с; переходная коромантийная зона на глубине 28–34 км с верхней границей изолинии V_S=3.8 км/c и нижней V_S=3.9 км/c. Поперечные волны в верхних слоях мантии до глубины 70 км можно охарактеризовать как низкоскоростные (V_S=4 км/c) относительно глобальной модели IASP91, со средним отклонением по скорости примерно на 0.5 км/с.

Необходимо отметить, что построенный разрез среды хорошо согласуется с региональной моделью глубинного скоростного строения Камчатки [Kuzin, 1974], которая до настоящего времени используется для расчета параметров землетрясений регионального каталога Камчатки [Chebrov et al., 2016]. Основные сейсмические границы на глубинах 5, 35 км и соответствующие абсолютные значения скоростей объемных волн практически точно совпадают со средними глубинами и скоростями, определенными по двумерной V_S-модели по результатам инверсии приемных функций вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса.

Сопоставление полученного нами скоростного разреза (см. рис. 6) с сейсмотомографическим разрезом, пересекающим восточное побережье Камчатки, рассчитанным по данным регионального каталога землетрясений КФ ФИЦ ЕГС РАН [Moroz, Gontovaya, 2018], обнаруживает общие закономерности. В скоростном поле литосферы в интервале глубин ~40–60 км выделяется слой относительно повышенной скорости, который глубже 60–80 км подстилается слоем пониженных скоростей – астеносферным слоем мантии, хотя вариации скоростей совсем незначительные – в пределах 0.1 км/c и могут являться погрешностью определения. Более детальное сравнение затруднено из-за ограничения представленной авторами двумерной V_S-модели по глубине 80 км.

Сопоставление построенных нами скоростных моделей по данным станций PET, KRM (см. рис. 5) с разрезами района Авачинской бухты, полученными также методом функции приемника [Reznichenko et al., 2023], выявляет ряд особенностей: кора на глубине 8–25 км более высокоскоростная примерно на 0.2–0.4 км/c, глубина залегания коромантийной границы практически совпадает (33–35 км) при V_S=3.9 км/c, скорость в мантии непосредственно на границе Мохо приблизительно на 0.5 км/с ниже, чем в глобальной модели IASP91.

Помимо этого, на построенном скоростном разрезе для профиля вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса (см. рис. 6) под сейсмическими станциями PET и AVH наблюдаются контрастные по скорости и, соответственно, плотности блоки и слои, на глубине до 25 км обнаруживаются скоростные аномалии, что может являться отражением зоны поперечных глубинных разломов, пересекающих полуостров. Граница между структурами Южной и Центральной Камчатки связывается с этой зоной поперечных глубинных разломов, выраженных в современном тектоническом плане в виде Петропавловск-Малкинской зоны поперечных дислокаций (см. рис. 1, а) [Moroz, Gontovaya, 2018].

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования в восточной части п-ва Камчатка методом продольной приемной функции по записям далеких сильных землетрясений, зарегистрированных сетью сейсмостанций КФ ФИЦ ЕГС РАН, авторами представлено строение земной коры и верхней мантии до глубины 70–80 км.

По построенному для профиля вдоль Восточно-Камчатского вулканического пояса скоростному разрезу можно сделать следующие выводы: обнаруживается слоистая структура коры и ~40 км подкоровой мантии. Выявленную авторами структуру приближенно можно назвать слоисто-блоковой. В пределах земной коры выделяются три структурных слоя: контрастная граница на глубине 5–7 км со скачком скорости поперечных волн от 2.8 до 3.2 км/с; однородный слой на глубине 10–25 км, в котором скорость V_S плавно возрастает от 3.5 до 3.7 км/с; переходная коромантийная зона на глубине 28–36 км с V_S=3.8–3.9 км/c. Верхние слои мантии выявляются как низкоскоростные (V_S=4 км/c) относительно глобальной модели IASP91. В районе Авачинской бухты на скоростном разрезе наблюдается сложное строение коры, на глубинах до 25 км обнаруживаются скоростные аномалии, что, скорее всего, является отражением Петропавловск-Малкинской зоны поперечных дислокаций – условной границы между структурами Южной и Центральной Камчатки.

Применение метода функции приемника для интерпретации объемных волн далеких землетрясений расширяет комплекс геофизических способов, открывая дополнительные возможности детализации глубинного строения. Полученные результаты показывают актуальность создания плотных и крупномасштабных сетей широкополосных сейсмических станций, позволяющих исследовать глубинную структуру, не нарушая экологии.

8. БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают признательность Д.В. Чеброву за предоставленные данные сейсмических станций сети Камчатского филиала ФИЦ ЕГС РАН.

9. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

10. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.