Скоростные модели

Обычно для локации сейсмических событий в крупных регионах используют так называемые одномерные скоростные модели, то есть такие модели в которых время пробега сейсмической волны между двумя точками зависит только от расстояния между ними:

T(j₁, l₁, j₂, l₂) = T(R(j₁, l₁, j₂, l₂)), где R-расстояние.

Как правило, такие усредненные модели задаются в виде таблиц, времен пробегов волн, которые рассчитываются на основании горизонтально-слоистых моделей среды. Так, базовой одномерной моделью для Земли в целом являлась модель IASPEI91, впоследствии замененная на более точную модель AK-135. Модель IASPEI91, использовалась, а AK-135 используется и ныне, для локации сейсмических событий в Международном центре данных Договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний IDC.

На рисунке показана локация взрывов в Хибинском массиве сетью PIDC (включающей скандинавские сейсмические группы) в 1995-1997 годах. Рудники, где производились взрывы, обозначены красным цветом, результаты локации PIDC с использованием модели IASPEI91 - синими кружками. Можно заметить систематическую ошибку, превышающую 50 км.

Эта систематическая ошибка вызвана существенными отклонениями локальных скоростей сейсмических волн от использовавшейся глобальной модели IASPEI91. Корректировка модели позволила практически устранить систематическую ошибку (зеленые кружки - локация тех же событий, по тем же временам приходов сейсмических волн, но с использованием скоростной модели BARENTS).

Для определения скоростной модели, наиболее подходящей для нашего региона, нами был отобран ряд сейсмических событий (см. рисунок и таблицу ниже).

Мы использовали данные всех доступных нам сейсмостанций - наших, скандинавских групп, станций консорциума IRIS (см. рисунок).

Сейсмические события, использованные для проверки скоростных моделей

Было проверено несколько скоростных моделей. События были перелоцированы с их использованием. Оценивалась точность локации, ее согласованность (значения невязки оценки времени в очаге), а для калибровочного взрыва 29.09.1996, для которого известно точное время в очаге - отклонения измеренных времен пробега от модельных.

В результате выяснилось, что скоростная модель, применяемая в NORSAR (см. таблицу ниже), является наилучшей для локации событий в нашем регионе на расстояниях до 1500 км.

Для локации событий на больших расстояниях модель NORSAR была дополнена моделью IASPEI91 (впоследствии AK-135) для глубин свыше 55 км. Получившиеся модели BARENTS и BARAK135 используется в КоФ ФИЦ ЕГС РАН для локации событий в нашем регионе. Модель BARENTS была принята Консорциумом 2 Организации Договора о запрещении ядерных испытаний в качестве основной модели для Баренцева моря.

Скоростная модель NORSAR

В дальнейшем для уточнения годографа BARENTS нами были установлены сейсмостанции в Хибинском массиве GFR и RASV, а также временные станции в г. Мончегорске и Заполярном. По взрывам в Хибинском массиве и по калибровочному взрыву 10.09.2002 в Ловозерском массиве были оценены и сравнены с модельными скорости сейсмических волн.

Оказалось, что в Хибинском и Ловозерском массивах, отличающихся сложной и неоднородной структурой, скорости волн P и S сильно варьируют в зависимости от пути от источника до станции и могут отличаться от модельных на величины до 0.15 км/сек.

Для более далеких путей (от взрывов до Мончегорска, Заполярного и далее до ст. ARCES (Норвегия)) измеренные скорости оказались очень близки к модельным. .

В рамках работ с ОАО "Апатит" в 2013 году была выработана упрощенная трехмерная модель, пригодная для локации событий в Хибинском и Ловозерском горных массивах. Для этого была разработана и использована программа трехмерного моделирования распространения сейсмических волн "Сейсмоконфигуратор".

Скоростная модель для района Шпицбергена

Строение среды в районе архипелага Шпицберген очень сложно, поэтому для локации событий здесь трудно обойтись одномерной скоростной моделью. Очевидно, например, что скоростной разрез в зоне спрединга к западу от Шпицбергена существенно отличается от разреза в островной части.

Мы попытались подобрать одномерную модель для локации сейсмических событий в районе шахт пос.Баренцбург по данным ближайших сейсмостанций KBS, SPI и BRBB (см. Сеть станций).

Станцией BRBB было зарегистрировано много горных ударов и взрывов на руднике пос.Баренцбург, на расстояниях 2-5 км от станции. По этим событиям мы оценили скорости P и S волн и получили значения 4.54 и 2.52 км/сек - обычные значения для осадков.

Мы использовали калибровочное событие 28.01.2001 с известными координатами (78.066 N, 14.324 E) чтобы продлить модель на большие расстояния. Событие было хорошо записано станциями SPI и KBS (рис. ниже).

Запись калибровочного события станицями BRBB, SPI и KBS.

Мы попытались модифицировать описанную выше модель BARENTS, добавив сверху осадочный слой. Подбор велся по глубине осадочного слоя и границы Мохо. В качестве предварительного результата была получена скоростная модель SPITS0.

Мы перелоцировали калибровочное событие, использовав те же станции и модели BARENTS и SPITS0. Результаты приведены в таблице ниже.

Эта модель в настоящее время используется в КоФ ФИЦ ЕГС РАН для локации событий на Шпицбергене. Для событий в пос.Баренцбург она дает хорошую точность локации, проверить же ее для других участков архипелага пока невозможно.