Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы Центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах

Бушенкова, Наталья Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы Центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах
ВАК РФ 25.00.03, Геотектоника и геодинамика

Автореферат диссертации по теме "Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы Центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах"

На правах рукописи

БУШЕНКОВА Наталья Анатольевна

НЕОДНОРОДНОСТИ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И СОВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА ЛИТОСФЕРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ ПО ДАННЫМ СЕЙСМОТОМОГРАФИИ НА ОТРАЖЕННЫХ ВОЛНАХ

25.00.03 - геотектоника и геодинамика, 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

НОВОСИБИРСК 2004

Работа выполнена в Лаборатории геодинамики и палеомагнетизма Института геологии Сибирского отделения Российской Академии наук (г. Новосибирск)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

Тычков Сергей Анатольевич

Официальные оппоненты:' кандидат геолого-минералогических наук

Гибшер Анатолий Станиславович

доктор геолого-минералогических наук Селезнев Виктор Сергеевич

Ведущая организация: Институт земной коры СО РАН (г. Иркутск)

Защита диссертации состоится 9 июля 2004 года в 77 часов на заседании диссертационного совета Д 003.050.01 при Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале. ,

Адрес: 630090, г. Новосибирск 90, проспект Академика Коптюга, 3.

Факс: (3832)33-27-92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГГМ СО РАН

Автореферат разослан 4 июня 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор геолого-минералогических наук

С.А.Тычков

2Q06-4 a zof

2Г8 У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом данного исследования является современная тектоническая структура континентальной литосферы и верхов мантии региона центральной Сибири, простирающегося от берегов Карского моря до Восточного Казахстана и северных районов Китая и Монголии (Рис. 1).

Актуальность темы. Определение условий формирования литосферы континентов составляет одну из главных задач континентальной геодинамики. В настоящее время существует ряд моделей образования и эволюции континентальной литосферы, которые представляют процесс рождения новой литосферы либо как результат взаимодействия литосферных плит (субдукция, коллизия), либо воздействия на эти плиты глубинных мантийных процессов (плюмы, андеплетинг) (Зоненшаин, 1972; Boyd, 1978; Добрецов, 1990; Senger, 2000). По современным представлениям, в исследуемом регионе рост континентальной коры осуществлялся, главным образом, посредством последовательного причленения с юга террейнов, островных дуг, симаунтов и микроконтинентов литосферы к древнему докембрийскому кратону Сибирской платформы (Coleman, 1989; Добрецов и др., 1996). Принципиальным тектоническим событием, определившим основные черты строения региона, является эволюция Палеоазиатского океана, закрытие которого в позднем палеозое ознаменовало переход региона уже к тектонике континентальных областей. Сейчас создан ряд тектонических и геодинамических схем эволюции данного региона (Berzin, 2001; Tapponnier&Molnar, 1979; Zonenshain&Savostin, 1981 и др.), которые базируются в основном на геологических, геохимических, изотопных и палеомагнитных данных, полученных при обработке результатов полевых работ на поверхности. Вместе с тем, существенная доля информации о процессах и способах формирования литосферы содержится в ее глубинных частях, не доступных прямым наблюдениям.

Главным источником, поставляющим данные о глубинном строении недр, вот уже почти сто лет остается сейсмология. В последнее время интенсивное развитие получили методы, основанные на сейсмотомографическом подходе. Используя высокочастотные сейсмические данные, они достаточно чувствительны к неоднородностям от нескольких десятков километров в верхней мантии

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА C.I1eiep6ypr JOOgPK

до нескольких сотен километров в нижней мантии вплоть до 3000 км. Кинематическая сейсмотомография использует времена пробега сейсмических волн для обнаружения ЗО структур в земных недрах, которые проявляются в виде вариаций сейсмических скоростей. Эти скорости (Р- и 8- скорости) зависят от температуры, вещественного состава и давления через модуль упругости и плотность. Поэтому информация о скоростной структуре мантии позволяет выполнять геодинамическую интерпретацию сейсмических аномалий, уменьшая неоднозначность в моделях формирования и эволюции литосферы континентов.

75 N4

ВГ^*

65 и

55 N4

■ %

45 Ы-

80 Е 90 Е 100 Е 110 Е

Рисунок 1. География исследуемого региона.

Адекватное применение методов сейсмической томографии в региональном масштабе возможно только при наличии больших массивов высококачественных данных. Проблема данных особенно остро стоит в так называемых «немых» регионах с чрезвычайно низкой сейсмичностью и отсутствием развернутой сейсмологической сети, к которым и относится исследуемая в работе область Азии -центральная Сибирь. Это обширный континентальный район, большая часть которого практически лишена сети сейсмических станций и не является сейсмически активной («немая» относительно сейсмологических данных). Сейчас создан ряд сейсмических моделей литосферы региона, основанных, главным образом, на информации о дисперсии скоростей поверхностных волн (Зорин, 1981; Шй\У011ег&ЬеУ8Ып, 1998), а также на томографическом подходе (Ву\уааг<1 е1 а1., 1998). Однако разрешающая способность этих моделей позволяет обнаруживать наиболее крупные структуры - Тарим, Сибирскую платформу, Казахский щит. Этого явно недостаточно для того, чтобы использовать данные о глубинном строении литосферы в моделях формирования и эволюции литосферы региона. Традиционные и инверсные томографические схемы дают возможность построения трехмерной сейсмической модели только на юге выбранной территории, оставляя неохваченной большую асейсмичную ее часть. Поэтому одной из главных задач данной работы являлась разработка сейсмотомографического алгоритма, позволяющего определять детальную структуру недр территорий, где нет возможности использовать местные данные (нет достаточной густоты сейсмологических данных). Применение данного алгоритма (ВВ-В) привело к созданию сейсмической модели недр центральной Сибири, что, в свою очередь, позволило по-новому взглянуть на некоторые особенности формирования и эволюции литосферы региона.

Цель работы - выявить особенности формирования современной тектонической структуры континентальной литосферы региона центральной Сибири.

Задачи исследования. Поставленная в работе цель достигалась решением следующих задач:

разработка сейсмотомографической методики для определения структуры недр в «немых» областях континентов, где отсутствуют как землетрясения, так и сейсмические станции;

- определение современной структуры верхов мантии региона центральной Сибири и анализ особенностей формирования структуры

литосферы региона в свете имеющихся моделей, палеореконструкций и данных наблюдений.

Фастический материал. Методы исследования. Данная работа находится в русле исследований, начатых Л.П. Зоненшаином, М.И.Кузьминым, Л.П. Савостиным и другими исследователями по созданию модели микроплит Центральной Азии. Фактические данные о тектонических подразделениях в структуре континентальной литосферы платформенных областей Центральной Азии были взяты из обобщающих публикаций (Coleman, 1989; Windley et al., 1990; Зоненшаин и др. 1993; Zorin, 1981; Dobretsov, Buslov, 2001; Dobretsov et al., 1996; Avouac and Tapponnier, 1993; Molnar, 1990; Tapponnier et al., 1982 и др.)

Основной метод исследования - сейсмотомографический анализ. Также применялись сравнительный анализ, математическое моделирование, тестирование полученного алгоритма, статистический анализ и сопоставление с результатами других исследователей (Дучков, Соколова, 1979; Дучков и др., 1987; Шацкевич, 19^1; Голубев, 1995; Дорофеева и др., 1995; Хуторской, 1996; Ritzwoller and Levshin, 1998; Wu et al., 1997; Kulakov, 1998; Bijwaard et al., 1998 и др.). В разработке сейсмотомографического алгоритма на основе разницы времен прихода отраженных от земной поверхности волн за основу взята та же известйая лучевая схема, что, например, в работе Woodward и Molnar (1995). Для параметризации изучаемого объема были применены известные логические блоки параметризации среды тетраэдрами (Koulakov, 1998) и алгоритм SVD разложения. Исходными данными для алгоритма служат времена прихода прямой и соответствующей ей отраженной от земной поверхности волны. Времена прихода необходимых фаз сейсмических волн и времена сейсмических событий взяты из банка данных международного сейсмологического центра (ISC), обработаны и отобраны в соответствии с выведенными в ходе исследованиями критериями, необходимыми для успешной работы /

предлагаемого метода около 12 ООО пар РР-Р лучей для территории центральной Сибири и 300 пар SS-S для Алтае - Саянского региона.

Защищаемые положения

1) В построенной сейсмической модели недр центральной Сибири геометрия основных литосферных блоков соответствует их геологическим границам. Природа сейсмических аномалий платформ северной половины региона в основном тепловая, толщина литосферы коррелирует с возрастом структур. В тектонически активных областях

юга региона отрицательные сейсмические аномалии литосферы Алтая и Тянь-Шаня указывают на их вещественный характер, обусловленный повышенной концентрацией летучих, приобретенной литосферой этих областей при ее формировании. Осадочные бассейны территории отмечены положительными сейсмическими аномалиями.

2) Разработанная сейсмотомографическая методика на волнах, отраженных от поверхности Земли в изучаемой области (критерии отбора данных, ВВ-В алгоритм, блок компьютерных программ, тесты на синтетических и реальных данных), позволяет определять структуру литосферных блоков «немых» областей, где отсутствует развитая сейсмологическая сеть и сейсмическая активность.

Новизна и личный вклад

На основании известной лучевой схемы на отраженных волнах, которая ранее использовалась только для получения дополнительных данных для других томографических методик, а также в некоторых работах для получения карт разности времен пробега - двумерной поверхностной модели латеральных неоднородностей (Woodward and Molnar, 1995; Бушенкова и др., 2000) автором впервые была разработана методика изучения «немого» региона без привлечения сейсмологических данных внутри этого региона. Лучевая схема предполагает расположение изучаемого района посередине между источником и приемником. Совместное использование отраженных от земной поверхности и рефрагированных фаз позволяет решить проблему внесения поправок за источник и приемник.

Путем эмпирического анализа автором были выделены критерии отбора лучей (Bushenkova et al., 2002), введение которых делает оптимальным подобие рефрагированной и отраженной от дневной поверхности волн вдали от области изучения. А невязки времен прихода, рассчитанные относительно референтной (Dziewonski & Anderson, 1981) скоростной модели с учетом введенных ограничений оказываются обусловленными скоростными характеристиками непосредственно изучаемой области. Для необходимого отбора лучей автором был реализован алгоритм трассирования лучей по аналитическим формулам для постоянного градиента квадратичной медленности (Червени, 1990) в заданных интервалах глубин. Проведенные в ходе работы расчеты для сферически симметричной среды по скоростной модели РЕМ-А дали оптимальную величину области изучения (14°) и параметры отбора лучей из банка данных Международного сейсмологического центра. Небольшая величина

оптимальной области расчета привела к необходимости разбиения обширной изучаемой территории на фрагменты меньшего радиуса с зонами перекрытия, где полученные результаты инверсии осреднялись. Инверсную задачу автор решал с использованием стандартного пакета SVD разложения и программного блока узловой параметризации среды тетраэдрами, который был взят из работ Koulakov et al. (1995) и Koulakov (1998). Узлы строились в зависимости от плотности лучей на 6-и горизонтальных уровнях от глубины 30 км до 530 км.

Проведенное автором тестирование алгоритма (основные тесты - «полоса» и Sensitivity тест) показало, что методика очень хорошо улавливает вертикальные скоростные границы и удовлетворительно -горизонтальные.

На основе полученной сейсмотомографической модели, результатов тестов, данных наблюдений теплового потока, сейсмических и тектонических исследований других ученых автором сделан вывод о природе сложной блоковой структуры литосферы изученного региона, формирование которой обусловлено как воздействием современных процессов в мантии на литосферу, так и особенностями образования самой литосферы региона центральной Сибири.

Теоретическая и практическая значимость результатов.

Полученная современная структура литосферы и трехмерная сейсмическая модель верхней мантии территории центральной Сибири и прилегающих областей являются на сегодняшний момент самыми целостными для этой территории, а их детальность позволяет делать геодинамические построения и выводы, как по территории центральной Сибири, так и в соседствующих регионах. Разработанная же телесейсмическая методика позволяет определять структуру верхней мантии и литосферных блоков «немых» областей, где отсутствует развитая сейсмологическая сеть и сейсмическая активность. Таким образом, верхнемантийная структура большей части территорий Земли, с помощью этого подхода может быть определена с'гораздо большей детальностью, нежели дают сейчас глобальные модели.

Апробация работы. Приемы и результаты, полученные в работе, представлялись на следующих в хронологическом порядке российских и зарубежных конференциях: 25th General Assembly of EGS (Nice, France, 2000); IV сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике, посвященный памяти М.А. Лаврентьева (1900-1980) (Новосибирск, 2000); Международная геофизическая

конференция «Сейсмология в Сибири на рубеже тысячелетий» (Новосибирск, 2000); 26th General Assembly of the EGS (Nice, France, 2001); XIX Всероссийская молодежная конференция «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001), 28th General Assembly of the EGS (Nice, France, 2003).

По теме диссертации автор имеет 14 публикаций. В их числе 3 статьи в журнале «Геология и геофизика» и 2 статьи в журнале Tectonophysics (издательство Elsevier).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 169 наименований. Полный объем диссертации 117 страниц, включая 19 рисунков.

Автор благодарен коллегам из лаборатории геодинамики и палеомагнетизма (№ 818) Института геологии СО РАН д.г.-м.н. С.А. Тычкову, А.Н. Василевскому, к.г.-м.н. И.Ю. Кулакову, А.К. Кинеловской за всестороннюю поддержку, а так же помощь в вопросах программирования и интерпретации полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава посвящена обзору последних достижений в изучеиии глубинного строения центральной Сибири. Она содержит исторический обзор изучения вопроса тектоники недр Земли, обзор достижений в различных томографических подходах, данные о различных томографических масштабах и специфике томографического метода на временах прихода.

Рисунок 2. Распределение точек отражения РР волн, былым отмечена граница изучаемого региона.

Томографический подход как нельзя лучше 6 настоящее время позволяет строить ЗО модели мантийных структур, а представленная в работе методика позволяет проводить такие исследования и на асейсмичных территориях, не оборудованных развитой сейсмологической сетью. К таким территориям относится основная часть территории центральной Сибири (Рис.1, 2).

Вторая глава содержит описание ВВ-В схемы, и результаты тестирования основанного на ней сейсмотомографической методики для получения модели глубинных структур.

ВВ-В схема основана на совместном использовании рефрагированных Р или Б лучей и соответствующих им РР или ББ лучей, которые имеют точки отражения от земной поверхности в пределах изучаемой области (Рис. 2, 3). Такая ВВ-В схема позволяет исследовать сейсмическую структуру недр областей, где нет возможности использовать данные местных сейсмологических станций и землетрясений. Кроме того, эта схема позволяет автоматически избавляться от проблемы определения поправок за источник и приемник, которые обычно несут большую погрешность в телесейсмических томографических исследованиях.

Исходными данными для решения задачи являются невязки между реальными и рассчитанными разницами времен прихода отраженной и соответствующей ей рефрагированной волны. Например, для Р и РР волн, в соответствии обозначениям рисунка 3, это -

где ЛГрр = Грр - 7'рррсф и ЛТР = Гр - Гр1** вычисляются по исходным

данным:

Гр = Т**> + ГрЧ /)/р""' + А1,*"1 + А1™2 + Л/р""3 + Ж™3 + Гр" (1),

Грр = V* + трр"+ Лрр'"1 + ¿/рр""1 + М„ш2 + Лрр™3 + Лрр™3 + грр" (2).

Область

Большой этап работы был посвящен отбору данных при реализации ВВ-В схемы. Необходимо, чтобы входные данные наилучшим образом обеспечивали допущения схемы. Путем эмпирического анализа были выделены следующие критерии отбора лучей: 1) максимальная глубина точки поворота рефрагированной у волны меньше глубины границы мантия-ядро; 2) кратная волна

пересекает границу между верхней и нижней мантией (670 км) непосредственно под исследуемой областью. Эти критерии с хорошей точностью обеспечивают условия: /Нрш1 = Лррвм| и Л*рвм3 = ^ррвм3 , необходимые для корректной реализации ВВ-В схемы.

Для отбора лучей по данным критериям был реализован алгоритм трассирования лучей по аналитическим формулам для постоянного градиента квадратичной медленности [Червени, 1990] в заданных интервалах глубин в сферически-симметричной Земле со скоростной моделью РЕМ-А (ТЫеи'опБк!, 1981]. Путем численных оценок был получен оптимальный интервал значений эпицентрального расстояния: от 70° до 98°. Соответствующий ему угол раствора изучаемой области составляет 14° (диаметр изучаемой области «1500 км), а кольцо, в котором расположены источники и приемники, находится в интервале эпицентральных расстояний от 28° до 56° относительно центра изучаемой области (ширина кольца около 3000 км, удаленность от центра изучаемой области = 3000 км, от края области « 2250 км). И поскольку выбранный регион значительно превосходит оптимальную область, то он был разбит на перекрывающиеся области, результаты изучения которых для получения общей картины были просуммированы и осреднены в зонах перекрытия.

Для изучаемой территории в работе использовано около 12000 пар РР-Р для и около 300 пар ББ-в лучей для части изучаемого региона -юга Сибири и восточного Казахстана, отобранных из банка данных Международного Сейсмологического Центра. Карты невязок, • построенные на основе реальных времен пробега и насчитанных для

синтетической модели с учетом рельефа и мощности коры, являются аналогом карт для осредненных по глубине аномалий скоростей сейсмических волн.

Кроме того, глава содержит описание матричной инверсии, способа параметризации среды и результаты тестирования, которые демонстрируют возможности и удовлетворительную разрешающую способность используемого метода для изучения структуры верхней мантии северной части Азии. Степень размазывания горизонтальных

границ демонстрирует тест «Полоса» (Рис. 4), котором получены синтетические аномалии в модели с полосой утолщенной литосферы, на подошве которой задан скачок скорости в 2%.

806 84 Е 08 Е 92 Е 86 Е 80 Е 84 Е 88Е 92 Е 96 Е

80 Е 84 Е 88Е 92 Е 96 Е 80 Е 84 Е 88 Е 92 Е 96 Е

0.0

Относительные аномалии Р-волн, %

Рисунок 4. Один из тестов - «полоса» показывает хорошую чувствительность методики к вертикальным границам, а также демонстрирует специфику размазывания положения горизонтальных границ, присущую всем телесейсмическим схемам.

В результате инверсии, полученная граница литосферы оказалась «размыта» на 200 км: выраженные аномалии проявились как на 100 км выше границы, так и на 100 км ниже ее, причем амплитуда аномалий оказалась вдвое меньше, чем в синтетической модели. Этот результат необходимо учитывать при интерпретации получаемой структуры недр. Анализ графиков дисперсии средней ошибки, и нормы решения согласно Критерию Фишера показал, что вероятность совпадения результатов для других данных 0.66-1.36 %, то есть достоверность моделей, полученных по ВВ-В методике включая алгоритм отбора данных, составляет около 98 %. Томографические исследования проведены только для пар РР-Р лучей (поскольку для получения удовлетворительного решения обратной задачи пар ББ-Б в настоящее время у автора не достаточно). При этом была применена узловая параметризация - изучаемый объем разбивается на тетраэдры (Кои1акоу е1 а1., 1995).

В третьей главе приведена возможная интерпретация полученной сейсмической модели структуры литосферной мантии изучаемого региона. Показано наличие низкоскоростной аномалии, ответственной за поднятие плато Путорана, подтвердилось наличие структуры плюма на территории Хангая, территория Алтая представлена низкоскоростной аномалией, повторяющей ее контуры.

Полученные в ходе работы аномалии скоростей сейсмических волн относительно референтной модели, представляют сейсмический образ неоднородностей недр исследуемой области до глубин 530 км (с учетом теста «полоса» (Рис. 4) - реально до 400: Рис.5).

Для оценки эффективности примененного метода в выявлении принципиальных неоднородностей верхов мантии и, прежде всего, латеральных вариаций толщины литосферы, проведен сравнительный анализ геометрии, интенсивности и пространственного положения этих аномалий с доступными геолого-геофизическими данными по Центральной Азии. Эта область в тектоническом смысле может быть условно разделена на два региона: северная ее половина представлена стабильными палеозойской Западно-Сибирской платформой и докембрийским Сибирским кратоном, в то время как южная, простирающаяся на юг от платформ до Тарима и Тибета, есть регион современной тектонической активности.

Западно-Сибирская платформа сформировалась в виде отдельной тектонической единицы в среднем-позднем карбоне как коллаж аккреционно-субдукционных комплексов на месте Ханты-

Мансийского океана при сближении Русской и Сибирской докембрийских платформ (Sengor, NataJ'in and Burtman, 1993). В триасе платформа испытала поднятие с образованием Колтогорско-Уренгойского меридионального рифта, осложненного базальтовым магматизмом, причем в северной части платформы даже предполагается спрединг и формирование океанической коры (Аплонов, 1998). По данным глобальной сейсмотомографии (Bijwaard, et al. 1998) верхняя мантия области характеризуется пониженными скоростями сейсмических волн. Тепловой поток на платформе в среднем 53 mW/m2 (Дучков и др., 1987), что превышает нормальное значение этой величины на континентах (Pollak, 1982). Все это говорит об аномальном разогреве верхней мантии платформы. Средняя толщина литосферы здесь оценивается величиной 150 км (Егоркин, Костюченко, 1991).

В нашей модели (Рис. 5) первые 400 км глубины недр платформы характеризуются отрицательными аномалиями скоростей сейсмических волн, т.е. континентальной литосферы с относительно повышенными значениями скоростей на «литосферных» глубинах наш метод здесь не обнаружил. Причину этого следует, вероятно, искать в особенности метода, которую достаточно хорошо иллюстрирует тест «Полоса» (Рис. 4), а также в аномальном состоянии верхней мантии платформы.

Верхняя мантия Западно-Сибирской платформы по модели Bijwaard отличается пониженными скоростями волн, поэтому скачок скоростей у подошвы литосферы на глубине 150 км здесь более резкий, чем в тесте, а «размыв» этой границы и привел к результирующим отрицательным аномалиям во всем интервале глубин, начиная от поверхности и до 400 км.

На востоке от Западно-Сибирской платформы расположен древний докембрийский Сибирский кратон. Глобальная модель Bijwaard показывает положительные аномалии скоростей сейсмических волн в верхней мантии кратона. В силу обсуждавшихся выше особенностей метода (эффекта размывания горизонтальных границ), наша модель теперь характеризуется положительными аномалиями скоростей вплоть до 400 км глубины, хотя геофизические и минералогические данные уверенно говорят о том, что толщина литосферы кратона в среднем составляет только 220 км (Егоркин, Костюченко, 1991).

При более внимательном рассмотрении нашей модели недр кратона видно, что на «литосферных» глубинах присутствуют и

отрицательные аномалии, хотя их количество, размеры и выдержанность по глубине уступают общему положительному фону.

80 Е 80 Е 100 Е 110Е 80 Е 90 Е 100 Е 110Е

80 Е ВОЕ 100 Е 110 Е 80 Е 90 Е 100 Е 110Е

-3 -2 -1 4 -1 -0 6 -02 0 01 04 08 12 1 6 2 3 <ЗУЛ1,%

Рисунок 5. Горизонтальные срезы полученной сейсмической модели верхней мантии центральной Сибири (не показаны глубины 30 и 530 км).

Как видно из профилей 2, 3, в первом приближении, полученный сейсмический образ недр показывает наличие здесь достаточно мощной единой литосферы древнего кратона (Рис. 6). Хотелось бы обратить внимание лишь на одну низкоскоростную локальную аномалию, которая расположена в северной части

исследуемой области на подлитосферных глубинах в 300 км и ниже. Центр этой аномалии (69°И 93°Е) географически совпадает со сводом современного Путоранского поднятия, динамический характер образования которого был выведен из гравиметрических данных (Ладынин А.В., 1977). Наличие под сводом изолированной отрицательной аномалии скоростей сейсмических волн можно связать с существованием здесь изолированного объема разогретого легкого мантийного вещества, обеспечивающего, в силу своей плавучести, динамический подъем поверхности.

Краткий вывод из обсуждения сейсмической структуры недр платформ Сибири состоит в следующем. Поскольку верхняя мантия, судя по глобальным моделям томографии и геофизическим данным, в обеих областях аномальная - более низкоскоростная под Западной Сибирью и более высокоскоростная под Сибирским кратоном - данный метод, в силу его особенности (размывание горизонтальных границ), не позволяет для подобных областей уверенно выделять сейсмических образ литосферы.

Для увеличения разрешающей способности метода необходимо вводить в модель нижнемантийные неоднородности, как только удовлетворительные данные о таковых появятся.

Для более наглядного представления блочной структуры литосферы центральной Сибири в диссертации представлена карта мощности литосферы (Рис. 7). Эта карта рассчитана путем осреднения полученных в результате применения ВВ-В методики сейсмических аномалий в верхней части модели с учетом размывания горизонтальных границ и дальнейшим пересчетом осредненных аномалий скорости в вариации мощности литосферы, при этом отправными точками служили территории, где мощность литосферы достаточно известна (2Ьпп е1 а1., 1990,1989).

Сейсмический образ недр активных областей Сибири представлен более мозаичной структурой аномалий по сравнению с ее северной половиной. Следует отметить, что общая вытянутость аномалий в северо-западном направлении соответствует ориентации принципиальных структур литосферы региона, сформировавшейся в процессе последовательной аккреции террейнов к Сибирскому кратону в среднем палеозое (БоЬгсйоу е1 а!., 1996). Обращает на себя внимание чередование положительных и отрицательных аномалий в юго-западном - северо-восточном направлении, что хорошо видно на профиле 1. |

С*ч*им* 1 (МЕ 44И• 104Е 5вН) Н= 30 КМ

О 500 1000 1500 2000 2500 ЭООО Э500 КМ

Аномалии скорости продольных волн (йУЛ/. %)

Рисунок 6. Вертикальные сечения полученной сейсмической модели и их геометрия.

Интерпретация полученной структуры приведена в рамках первой модели микроплит региона (отмечена на Рис. 1), построенной Зоненшаиным и Савостиным (1974).

80 Е 85 Е 90 Е 95 Е 100 Е 105 Е 110 Е

Рисунок 7. Карта мощности литосферы центральной Сибири, полученная на основе

сейсмической модели на РР-Р волнах; деление как на Рис. 1 согласно модели (Zonenshain & Savostin, 1974).

Наиболее четкая отрицательная аномалия скоростей сейсмических волн обнаруживается под Алтаем. Формирование этого горного сооружения в позднем кайнозое обусловлено, по-видимому, скучиванием пластичной литосферы под действием транспрессионных субгоризонтальных напряжений общего северо-восточного направления, обусловленных действием Индийского индентора (Zonenshain & Savostin, 1974). Деформирование литосферы происходит в виде обтекания ее вокруг жесткого упора, который представляет собой

Хангайский свод, расположенный на северо-востоке от Алтая (Cunningham, 1998). В качестве возможных причин возможен разогрев недр современными мантийными процессами, а также изначальная пластичность литосферы, приобретенная ей в процессе образования континентальной литосферы области (Dobretsov et al., 1996). Отсутствие кайнозойского мантийного магматизма и средняя для континентов величина теплового потока на Алтае говорят о том, что современный разогрев литосферы отсутствует, поэтому причину реологической ослабленности Алтая следует искать в особенностях формирования его литосферы. На заключительном этапе формирования континентальной литосферы, Алтай в течение первых десятков миллионов лет представлял собой активную окраину, аналогами которой могут быть современная ситуация на западном побережье Южной Америки в Андах или мантийная обстановка Тибета в Кайнозое. Геофизические данные по этим областям показывают существенное понижение скоростей сейсмических волн непосредственно под утолщенной корой, что обычно связывается с воздействием на литосферу флюидов из погружающегося слэба (Willet и Beaumont, 1994; Beck et al., 1996). Моделирование современных процессов горообразования Анд (Froidevaux и Isacks, 1984; Wdowinski и O'Connell, 1991) показало, что прочность литосферы в этих участках понижена и не препятствует процессам скучивания коры при горизонтальном сжатии. Таким образом, полученные в нашей модели аномалии скоростей сейсмических волн, в определенной степени, могут говорить о состоянии недр данной области и показывают область распространения литосферы с данными характеристиками. Следует отметить, что эта область простирается в северо-западном направлении еще на первые сотни километров от той границы, которую обозначили Зоненшаин и Савостин, на протяжении всего Горного Алтая.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом данного исследования является целостная структура глубоких недр центральной Сибири и прилегающих областей, полученная по сейсмологическим данным, причем детальность структуры такова, что позволяет подойти к решению принципиального вопроса глубинной геодинамики о природе сейсмических аномалий и их проявлении в структурах, наблюдаемых на поверхности.

Сопоставление полученной структуры недр с особенностями тектоники региона и геофизическими данными позволяет сказать, что особенности формирования современной структуры литосферы изучаемого региона обусловлены и воздействием современных процессов в мантии на литосферу и условиями образования самой литосферы региона центральной Сибири.

К мантийному воздействию следует, вероятно, отнести *

формирование сейсмической аномалии Хангайского плато. Наиболее интенсивная отрицательная сейсмическая аномалия Алтая имеет «генетическое» происхождение и отражает реологическое состояние '

ослабленной литосферы, которое она приобрела н!а заключительной стадии своего формирования, будучи активной континентальной окраиной в среднем Палеозое. Положительные аномалии осадочных бассейнов обусловлены, главным образом, структурой коры и ее скоростным разрезом, здесь, вероятно, мантия играет пассивную роль.

Представленные современная структура литосферы и трехмерная сейсмическая модель верхней мантии территории центральной Сибири и прилегающих областей представляют собой на сегодняшний момент самые детальные из целостных структур глубоких недр этой территории, и могут быть использованы для уточнений и геодинамических построений, как на территории центральной Сибири, так и в соседствующих регионах.

Также важным результатом является созданная ВВ-В -сейсмотомографическая методика, которая позволяет исследовать так называемые «немые» регионы, где нет возможности использовать данные о локальных землетрясениях и станциях (или нет ни станций, ни землетрясений).

Кроме того, она позволяет обойти проблемы введения поправок за источник и приемник, присущие другим сейсмотомографическим схемам и дает гораздо более детальное представление о структуре литосферных блоков ввиду своей большой чувствительности к вертикальным сейсмическим мантийным границам. *

Эта методика, вероятно, является одной из наиболее универсальных для изучения глубинных региональных структур, поскольку не предъявляет никаких особых условий к изучаемому региону. Вместе с тем, наличие банка сейсмологических данных позволяет отобрать необходимое количество данных о лучах, удовлетворяющих условиям представленной методики, практически для любой части мира. Таким образом, верхнемантийная структура большей

части территорий Земли, с помощью этого подхода может быть определена с большей детальностью, нежели при глобальных сейсмотомографических построениях.

В дальнейшем, автор предполагает расширить регион изучения на всю Азию. А также ввести в алгоритм последние данные о строении нижней мантии, которые должны появиться в ближайшем будущем, тем самым, увеличив детальность и точность получаемых моделей. В настоящий момент получена сейсмическая картина недр ЗападноСибирской плиты и прилегающих к ней территорий, интерпретация которой будет проведена в ближайшее время.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тычков С.А., Кулаков И.Ю., Бушенкова H.A., Глубинная геодинамика Байкальской рифтовой зоны (сейсмотомография, численное моделирование) // Общие вопросы тектоники. Тектоника России: Материалы XXXIII Тектонического совещания. - М.: ГЕОС, 2000. С. 534-537.

2. Bushenkova, N., Koulakov, I., Tychkov, S. Investigation of the upper mantle in southern Siberia using the RR-R scheme // Geophys. Res. Abstr. 25th General Assembly EGS, 2000. Vol. 2. P. 753.

3. Бушенкова H.A. Использование PP-P и SS-S схем для исследования сейсмической структуры верхней мантии Сибири и восточного Казахстана // Четвертый сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике, посвященный памяти М.А. Лаврентьева (1900-1980): Тез. докл., ч. II. -Новосибирск: Изд-е Института математики, 2000. С. 154-155.

4. Бушенкова H.A., Тычков С.А., Кулаков И.Ю. Латеральная неоднородность верхней мантии юга Сибири и Восточного Казахстана по данным РР-, SS-, Р- и S-волн // Геология и геофизика. - 2000. - Т. 41. - № 8. - С. 1217-1227.

5. Bushenkova N.A., and Koulakov I. Yu. Investigation of the upper mantle seismic structure beneath the Central Siberia using RR-R scheme // Сейсмология в Сибири на рубеже тысячелетий: Материалы междунар. геофиз. конф. -Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000. С. 286-287.

6. N. Bushenkova, and Koulakov I. Tomography on PP-P waves and its application for investigation of the upper mantle in central Siberia // Geophys Res. Abstr. 26th General Assembly EGS, 2001. Vol. 3.

7. Бушенкова H.A. BB-B схема и ее применение для исследования структуры верхней мантии центральной Сибири на продольных волнах //

Строение литосферы и геодинамика: Материалы XIX Всероссийской молодежной конференции. - Иркутск, ИЗК СО РАН, 2001. С. 97-98.

8. Тычков С.А., Кулаков И.Ю., Бушенкова H.A., Василевский А.Н. Неоднородности литосферы Центральной Азии по комплексу геофизических данных // Тектоника и металлогения Центральной и Северо-Восточной Азии: Тез. докл. междунар. конф. 16-18 сет., 2002. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. Филиал "Гео", 2002. С. 145-147.

9. Тычков С.А., Кулаков И.Ю., Бушенкова H.A., Василевский А.Н. Структура литосферы Центральной Азии по данным сейсмической томографии и измерениям теплового потока // Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX и XXI веков: Материалы Всероссийской научной конф., посвященной 10-летию Российского фонда фундаментальных исследований, 1-4 октября 2002 . Ир куге к, Ин-т земной коры СО РАН, 2002. С. 531.

10. Bushenkova N., Tychkov S., Koulakov I. Tomography on PP-P waves and its application for investigation of the upper mantle in central Siberia // Tectonophysics. - 2002. - 358. - № 1-4. - P. 57-76.

11. Koulakov I., Tychkov S., Bushenkova N. A. Vasilevsky, Structure and dynamics of the upper mantle beneath the Alpine-Himalayan orogenic belt, from teleseismic tomography // Tectonophysics. - 2002. - 358. - № 1-4. - P. 77-96.

12. Tychkov S., Koulakov I., Bushenkova N., Vasilevsky A. Lithospheric structure of the Central Asia based on seismotomographic and heat flow data // Geophys. Res. Abstr. Joint Assembly EGS-AGU-EUG, 2003. Vol. 5.

13. Бушенкова H.A., Тычков С.А., Кулаков И.Ю., Исследование структуры верхней мантии центральной Сибири и прилегающих районов на РР-Р волнах // Геология и геофизизика. - 2003. - Т. 44. - № 5. - С. 474-490.

14. Кулаков И.Ю., Тычков С.А., Бушенкова H.A., Василевский А.Н., Структура и динамика верхней мантии под Альпийско-Гималайским складчатым поясом по данным сейсмической томографии // Геология и геофизика. - 2003. - Т. 44. - № 6. - С. 566-586.

Технический редактор О.М. Вараксина

Подписано к печати 31.05.2004 Формат 60x84/16. Бумага офсет N 1. Гарнитура Тайме. Офсетная печать. Печ. л, 1,2. Тираж 100. Заказ 145.

Издательство СО РАН. 630090, Новосибирск, Морской пр. 2 Филиал "Гео". 630090, Новосибирск, пр. Ак. Коптюга. 3

РНБ Русский фонд

2006-4 17208

1 ï ."ЮН Щ

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Бушенкова, Наталья Анатольевна

Введение.

ГЛАВА 1. Обзор информации по региону центральной

Сибири и методик получения данных о глубинном строении Земли.

1.1. Тектонический обзор.

Массивы и складчатые пояса.

Осадочные бассейны.

1.2. Данные наблюдений.

Тепловой поток.

Толщина коры.

Структура литосферы центральной Азии по Сейсмологическим данным.

1.3. Томографические методики.

Исторический обзор.

Сейсмотомографические подходы.

Томографические масштабы.

Томография на временах прихода.

Томографические данные.

Телесейсмические схемы.

Варианты параметризации.

Томографическая инверсия.

Место представляемой в диссертации методики в

• мировой томографической технологии.

ГЛАВА 2. Сейсмотомографическая методика для определения структуры недр «немых» регионов.

2.1. Постановка задачи.

Лучевая схема.

Допущения.

2.2. Отбор данных.

2.3. Временные невязки в изучаемой области.

Влияние мощности коры.

Латеральные неоднородности SS-S невязок Алтае-Саянского региона.

2.4. Алгоритм инверсии.

2.5. Тестирование методики.

ГЛАВА 3. Сейсмическая структура верхней мантии центральной Сибири и ее геодинамическая интерпретация.

1) Западно-Сибирская плита.

2) Сибирский кратон.

3) Алтай.

4) Хангай.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы Центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах"

Определение условий формирования литосферы континентов составляет одну из главных задач континентальной геодинамики. В настоящее время существует ряд моделей образования и эволюции континентальной литосферы, которые представляют процесс рождения новой литосферы либо как результат взаимодействия литосферных плит (субдукция, коллизия), либо воздействия на эти плиты глубинных мантийных процессов (плюмы, андеплетинг) (Зоненшаин, 1972; Boyd, 1978; Добрецов, 1990; Senger, 2000). По современным представлениям, в исследуемом регионе рост континентальной коры осуществлялся, главным образом, посредством последовательного причленения с юга террейнов, островных дуг, симаунтов и микроконтинентов литосферы к древнему докембрийскому кратону Сибирской платформы (Coleman, 1989; Добрецов и др., 1996). Принципиальным тектоническим событием, определившим основные черты строения региона, является эволюция Палеоазиатского океана, закрытие которого в позднем палеозое ознаменовало переход региона уже к тектонике континентальных областей. Сейчас создан ряд тектонических и геодинамических схем эволюции данного региона (Berzin, 2001; Tapponnier&Molnar, 1979; Zonenshain&Savostin, 1981 и др.), которые

ШШШ11

ЩшшЩЖ

Рисунок 1. География исследуемого региона базируются в основном на геологических, геохимических, изотопных и палеомагнитных данных, полученных при обработке результатов полевых работ на поверхности Земли. Вместе с тем, существенная доля информации о процессах и способах формирования литосферы содержится в ее глубинных частях, главным образом, в верхней мантии (Jordan, 1975; Hager and Richards, 1989; Spakman et al., 1993; De Jonge et al., 1993; Su et al., 1994), и вопрос выяснения природы этих процессов остается актуальным и в настоящее время. # Прямые методы, например бурение скважин (до 12 км), не позволяют пока проникнуть глубже земной коры, которая составляет менее 1 % радиуса Земли (6371 км). Таким образом, основная часть земных недр не может быть изучена прямым методом. Не прямые методы, основанные на геолого-геохимических данных, гравитационных и электромагнитных измерениях, данных о поверхностном тепловом потоке и вращении Земли, дают информацию только об имеющихся в самых верхних слоях (глубиной до 50 км) ф крупномасштабных структурах. Главным источником, поставляющим данные о глубинном строении недр, вот уже почти сто лет остается сейсмология. В последнее время интенсивное развитие получили методы, основанные на сейсмотомографическом подходе. Используя высокочастотные сейсмические данные, они достаточно чувствительны к неоднородностям от нескольких десятков километров в верхней мантии до нескольких сотен километров в нижней мантии вплоть до « 3000 км.

Метод сейсмической томографии был адаптирован из 3D технологии для исследования внутреннего строения человеческого тела, так называемой компьютерной томографии в медицине. Подобные технологии в настоящее время применяются в широком диапазоне наук, таких как метеорология (Fehmers, 1996), океанография (Send et al., 1997), астрономия (Bennet et al., 1997) и гелеосейсмология (Duvall et al., 1996), для моделирования областей атмосферы, океанов, галактик и внутреннего строения Солнца соответственно. В науках о Земле есть несколько различных типов томографии, которые отмечены в Главе 1.

Кинематическая сейсмотомография использует времена пробега сейсмических волн для обнаружения 3D структур в земных недрах, которые проявляются в виде вариаций сейсмических скоростей. Эти скорости (Р- и S- скорости) зависят от температуры, вещественного состава и давления через модуль упругости и плотность. Поэтому информация о скоростной структуре мантии позволяет выполнять геодинамическую интерпретацию сейсмических аномалий, уменьшая неоднозначность в моделях формирования и эволюции литосферы континентов. В настоящее время сейсмотомографический подход применяют как для изучения особенностей структур верхней мантии (Spakman et al., 1993; Koulakov, 1998), появились работы и по изучению нижнемантийных аномалий (Bijwaard and Spakman, 1999). Аномалии проявляются в виде устойчивых конвективных ячеек в мантии Земли, в которых относительно холодный плитный материал с поверхности может погружаться и тонуть, а горячее вещество - подниматься с ядро-мантийной границы. Не будем приводить количественные оценки природы вариаций сейсмических скоростей, поскольку их действительная причина (температура, давление, вещественный состав или комбинация этих причин) до сих пор является предметом полемики (Jackson, 1998).

Сейчас создан ряд сейсмических моделей литосферы региона, основанных, главным образом, на информации о дисперсии скоростей поверхностных волн (Зорин, 1981; Ritzwoller&Levshin, 1998), а также на томографическом подходе (Bijwaard et al., 1998). Однако разрешающая способность этих моделей позволяет обнаруживать наиболее крупные структуры - Тарим, Сибирскую платформу, Казахский щит. Этого явно ф недостаточно для того, чтобы использовать данные о глубинном строении литосферы в моделях формирования и эволюции литосферы региона. Традиционные и инверсные томографические схемы дают возможность построения трехмерной сейсмической модели только на юге выбранной территории, оставляя неохваченной основную асейсмичную ее часть. Поэтому одной из задач данной работы являлась разработка сейсмотомографического алгоритма, позволяющего • определять детальную структуру недр территорий, где нет возможности использовать местные данные (нет достаточной густоты сейсмологических данных). Применение разработанной автором методики (ВВ-В алгоритма) привело к созданию сейсмической модели недр центральной Сибири, что, в свою очередь, позволило по-новому взглянуть на некоторые особенности формирования и эволюции литосферы региона.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- разработка сейсмотомографической методики для определения структуры недр в «немых» областях континентов, где отсутствуют как землетрясения, так и сейсмические станции;

- определение современной структуры литосферы и верхов мантии региона центральной Сибири и анализ особенностей формирования структуры литосферы региона в свете имеющихся моделей, палеореконструкций и данных наблюдений.

Данная работа находится в русле исследований, начатых Л.П.Зоненшаиным, М.И.Кузьминым, Л.П. Савостиным и другими исследователями по созданию модели микроплит Центральной Азии. Фактические данные о тектонических подразделениях в структуре континентальной литосферы платформенных областей Центральной Азии были взяты из обобщающих публикаций (Coleman, 1989; Windley et al., 1990; Зоненшаин и др. 1993; Zorin, 1981; Dobretsov, Buslov, 2001; Dobretsov et al., 1996; Avouac and Tapponnier, 1993; Molnar, 1990; Tapponnier et al., 1982 и др.)

Кроме основного метода исследования - сйсмотомографического анализа применялись сравнительный анализ, математическое моделирование, тестирование разработанной методики, статистический анализ и сопоставление с результатами других исследователей (Дучков,

Соколова, 1979; Дучков и др., 1987; Шацкевич, 1971; Голубев, 1995; Дорофеева и др., 1995; Хуторской, 1996; Ritzwoller and Levshin, 1998; Wu et al., 1997; Koulakov, 1998; Bijwaard et al., 1998 и др.).

В разработке сейсмотомографического алгоритма на основе разницы времен прихода отраженных от земной поверхности волн за основу взята та же известная лучевая схема, что, например, в работе Woodward и Molnar (1995). Для параметризации изучаемого объема были применены известные логические блоки параметризации среды

• тетраэдрами (Koulakov, 1998) и стандартный алгоритм SVD разложения. Исходными данными для алгоритма служат времена прихода прямой и соответствующей ей отраженной от земной поверхности волны. Времена прихода необходимых фаз сейсмических волн и времена сейсмических событий взяты из банка данных международного сейсмологического центра (ISC). Обработаны и отобраны в соответствии с выведенными в ходе исследования критериями, необходимыми для успешной работы предлагаемой методики около

Ф 12 ООО пар РР-, Р- лучей для территории центральной Сибири и 300 пар

SS-, S- лучей для Алтае - Саянского региона.

Защищаемые положения:

• коррелирует с возрастом структур. В тектонически активных областях юга региона отрицательные сейсмические аномалии литосферы Алтая и Тянь-Шаня указывают на их вещественный характер, обусловленный повышенной концентрацией летучих, приобретенной литосферой этих областей при ее формировании. Осадочные бассейны территории отмечены положительными сейсмическими аномалиями.

2) Разработанная сейсмотомографическая методика на волнах, отраженных от поверхности Земли в изучаемой области (критерии отбора данных, ВВ-В алгоритм, блок компьютерных программ, тесты на синтетических и реальных данных) позволяет определять структуру литосферных блоков «немых» областей, где отсутствует развитая сейсмологическая сеть и сейсмическая активность.

Новизна и личный вклад автора исследования состоит в том, что на основании известной лучевой схемы на отраженных волнах, которая ранее использовалась только для получения дополнительных данных для других томографических методик, а также в некоторых работах для получения карт разности времен пробега - двумерной поверхностной модели латеральных неоднородностей (Woodward and Molnar, 1995; Бушенкова и др., 2000) автором впервые была разработана методика изучения «немого» региона без привлечения сейсмологических данных внутри этого региона. Лучевая схема предполагает расположение изучаемого района посередине между источником и приемником. Кроме того, совместное использование отраженных от земной поверхности и рефрагированных фаз позволяет решить проблему внесения поправок за источник и приемник. Путем эмпирического анализа выделены критерии отбора лучей (Bushenkova et al., 2002), введение которых делает оптимальным подобие рефрагированной и отраженной от дневной поверхности волн вдали от области изучения. А невязки времен прихода, рассчитанные относительно референтной (Dziewonski & Anderson, 1981) скоростной модели с учетом введенных ограничений оказываются обусловленными скоростными характеристиками непосредственно изучаемой области. Проведенные в ходе работы расчеты для сферически симметричной среды по скоростной модели РЕМ-А с применением трассирования лучей по аналитическим формулам для постоянного градиента квадратичной медленности (Червени, 1990) в заданных интервалах глубин дали ограниченную величину области изучения и параметры отбора лучей из банка данных Международного сейсмологического центра. Ограничение величины оптимальной области расчета привело к необходимости разбиения обширной изучаемой территории на фрагменты меньшего радиуса с зонами перекрытия, где полученные результаты инверсии осреднялись. Инверсную задачу автор решал с использованием стандартного пакета SVD разложения и программного блока узловой параметризации среды тетраэдрами, который был взят из работ Koulakov et al. (1995) и Koulakov (1998). Узлы строились в зависимости от плотности лучей на 6-и горизонтальных уровнях от глубины 30 км до 530 км.

Проведенное автором тестирование алгоритма показало, что методика хорошо улавливает вертикальные скоростные границы и удовлетворительно - горизонтальные.

Полученная современная структура литосферы и трехмерная сейсмическая модель верхней мантии территории центральной Сибири и прилегающих областей являются на сегодняшний момент самыми целостными для этой территории, а их детальность позволяет делать геодинамические построения и выводы, как по территории центральной Сибири, так и в соседствующих регионах. Разработанная же телесейсмическая методика позволяет определять структуру верхней мантии и литосферных блоков «немых» областей, где отсутствует развитая сейсмологическая сеть и сейсмическая активность. Таким образом, верхнемантийная структура большей части территорий Земли, с помощью этого подхода может быть определена с гораздо большей детальностью, нежели дают сейчас глобальные модели.

Приемы и результаты, полученные в работе, представлялись на следующих российских и зарубежных конференциях: 25th General

Assembly of EGS (Nice, France, 2000); IV сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике, посвященный памяти М.А.

Лаврентьева (1900-1980) (Новосибирск, 2000); Международная геофизическая конференция «Сейсмология в Сибири на рубеже тысячелетии» (Новосибирск, 2000); 26th General Assembly of the EGS

Nice, France, 2001); XIX Всероссийская молодежная конференция th

Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001), 28 General Assembly of the EGS (Nice, France, 2003).

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. В первой главе представлен обзор имеющейся научной информации по центральной Сибири (обзор достижений в исследованиях региона другими авторами: тектонический обзор, данные наблюдений), а также обзор томографических методик для получения информации о глубинном строении Земли. Описание предложенной сейсмотомографической методики для изучения «немых» областей для удобства восприятия разбито на две части: в главе 2 представлена лучевая схема, выделенные критерии и алгоритм отбора лучей для определения исходных для решения томографической задачи временных невязок, а так же описано использование непосредственно самих невязок для краткой характеристики скоростной структуры исследуемого региона. Кроме того, представлен алгоритм инверсии, оценка единственности (на основе выбора количества сингулярных чисел в SVD) и точности решения «снизу» (тесты методики на чувствительность и разрешающую способность). В третьей главе отражены результаты применения методики для региона центральной Сибири - полученная сейсмическая модель, ее геодинамическая интерпретация, отражающая структуру литосферы региона (представлена карта мощности сейсмической литосферы). Список литературы содержит 169 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотектоника и геодинамика", Бушенкова, Наталья Анатольевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом данного исследования является целостная структура глубоких недр центральной Сибири и прилегающих областей, полученная по сейсмологическим данным, причем детальность структуры такова, что обеспечила возможность напрямую соотносить аномалии сейсмических скоростей в недрах и тектонические структуры на поверхности. Это позволяет подойти к решению принципиального вопроса глубинной геодинамики о природе сейсмических аномалий и их проявлении в структурах, наблюдаемых на поверхности, и тем самым выявить особенности формирования литосферы изучаемого региона.

Сопоставление полученной сейсмической структуры недр с особенностями тектоники региона и геофизическими данными позволяет сказать, что формирование современной структуры недр обусловлено воздействием современных процессов в мантии на литосферу и условиями образования самой литосферы региона центральной Сибири.

Так к мантийному воздействию следует, вероятно, отнести формирование сейсмической аномалии Хангайского плато. Наиболее интенсивная отрицательная сейсмическая аномалия Алтая имеет «генетическое» происхождение и отражает реологическое состояние ослабленной литосферы (судя по поведению скоростей сейсмических волн), которое она приобрела на заключительной стадии своего формирования, будучи активной континентальной окраиной в среднем палеозое.

Положительные аномалии осадочных бассейнов обусловлены, главным образом, структурой коры и ее скоростным разрезом, здесь, вероятно, мантия играет пассивную роль.

Не менее важным результатом диссертации является также созданная автором сейсмотомографическая (ВВ-В) методика, которая позволяет исследовать так называемые «немые» регионы, где нет возможности использовать данные о локальных землетрясениях и станциях (или нет ни станций, ни землетрясений). Именно благодаря этой методике получена структура недр центральной Сибири.

Преимуществом ВВ-В методики является то, что применение двух разных типов волн позволяет решить проблему поправок за источник и приемник, которая особенно остро стоит в телесейсмических исследованиях. Кроме того, она дает гораздо более детальное представление о структуре литосферных блоков ввиду своей большой чувствительности к вертикальным сейсмическим мантийным границам.

Эта методика, вероятно, является одной из наиболее универсальных для изучения глубинных региональных структур, поскольку не предъявляет никаких особых условий к изучаемому региону. Вместе с тем, наличие банка сейсмологических данных позволяет отобрать необходимое количество лучей, удовлетворяющих условиям представленного алгоритма, практически для любой части мира. Таким образом, верхнемантийная структура большей части территорий Земли, с помощью этого подхода может быть определена с большей детальностью, нежели при глобальных сейсмотомографических построениях.

В дальнейшем, автор предполагает расширить регион изучения на всю Азию, а также ввести в алгоритм последние данные о строении нижней мантии, которые должны появиться в ближайшем будущем, тем самым, увеличив детальность, точность и масштаб исследуемой структуры.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бушенкова, Наталья Анатольевна, Новосибирск

1. Алексеев А.С., Лаврентьев М.М., Мухометов Р.Г. и Романов В.Г.

2. Численные методы исследования структуры верхней мантии Земли // Математические проблемы геофизики. Вып. 2. Вычислительный центр СО АН СССР. Новосибирск, 1971. С.143-165.

3. Аплонов С.В. Геодинамика раннемезозойского Обскогопалеоокеана. -М.: Наука, 1987. 170 с.

4. Башарин А.К., Беляев С.Ю., Конторович А.Е., Ли Гуоду

5. Геодинамика и неотектника платформы Тарим // Геология и геофизика. 1999. Т. 40. С. 1737-1748.

6. Берзин Н.А., Колман Р.Г, Добрецов Н.Л., Зоненшайн Л.П., Сяо

7. Сючань, Чанг Э.З. Геодинамическая карта западной части Палеоазиатского океана // Геология и геофизика. 1994. - № 74 8. - С.8-28.

8. Берзин Н.А. Кинематическая модель формирования Алтае

9. Саянской складчатой зоны: структурные построения // Рост континентов в фанерозое: данные для Центральной Азии. Новосибирск, 2001. С. 8-11.

10. Бушенкова Н.А. ВВ-В схема и ее применение для исследованияструктуры верхней мантии центральной Сибири на продольных волнах // Строение литосферы и геодинамика: Материалы XIX Всеросс. молод, конф. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2001. С. 97-98.

11. Бушенкова Н.А., Тычков С.А., Кулаков И.Ю. Латеральнаянеоднородность верхней мантии юга Сибири и восточногошw Казахстана по данным РР-, SS-, Р- и S- волн // Геология игеофизика. 2000. Т. 41. - № 8. - С.1217-1227.

12. Бушенкова Н.А., Тычков С.А., Кулаков И.Ю. Исследованиеструктуры верхней мантии Центральной Сибири и прилегающих районов на РР-Р волнах // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. - № 5. - С. 474-490.

13. Гобаренко B.C., Яновская Т.Б. Исследование горизонтальныхнеоднородностей строения верхней мантии в Алтае-Саянской1. Ш>зоне // Физика Земли. 1983. - № 4. - С. 21-35.

14. Голдшмидт В.И. Анализ взаимосвязи геологических игеофизических параметров литосферы Казахского щита // Геодинамика внутриконтинентальных горных областей / Под ред. Н.А. Логачева. Новосибирск: Наука, 1990. С. 193-203.

15. Голубев В.А. Геотермальные исследования на озере Хубсугул и * его горном обрамлении // Глубинное строение и геодинамика

16. Монголо-Сибирского региона. Новосибирск: Наука, 1995. С. 145-157.

17. Дегтярев К.Е. Тектоническая эволюция раннепалеозойскойактивной континентальной окраины в Казахстане. Москва: Наука, 1999. - 123 с.

18. Диденко А.Н., Моссаковский А.А., и Печорский Д.М.

19. Геодинамика Центрально-Азиатского палеозойского океана // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. - С.48-61.

20. Дорофеева Р.П., Синцов А.А., Бат-Эрдана Д. Тепловой потоктерритории Монголии // Глубинное строение и геодинамика Монголо-Сибирского региона. Новосибирск: Наука, 1995. С. 123-145.

21. Дорофеева Р.П., Синцов А.А. Тепловой поток юго-восточнойчасти Забайкалья и восточной Монголии, // Геология и геофизика. 1990.-№9.-С. 130-141.

22. Дучков А.Д., Лысак С.В., Балобаев В.Т., Голубев В.А., Девяткин

23. В.Н., Дорофеева Р.П., Зорин Ю.А., Казанцев С.А., Калинин А.Н., Курчиков А.Р., Лепина С.В., Силифонкин В.И., Соколова Л.С., Ставицкий Б.П., Ратников С.А., Цибульский В.Р. Тепловое поле недр Сибири. Новосибирск: Наука, 1987. - 197 с.

24. Дучков А.Д., Соколова Л.С. Геотермальные исследования в

25. Сибири. Новосибирск: Наука, 1974. - 280 с.

26. Дучков А.Д., Соколова Л.С. Тепловой поток Западной Сибири //

27. Методика и результаты геотермических исследований. -Новосибирск: Наука, 1979. С. 5-16.

28. Егоркин А.В., Костюченко C.JI. Неоднородность строенияверхней мантии // Глубинное строение территории СССР/ Под ред. В.В. Белоусова. -М.: Наука, 1991. С.135-143.

29. Зорин Ю.А., Беличенко В.Г., Турутанов Е.Х., Кожевников В.М.,

30. Руженцев С.В., Дергунов А.Б., Филиппова И.Б., Томуртогоо О., Арвисбаатар Н., Баясгалан Ц., Бямба Ч., Хосбаяр П. Центральный Сибирско-Монгольский трансект // Геотектоника, 2. 1993. С. 3-19.

31. Зорин Ю.А., Новоселова М.Р., Турутанов Е.Х., Кожевников М.В.

32. Строение литосферы Монголо-Сибирской горной страны // Геодинамика внутриконтинентальных горных областей. Сб. науч. тр. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. С. 143-154.

33. Зоненшаин Л.П., Кузьмин М.И., Натапов JI.M. Тектоникалитосферных плит территории СССР. М.: Недра, 1990. - 326 с.

34. Кожевников В.М. Дисперсия поверхностных сейсмических волн

35. Релея и структура литосферы Сибирского кратона // Физика Земли. 1987. - № 6. - С.48-56.

36. Кожевников В.М., Антонова Л.М., Яновская Т.Б.

37. Горизонтальные неоднородности в коре и верхней мантии Азиатского континента по данным поверхностных волн Релея // Физика Земли. 1990. - № 3. - С. 3-11.

38. Кожевников В.М., Зорин Ю.А. Распределение скорости S-волн вкоре и верхней мантии Азиатского континента // Физика Земли. 1997.-№7.-С. 61-68.

39. Кулаков И.Ю., Тычков С.А., Кесельман С.И. Трехмернаяструктура верхней мантии южного горного обрамления Сибирской платформы по данным сейсмической томографии // Геология и геофизика. 1994. - № 5. - С. 31-49.

40. Кутолин В.А. Трапповая формация Кузбасса. Новосибирск:

41. Изд-во СОАН СССР, 1963. 117 с.

42. Ладынин А.В. Изостатическая характеристика новейшихструктур Сибири // Геофизические методы в познании земной коры Сибири. Новосибирск, СНИИГГиМС, 1977. С. 101-115

43. Лысак С.В. Тепловой поток континентальных рифтовых зон. —

44. Новосибирск: Наука, 1988. 199 с.

45. Павленкова Г.А., Солодилов Л.Н. Блоковая структура верховмантии Сибирской платформы // Физика Земли. 1997. - № 3. -С. 11-20.

46. Смирнов И.Б. Тепловой поток территории СССР. Москва,1. ГУГК, 1980. 150 с.

47. Солодилов Л.Н. Центр «ГЕОН» 25 лет глубинныхсейсмических исследований // Разведка и охрана недр. 1994. -№ 10.-С. 2-8.

48. Тычков С.А. Глубинная геодинамика внутриконтинентальныхобластей (на примере центральной Азии): Автореф. дис. . д-ра. геол.-мин. наук. Новосибирск, 1998. - 46 с.

49. Тычков С.А., Василевский А.Н., Рычкова Е.В. Эволюция плюмапод континентальной литосферой с резкими вариациямимощности // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40. - № 8. - С. 1182-1196.

50. Тычков С.А., Рычкова Е.В., Василевский А.Н. Тепловаяконвекция в верхней мантии Земли под литосферной плитой переменной мощности // Физика Земли. 1999. — №9. - С. 3851.

51. Уиндли Б.Ф., Го Цзинхуэй, Ли Ини, Чжан Чи Тектоническиеединицы и эволюция Китайского Алтая // Геология и геофизика. 1994. - Т. 35. - № 7-8. - С. 116-118.

52. Хуторской М.Д., Голубев В.А., Козловцева С.В., Тимарева С.В.

53. Тепловой поток недр МНР региональные характеристика и эволюция // Докл. АН СССР. 1986. Вып. 291(4). С. 939-944.

54. Хуторской М.Д. Геотермия складчатого пояса Центральной

55. Азии. Москва, РАН, 1996. С.157-221.

56. Червени В. Алгоритмы расчета лучей в трехмерныхгоризонтально-неоднородных слоистых структурах // Сборник "Сейсмическая томография" / Под ред. Г.Нолета. Пер. с англ. -М.: Мир, 1990. С. 109-144.

57. Шацкевич Ю.Г. О тепловом потоке некоторых областей

58. Монголии // Геокриологические исследования. Якутск, 1971. С. 71-76.

59. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Богатиков О.А. Горячиеисточники мантии южного Байкала и их роль в изучении Байкальской рифтовой зоны // Докл. АН СССР. 1990. Вып. 312. С. 93-96.

60. Abers G.A. and Roecker S.W. Deep structure of an arc-continentcollision: earthquake relocation and inversion for upper mantle P and S wave velocities beneath Papua New Guinea // J. Geophys. Res. -1991. Vol. 96, - P. 6379-6401.

61. Achauer U., Evans J.R., Stauber D.A. High-resolution seismictomography of compressional wave velocity structure at Newberry Volcano, Oregon Cascade Range // J. Geophys. Res. 1988. - Vol. 93.-P. 10135-10147.

62. Aki K., Christoffersson A. and Husebay E.S. Determination of thethree-dementional seismic structure of the lithosphere // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1977. - Vol. 82. - P. 277-296.

63. Aki K. and Lee W.H.K. Determination of the three-dementionalvelocity anomalies under a seismic array using first P arrival times from local earthquakes, 1, A homogeneous initial model // J. Geophys. Res. 1976. - Vol. 81. - P. 4381-4399.

64. Amato A., Chiarabba C., Malagnini L. and Selvaggi G. Threedementional P-velocity structure in the region of the Ms =6.9, Irpinia, Italy, normal faulting earthquake // Phys. Earth Planet. Inter. -1992.-Vol. 75.-P. 111-119.

65. Artemieva I.M. and Mooney W.D. Thermal thickness and Evolutionof Precambrian lithosphere: a global study // J. Geophys. Res. -2001.-Vol. 106 (B8). P. 16387-16414.

66. Avouac J.-Ph. and Tapponnier P. Kinematic model of activedeformation in Central Asia // Geophys. Res. Let. 1993. - Vol. 20. -P. 895-898.

67. Beck S.L., Zandt G., Myers S.C., Wallace T.C., Silver P.G. and

68. Drake L. Crustal-thickness variations in the central Andes // Geology. 1996. - Vol. 24. - P. 407-410.

69. Beghoul N., Barazangi M. and Isacks B.L. Lithospheric structure of

70. Tibet and western North America: Mechanisms and a comparative study // J. Geophys. Res. 1993. - Vol. 98. - P. 1997-2016.

71. Bennet C.L., Turner M.S. and White M. The cosmic Rosetta stone //

72. Phys. Today. 1997. - № 11. - P. 32-38.

73. Berzin N.A. and Dobretsov N.L. Geodynamic evolution of Southern

74. Siberia in Late Precambrian-Early Paleozoic time. Reconstruction of the Paleoasian Ocean // VSP Inter. Sci. Publishers. Netherlands, 1993. P. 45-62.

75. Besse J., Courtillot V. Revised and synthetic apparent polar wanderpaths of the African, Eurasian, North American and Indian plates, and true polar wander since 200 Ma // J. Geophys. Res. 1991. -Vol. 96. - P. 4029-4050.

76. Bijwaard H. and Spakman W. Tomographic evidence for a narrowwhole mantle plume below Iceland // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. -Vol. 166.-P. 121-126.

77. Bijwaard H., Spakman W. and Engdahl E.R. Closing the gap betweenregional and global travel time tomography // J. Geophys. Res. -1998. Vol. 103. - P. 30055-30078.

78. Bourjot L. and Romanowicz B. Crust and upper mantle tomographyin Tibet using surface waves // Geophys. Res. Lett. 1992. - Vol. 19.-P. 881-884.

79. Brandon С. and Romanowicz В. A «по-lid» zone in the central

80. Chang-Thang platform of Tibet: Evidence from pure path phase velocity measurements of long period Rayleigh waves // J. Geophys. Res. 1986. - Vol. 91. - P. 6547-6564.

81. Bushenkova N. and Koulakov I. Tomography on PP-P waves and itsapplication for investigation of the upper mantle in central Siberia // Geophys. Res. Abstr. 26th General Assembly EGS. Nice, France, 2001. Vol. 3.

82. Bushenkova N., Koulakov I., Tychkov S. Investigation of the uppermantle in southern Siberia using the RR-R scheme // Geophys. Res. Abstr. 25th General Assembly EGS. Nice, France, 2000. Vol. 2. P. 753.

83. Bushenkova N., Tychkov S., Koulakov I. Tomography on PP-Pwaves and its application for investigation of the upper mantle in central Siberia // Tectonophysics. 2002. - Vol. 358. - № 1-4. - P. 57-76.

84. Cardaci C., Coviello M., Lombardo G., Patane G. and Scarpa R.

85. Seismic tomography of Etna volcano // J. Vole. Geotherm. Res. -1993.-Vol. 56.-P. 357-368.

86. Carroll A.R., Graham S.A., Hendrix M.S., Ying D. and Zhou D. Late

87. Paleozoic tectonic amalgamation of northwestern China: Sedimentary record of the northern Tarim, northwestern Turpan and southern Junggar basins // GSA Bulletin, 1995. Vol. 107. P. 571-594.

88. Carroll A.R., Liang Y., Graham S.A., Xiao X., Hendrix M.S., Chu J.and McKnight C.L., Junggar basin, northwest China: trapped Late paleozoic ocean //Tectonophysics. 1990. - Vol. 181. - P. 1-14.

89. Chiarabba C., Amato A. and Evans J.R. Variations on the NeHT highresolution tomography method: A test of the technique and results for Medicine Lake Volcano, northern California // J. Geophys. Res. -1995. Vol. 100. - P. 4035-4052.

90. Chiarabba C., Amato A. and Meghraoui M. Tomographic images ofthe El Asnam fault zone and the evolution of the seismogenic thrust-related fold // J. Geophys. Res. 1997. - Vol. 102. - P. 2448524498.

91. Cichowicz A. and Green R.W.E. Tomographic study of upper-mantlestructure of the South African continent using wave-form inversion // Phys. Earth. Planet. Inter. 1992. - Vol. 72. - P. 276-285.

92. Clayton R.W. and Comer R.P. A tomographic analysis of mantleheterogeneities from body wave travel time data // EOS Trans. AGU, 1983. Vol. 64. P. 776.

93. Coleman R.G. Continental growth of north-west China // Tectonics.1989.-№8.-P. 621-635.

94. Cunningham P.S., Roecker S.W. and Hatzfeld D. Three-dimentional

95. P and S wave structures of southern Peru and their tectonic implications // J. Geophys. Res. 1986. - Vol. 91. - P. 9517-9532.

96. Cunningham W.D. Lithospheric controls on the Cenozoicconstruction of the Mongolian Altai // Tectonics. 1998. - Vol. 17. -№6.-P. 891-902.

97. Curtis A. and Snieder R.K. Reconditioning invers problems using thegenetic algorithm and revised parametrization // Geophysics. -1997. Vol. 62. - P. 1524-1532.

98. Curtis A., Trampert J., Snieder R. and Dast B. Eurasian fundamentalmode surface wave phase velocities and their relationship with tectonic structures // J. Geophys. Res. 1998. - Vol. 103. - P. 26919-26947.

99. Darragh R.B. Mapping of upper mantle structure from differttial

100. PP-P) travel time residuals // Phys. Earth Planet. Inter. 1985. -Vol. 41.-P. 6-17.

101. Davis P., Slack P., Dahlheim H.A., Green W.V., Meyer R.P., Achauer

102. U., Glahn A. and Granet M. Teleseismic tomography of the continental rift zones // Seismic Tomography: theory and practice / Edited by H.M. Iyer and Hirahara. London: Chapman and Hall, 1993. P. 397-439.

103. De Jonge M.R., Wortel M.J.R., Spakman W. From tectonicreconstruction to upper mantle model: an application to the Alpine-Mediterannean region // Tectonophysics. 1993. - Vol. 223. - P. 5965.

104. Dobretsov N.L., Buslov M.M. Paleo-Oceanic Islands and Seamountsin Caledonian Folded Areas, Gorny Altai and Salair, Russia // EUG XI (European Union of Geosciences), April 8-12, 2001. -Strasbourg, France, 2001. P. 311.

105. Dobretsov N.L., Buslov M.M., Delvaux D., Berzin N.A. and Ermikov

106. V.D. Mezo-and Cenozoic tectonics of the Central Asian mountain belt: Effects of the lithospheric plates interaction and mantle plumes // Int. Geology Rev. 1996. - Vol. 38. - P. 430-466.

107. Dorofeeva R.P., Lysak S.V., Duchkov A.D., Balobaev V.T., Golubev

108. V.A. and Sokolova L.S. Terrestrial heat flow in Siberia and Mongolia // Terrestrial Heat Flow and Geothermal Energy in Asia / Edited by M.L. Gupta and M. Yamano. New Delhi: Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd, 1995. P. 251-279.

109. Dunn R.A. and Toomey D.R. Seismological evidence for 3D meltmigration beneath the Earth Pacific Rise // Nature. 1997. - Vol. 388. - P. 259-262.

110. Durrheim W., Monney D. Evolution of the Precambrian lithosphere:

111. Seismological and geochemical constraints // J. Geophys. Res. -1994. Vol. 99. - P. 15359-15374.

112. Duval T.L.Jr., D'Silva S., Jefferies S.M., Harvey J.W. and Schou J.

113. Downflows under sunspots detected by helioseismic tomography // Nature. 1996. - Vol. 379. - P. 235-237.

114. Dziewonski A.M. Mapping of lower mantle: determination of lateralheterogeniety in P velocity up to degree and order 6 // J. Geophys. Res. 1984. - Vol. 89. - P. 5929-5952.

115. Dziewonski A.M. and Anderson D.L. Preliminary Earth referencemodel // Phys. Earth Planet Interiors. 1981. - № 25. - P. 297-356.

116. Dziewonski A.M. and Woodhouse J.H. Global images of the Earth'siterior // Science. 1987. - Vol. 236. - P. 37-48.

117. Dziewonski A.M., Hager B.H. and O'Connell R.J. Large-scaleheterogeneity in the lower mantle // J. Geophys. Res. 1977. - Vol. 82.-P. 239-255.

118. Eberhart-Phillips D. and Michael A.J. Seismotectonics of the Loma

119. Prieta, California, region determined from three-dimensional VP, Vp/Vs, and seismicity // J. Geophys. Res. 1998. - № 1-3. - P. 21099-21120.

120. Eberhart-Phillips D. Three-dimentional velocity structure in northern

121. Califirnia Coast Ranges frominverson of local earthquake arrival times // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1986. - Vol. 76. - P. 10251052.

122. Egorkin A.V. Velocity structure, composition and discrimination ofcrustal provinces in the former Soviet Union // Tectonophysics. -1998. Vol. 289. - P. 395-404.

123. Ekstrom G. and Dziewonski A.M. The unique anisitropy of the

124. Pacific upper mantle // Nature. 1998. - Vol. 394. - P. 168-172.

125. Engdahl E.R. and Gabbins D. Simultaneous travel timeinversion torearthquake location and subduction zone structure in the central Aleutian Islands // J. Geophys. Res. 1987. - Vol. 92. - P. 1385513862.

126. Engdahl E.R., Van der Hilst R.D. and Berrocal J. Imaging ofsubducted lithosphere beneath South America // Geophys. Res. Lett. 1995. - Vol. 22. - P. 2317-2320.

127. Engdahl E.R., Van der Hilst R.D. and Bui and R.P. Global teleseismicearthquake relocation with improved travel times and procedures for depth determination // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1998. - Vol. 88. -P. 722-743.

128. England P. and Houseman G. Finite strain calculations of continentaldeformations, 2, Comparison with India-Asia collision zone // J. Geophys. Res. 1986. - Vol. 91. - P. 3664 -3676.

129. England P. and Molnar P. The field of crustal velocity in Asiacalculated from Quaternary rates of slipon faults // Geophys. J. Int. -1997. Vol. 130. - P. 551-582.

130. Fehmers G. Tomography of the ionosphere: Ph.D. thesis.

131. Eindhoven Univ., Eindhoven, Netherlands, 1996. 132 pp.

132. Froidevaux C., Isacks B. L. The mechanical state of the lithosphere inthe Altiplano-Puna segment of the Andes // Earth Planet. Sci. Lett. -1984.-Vol. 71.-P. 305-314.

133. Fukao Y., Obayashi M., H. Inoue and Nenbai M. Subducting slabsstagnant in the mantle transition zone // J. Geophys. Res. 1992. -Vol. 97.-P. 4809-4822.

134. Gao S., Davis P.M., Liu H., Slack P.D., Zorin Y.A., Logatchev N.A.,

135. Kogan M., Burkholder P.D. and Meyer R.P. Assymetric upward of the astenosphere beneath the Baikal rift zone, Siberia // J. Geophys. Res. 1994. - Vol. 99 (B8). - P. 15.319-15.330.

136. Giardini D., Li X.-D. and Woodhouse J.H. Three-dimensionalstructure of the Earth from spliting in free oscillation spectra // Nature. 1987. - Vol. 325. - P. 405-411.

137. Goulty N.R. Controlled-source tomography for mining andengineering applications // Seismic Tomography; theory and practice / Edited by H.M. Iyer and K. Hirahara. London: Chapman and Hall, 1993. P. 797-813.

138. Grand S.P. Tomographic inversion for shear velocity beneath the North American plate // J. Geophys. Res. 1987. - Vol. 92. - P. 14065-14090.

139. Grand S.P. Mantle shear structure beneath the Americans andsurrounding oceans // J. Geophys. Res. 1994. - Vol. 99. - P. 11591-11621.

140. Griffin W.L., Kaminsky F., O'Reilly S.Y., Ryan C.G., Sobolev N.V.

141. Mapping the Siberian lithosphere with garnets and spinels // Ex. Abstr. 6th Int. Kimberlite Conf. Novosibirsk: UIGGM SB RAS, 1995. P.194-195.

142. Gudmundsson O., Davies J.H. and Clyaton R.W. Stochastic analysisof global travel time data: mantle heterogeneity and random errors in the ISC data // Geophys. J. Int. 1990. - Vol. 102. P. 25-43,.

143. Gutenberg B. Der Aufbau der Erdkruste auf Grund geophysikalischer

144. Betrachtungen // Z. Geophys. 1924. - № 1. - P. 94-108.

145. Hadiouche O. and Jobert N. Geographical distribution of surfacewave velocities and 3-D upper mantle structure in Africa // Geophys. J. Int. 1988. - Vol. 95. - P. 87-109.

146. Hager B.H. and Richards M.A. Long wavelength variations in Earth'sgeoid: physical models and dinamic implications // Phil. Trans. R. Soc. London, 1989. - Vol. 328(A). - P. 309-327.

147. Holt W.E., Chamot-Rooke N., Le Pichon X., Haines A.J., Shen-Tu B.and Ren J. Velocity field in Asia inferred from Quaternary fault splip rates and Global Positioning System observations // J. Geophys. Res. 2000. - Vol. 105. - P. 19185-19209.

148. Houseman G. and England Ph. Crustal thickening versus lateralexpulsion in the Indian-Asian continental collision // J. Geophys. Res. 1993. - Vol. 98. - P. 12233-12249.

149. Hu S., He L. and Wang J. Heat flow in the continental area of China:a new data set // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. - Vol. 179. - P. 407419.

150. Humphreys E.D. and Dueker K.G. Western U.S. upper mantlestructure // J. Geophys. Res. 1994. - Vol. 99. - № B5. - P. 96159634.

151. Jackson I. Elasticity, composition and temperature of the Earth'slower mantle: a reappraisal // Geophys. J. Int. 1998. - Vol. 134. -P. 291-311.

152. Jordan Т. H. The continental tectonosphere // Rev. Geophys. 1975.-Vol. 13.-P. 1-12.

153. Jurdy D.M., Stefanick M. and Scotese C.R. Paleozoic plate dynamics

154. J. Geophys. Res. 1995. - Vol. 100. - № B9. - P. 17965-17975.

155. Khutorskoy M.D. and Yarmoluk V.V. Heat flow, structure andevolution of the lithosphere of Mongolia // Tectonophysics. 1989. -Vol. 164.-P. 315-322.

156. Kosarev G., King R., Sobolev S.V., Yuan X., Hanka W. and Oreshin

157. S. Seismic evidence for a detached Indian lithosphere mantle beneath Tibet // Science. 1999. - Vol. 283. - P. 1306-1309.

158. Koulakov I.Yu. 3D seismic structure of the upper mantle beneath thecentral part of the Eurasian continent // Geoph. J. Int. 1998. - Vol. 133.-№2.-P. 467-489.

159. Koulakov I., Tychkov S., Bushenkova N. and Vasilevsky A. Structureand dynamics of the upper mantle beneath the Alpine-Himalayan orogenic belt, from teleseismic tomography // Tectonophysics. -2002. 358. - № 1-4. - P. 77-96.

160. Lysak S.V. Terrestrial heat flow in the south of east Siberia //

161. Tectonophysics. 1984. - Vol. 103. - P. 205-215.

162. McNamara D.E., Walters W.R., Owens T.J., Ammon C.J., Uppermantle velocity structure beneath the Tibetian pateau from Pn travel time tomography // J. Geophys. Res. 1997. - Vol. 102. - P. 493505.

163. Meissner R. and Mooney W. Weakness of the lower continental crust:a condition for delamination, uplift, and escape // Tectonophysics. -1998.-Vol. 296.-P. 47- 60.

164. Molnar P. S-wave residuals from earthquakes in the Tibetan regionand lateral variations in the upper mantle // Earth Planet. Sci. Lett. -1990.-Vol. 101.-P. 68-77.

165. Molnar P. and Chen W.-P. S-P wave travel time residuals and lateralinhomogeneity in the mantle beneath Tibet and the Himalaya // J. Geophys. Res. 1984. - Vol. 89. - P. 6911-6917.

166. Molnar P. and Tapponnier P. Cenozoic tectonics of Asia: Effects of acontinental collision // Science. 1975. - Vol. 189. - P. 419-426.

167. Molnar P. and Tapponnier P. A possible dependence of tectonicstrength on the age of the crust in Asia // Earth Planet. Sci. Lett. -1981.-Vol. 52.-P. 107-114.

168. Mongolian National Atlas. Ulan Bator- Moscow, 1990.

169. Neil E. A. and Houseman G. A. Geodynamics of the Tarim basin and

170. Tian Shan in central Asia // Tectonics. 1997. - Vol. 16. - P. 571584.

171. Nielsen L., Thybo H. and Solodilov L. Seismic tomographic inversionof Russian PNE data along profile Kraton // Geophys. Res. Lett. -1999. Vol. 26. - P. 3413-3416.

172. Peltzer G. and Saucier F. Present-day kinematics of Asia derived fromgeologic fault rates // J. Geophys. Res. 1996. - Vol. 101. - P. 27943-27956.

173. Pettersen M. and Doombos D.J. A comparison of source analysismethods as applied to earthquakes in Tibet // Phys. Earth Planet. Inter. 1987. - Vol. 47. - P. 125-136.

174. Pohilenko N.P., Pearson G., Boyd F.R. and Sobolev N.V.

175. Megacrystalline dunites and peridotites: Hosts for Siberian diamonds // Ann. Rept. Geophys. Lab., Carnegie Institution. Washington D.C., 1991. P. 11-18.

176. Polet J. and Anderson D.L. Depth extent of cratons as inferred fromtomographic studies // Geology. 1995. - Vol. 23. - P. 205-208.

177. Pollack H.N. The heat flow from the continents // Annu. Rev. Earth

178. Planet. Sci. Lett. 1982. - № 10. - P. 459-481.

179. Pollack H.N. Cratonization and thermal evolution of the mantle //

180. Earth Planet. Sci. Lett. 1986. - Vol. 80. - P. 175-182.

181. Ritzwoller M.H. and Levshin A.L. Eurasian surface wavetomography: Group velocities //J. Geophys. Res. 1998. - Vol. 103. -P. 4839-4878.

182. Ritzwoller M.H., Levshin A.L., Ratnikova L.I. and Egorkin A.A.1.termediate-period group-velocity across Central Asia, western

183. China and parts of the Middle East // Geophys. J. Int. 1998. - Vol. 134. - P.315-328.

184. Romanowicz B. Constraints on the structure of the Tibet Plateau frompure path phase velocities of Love and Rayleigh waves // J. Geophys. Res. 1982. - Vol. 87. - P. 6865-6883.

185. Send U., Krahmann G., Mauuary D., Desaubies Y., Gaillard F., Terre Т., Papadakis J., Taroudakis M., Skarsoulis E. and Millot C. Acoustic observations of heat content across the Mediterranean Sea // Nature. 1997. - Vol. 385. - P. 615-617.

186. Sengor A.M.C., Natal'in B.A. and Burtman V.S. Evolution of the

187. Altaid tectonic collage and Paleozoic crustal growth in Eurasia // Nature. 1993. - Vol. 364. - P. 299-307.

188. Shearer P. M. Global mapping of upper mantle reflectors from longperiod SS precursors // Geophys. J. Int. 1993. - Vol. 115. - P. 878904.

189. Spakman W., Lee S. and Hilst R. Travel-time tomography of the

190. European-Mediterranean mantle down to 1400 km // Phys. Earth Planet. Inter. 1993. - Vol. 79. - P. 3-12.

191. Su W.-J., Woodward R.L., Dziewonski A.M. Degree 12 model ofshear velocity heterogeneity in the mantle // J. Geophys. Res. 1994. - Vol. 99. - P. 6945-6980.

192. Tanimoto T. Long-wavelength S-wave velocity structure throughoutthe mantle // Geophys. J. Int. 1990. - Vol. 100. - P. 327-336.

193. Tapponnier P., Pelzer G., LeDain A.Y., Armijo R. and Cobbold P.

194. Propagating extrusion tectonics in Asia: New insights from simple plasticine experiments // Geology. 1982. - № 10. - P. 611-616.

195. Tapponnier P. and Molnar P. Active faulting and Late Cenozoictectonics of the Tien Shan, Mongolia and Baykal region // J. Geophys. Res. 1979. - Vol. 84. - P. 3425-3459.

196. Van der Hilst R.D. and Engdahl E.R. On ISC PP and pP data and their use in dalaytime tomography of the Carribbean region // Geophys. J. Int. 1991. - Vol. 106. - P. 169-188.

197. Vasco D.W., Johnson L.N. and Pulliam J. Lateral variations in mantlevelocity structure determined from P, PP, S, SS and SS-SdS travel time residuals // J. Geophys. Res. 1995. - Vol. 100. - № В12 - P. 24037-24059.

198. Vilotte J.-P., Daignieres M., Madariaga R. and Zenkewicz O.C. The role of a heterogeneous inclusion during continental collision // Phys. Earth Planet. Inter. 1984. - Vol. 36. - P. 236-259.

199. Wdowinski S., O'Connell R.J. Deformation of the Central Andes15°-27° S) derived from a flow model of subduction zones // J. Geophys. Res. 1991. - Vol. 96. - P. 12245-12255.

200. Villasenor A., Ritzwoller M.H., Levshin A.L., Barmin M.P., Engdahl

201. E.R., Spakman W., Trampert J. Shaer velocity structure of central Eurasia from inversion of surface wave velocities // Phys. Earth Planet. Int. 2001. - Vol. 123. - P. 169-184.

202. Willet S.D. and Beaumont C. Subduction of Asian mantle beneath

203. Tibet inferred from models of continental collision // Nature. 1994. - Vol. 369. - P. 642-645.

204. Windley B.F., Allen M.B. Mongolian plateau: Evidence for the late

205. Cenozoic mantle plume under central Asia // Geology. 1993. - Vol. 21.-P. 295-298.

206. Windley B.F., Allen M.B., Zhang C., Zhao Z.Y. and Wang G.R.

207. Paleozoic accretion and Cenozoic redeformation of Chinese Tien Shan range, central Asia // Geology. 1990. - Vol. 18. - P. 128-131.

208. Wittlinger G., Masson F., Poupinet G., Tapponier P., Mei J., Herquel

209. G., Guilbert J., Achauer U., Guanqui X. Shi Danian and Lithoscope Kunlun Team, Seismic tomography of northern Tibet and Kunlun: evidence for crustal blocks and mantle velocity contrasts // Earth Planet. Sci. Lett. 1996. - Vol. 139. - P. 263-279.

210. Woodhouse J.H. and Dziewonski A.M. Mapping the upper mantle:three- dimentional modelling of Earth structure by inversion of seismic waveforms // J. Geophys. Res. 1984. - Vol. 89. - P. 59535986.

211. Woodward R.L. and Molnar P. Lateral heterogeneity in the uppermantle and SS-S traveltime intervals for SS rays reflected from the Tibetan Plateau and its surroundings // Earth Planet. Sci. Lett. -1995.-Vol. 135.-P. 139-148.

212. Wu F.T., Levshin A.L. and Koshevnikov V.M. Rayleigh wave groupvelocity tomography of Siberia, China and the vicinity // Pure Appl. Geophys. 1997. - Vol. 149. - P. 447-473.

213. Zhang Y.S. and Tanimoto T. High resolution global upper mantlestructure and plate tectonics // J. Geophys. Res. 1993. - Vol. 98. -P. 9793-9823.

214. Zhao L.-S. and Xie J. Lateral variations in compressional velocitiesbeneath the Tibetan Plateau from Pn traveltime tomography // Geophys. J. Int. 1993. - Vol. 115. - P. 1070-1084.

215. Zhihong S., Zhanpo L., Xiuhua Y. Crustal Thickness by Gravity1.version. Lithospheric Dynamics Atlas of China, State Seismological Bureau. Beijing: China Cartographic Publishing House, 1989. Map № 12.

216. Ziegler P.A. Plate tectonics, plate moving mechanisms and rifting //

217. Tectonophysics. 1992. - Vol. 215. - P. 9-34.

218. Zorin Yu.A. The Baikal rift: an example of the intrusion ofasthenospheric material into the lithosphere as the cause of disruption of lithosphere plates // Tectonophysics. 1981. - Vol. 73. -№ 1-3.-P. 91-104.

219. Zorin Yu.A., Kozhevnikov V.M., Novoselova M.R. and Turutanov

220. E.X. Thickness of the lithosphere beneath the Baikal rift zone and adjacent regions // Tectonophysics. 1989. - Vol. 168. - P. 327-337.

221. Zorin Yu. A., Novoselova M.R., Turutanov E.H., Kojevnikov M.V.1.thospheric Structure of the Mongolian-Siberia mountainous province // J. Geodynam. 1990. - № 11. - P. 327-342.

222. Zonenshain L.P. and Savostin L.A. Geodynamics of the Baikal riftzone and plate tectonics of Asia // Tectonophysics. 1981. - Vol. 76. -P. 1-15.

Информация о работе

Бушенкова, Наталья Анатольевна
кандидата геолого-минералогических наук
Новосибирск, 2004
ВАК 25.00.03

Диссертация

Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы Центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы