Введение
Референтная модель – это модель, относительно значений скорости которой расчитываются значения скоростей в различных, глубинных областях Земли. То есть, при томографических реконструкциях внутренней структуры Земли одномерные модели являются референтными моделями.
А неоднородные области внутри Земли предстают в форме отличий (как правило выраженных в процентах) в большую или меньшую сторону значений скорости сейсмических волн относительно референтной модели Земли.
Что из себя представляет референтная модель.
Референтная модель, если это скоростная одномерная модель Земли, представляет из себя кусочно непрерывная функция скорости Р или S волны, зависящей от глубины от поверхности Земли или радиуса исчисляемого от центра Земли к ее поверхности.
Функция состоит из непрерывных частей, которые отделяются друг от друга разрывами и переходными зонами. Набор непрерывных и разрывных участков функции определяется детальностью проводимых исследований и применяемыми технологиями. Сейсмология изучает сейсмические волны в определенном диапазоне частот. Это и определяет конструкцию функции, представляющей из себя Референтную модель Земли. На одномерной, скоростной модели выделяются следующие типы особенностей.
1. Непрерывные области, представляющие из себя области с постоянными значениями скорости. Это внешнее и внутренней ядро Земли для скорости поперечных (S) волн и внутренне ядро для скорости продольных (P) волн.
2. Относительно слабо градиентные зоны. Это внешнее ядро для скорости поперечных (S) волн и Нижняя мантия для скоростей P и S волн.
3. Высоко градиентная зона и для продольных (P), и для поперечных (S) волн – это переходная зона в низах Верхней мантии. Верхняя мантия над переходной зоной – это относительно высоко градиентная зона.
4. Разрывы функции – это границы, отделяющие Земную кору от Верхней мантии, переходную зону от Верхней и Нижней мантии, Нижнюю мантию от внешнего ядра и внешнее ядро от внутреннего ядра.
Указанные особенности были обнаружены в наблюдаемых геофизических данных.
5. Уменьшение скорости приводит к разрыву годографа рефрагированной волны, который часто совпадает с годографом первых вступлений. Разрыв виден на годографе первых вступлений как участок с пониженным значением кажущейся скорости.
6. Положительная градиентная зона в скоростном разрезе приводит к появлению петель на годографе рефрагированной.
7. Положительные скачки скорости приводят к излому годографа первых вступлений.
Эволюция Референтных моделей Земли
С накоплением геофизических данных, отражающих внутреннее устройство Замли, уточняется и Референтная модель Земли. Сам процесс постороения моделей имеет итерационных характер. То есть каждая предшествующая модель служит фундаментом для построения более совершенной модели. Совершенной, в смысле, что новая модель удовлетворяет большему количеству наблюдённых данных. С появлением более современной референтной модели проводится переоценки всего сейсмологического набора данных о землетрясениях, полученного ранее, а также для получения новых данных. Что приводит к последующему уточнению самой референтной модели Земли. Приведём список наиболее значимых итераций референтных моделей в хронологическом порядке.
1940, 1968 годы. Одномерные скоростные модели Джеффриса – Буллена и Херрина
1981 год. Одномерная Референтная Модель Земли PREM
1991 год. Одномерная скоростная модель IASP91
1993 год. Одномерная Референтная Модель SP6
1995 год. Референтная 1D скоростная модель AK135
Заключение: вопросы, вопросы, вопросы, …
Последовательное уточнение одномерных референтных моделей Земли поставило вопрос о целесообразности дальнейшего развития единой для всей Земли референтной модели. В настоящее время ведутся работы по уточнению таких особенностей референтной модели таких, как:
– граница 220: возможно ли, чтобы природа границы 220 была обусловлена анизотропией сейсмических скоростей, а не изменением скорости с глубиной;
– граница 410: местоположение границы 410 и насколько эта граница изменчива в пространстве;
– граница 520: местоположение границы 520 и насколько эта граница изменчива. Является ли граница 520 повсеместной, глобальной;
– граница 660: Местоположение границы 660 и насколько эта граница изменчива.
Очень актуальны вопросы
Порядок, в котором вопросы перечислены, НЕ определяет их приоритет.
1. Имеются ли глобальные границы в Нижней мантии.
2. Учет сферичности Земли при выборе ее осредненной структуры.
3. Степень детальности одномерной референтной модели Земли.
4. Учёт анизотропии сейсмических скоростей.
5. Совместное, согласованное использование данных по Р и S волнам.
6. Методология пересчета данных структурной сейсмологии в плотностную модель Земли.
7. Насколько допустимо использовать единую одномерную референтную модель Земли при реконструкции внутренней структуры Земли под континентами и океанами; под платформами и складчатыми областями и другими крупнейшими геотектоническими образованиями. Какую референтную модель использовать при реконструкции.
8. Как согласовывать томографические реконструкции, выполненные на базе региональных одномерных референтных моделей.