Введение
Для визуализации неоднородных объектов, например стволов плюмов в верхней мантии выполняют региональные томографические исследования, базирующиеся на годографах объёмных волн (regional travel-time tomography). Большой научный интерес представляет Йеллоустоунская кальдера, расположенная на территории США. По современным представлением – это континентальная горячая точка.
Кальдера (caldera – большой котёл) – это обширная, циркообразная котловина вулканического происхождения. С поверхности кальдера проявляется в форме обширной чаши с крутыми стенками и ровным дном. Такая форма рельефа образуется на вулкане после обрушения стенок кратера или в результате его катастрофического извержения. Крупнейшие кальдеры площадью до тысячи квадратных километров и более: кальдера супервулкана Тоба в Индонезии на острове Суматра, Йеллоустонская кальдера в США, …
Немного о технологии региональных сейсмотомографических исследований
Технология региональных сейсмотомографических исследований включает в себя следующие процедуры:
– установка сети сейсмических станций над горячей точкой;
– запись, как можно большего количества землетрясений (обычно на телесейсмических эпицентральных расстояниях, то есть > 30o );
– замеры времени вступления Р-волн (или S-волн) на станциях группы;
– вычитание стандартного времени, предсказанного одномерной референтной моделью Земли, в результате чего вычисляют отклонения времени (residual times);
– обращение отклонений времени в горизонтальные вариации сейсмических скоростей от поверхности до максимальной глубины, которая зависит от апертуры группы станций.
При исследовании континентальных горячих точек с помощью этой технологии необходимо учитывать, что:
– в распоряжении исследователя имеется группа региональный сейсмостанций с управляемыми кондициями (выбирать место расстоновки группы станций и их характеристики);
– а сами неоднородные области имеют слабовыраженные (менее контрастные на фоне вмещающих горных порол) характеристиками, что обусловлено сложной природой континентальной литосферы, через которую, например материал плюма должен проникать [Ebinger & Sleep 1998].
Неоднородная верхнняя мантия под Йеллоустоунской горячей точкой
Йеллоустоунская кальдера (США) – первая, специально изученная континентальная горячая точка [Iyer et al 1981]. Около 50-ти короткопериодных сейсмографов было установлено вокруг Йеллоустонской кальдеры. Апертура группы была около 200 км.
Сейсмическая структура под Йеллоустонским сводом представленая на рисунке выше, является результатом томографической инверсии [Humphreys, …, 2000]. Отчётливо выявляется уменьшение скорости Р-волн под кальдерой, продолжающееся до основания модели на глубине 100 км. Аномалия достигает -5% и имела диаметр около 50 км.
Последующие исследования.
Исследование было расширено на юго-запад путем установки двух протягивающихся на запад линейных групп из 15 сейсмографов пересекающих Snake River Plain , что позволило достичь немного большей глубины исследования [Evans 1982]. В результате выявлено понижение скорости до основания модели на глубине 350 км, достигающее 2% . Позже, для Йеллоустонской горячей точки томографическая модель была усовершенствована [Saltzer & Humphreys ,1997]. Хотя результаты, по утверждению авторов работы согласуется с результатами ранее проведенных исследований, тем не менее авторы же обращают внимание на то, что они не нашли широкую подушку низкоскоростного материала под литосферой, но вместо подушки обнаружили тонкий подводной канал низких скоростей продолжающийся вниз, по крайней мере до 300 км.
Источники
– Ebinger C. J., Sleep N. H. 1998. Cenozoic magmatism throughout east Africa resulting from impact of a single plume. Nature 395:788–91
– Evans J. R. 1982. Compressional wave velocity structure of the upper 350 km under the eastern Snake River Plain near Rexburg, Idaho. J. Geophys. Res. 87:2654–70
– Humphreys, E.D., Dueker, K.G., Schutt, D.L., and Smith, R.B., 2000, Beneath Yellowstone: Evaluating plume and nonplume models using teleseismic images of the upper mantle: GSA Today, v. 10, no. 12, p. 1–7.
– Iyer H. M., Evans J. R., Zandt G., Stewart R. M., Coakley J. M., Roloff J. N. 1981. A deep lowvelocity body under the Yellowstone caldera, Wyoming: delineation using P-wave residuals and tectonic interpretation: summary. Geol. Soc. Am. Bull. 92:792–98
– Saltzer R. L., Humphreys E. D. 1997. Upper mantle P wave velocity structure of the eastern Snake River Plain and its relationship to geodynamic models of the region. J. Geophys.Res. 102:11829–41