CC BY
96
УДК 550.311+550.341
О.А. Усольцева
Н.Г. Гамбурцева
А.Г. Гамбурцев
Усольцева О.А.*, Гамбурцева Н.Г.* Гамбурцев А.Г.*** Никонов А.А. Кузнецов О.П.
****
/
*****
А.А. Никонов
О.П. Кузнецов
Современные геодинамические процессы в литосфере Балтийского щита
*Усольцева Ольга Алексеевна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН институт динамики геосфер РАН
**Гамбурцева Нина Григорьевна, кандидат физико-математических наук, ведущий инженер, Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта
***Гамбурцев Азарий Григорьевич, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта
E-mail: [email protected]
****Никонов Андрей Алексеевич доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта
*****Кузнецов Олег Петрович, научный сотрудник, ФГБУН институт динамики геосфер РАН
В работе рассчитаны линейные тренды неравномерных и равномерных временных рядов времен пробега Р волн для станций Тромсе, Кево, Апатиты и Нурмиярми. Полученный результат хорошо согласуется с прежними результатами о высоком отрицательном линейном тренде в сейсмоактивных районах и почти нулевом тренде на платформенных территориях.
Ключевые слова: напряженное состояние, геодинамические процессы, метод сейсмического просвечивания, временные ряды времени пробега первой продольной волны, тренд, Балтийский щит, Восточно-Европейская платформа.
Современное состояние наук о Земле немыслимо без изучения геодинамических процессов - как древних, так и современных. Это изучение важно для понимания особенностей тектонической жизни Земли, процессов формирования полезных ископаемых, закономерностей подготовки землетрясений. Современные геодинамические процессы обусловлены тектонической жизнью Земли. В настоящей статье рассмотрены современные геодинамические процессы на Балтийском щите.
Балтийский (Фенноскандинавский) щит является одним из структурных элементов Восточно-Европейской платформы (ВЕП). С юга и юго-востока его ограничивает Русская плита, которая также является структурным элементом Восточно-Европейской платформы, а на северо-западе он граничит со складчатыми сооружениями палеозойской горной цепи Скандинавии (каледонидами).
По географическому местоположению Балтийский щит занимает восточную половину Скандинавского полуострова, Кольский полуостров, Карелию и включает в себя несколько крупнейших тектонических блоков: архейский на севере (возраст более 2000 млн лет), свекофеннский в центральной и юго-западной части (возраст 1750-2000 млн лет) и
свеко-норвежский на юго-западе (возраст 1000-1200 млн лет)1.
По данным глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ)2 строение литосферы Балтийского щита изучено достаточно подробно. Установлена горизонтальная неоднородность земной коры и ее значительная толщина, которая в центральной части щита достигает 65 км.
В данной работе приведены результаты долговременного просвечивания литосферы Балтийского щита сейсмическими волнами от глубокофокусных Гиндукушских землетрясений (ГГЗ) и глубокофокусных землетрясений на островах Фиджи (ГФЗ). Метод сейсмического просвечивания появился в первой половине Хх в.3. Он применяется в разных модификациях и в разных пространственных и временных масштабах, и используется для изучения недр Земли, их строения, состояния вещества и развития тектонических процессов на трассах сейсмическое событие-станция. В данной работе мы анализируем сейсмические волны на очень больших расстояниях от источника. При этом волны заходят на большие глубины литосферы, на которой напряженно-деформированное состояния горных пород изменяется мало по сравнению с породами, залегающими в зоне выхода, которую лучи сейсмических волн проходят снизу вверх в почти вертикальном направлении. Изначально, в качестве источника сейсмических волн привлекались калиброванные подземные ядерные взрывы с Семипалатинского и Невадского полигонов, для которых известны с высокой точностью координаты и время проведения взрывов4. Но в 1996 г. в связи с запрещением испытаний ядерного оружия под землей эти взрывы прекратились, и ряды оборвались. Однако, оказалось, что взрывному источнику есть хорошая альтернатива - землетрясения, - о которой раньше не думали в связи с тем, что регулярные (режимные) просвечивания при использовании землетрясений в качестве источника имеют значительно меньшую точность из-за нестабильности землетрясений как источника. В статье В.В. Адушкина с соавт.5 показана возможность использования наряду с подземными взрывами глубокофокусных Гиндукушских землетрясений (ГГЗ) в качестве источника сейсмических волн при просвечивании недр Земли. Такой источник возбуждения можно считать достаточно стабильным (по сравнению с землетрясениями в других сейсмичных регионах земного шара). Такими наблюдениями можно пользоваться в целях сейсмического мониторинга литосферы. При этом длина ряда наблюдений может быть увеличена до 40 и более лет. По данным ГГЗ проведены исследования на 16 сейсмических станциях, расположенных в разных по своему тектоническому строению регионах6: Например, на станции Пржевальск (PRZ) в сейсмоактивном районе (Тянь-Шань), на станции Бодайбо (BOD) в районе с умеренной сейсмичностью (Забайкалье), на станции Пулково (PUL) на Восточно-Европейской платформе и на станции Ельцовка (ELT) на Сибирской платформе. В результате были выявлены временные вариации времен пробега сейсмических волн, вызванные изменениями напряженно-деформированного состояния пород земной коры и литосферы в зоне выхода сейсмического луча, т.е. в блоке под станцией наблюдения. Анализ и сопоставление линейных трендов временных рядов времен пробега сейсмических волн показал, что изменения напряженного состояния пород литосферы оказываются относительно слабыми на платформах и более сильными в сейсмически активных регионов.
Представляется важным провести подобные исследования литосферы Балтийского щита, т.к. эта территория, являясь частью практически асейсмичной Восточно-Европейской платформы, в то же время характеризуется умеренной сейсмической активностью. В данной работе с указанной целью определены линейные тренды для станций Тромсе (TRO), Кево (KEV), Апатиты (APA), Нурмиярми (NUR), расположенных на Балтийском щите и прилегающих территориях (рис. 1). Результаты проанализированы в сравнении с линейным трендом на станции Обнинск (OBN), расположенной на Восточно-Европейской платформе.
В качестве источника использованы также глубокофокусные землетрясения на островах Фиджи. Продемонстрировано, что интерпретируемые и сопоставимые результаты возможно получить при просвечивании сейсмическими лучами, проходящими только через мантию и сейсмическими лучами, проходящими по пути мантия-ядро-мантия.
Данные
Для анализа временных вариаций времен пробега сейсмических волн использовался бюллетень EHB. Этот бюллетень создан на основе бюллетеня Международного Сейсмологического центра (ISC). Бюллетень EHB содержит данные о 141 478 событиях в период с 1960 по 2008 гг. Основные преимущества бюллетеня EHB в том, что в нем применяется новый высокоточный алгоритм локации7, при локации землетрясений используется современная одномерная модель ak135. Также в бюллетене EHB приведено более качественное определение первых вступлений про-
1 Abramovitz T., Thyboa H., Perchucb E. "Tomographic Inversion of Seismic P- and S-Wave Velocities from the Baltic Shield Based on FENNOLORA Data." Tectonophysics 358 (2002): 151-174.
2 Janik T., Kozlovskaya E., Heikkinen P., Yliniemi J., Silvennoinen H. "Evidence for Preservation of Crustal Root Beneath the Pro-terozoic Lapland-Kola Orogen (Northern Fennoscandian Shield) Derived from P and S Wave Velocity Models of POLAR and HUKKA Wide-Angle Reflection and Refraction Profiles and FIRE4 Reflection Transect." J. Geophys. Res. 114 (2009): B06308; Guggisberg B., Kaminski W., Prodehl C. "Crustal Structure of the Fennoscandian Shield: a Traveltime Interpretation of the LongRange FENNOLORA Seismic Refraction Profile." Tectonophysics 195 (1991): 105-137.
3 Гамбурцев Г.А. Избранные труды. Т. 1. М.: Наука, 2003. С. 382-387.
4 Гамбурцева Н.Г., лЮкэ Е.И., Николаевский В.Н., Орешин С.И., Пасечник И.П., Перегонцева В.Е., Рубинштейн Х.Д. Периодические вариации параметров сейсмических волн при просвечивании литосферы мощными взрывами // Докл. АН СССР. 1982. Т. 266. С. 1349-1353; Адушкин В.В., Ан В.А., Каазик П.Б., Овчинников В.М. О динамических процессах во внутренних геосферах Земли по временам пробега сейсмических волн // Докл. РАН. 2002. Т. 381. № 6. С. 822-824.
5 Адушкин В.В., Гамбурцев А.Г., Гамбурцева Н.Г., Несеркина М.А., Санина И.А., Сидоренков Н.С., Султанов Д.Д., Усольце-ва О.А. О возможном вкладе глобальных воздействий в ритмическую структуру современных геодинамических процессов // Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Т. 4. М.: Светоч Плюс, 2009. С. 63-70.
6 Гамбурцева Н.Г., Гамбурцев А.Г., Сидоренков Н.С., Усольцева О.А. Современные геодинамические процессы в зонах коллизии по данным сейсмического просвечивания литосферы // Атлас временных вариаций природных антропогенных и социальных процессов, Т. 5. М.: Янус-К, 2013. С. 193-198; Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Султанов Д.Д., Санина И.А. Нестеркина М.А., Усольцева О.А. О результатах долговременного просвечивания литосферы сейсмическими волнами сильных взрывов и землетрясений // Докл. РАН. 2007. Т. 418. № 1. С. 95-100.
7 Engdahl E.R., Van der Hilst R., Buland R. "Global Teleseismic Earthquake Relocation with Improved Travel Times and Procedures for Depth Determination," Bull. Seism. Soc. Am. 88 (1998): 722-743.
дольных и поперечных объемных волн, Для бюллетеня ЕНВ отобраны землетрясения с более высокими, в среднем, магнитудами и в более узком диапазоне значений.
Глобальная одномерная скоростная модель ak135 была представлена в 1995 г.1. Эта модель обеспечивает значительно лучшее приближение для большого количества сейсмических фаз, чем предыдущие. Предшественницами модели ak135 были модели IASP91 2, PREM 3, модель Джеффриса - Буллена .
Нами отобраны землетрясения из двух разных районов. 1-й район - Афганская зона Гиндукуша с координатами 36°-37° с.ш. и 70Д°-71,5° в.д. и глубинами землетрясений в диапазоне от 150 км до 250 км. 2-й район - острова Фиджи с координатами 17,3°-18.3° ю.ш. и 178,0°-179,0° з.д. и глубинами землетрясений в диапазоне от 520 км до 620 км.
Карта используемых в работе станций, наложенная на карту сейсмичности данного района, представлена на рис. 1. Из рисунка видно, что наибольшая плотность эпицентров наблюдается на юго-западной оконечности Скандинавского полуострова. В северной и центральной частях Фенноскандии отмечаются вытянутые области скопления эпицентров землетрясений в направлении с северо-запада на юго-восток. Одна из этих вытянутых зон начинается в районе станции TRO, другая в районе станции KEV, третья простирается вдоль западного побережья Ботнического залива. Южнее станции APA отмечается субширотно направленная сейсмогенерирую-щая зона с высокой плотностью событий. Анализ каталога показывает, что изучаемая территория, если судить по наблюдениям за 40 с небольшим лет, относится к районам с умеренной сейсмичностью, т.к. для 90% землетрясений магнитуда mb менее 3, а большинство землетрясений произошли на глубинах до 40 км.
Используемое для построения временных рядов количество точек приведено в табл. 1. Для ГГЗ отобраны фазы Р преломленных сейсмических волн, которые являются первыми на эпицентральных расстояниях до ~96°. Для ГФЗ отобраны фазы PKPdf (PKIKP) сейсмических волн, которые являются первыми преломленными волнами на эпицентральных расстояниях ~116°-180°. Значения азимутов источник-станция и эпицентральных расстояний для двух районов и рассматриваемых станций представлены в табл. 1. Для ГГЗ эпицентральные расстояния таковы, что сейсмический луч погружается на глубину 800-1000 км. Для ГФЗ сейсмический луч проходит, через мантию, внешнее ядро, потом через внутреннее ядро, а затем опять проходит через внешнее ядро и мантию. В зоне выхода для двух районов траектории сейсмических лучей почти вертикальны. Наиболее вероятно, что толщина блока земной коры, изменения напряженно-деформированного состояния которого возможно выявить при сейсмическом просвечивании, связана с глубинами, происходящих на Балтийском щите землетрясений, т.е. около 40 км.
Таблица 1
Информация об используемых в работе данных и результат анализа аппроксимирующих линейных зависимостей
Coef - коэффициент при линейном тренде, dt - изменение приведенного времени пробега за весь период наблюдений, tсред - среднее приведенное время, dtora (%) - относительное изменение приведенного времени пробега за весь период наблюдения в %
Станция, кол. точек Период наблюдений Колич. лет Азимут источн. -станция (град.) Эпиц. расст. (град.) Coef (с/год) dt (с) ^ред dtora (%)
1-й район - Гиндукуш
KEV, 375 1964-2008 45 338 41 -0,0157 -0,69 441,35 -0,16
NUR, 447 1961-2003 43 324 38 -0,0084 -0,35 416,89 -0,08
APA, 156 1961-1993, 2000-2008 42 337 38 -0,0065 -0,30 415,42 -0,07
TRO, 221 1961-2008 48 336 43 -0,0036 -0,17 461,35 -0,04
OBN, 397 1970-2008 39 319 30 0,0026 0,10 349,14 0,03
2-й район - острова Фиджи
KEV, 137 1965-2008 44 349 126 -0,0281 -1,21 1076,14 -0,11
OBN, 141 1970-2008 39 332 134 -0,0063 -0,24 1092,9 -0,02
Анализ временных рядов волн РЫМГ для станций, расположенных на сейсмически не активной территории Антарктиды5 показал, что существует зависимость времени пробега волн РКР(1Г от календарного времени, связанная с внутренним ядром. Следовательно, в районе с умеренной сейсмичностью для волн РКР(1Г логично ожидать совокупность двух
1 Kennett, B.L.N., Engdahl E.R., Buland R. "Constraints on Seismic Velocities in the Earth from Traveltimes." Geophys. J. Int. 122 (1995): 108-124.
Kennett B.L.N., Engdahl E.R. "Traveltimes for Global Earthquake Location and Phase Identification." Geophy. J. Int. 105 (1991): 429^65.
3 Dziewonski A.M., Anderson D.L. "Preliminary Reference Earth Model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25 (1981): 297-356.
4 Jeffreys H., Bullen K.E. Seismological Tables. London: British Association for the Advancement of Science, 1940. 50 р.
5 Овчинников В.М., Каазик П.Б. Временные тренды невязок времен пробега сейсмических волн в земном ядре и дифференциальное вращение внутреннего ядра // Динамические процессы в геосферах: Сб. научн. трудов ИДГ РАН. Вып. 2. М.: ГЕОС, 2011. С. 10-19.
»S- 20- 25" 30"
Рис. 1. Сейсмические станции TRO, KEV, APA, NUR, OBN, а также землетрясения на Балтийском щите и прилегающих территориях (черные точки) за период с 1964 по 2008 гг. С сайта www.seismo.helsinki.fi.
временных трендов, связанных с ядром и с зоной выхода. По 2-му району представлены результаты только для станций KEV и OBN. Продолжительность анализируемого периода наблюдений для разных станций составляет 39-48 лет (табл. 1).
Методика построения временных рядов
Методика построения и анализа временных рядов по данным от землетрясений частично описана в работе В.В. Адушкина с соавт.1. В качестве исследуемого параметра используется t - время пробега первой продольной волны. Значения времен приводились к одной глубине (поправка 5^лубиш) и одному гипоцентральному расстоянию (поправка &гипоц_расст) по формуле
^ггривед = "t + ^глубина - 51гипоц_расст . (1)
Временная поправка за глубину рассчитывалась по формуле:
^глубина = (d - ^тривед)^лин , (2)
где d - глубина землетрясения, d^iM^ - глубина приведения (для ГГЗ равна 200 км, для ГФЗ равна 570 км), V^h -скорость, определенная по годографу. Годограф строится на основе имеющихся данных для данной станции. Временная поправка, учитывающая разные гипоцентральные расстояния, рассчитывалась по формуле:
51гипоц_расст = (Hyp - Нурпривед)/^шн , (3)
где Hyp - расстояние по прямой линии между станцией и землетрясением, Нурпривед - среднее расстояние по всем землетрясениям для данной станции.
Дальнейшая методика исследования включает в себя построение зависимости ^ривед от календарного времени и аппроксимации имеющихся данных линейной функцией с оценкой доверительного интервала. Как известно, существует два вида доверительных интервалов. Доверительным интервалом для новых наблюдений называют ограниченную двумя линиями полосу, в которую новое наблюдение попадет с заданной вероятностью. Доверительным интервалом для новых аппроксимирующих функций называют ограниченную двумя линиями полосу, в которой при появлении новых наблюдений будет лежать новая аппроксимирующая функция с заданной вероятностью. В работе рассчитывались оба вида доверительных интервалов: связанный с новыми наблюдениями для характеристики разброса данных, связанный с новыми функциями для определения значимости линейного тренда. Дополнительно, чтобы исключить нежелательные искажения в количественных оценках, связанные с неравномерностью распределения наблюдений во времени, рассчитаны среднегодовые значения времен пробега для всех станций и дисперсия относительно среднего. Построены линейные и полиномиальные аппроксимирующие функции по среднегодовым временным рядам. Проанализированы коэффициенты при линейных функциях для обычных и среднегодовых временных рядов.
Результаты
На рис. 2 и 3 представлены временные ряды по данным от ГГЗ и ГФЗ соответственно. В табл. 1 приведены вычисленные коэффициенты при линейных трендах для станций KEV, NUR, APA, TRO, OBN, а также величины изменения приведенного времени пробега за весь период наблюдений. Как видно из рис. 2 и 3, разброс первичных данных велик: для Р волн 3-4 сек., для PKPdf волн ~8 сек. Расчет доверительного интервала для новых наблюдений показывает, что в 60% случаев новые наблюдения будут находиться в полосе шириной 2-2,5 сек для Р волн и 6-7 сек для PKPdf волн. Т.к. разброс данных велик, а коэффициенты при линейных функциях малы, проведена оценка значимости слабоотрицательного линейного тренда с помощью расчета доверительного интервала для новых функций. Вычислялось, при каком значении вероятности линейный тренд с учетом доверительного интервала для новых функций действительно будет отрицательным, т.е. нижняя граница доверительного интервала в начальной точке будет выше верхней границы доверительного интервала в конечной точке. Оказалось, что для TRO тренд становится отрицательно значимым при 50%-ном доверительном интервале, для APA при 65%-ном, а для NUR и KEV тренд отрицательно значим при 95%-ном доверительном интервале. Значит, проведенные оценки по ГГЗ (табл. 1) для станций NUR и KEV являются более достоверными, а для станций TRO и APA менее достоверными.
Согласно табл. 1, максимальный линейный тренд (изменение приведенного времени пробега dt равно 0,69 сек за 45-летний период, станция KEV) наблюдается в центральной части Балтийского щита на севере, меньше в центральной части Балтийского щита на юге (dt равно 0,35 сек за 43 года, ct.NUR) , еще меньше на восточной и западной оконечности Балтийского щита (ст. APA и TRO). Для всех четырех станций характерно уменьшение времени пробега с увеличением календарного времени. Напротив, для платформенной станции OBN по Р волнам линейный тренд слабо положительный.
По PKPdf волнам (рис. 3) наблюдается слабо отрицательный тренд для OBN и более сильный отрицательный тренд для станции KEV. Мы предполагаем, что линейный тренд, связанный с ядром для двух станций отличаются незначительно, т.к. траектории сейсмических лучей станции OBN и станции KEV в ядре находятся гораздо ближе друг к другу, чем в зонах выхода. Следовательно, с Балтийским щитом по PKPdf волнам связана разность линейных трендов на станции KEV и на станции OBN, т.е. 0,97 сек за 44-летний период наблюдений на станции KEV, что сопоставимо с линейным трендом 0,69 сек, полученном по P волнам. Иначе говоря, на рис. 3 та часть тренда, которая отличает станцию KEV от станции OBN, в большей мере, является специфической особенностью зоны выхода под станцией.
В отличие от представленных на рис. 2 и 3 неравномерных временных рядов, на рис. 4 приведены равномерные ряды среднегодовых времен пробега Р волн от ГГЗ. Переход к равномерным рядам проведен для исключения ошибки, связанной с неравномерностью распределения данных. Характеристики линейных трендов для равномерных рядов представлены в табл. 2. Сравнение табл. 2 и табл. 1 показывает, что общие особенности линейных трендов: максимальный отрицательный тренд на KEV, чуть меньше на NUR, еще меньше на APA и TRO, - после оцифровки с равномерным шагом сохраняются. В табл. 2 наблюдается уменьшение разброса результатов для станций на Балтийском щите по сравнению с табл. 1.
1 Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Нестеркина М.А., Санина И.А., Султанов Д.Д., Усольцева О.А. О связи вариаций времен пробега сейсмических волн с изменениями скорости вращения Земли // Физика Земли. 2010. № 3. С. 66-78.
TRO
-0.00358081
KEV
-0.015686
4ЬЬ —i—i—
464
463 462 *
-—-----гí t - --jv
'V* ' "Y ;
461 •• -''г.' . :• •
« * i
4ЧЯ i . i ¡ . ¡ . i i
5 444
ю
g.443
к 442
£_441
° 440
Í 439
! 438 tú
s 437
-Г,Ä—
.....
V v> w1 -и £_• • V/'-.f
-4- - , ------
■t *„ *
i960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 a. i960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 год с год
-0.00840359
APA
-0.00645997
419 ш 418 417 . 416 415 414 413
'¿dsJ&J Wrb'f- i-• ■ ■. V / V' v VT4" ЧГГ"^
' ' ' • ' ' • t • i. . •'} v •
-l-i-L.
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 год i
OBN 0.00258154
--T-T-T-
152151 150 149 148147 146
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 год
— - v -.'--тгл-----Я.МШ - - - - - Г --Y---. V'
• , : ^ - \ v- -» »¿;; v
" * • . .л • •**•*■ Г?.*f'*' ■*■
.....i ■.......i... .....i..,. л =.......X .'. ■
год
Рис. 1 Временные ряды приведенных времен пробега Р волн для станций TRO, KEV, NUR, APA, OBN по данным от ГГЗ. Точки - значения, сплошная линия - линейные тренды, пунктирная линия - 60% доверительный интервал для новых наблюдений.
KEV
-0.0280615
OBN
-0.00633202
1082
1080
1078
1 1076
о.
со
<ы
0
1 1074 х
О) «
01
§ 1072
о.
С
1070
1068
1098
-S-- • • •
1096
1094 • *
ч
- ••
1092 V • • * •
1090 • • ......
......* *
1088 • •
1086 1084
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 ГОД
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 ГОД
Рис. 2. Временные ряды приведенных времен пробегав PKPdf волн для станций KEV и OBN по данным от ГФЗ. Точки - значения, сплошная линия - линейные тренды, пунктирная линия - 60% доверительный интервал для новых наблюдений.
Таблица 2
Коэффициенты при линейном тренде ^oef) и полное изменение времени пробега dt за весь период наблюдения при линейной аппроксимации для среднегодовых временных рядов (станции TRO, KEV, NUR, APA, OBN)
по данным от ГГЗ
Станция Coef (с/год) dt (с)
KEV -0,0094 -0,42
NUR -0,0074 -0,32
APA -0,0054 -0,26
TRO -0,0048 -0,23
OBN 0,0017 0,07
В табл. 2 для станций KEV, NUR, APA коэффициент наклона линейной аппроксимирующей функции уменьшается, а на TRO увеличивается. При аппроксимации временных рядов полиномиальной функцией для станций TRO и NUR наблюдается аналогичное расположение максимума и минимума на кривой (рис. 4). Выделяется 2 временных периода: 1-й - с 1965-1967 по 1980 гг., 2-й - с 1980 по 1995-2000 гг. Продолжительность этих периодов соответственно 13-15 лет, 15-20 лет.
Рис. 4. Временные ряды приведенных среднегодовых времен пробега Р волн для станций TRO, KEV, NUR, APA, OBN по данным от ГГЗ. Обозначена дисперсия относительно среднего для каждого значения. Показан результат аппроксимации линейной функцией и полиномом 6-го порядка для каждой станции.
Заключение
В работе впервые проведен анализ временных рядов для станций Балтийского щита и прилегающих территорий по данным ГГЗ и ГФЗ. Предыдущие исследования данным методом показали, что коэффициент наклона ^и^д по линейному тренду значительно больше для сейсмоактивных районов (например, для Тянь-Шаня), чем для платформенных территорий . В настоящей работе коэффициент наклона ^и^д по линейному тренду для станций на Балтийском щите больше коэффициента наклона ^ивед на ВЕП. На примере станции KEV показано, что оперируя разностью линейных трендов для станций, расположенных на платформе и в сейсмоактивном районе на небольшом удалении друг от друга, в задачах долговременного просвечивания возможно использовать волны PKPdf.
Анализ взаимного местоположения исследуемых станций и землетрясений за период с 1964 по 2008 гг. (рис. 1) показывает, что в районе станций OBN и NUR сейсмические события происходят редко, в районе станции APA чаще наблюдаются сейсмические события, а станции KEV и TRO расположены близ локальных сейсмогенерирующих структур. Корреляция между плотностью землетрясений в районах расположения станций (рис. 1) и линейными трендами для Балтийского щита не выявлена. Зато отмечены общие периодические зависимости изменений приведенных времен пробега Р волн от времени для станций TRO и NUR (рис. 4), пока не объясненные.
Численный сравнительный анализ линейных трендов для скандинавских станций и станций, представленных в исследовании В.В. Адушкина с соавт.2, затруднителен из-за использования разных входных данных и различий в
1 Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Султанов Д.Д., Санина И.А. Нестеркина М.А., Усольцева О.А. О результатах долговременного просвечивания литосферы...
2 Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Нестеркина М.А., Санина И.А., Султанов Д.Д., Усольцева О.А. О связи вариаций времен 312
методе обработке данных. В указанной работе В.В. Адушкина с соавт. источником является бюллетень ISC, в данной работе используется бюллетень EHB. На качественном уровне для бюллетеня EHB, сделанный ранее вывод о повышенном отрицательном линейном тренде ^рщед для станций в сейсмоактивных районах (PRZ), слабо отрицательном в районах с умеренной сейсмичностью (BOD, KEV, NUR) и почти полном отсутствии линейного тренда на платформах (OBN, PUL, ELT) подтверждается. Несмотря на большой разброс исходных данных (3-4 сек) в этой и других работах оценки, связанные с уменьшением среднего приведенного времени пробега на величины около 0,4 сек за весь период наблюдения, имеют право на существование из-за длительного периода наблюдений и хорошей согласованности результатов по разным станциям.
Выводы
1. Породы литосферы Балтийского щита и Восточно-Европейской платформы имеют разный уровень напряжений и разные значения скорости и амплитуд изменения этих напряжений во времени за 40-50 лет.
2. Чем более сейсмически активны рассматриваемые крупные структурные области, тем выше оказываются (по изученному параметру) уровень напряжений в них и больше его колебания во времени.
3. Насколько позволяют судить полученные по четырем станциям результаты, разные части (сектора) щита различаются по уровню напряженного состояния, но на всех изученных частях эти изменения меньше, чем таковые на платформе.
4. Судя по выявленным трендам за полвека, уровень напряжений на щите подвержен флуктуациям длительностью по 13-15 лет, что не отмечено на платформе.
Обнаруженные (впервые для указанного периода и независимым способом) закономерности открывают возможность на следующем этапе исследования проводить в пределах тех же крупных структурных элементов сопоставления показателей напряженного состояния с параметрами сейсмичности и тектонической подвижности для лучшего понимания геодинамики северной части Европы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адушкин В.В., Ан В.А., Каазик П.Б., Овчинников В.М. О динамических процессах во внутренних геосферах Земли по
временам пробега сейсмических волн // Докл. РАН. 2002. Т. 381. № 6. С. 822-824.
2. Адушкин В.В., Гамбурцев А.Г., Гамбурцева Н.Г., Несеркина М.А., Санина И.А., Сидоренков Н.С., Султанов Д.Д.,
Усольцева О.А. О возможном вкладе глобальных воздействий в ритмическую структуру современных геодинамических процессов // Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Т. 4. М.: Светоч Плюс, 2009. С. 63-70.
3. Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Нестеркина М.А., Санина И.А., Султанов Д.Д., Усольцева О.А. О связи вариаций вре-
мен пробега сейсмических волн с изменениями скорости вращения Земли // Физика Земли. 2010. № 3. С. 66-78.
4. Адушкин В.В., Гамбурцева Н.Г., Султанов Д.Д., Санина И.А. Нестеркина М.А., Усольцева О.А. О результатах долго-
временного просвечивания литосферы сейсмическими волнами сильных взрывов и землетрясений // Докл. РАН. 2007. Т. 418. № 1. С. 95-100.
5. Гамбурцев Г.А. Избранные труды. Т. 1. М.: Наука, 2003. 525 с.
6. Гамбурцева Н.Г., Гамбурцев А.Г., Сидоренков Н.С., Усольцева О.А. Современные геодинамические процессы в зонах
коллизии по данным сейсмического просвечивания литосферы // Атлас временных вариаций природных антропогенных и социальных процессов, Т. 5. М.: Янус-К, 2013. С. 193-198.
7. Гамбурцева Н.Г., Люкэ Е.И., Николаевский В.Н., Орешин С.И., Пасечник И.П., Перегонцева В.Е., Рубинштейн Х.Д. Пе-
риодические вариации параметров сейсмических волн при просвечивании литосферы мощными взрывами // Докл. АН СССР. 1982. Т. 266. С. 1349-1353.
8. Николаев Н.И. Новейшая тектоника и геодинамика литосферы. М.: Недра, 1988, 491 с.
9. Овчинников В.М., Каазик П.Б., Временные тренды невязок времен пробега сейсмических волн в земном ядре и дифферен-
циальное вращение внутреннего ядра // Динамические процессы в геосферах: Сб. научн. трудов ИДГ РАН. Вып. 2. М.: ГЕОС 2011. С. 10-19
10. Abramovitz T., Thyboa H., Perchucb E. "Tomographic Inversion of Seismic P- and S-wave Velocities from the Baltic Shield
Based on FENNOLORA Data." Tectonophysics 358 (2002): 151-174.
11. Dziewonski A.M., Anderson D.L. "Preliminary Reference Earth Model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25 (1981):
297-356.
12. Engdahl E.R., Van der Hilst R., Buland R. "Global Teleseismic Earthquake Relocation with Improved Travel Times and Proce-
dures for Depth Determination," Bull. Seism. Soc. Am. 88 (1998): 722-743.
13. Guggisberg B., Kaminski W., Prodehl C. "Crustal Structure of the Fennoscandian Shield: a Traveltime Interpretation of the
Long-Range FENNOLORA Seismic Refraction Profile." Tectonophysics 195 (1991): 105-137.
14. Janik T., Kozlovskaya E., Heikkinen P., Yliniemi J., Silvennoinen H. "Evidence for Preservation of Crustal Root Beneath the Protero-
zoic Lapland-Kola Orogen (Northern Fennoscandian Shield) Derived from P and S Wave Velocity Models of POLAR and HUKKA Wide-Angle Reflection and Refraction Profiles and FIRE4 Reflection Transect." J. Geophys. Res. 114 (2009): B06308.
15. Jeffreys H., Bullen K.E. Seismological Tables. London: British Association for the Advancement of Science, 1940. 50 р.
16. Kennett B.L.N., Engdahl E.R. "Traveltimes for Global Earthquake Location and Phase Identification." Geophy. J. Int. 105
(1991): 429-465.
17. Kennett, B.L.N., Engdahl E.R., Buland R. "Constraints on Seismic Velocities in the Earth from Traveltimes." Geophys. J. Int.
122 (1995): 108-124.
Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:
Усольцева, О. А., Гамбурцева, Н. Г., Гамбурцев, А. Г., Никонов, А. А., Кузнецов, О. П. Современные геодинамические процессы в литосфере Балтийского щита / О.А. Усольцева, Н.Г. Гамбурцева, А.Г. Гамбурцев, А.А. Никонов, О.П. Кузнецов // Пространство и Время. — 2015. — № 1—2(19—20). — С. 307—313. Стационарный сете-
пробега сейсмических волн с изменениями скорости вращения Земли.
