автореферат Кайдаш


УДК 550.348+550.83                                                         На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

КАЙДАШ ТАТЬЯНА МИХАЙЛОВНА

 

 

 

Особенности глубинного строения сейсмоактивных районов Казахстана

по материалам взрывной и  невзрывной сейсмологии

 

 

 

 

 

25.00.10 – геофизика, геофизические методы  поисков полезных ископаемых

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

 

 

Работа выполнена в Институте сейсмологии Министерства образования

и науки Республики Казахстан

 

 

Научный руководитель          доктор технических наук, профессор

Шацилов Владимир Иванович

 

 

 

 

Официальные оппоненты       доктор геолого-минералогических наук,

                                                   профессор Нурмагамбетов Алкуат

                                                   Нурмагамбетович   

                                                       

                                                   кандидат геолого-минералогических наук

                                                   Урдабаев Ахметжан Тюлегенович

                                                                 

 

Ведущая организация            Институт сейсмологии НАН

                                                   Кыргызской Республики

 

 

 

Защита состоится  «13» июня 2008 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 14.15.07 при Казахском Национальном Техническом Университете им. К.И. Сатпаева по адресу 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, нефтяной корпус в малом конференц зале.

Факс: 8(7272) 92-60-25, E-mail: allnt@kazntu.sci.kz, nich@ntu.kz

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского Национального  Технического  Университета  им. К.И. Сатпаева по  адресу:  050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.

 

 

 

Автореферат разослан   « 6   »  мая  2008 г.

 

 

 

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор                                             Д.М. Шейх-Али

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность исследования обусловлена необходимостью наиболее полного использования геофизической информации о литосферы в различных направлениях геологической деятельности – тектоническом, металлогеническом, геодинамическом, в том числе сейсмическом районировании. В последнем случае важно найти критерии сейсмичности, связанные с особенностями глубинного строения сейсмоактивных областей и объясняющие различия орогенов и платформ по наблюдаемому и ожидаемому сейсмопотенциалу.

Первые работы по глубинным сейсмическим исследованиям проведены в 1946-1952 гг. Г.А. Гамбурцевым. До начала 60-х годов прошлого столетия в сейсморазведке использовались почти исключительно продольные волны.

Практика исследований последнего 40-летнего периода показала, что одним из перспективных путей решения задачи о получении более полных и детальных данных о структуре и составе земной коры является одновременное использование волн различных типов и поляризации. Это обеспечивает получение согласованных и взаимно дополняющих данных об исследуемой среде и расширяет возможности геологической или петрофизической интерпретации.

Целью исследования является формирование методического комплекса региональной сейсмики для разработки структурно-скоростных моделей земной коры и верхней мантии Казахстана, являющихся опорными в глубинной геофизической основе оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

· Проведен анализ региональных особенностей консолидированного фундамента и новейших морфоструктур в связи с сейсмичностью.

· Осуществлены анализ и оценка роли региональной сейсмики в создании глубинной геофизической основы сейсмологических исследований.

· Сформирован информационно-методический комплекс структурно-скоростного моделирования с учетом особенностей литосферы высокосейсмичных и асейсмичных регионов.

· Разработаны характерные двумерные (2D) структурно-скоростных модели литосферы сейсмоактивных орогенов и слабосейсмичных платформ.

· Создана объемная (3D) Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона.

Географические координаты районов исследований: юго-восток Казахстана – 39ºN - 50ºN, 68Еº - 80ºE; запад Казахстана – 38ºN - 52ºN, 48ºE - 60ºE.

Личный вклад. Автором сформирован и многократно апробирован информационно-методический комплекс региональной сейсмики для разработки скоростных моделей литосферы Казахстана, являющихся опорными при создании глубинной геофизической основы фундаментальных и прикладных исследований по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений. Автором лично разработан ряд скоростных моделей по профилям (Кайдаш, 2003). В соавторстве создана объемная Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона, разработаны двумерные скоростные модели земной коры и верхней мантии Японского архипелага методом профильной томографии.

Научная новизна заключается в следующем: 

· Сформирован унифицированный методический комплекс структурно-скоростного моделирования литосферы на основе решения обратной задачи рефрагированных волн и применения профильной сейсмической томографии орогенных территорий, недоступных для ГСЗ.

· Разработаны типовые двумерные структурно-скоростные модели земной коры и верхней мантии орогенных и платформенных территорий Казахстана с единых методических позиций, проведен сопоставительный анализ особенностей этих моделей в связи с сейсмичностью.

· Создана объемная Р-скоростная модель земной коры и верхней мантии Прикаспийского региона.

Защищаемые положения:

1 Внутренняя структура литосферы при региональных сейсмических исследованиях наиболее эффективно отображается полем значений скорости в изолиниях, преимущественно регулярным внутри блоков и высокоградиентным – между ними, контролирующим пространственное положение деструктивных зон, часто сейсмогенерирующих.

2 Для изучения скоростной структуры литосферы высокосейсмичных орогенов предпочтительной (по методическим, организационным и экономическим показателям) является профильная сейсмическая томография, использующая материалы региональной сейсмометрии для создания систем годографов, совместимых с ГСЗ.

3 Разработанная объемная Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона является опорной базой данных создаваемой глубинной геофизической основы фундаментальных и прикладных сейсмологических исследований на западе Казахстана.

Связь данной работы с другими научно-исследовательскими работами. Работа выполнена в рамках программ фундаментальных исследований Института сейсмологии МОН РК в 2000-2008 гг.

Фактический материал. В основу работы положены материалы фундаментальных и прикладных исследований Института сейсмологии МОН РК по изучению глубинного строения и геодинамики литосферы сейсмоактивных районов Казахстана, полученные при непосредственном участии диссертанта в качестве одного из основных исполнителей. При этом предпочтение отдавалось первичным материалам в виде систем годографов продольных и поперечных рефрагированных волн по профилям ГСЗ (взрывная сейсмология) и профильной томографии (невзрывная сейсмология).

Практическая ценность. Результаты представляются важными при исследованиях сейсмических процессов и геодинамики литосферы сейсмоактивных регионов. В прикладном аспекте они используются непосредственно в составе глубинной геофизической основы сейсмического районирования Республики Казахстан, территорий Мангистауской и Актюбинской областей, а так же при оценке сейсмической опасности для объектов добычи, переработки и транспортировки углеводородов. Помимо сейсмологии, результаты региональной сейсмики находят широкое применение в смежных науках о Земле.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на семинарах и заседаниях Ученого Совета ИС МОН РК (2002-2007 гг.); на Международных симпозиумах и  конференциях в Алматы (Казахстан, 2002-2004 гг.), Бишкеке (Кыргызстан, 2002, 2005 гг.), Боровом (Казахстан, 2006 г.).

Работа выполнена под руководством д.т.н., профессора В.И. Шацилова, которому автор выражает глубокую благодарность и признательность. Автор благодарит за ценные советы и консультации д.г.-м.н., профессора А.В. Тимуша, д.ф.-м.н. А. Сыдыкова, к.г.-м.н. Ю.Г. Щербу. Особую признательность автор выражает дирекции Института сейсмологии, способствовавшей проведению исследований. Автор благодарна коллегам Н.П. Степаненко, Н.П. Белоусовой, Н.В. Силачевой, У. Кулбаевой, Т.И. Портенко за помощь и поддержку.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения. Объем работы – 146 страниц, 51 рисунок, 5 таблиц. Список использованных источников включает 197 наименований.

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

1  Региональная характеристика консолидированного фундамента

и новейших морфоструктур

1.1  Геологические комплексы консолидированного фундамента

Структурно-скоростное моделирование земной коры охватывает почти всю территорию Казахстана, геолого-тектонические комплексы которого являются частью Урало-Монгольского складчатого пояса. В качестве наиболее крупных структурных элементов приняты и охарактеризованы складчатые системы, выделенные Абдулиным (1994), Зайцевым (1984) и Воложем (1991).

Консолидированная кора в пределах складчатых систем разнородна по составу структурно-вещественных комплексов и времени их консолидации. В Прикаспийском регионе под палеозойско-мезозойским плитным комплексом предполагается наличие фундамента наиболее ранних эпох консолидации докаледонской и байкальской. Центральную и юго-восточную часть Казахстана занимают каледонские структурно-вещественные комплексы. Значительные площади под альпийским чехлом Туранской плиты и Центрального Казахстана занимают герцинские комплексы, а так же позднекаледонский и герцинский вулканические пояса. Огромные объемы в коре занимают гранитоидные интрузивные комплексы. Все эти особенности определяют строение литосферы, разрабатываемые модели которой предназначены для выяснения соотношений поверхностных и глубинных структур.

Выявленные особенности распределения сейсмичности в зависимости от деформационных структур, разрывных нарушений и инъективных структур относятся к верхней части консолидированной коры. Очаги землетрясений расположены обычно на глубинах 15-50 км. Разработка структурно-скоростных моделей земной коры сейсмоактивных орогенов и прилегающих асейсмичных платформ направлена, в основном, на объяснение генетической сущности и структурной связи сейсмичности с процессами в низах коры и верхней мантии.

1.2 Новейшие тектонические движения и их морфоструктура

К сейсмоактивному орогенному поясу Казахстана приурочены очаги сильных землетрясений, которые могут вызвать значительные разрушения зданий и неблагоприятные природные явления. Характер проявления новейших морфоструктур необходимо знать для понимания особенностей глубинного строения коры и мантии под сейсмоактивными орогенами и платформами.

В Казахстане альпийский цикл пре­образования земной коры и становления морфоструктур имеет три этапа (по Н.Н. Костенко) – раннеальпийский (100 млн. лет), среднеальпийский (110 млн. лет) и позднеальпийский (30 млн. лет). С последним отождествляется неотек­тонический этап, который начался в позднем олигоцене и еще не завершился. Одной из характерных черт тектонических процессов этого этапа явля­ются землетрясения.

Важной чертой строения орогенического пояса является вергентность складчато-глыбовых морфоструктур (Тимуш, 2001). Они образуют системы, в которых оси структур простираются в субширотном направлении, а сами системы расположены между региональ­ными и трансрегиональными сдвигами северо-западного простирания. Разработка моделей строения литосферы в областях орогенов и платформ и их сочленения, позволит выявить критерии сейсмичности этих геоструктур.

2  Развитие сейсмических исследований земной коры и верхней мантии

2.1 Обзор региональных сейсмических наблюдений по профилям

 Наибольшее развитие глубинные сейсмические исследования получили в 60-80-годах ХХ столетия. Главной задачей ГСЗ на первых этапах было определение мощности земной коры, ее внутренней а так же определение состава земной коры по скоростям сейсмических волн. С развитием многоволновой сейсмики и увеличением глубинности исследований круг решаемых задач расширился. Глубинная сейсмика определяет строение, петрофизические и физические характеристики не только земной коры, но и верхней мантии.

В Казахстане среди геофизических методов изучения строения земной коры и верхней мантий доминирующее значение приобрели региональные сейсмические методы: вначале КМПВ, затем ГСЗ и его комбинации с методом обменных волн землетрясений (МОВЗ).

Территория Казахстана покрыта наиболее густой, в пределах СНГ, сетью профилей региональных сейсмических зондирований: наибольшая плотность профилей на юго-востоке Казахстана и в Прикаспийской впадине, наименьшая – в пределах восточного Приаралья и Тургайского прогиба. Отсутствие на территории орогенов традиционной глубинной сейсморазведки восполнено профильной сейсмической томографией.

2.2 Роль региональной сейсмики в создании глубинной геофизической основы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений

Р-скоростные модели литосферы по сети пересекающихся региональных профилей являются минимально необходимой информацией в составе опорной базы геофизических данных при сейсмологических исследованиях. По ним создается объемная модель, превращаемая в многопараметрическую включением в нее следующих параметров, получаемых из данных многоволновой сейсморазведки и сейсмогравитационного моделирования с привлечением карт теплового потока: скорости поперечных волн Vs, отношения Vp/Vs, коэффициента Пуассона, плотности r, упругих модулей объемного К и одноосного Е сжатия, сдвига G, литостатического давления Р, температуры Т, мгновенной прочности на сдвиг tс и предельной упругой энергоемкости w.

Такое моделирование приобретает первостепенное значение при районировании слабосейсмичных территорий, характеризующихся дефицитом информации о пространственно-временном режиме сейсмичности.

Основное содержание диссертационной работы, согласно поставленной цели исследований, посвящено вопросам создания опорных Р-скоростных моделей литосферы.

3 Методика глубинных сейсмических исследований применительно

к сейсмоактивным районам

3.1 Основные этапы развития методики глубинных сейсмических

исследований

Выбор методики наблюдений для изучения строения земной коры сейсмическим методом чрезвычайно важен. На начальном этапе системы непрерывных наблюдений создавались для четырех основных групп сейсмических волн, связанных с осадочным, гранитным, базальтовым и подкоровым слоями литосферы (Беляевский, Вольвовские, Антоненко, Попов, 1960-1975). При этом на разрезах коры фиксировалось до пяти горизонтальных границ, среди которых наиболее устойчивыми являются поверхность фундамента и подошва земной коры М. Сгущение систем наблюдений и увеличение длины годографов в этих условиях не приводило к детализации разрезов.

По мере наращивания объемов глубинных сейсмических зондирований происходило совершенствование представлений о волновом поле и систем наблюдений, развитие технических средств и методов обработки материалов. Это позволило расширить круг задач, решаемых региональной сейсморазведкой.

Важной методической особенностью обработки материалов ГСЗ является исходное представление о волнах, регистрируемых в первых вступлениях, как о рефрагированных, независимо от формы их годографов. Все информативные материалы ГСЗ по территории Казахстана переобработаны в Институте сейсмологии МОН РК с единых методических позиций, обобщены и представлены к настоящему времени в форме объемных Р-скоростных моделей земной коры юго-востока Казахстана, литосферы Центральной Азии и Каспийского региона.

3.2 Особенности методики в сейсмоопасных районах

Основные особенности наблюдений ГСЗ на продольных (P) и поперечных (S) волнах заключаются в возможности получения детальных систем годографов продольных, поперечных и обменных волн для составления многопараметрических моделей литосферы, описывающих ее слои изолиниями скорости.

Обработка материалов проведена в следующей последовательности (Шацилов, 1993): 1 – составление двумерных моделей в изолиниях скорости на основе решения обратной кинематической задачи рефрагированных волн; 2 – построение границ обмена и отражающих; 3 – уточнение моделей посредством итеративного решения прямой кинематической задачи рефрагированных волн. Такая схема обработки материалов дает возможность получать информативные модели коры с высокой надежностью и позволяет выявить мозаичное строение верхней части коры со сложной формой скоростных и структурных неоднородностей. В нижней части коры эти неоднородности выполаживаются, значительно увеличиваясь в размерах по горизонтали. Полученные модели детализируют прежние построения, базирующиеся на преломленных волнах.

Переинтерпретация ретроспективных материалов с единых методических позиций привела к возможности их дальнейшего использования для создания объемной модели литосферы на геодинамической основе по комплексу геолого-геофизических данных.

Профильная томография. При изучении глубинного строения сейсмоактивных районов особое значение приобретают наблюдения на Р и S волнах. На платформенных территориях достаточно трехкомпонентных наблюдений ГСЗ, а в орогенных аналогичные системы наблюдений создаются привлечением методики профильной томографии на основе материалов региональной сейсмометрии. Формирование систем годографов производится с помощью записей региональных станций и их обработки с применением методик, разработанных для ГСЗ (Шацилов, 1994, 1995), и с учетом известного в сейсморазведке принципа, допускающего взаимную замену пунктов возбуждения и наблюдения колебаний. Для формирования годографов представляют интерес времена вступлений волн Р, Pg, Pn и S, Lg, Sn местных землетрясений.

Первая апробация методики осуществлена на профиле Вэнцюань-Терексай   протяженностью  более   900  км. Полученные результаты сопоставлены с данными ранее обработанных профилей в этом районе. Сравнение подтвердило эффективность методики профильной томографии для построения глубинных разрезов в высокосейсмичных регионах. На разрезах наблюдается сложная мозаичная структура полей скорости.

3.3 Решение обратной задачи

При глубинных сейсмических исследованиях, особенно в высокосейсмичных орогенах с осложненной внутренней структурой литосферы, результаты наиболее полно и эффективно отображаются при решении обратной задачи по системе годографов рефрагированных волн и представляются в форме изолиний скорости в плоскости разреза. При формировании двумерных скоростных моделей по региональным сейсмическим профилям предпочтение отдано способу решения обратной задачи по методике и программе, разработанных в Институте геологии и геофизики СО РАН (Мишенькина, 1983). Этот способ до настоящего времени остается наиболее эффективным при выделении в разрезе скоростных неоднородностей. Достигнутая точность построений для верхней части коры – 0,5 км/с, а для консолидированной коры и мантии – 0,2 км/с.

4 Двумерные структурно-скоростные модели литосферы сейсмоактивных орогенов и прилегающих асейсмичных платформ

Переобработка профилей глубинных сейсмических исследований на территории Казахстана проведена с единых методических позиций. По наиболее значимым из них для геолого-тектонической и геодинамической интерпретации представлены иллюстрации с краткой характеристикой структуры скоростных полей в соответствии с принятой классификацией слоев консолидированной коры и верхней мантии. В ряде случаев результаты сопоставлены с авторскими, полученными на основе существовавших представлений о волновом поле и соответствующих им методик обработки. Сопоставление однозначно свидетельствует в пользу первых по информативности данных о внутренней структуре и вещественном составе консолидированной коры и верхней мантии.

4.1 Характеристика волнового поля при наблюдениях ГСЗ и ГСЗ-МОВЗ

Пo лучевому признаку прохождения через разрез земной коры рефрагированные волны Р и S подразделяются на четыре группы, связанные с осадочным слоем (Ро, Sо), с верхней частью консолидированной коры (Р, Р, S, S), с нижней частью консолидированной коры (Р, S), с подошвой коры (граница М) и верхней мантией (Р, S). Имеются существенные различия структуры волновых полей юго-востока Казахстана и Прикаспийского региона. Для построения сейсмических разрезов МОВЗ применены записи волн Р и PS от далеких землетрясений.

Характер поля рефрагированных, отраженных и обменных волн указывает на две четкие сейсмические границы, контролирующие кровлю и подошву консолидированной коры, и менее протяженные внутрикоровые границы.

Скоростные модели по профилям относятся к масштабу региональных. Их описание и сопоставительный анализ проводятся по слоям, принятые геофизические и петрофизические представления о которых представлены в таблице:

 

Таблица 1 Структурно-вещественные комплексы слоев коры и верхней мантии

 

Структурно-вещественные комплексы стратифицированных и геофизических слоев коры и верхней мантии

Скорость Vp, км/с

Платформенный чехол

Мезозойско-кайнозойский комплекс

< 4,0

Палеозойский комплекс

4,0-5,5

 

МОХО

 
Консолидированная кора

Гранито-гнейсовый (сиалический) верхнекоровый слой

Вулканогенно-метаморфический палеозойский комплекс

 

5,6-6,0

Метаморфический комплекс докембрия

6,0-6,4

Гранулито-гнейсовый (базитовый) среднекоровый слой

6,4-6,8

Гранулит-базитовый (ультрабазитовый) нижнекоровый слой

6,8-7,2

Переходный слой от коры к мантии (коромантийная смесь)

> 7,2*

 

 

Верхняя мантия

 

Активная

Для Казахского щита, эпиплатформенных орогенов и впадин

< 8,2*

Для Туранской плиты и Прикаспийской впадины

< 8,0*

 

Нормальная

Для Казахского щита, эпиплатформенных орогенов и впадин

8,2-8,4

Для Туранской плиты и Прикаспийской впадины

8,0-8,4

Высокоскоростная (высокоплотностная)

> 8,4

* Численные значения Vp при переходе через границу М от коромантийной смеси к активной мантии обычно четко не устанавливаются.

 

4.2 Разрезы по профилям ГСЗ

Из переобработанных профилей ГСЗ в диссертации представлены  пять: Черемшан-Уральск (рисунок 1), Арысь-Балхаш, Атрек-Сагиз-Абдулино, Темиртау-Куйбышев, Волгоград-Челкар-Тургайский.

 На авторском варианте разреза Черемшан-Уральск (рисунок 1а) получены четыре преломляющие границы, интерпретируемые сверху вниз как поверхность кристаллического фундамента, граница внутри гранитного слоя, поверхность базальтового слоя и подошва земной коры М, схематично отображающие строение коры в соответствии с возможностями методики КМПВ.

Скоростная модель (рисунок 1б) свидетельствует об очень сложной структуре платформенной коры юго-востока Восточно-Европейской платформы, в которой нет плоских внутрикоровых границ.

В итоге по обработанным профилям ГСЗ выявлены следующие особенности: разрезы в изолиниях скорости являются существенно более дифференцированными по внутренней структуре консолидированной коры и верхней мантии; решающую роль на формирование сейсмичности оказывают эпиплатформенные и эпигеосинклинальные орогены; повышенная мощность верхнего сиалического слоя консолидированной коры и пониженная – нижних базитового и ультрабазитового являются признаком ее повышенной сейсмичности; кора высокосейсмичных орогенов наиболее подвержена литолого-петрофизическим преобразованиям под воздействием активной мантии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Р-скоростная модель по профилю Черемшан-Уральск: а – авторский вариант, б – результаты обработки системы годографов с применением обратной кинематической задачи рефрагированных волн

 

4.3 Разрезы по профилям ГСЗ-МОВЗ.

Комплексирование ГСЗ и МОВЗ повышает достоверность сейсмических построений и обеспечивает экспериментальную основу для решения вопросов методики наблюдений и обработки волн различных типов и поляризации при искусственных (ГСЗ) и естественных (МОВЗ) источниках. В работе представлены два профиля, расположенные в Прикаспийском регионе (Эмба-Колпашево) и на западной периферии Казахского щита (Каратау-Николаевка).

Р-скоростная модель консолидированной коры на обоих профилях (за исключением Прикаспийской впадины на юго-западе первого) в целом соответствует платформенному типу с общей мощностью порядка 40 км и примерно равными значениями мощности сиалического и обобщенного базитового слоев при осложнениях их внутренней структуры в виде высокоскоростных выступов в зонах перехода от впадин к орогенам.

4.4 Сводные разрезы ГСЗ и профильной сейсмической томографии

Разработаны скоростные модели по серии геотраверсов, представленные согласующимися данными профильной томографии в пределах орогенов Тянь-Шаня – Памира и классического ГСЗ на прилегающих с севера платформах.

Использование данных профильной томографии обеспечило возможность однородного по информативности моделирования литосферы высокосейсмичных территорий, что имеет решающее значение при сейсмологических исследованиях на юго-востоке Казахстана. Опорными в серии комбинированных профилей, пересекающих в различных направлениях названные орогенные и платформенные структуры, являются Фергана-Подгорное, Сарыташ-Саякский и Восточный, иллюстрируемые и охарактеризованные в диссертации. Модели содержат все характерные особенности скоростной структуры литосферы высокосейсмичных орогенов, асейсмичных платформ и зон перехода между ними.

4.5 Апробация методики профильной сейсмической томографии на материалах сейсмометрии Японии

Эффективность методики профильной сейсмической томографии апробирована на статистически представительных материалах Японии по двум примерно 1000-километровых профилям вдоль островной дуги в северо-восточном и субширотном направлениях и одному вкрест ее простирания, проходящему через очаг сильного землетрясения (1995 г., М=7,3) в Кобе.

Годографы по профилям вдоль островной дуги формировались по временам первых вступлений продольных и поперечных волн, исправленным за глубину очага. Достигнутая глубинность Р-скоростных 80 км, S-скоростных – 40 км. Получена сложная скоростная структура среды, согласующаяся с элементами региональной тектоники. Детальность разрезов примерно на порядок выше по сравнению с японскими данными глубинной 3D томографии района.

Полученные данные представляются важными, повышающими уровень доверия к аналогичным построениям в Казахстане.

Построение скоростных моделей по профилю через очаг сильного землетрясения в Кобе выполнено для периодов до и после землетрясения (Шацилов и др., 2004). Двумерные модели Vp/Vs представлены на рисунке 2. Очаг расположен в центральной части разрезов.

В итоге установлены максимально повышенные значения Vp и Vs и пониженные значения Vp/Vs в зоне очага в предшествующий период, что соответствует консолидационной модели подготовки очага И.П. Добровольского (1991) и противоречит другим обсуждаемым моделям (Мячкин, 1978; Соболев, 1988). Выявлена мозаичная скоростная структура области подготовки очага до землетрясения, адекватно описываемая моделью А. Сыдыкова (1997).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подпись: а – в предшествующий период; b – в последующий период. Звездочка - положение инст-рументального очага Кобе,95; наклонная линия - след плоскости разрыва [по Kikuchi M.]  

Рисунок 2 – Двумерные модели Vp/Vs

5 Объемные скоростные модели литосферы Казахстана

5.1 Формирование  объемных скоростных моделей

Результаты интерпретации глубинных сейсмических исследований представляются в виде двумерных скоростных моделей, по которым затруднительно судить о морфологии выделенных структур в пространстве. Повышение информативности обеспечивается созданием объемных скоростных моделей земной коры и литосферы в целом. Опыт построения подобных моделей небольшой (Краснопевцева, 2000; Dziewonski, 1981; Адамова, 2005).

Результаты объемного скоростного моделирования земной коры юго-востока Казахстана и литосферы Прикаспийского региона получены по материалам двумерного моделирования вдоль региональных профилей.

Объемные Р- и S-скоростные модели земной коры юго-востока Казахстана и сопредельных территорий составлены на основе двумерных по 22 геотраверсам и имеют размеры с запада на восток 1080 км, с юга на север 1160 км, по глубине 40 км в пределах примерно 39°N-50°N и 68°E-80°E. Объемная Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона составлена на основе двумерных по 50 геотраверсам – размеры с запада на восток 1400 км, с юга на север 1960 км, по глубине 70 км в пределах примерно 38°N-52°N и 44°Е -64°Е.

Хронологически первыми разработаны скоростные модели земной коры юго-востока Казахстана до глубины 40 км. На их основе созданы многопараметрические модели. В начале этого этапа еще недооценивалась важность охвата моделированием приподошвенных объемов нижней коры и верхней мантии, с которыми связаны важнейшие критерии сейсмичности литосферы. Необходимость моделировать не кору, а литосферу определилась в процессе разработки этой модели. При разработке следующей объемной Р-скоростной модели Прикаспийского региона ее размер по глубине увеличен до 70 км. Работа по Р-скоростному двумерному и объемному моделированию литосферы Прикаспийского региона диссертанта выполнена с целью пополнения банка данных о внутреннем строении и физическом состоянии литосферы Казахстана как глубинной геофизической основы ее геодинамического моделирования.

5.2 Структурные особенности объемных скоростных моделей

5.2.1 Структурно-скоростные модели юго-востока Казахстана

Объемная скоростная модель земной коры юго-востока Казахстана может быть представлена в виде 17 горизонтальных срезов или разрезов в любом направлении, от поверхности до 40 км с дискретностью по глубине 2,5 км.

Для создания объемной Р-скоростной модели литосферы Тянь-Шаня и прилегающих территорий до глубины 300-500 км использованы данные Института сейсмологии МОН РК по коре и результаты 3D томографии, полученные в Сейсмологическом бюро СУАР КНР.

Наиболее информативным для геодинамических обобщений и интерпретаций является представление Р-скоростной модели коры набором структурных карт скоростных уровней от 6,0 км/с через 0,4 км/с и характерными схемами мощности слоев между скоростными уровнями, отождествляемыми, в зависимости от численных значений Vp, со слоями консолидированной коры, коромантийной смесью (между 7,2 км/с и границей М) и активной мантией (между границей М и 8,0 км/с).

Из Р-скоростных уровней консолидированной коры наибольший интерес с позиций контрастности перехода от орогена к платформе представляют структурные схемы 6,0 км/с и 6,4 км/с (рисунок 3). Первая (а) примерно соответствует кровле допалеозойского фундамента (в пределах асейсмичной платформенной коры), и не поддается уверенной стратификации в высокосейсмичных орогенах, подвергнутых сильному температурному воздействию. Вторая схема (б) интерпретируется как кровля внутрикорового гранулито-гнейсового (базитового) слоя консолидированной коры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Структурные схемы скоростных уровней 6,0 км/с (a) и 6,4 км/с (б)

 

Карнизы и выступы на схемах контролируют эпицентры большинства сильных землетрясений региона (М³6) как закономерно концентрирующиеся в пределах сейсмогенерирующих зон, особенно на северной и южной границах орогена. На платформенной части территории локальные низкоскоростные включения на верхних и средних гипсометрических уровнях коры контролируют волноводы.

5.2.2 Р-скоростные модели Прикаспийского региона

Исходной информацией для 2D Р-скоростного моделирования литосферы вдоль региональных сейсмических профилей Прикаспийского региона явились опубликованные и фондовые материалы за период с 1959 по 2004 год.

Для создания 3D Р-скоростной модели (Нусипов и др., 2006) значения Vp представлены в узлах равномерной матричной сетки с шагом 20 км ´ 20 км по латерали и 2 км по глубине.

В качестве иллюстрации данных Р-скоростного «куба» по глубине выбрана серия параллельных разрезов, пересекающих важнейшие тектонические элементы Прикаспийского региона с юго-запада на северо-восток. Три из них представлены на рисунке 4. Разрезы сопровождены очагами местных землетрясений за 40-летний период в полосе шириной ±50 км вдоль них.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 Р-скоростные модели и очаги землетрясений

по профилям: а-0с, б-2, в-3а

 

Отличительной особенностью разрезов по профилям 0с и 2, является выраженная изолиниями скоростная структура и сейсмофокальные плоскости, отображающие зону субдукционного сочленения структур Кавказа и Южного Каспия со структурами Туранской плиты, расположенными северо-восточнее. При продвижении по сейсмофокальной зоне с северо-запада на юго-восток (от профиля 0с до профиля 2) плотность очагов землетрясений заметно убывает, затем вновь возрастает, но с изменением погружения фокальной плоскости на близвертикальное. Здесь (в пределах профилей 0с-2), как и на юго-востоке Казахстана, максимальная концентрация очагов землетрясений сопровождается большой мощностью активной мантии (пониженные значения Vp).

На профиле 3а (рисунок 4в), проходящем через область сочленения структур Копетдага с Туранской плитой, вновь, характеризуемую высокой сейсмической активностью, но уже с близвертикальным погружением сейсмофокальной зоны, мощность активной мантии существенно убывает.

Наиболее полным представлением Р-скоростного «куба» является набор структурных схем скоростных уровней 5,6; 6,0; 6,4; 6,8; 7,2 и 8,0 км/с. На рисунке 5 представлены две из них (6,0 и 6,8 км/с), а так же мощность коромантийной смеси и активной мантии. Схемы на региональном уровне представляют собой новую информацию в пределах Прикаспийского региона, выгодно отличающуюся по дифференциации от результатов предыдущих обобщений. Особо важное значение среди материалов о внутренней структуре литосферы имеют данные о ее приподошвенной части: выше и ниже поверхности М.

 

 

 

 

 

 

Подпись: а – 6,0 км/с; б – 6,8 км/с и мощности: в – коромантийной смеси (между Р-скоростным уровнем 7,2 км/с и подошвой М); г – активной мантии (между подошвой М и Р-скоростным уровнем 8,0 км/с)

Рисунок 5 – Структурные схемы Р-скоростных уровней и мощности приподошвенных слоев коры и верхней мантии

В итоге объемного Р-скоростного моделирования литосферы Каспийского региона получена возможность сопоставительного анализа и интерпретации особенностей скоростной структуры земной коры и зоны перехода кора-мантия. Это значительно увеличивает объем информации об исследуемой среде.

Созданная объемная Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона, учитывающая предыдущий опыт моделирования земной коры юго-востока Казахстана, может рассматриваться в качестве опорной базы данных для глубинной геофизической многопараметрической основы сейсмологических исследований.

5.2.3 Структура основных элементов литосферы Казахстана

На основе объемных Р-скоростных моделей литосферы юго-востока Казахстана и Прикаспийского региона, в сочетании с данными региональных сейсмических профилей, обобщений по опорным сейсмическим горизонтам, геологического картирования и бурения на остальной территории Республики, разработаны схемы, существенно обогащающие сведения о ее важнейших структурных элементах: кровли и подошвы консолидированной коры, мощности активной мантии.

Схема поверхности докембрийского метаморфического фундамента (Р-скоростного уровеня 6,0 км/с). Схема на преобладающей части территории генерализованно отображает кровлю докембрийских образований, являясь внутренней границей гранито-гнейсового слоя (со­стоящего из двух подслоев) верхнего сиалического комплекса консолидированной коры.

Структурная схема активной мантии на фоне подошвы земной коры (М). Схема разработана на основе комплекса данных 2D и 3D Р-скоростного моделирования на юго-востоке Казахстана и Прикаспийского региона, по данным 2D моделирования на отдельных профилях и совокупности фондовых и опубликованных источников по остальной территории.

В результате сопоставления структуры активной мантии с пространственным режимом сейсмичности установлена устойчивая зависимость: очаги сильных землетрясений (М³6) повсеме­стно фиксируются в пределах орогенов, подстилаемых слоем активной мантии повышенной мощ­ности, на асейсмичных территориях активная мантия отсутствует. Эти характеристики мощности слоя активной мантии явились исходны­ми при ее картировании на фоне рельефа подошвы земной коры. В пределах платформ и орогенов юго-востока Казахстана подкоровая активная мантия характеризуется значениями Vp<8,2 км/с, а нормальная – значениями Vp³8,2 км/с. В Каспийском регионе активная мантия имеет значения Vp<8,0 км/с, a Vp=8,0-8,2 км/с устойчиво прослеживаются в нижележащем слое мантии.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате диссертационного исследования получены следующие основные результаты, направленные на достижение поставленной цели формирования информационно-методического комплекса региональной сейсмики для разработки структурно-скоростных моделей литосферы Казахстана, являющихся опорными в глубинной геофизической основе оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений:

Установлены важнейшие черты геологической структуры верхней части коры, которые определяются наличием консолидированного фундамента и альпийского чехла. Кора разнородна по структурно-вещественным комплексам и времени их консолидации. В составе геологической основы исследований разрабатываемые модели верхней части коры предназначены для выяснения соотношения поверхностных и глубинных структур в связи с сейсмичностью. Разрабатываемые модели литосферы в зонах сочленения орогенных и платформенных морфоструктур позволяют выявить особенности их глубинного строения и генезис сейсмичности.

В процессе создания информационно-методического комплекса региональной сейсмики проанализированы разработанные ранее многопараметрические 3D модели земной коры юго-востока Казахстана, являющиеся уникальной базой данных глубинной геофизической основы оценки сейсмической опасности. При этом базовыми параметрами, с помощью которых определяются физические, энергетические и литологические характеристики геологической среды, являются значения скорости распространения в ней продольных и поперечных сейсмических волн и плотность горных пород.

Усовершенствованы методы обработки материалов сейсморазведки. В результате сейсморазведка превратилась в многоволновую, в которой при обработке первых вступлений волн преобладает структурно-скоростное моделирование геологической среды на основе решения обратной кинематической задачи рефрагированных волн. При решении задач оценки сейсмической опасности стало возможным использование поперечных волн наравне с продольными, а в высокосейсмичных орогенах, помимо этого, – создание систем годографов типа ГСЗ для их обработки по методике профильной сейсмической томографии.

Проведена переобработка региональных профилей ГСЗ и КМПВ в пределах Казахстана и прилегающих территорий с единых методических позиций по природе волн и способам решения обратной задачи. Наиболее показательные из них проанализированы. Сопоставление полученных двумерных скоростных моделей в изолиниях с результатами ретроспективной геометрической сейсмики убедительно свидетельствует в пользу первых по информативности о внутренней структуре литосферы.

Установлены характерные особенности строения литосферы важнейших геотектонических областей Казахстана – эпиплатформенных орогенов; древней, молодой плит и фундамента эпигерцинской платформы.              

На основе разработки и реализации информационно-методического комплекса создана объемная Р-скоростная модель литосферы Прикаспийского региона, являющаяся конечным итогом диссертационного исследования, имеющим базовое значение для ее превращения в многопараметрическую.

 

       

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

 

1        Шацилов В.И., Такаяма Х., Жунусова А.Ж., Кайдаш Т.М. и др. Разработка 2-D скоростных моделей тектоносферы Японии по данным региональной сейсмометрии //Предотвращение последствий разрушительных землетрясений: докл. 2 Каз.-Яп. семин. 23-25 сент. 2002. Алматы: ЭВЕРО, 2003. – С. 145-150.

2        Shatsilov V.I., Takayama H., Zhunusova A., Kaidash T.M. 2-D velocity model development for tectonosphere of Japan on the base of regional seismometry data //Problems of destructive earthquake disaster prevention: рroc. of the second Kaz.-Japan work shop 23-25 sept., 2002. Almaty: Evero, 2003. – P. 142-147.

3        Шацилов В.И., Такаяма Х., Жунусова А.Ж., Степаненко Н.П., Кайдаш Т.М. Вариации Vp/Vs в очаговой зоне землетрясения в Японии 17 января 1995 г. //Современная геодинамика и сейсмический риск Центральной Азии: доклады 5 Каз-Кит. межд. симп. 24-27 сентября 2003 г. – Алматы, 2004. – С. 48-58.

4        Shatsilov V.I., Takayama H., Zhunusova A., Stepanenko N.P., Kaidash T.M. Vp/Vs variation in the source zone of January 17 1995 earthquake in Japan //Modern geodynamics and seismic riskof central Asia. Proc. of the fifts Kaz-Chin. in tern. symp. September 24-27, 2003. – Almaty, 2004. – P. 40-41.

5        Шацилов В.И., Тимуш А.В., Кайдаш Т.М. и др. Особенности строения литосферы Тянь-Шаня и прилегающих платформ //Геодинамические, сейсмологические и геофизические основы прогноза землетрясений и оценки сейсмического риска: докл. Каз-Росс. конф. 22-24 июня 2004 г. – Алматы, 2005. – С. 118-129.

6        Кайдаш Т.М. Результаты переинтерпретации материалов ГСЗ по северному борту Прикаспийской впадины //Геодинамические, сейсмологические и геофизические основы прогноза землетрясений и оценки сейсмического риска: докл. Каз-Росс. конф. 22-24 июня 2004 г. – Алматы, 2005. – С. 341-346.

7        Степаненко Н.П., Кайдаш Т.М., Белоусова Н.П., Шацилов В.И. Объемная температурная модель земной коры среднеазиатского Тянь-Шаня и прилегающих территорий //Геодинамика и геоэкология высокогорных регионов в XXI веке: материалы 3-го межд. симп. – Бишкек,  2005. – С. 144-152

8        Нусипов Е.Н., Кайдаш Т.М. и др. Объемное Р-скоростное моделирование литосферы Каспийского региона //Геология и охрана недр. – 2006. – №1. – С.  52-59.

9        Кайдаш Т.М., Степаненко Н.П. Геофизическая основа многопараметрического моделирования земной коры //Известия НАН РК. – 2006. – №1. – С. 58-62.

10   Кайдаш Т.М. Р-скоростная структура литосферы в районе Мугоджар //Промышленность Казахстана. – 2007. – №6(45). – С. 46-48.

 

 

 

 

 

 

 

Кайдаш Татьяна Михаилқызы

 

25.00.10 – геофизика, пайдалы қазбаларды іздеудің геофизикалық әдістемелері

 

Қазақстанның жоғарғысейсмикалық оңтүстік-шығыс

аудандарының жер қыртысының көп параметрлі үлгісін жасау

 

Тұжырым

 

Зерттеу жұмысы жер қыртысының және Қазақстанның жоғарғы  мантиясының құрылымды – жылдамдық үлгісін жасауда, тереңдікті геофизикалық негізде жер сілкінісін болжау мен сейсмикалық қаупті бағалаудың негізі болатын, аймақтық сейсмика мәліметтілігінің кешенді   әдістемесін түзуге  бағытталған.

Жер қыртысының жоғарғы бөлігінің геологиялық құрылымының маңызды белгілері, іргетасының бірігуімен және альпийлік тыс арқылы анықталды. Жер қыртысы құрылымды-заттық түрде және олардың бірігу уақыты бойынша әртүрлі болып келеді. Зерттеудің геологиялық негізінде, жер қыртысының жоғарғы бөлігінің қарастырылып отырған әдістемелері беткі және тереңдікті құрылымдардың сейсмикалылығының қатынасын анықтауға арналған. Литосфераның қарастырылып отырған үлгісі орогенді және платформалық морфоқұрылымның түйіскен жапсарларындағы тереңдік құрылымдары мен сейсмикалылықтың пайда болу ерекшеліктерін анықтайды.

Осы нәтижелер сейсмикалық процесстерді және сейсмикалылығы жоғары аймақтардағы литосфераның геодинамикасын негізгі және іс жүзінде қолданылатын зерттеулерде, сонымен бірге аймақтың сейсмикалық қауіптілігін, көмірсутегін шығаратын және қорытып, тасымалдайтын  нысандарды бағалауда пайдаланылады. Сейсмологиядан басқа, аймақты сейсмиканың нәтижелері Жер ғылымының қосалқы ғылымдарында геотектоникалық және геодинамикалық аудандауда және пайдалы қазбаларды аймақтықболжауда, тағыда басқада зерттеулерде пайдаланылады.

Жер қыртысы мен жоғарғы мантияның тереңдікті геофизикалық негіздерін жасауда сейсмологиялық зерттеулердің жетілдірулері талданып, маңызы анықталды. Өте тыңғылықты түрде, тығыз орналасқан тереңдікті сейсмикалық бақылау профилдер желісімен,  Қазақстанның  оңтүстік-шығысы мен Каспий маңы ойысы  және шығысқа қарай Арал маңы мен Торғай ойысы зерттелді.

Тереңді сейсмикалық зондлауға жарамайтын, орогенді аймақтардың профилдік сейсмикалық томографиясына пайдаланылатын және рефрагиро-ванды толқындардың кері есептерін шығару барысында, литосфераның құрылымды-жылдамдық үлгісінің кешенді әдістемесі үйлестіріліп  құрылды.

 

 
Осы таңдалып алынған ақпараттарды  өңдеу әдісі жер қыртысының мәліметті үлгісін, өте жоғарғы дәлдікпен алуға жағдай жасайды. Қазақстан көлемінде және оған шектес толқындар табиғатымен біртекті әдістемелік позициялы аймақтарда және кері есептеулер әдістемелері бойынша, тереңді сейсмикалық зондлауға және сынған толқындардың өзарабайланысты әдістемелері бойынша аймақтық профилдер өңдеуден өтті. Олардың ішіндегі ең көрнектісі талданып, талқыланды.  Алынған екі өлшемді жылдамдық үлгілері, жоғарғы дәлдікте, бұрынғы алынған геометрикалық сейсмиканың изосызықтарыменен және мәліметтігі бойынша литосфераның ішкі құрылымымен сәйкес келеді.

Орогендер аумағында қалыптасқан тереңдікті сейсмикалық барлаудың жоқтығы, осы профилді сейсмикалық томографиямен толықтырылды. Тянь-Шань және Памирдің жоғары сейсмикалық орогендерінің литосферасына пайдаланған профилді сейсмикалық томографияның әдістемелері арқылы  алынған нәтижелер  көрсетілді, сонымен қатар Жапонияның сейсмометрлері арқылы алынған мәліметтерменде тексерілді; қатты жер сілкіністер ошағының аумағындағы Vp/Vs мәндерінің уақыт бойынша өгерулерінің жаңа мәндері алынды. Келтірілген мысалдар жер қыртысының жылдамдық құрылымдарының және жоғарғы мантияның жоғарғы сейсмикалық орогендерінің, сейсмикалық емес платформаның және олардың арасындағы аймақтарың барлық өздеріне лайық ерекшеліктері ескеріле отырып жасалды.

Аумақтық профильдер бойымен екі өлшемді әдістемелердің мәліметтері арқылы, Қазақстанның  оңтүстік-шығысының жер қыртысы мен Каспий аумағының литосферасының көлемдік жылдамдық үлгілері бойынша алынған нәтижелер көрсетілді.

 Қазақстанның  оңтүстік-шығысының жер қыртысы ертеректе жасалған көппараметрлі 3D әдістемесі арқылы, көлемдік Р- және S- жылдамдық үлгілері  тереңдігі 40 км. Екі өлшемді тереңдігі 70 км.

Осы құрылған көлемді сандық үлгілер ерекше гипсометрлік деңгейлердің кесінділері арқылы,  көздеген бағыттағы алмасып тұратын қималар сериясымен және өзіне тән сипаттағы жылдамдық деңгейлерінің құрылымды ықшамсызбаларының жиынтығы арқылы көрсетілген. Қорыта келгенде, Каспий аумағының литосферасының көлемдік Р-жылдамдық үлгілері бойынша салыстырмалы талдау және жер қыртысының жылдамдық құрылымының ерекшеліктерімен жер қыртысы мантиясына өту аумағын қарастыру мүмкіндігі туды.

Қазақстанның оңтүстік-шығысының жер қыртысы мен Каспий аумағының литосферасының көлемдік Р-жылдамдық үлгілері ескеріле отыра, үстіңгі және табанғы шоғырланған жер қыртысының, активті мантияның қуаттылығының сызбалары жасалды. Келесі орнықты тәуелділік бекітілді: күшті жер сілкіністер ошағы (М³6) жоғарғы қуатты активті мантияның қабаты төселген орогендер аралығында жаппай белгіленді, ал сейсмикалылығы төмен аймақтарда қуатты мантия кездеспейді. Қазақстанның оңтүстік-шығысының орогендері мен платформасының аралығында табанғы активті мантия Vp<8,2 км/с мәндерімен. Каспий аймағында активті мантия Vp<8,0 км/с.

Диссертациялық ғылыми ізденістің негізгі жемісі, көппараметрлі үлгіге айналатын Каспий аумағының литосферасының көлемдік Р-жылдамдық үлгілерінің мәліметті – методикалық кешенінің анықталып, қолданысқа кіргізілуі болып табылады.

Kaidash Tatyana Mihailovna

 

Speciality 25.00.10 – Geophysics, geophysical  methods of mineral exploration

 

Multiparametrical model of the earth crust of seismically active аreas  in the southeast of Kazakhstan

 

Summary

 

The study is aimed to make the information-methodical complex of regional seismics for development of structure-velocity models of the Kazakhstan's earth crust and upper mantle, which are basic for seismic hazard assessment and earthquake prediction in terms of deep geophysics. 

Important features of the geological structure of the upper part of the mantle, induced by the presence of the consolidated basement and the alpine cover, have been determined. The crust differs in structural-substantial complexes and in time of their consolidation. The developed upper crust models are the geological base to reveal the proportion of surface structures and deep structures in view of seismicity. The developed models of the lithosphere in the zones of orogenic and platform morphostructure conjunctions permit to determine characteristics of their deep structure and genesis of seismicity.

The region under study covers southeast of Kazakhstan and the adjacent territories within 39N - 52N, 68E - 80E as well as western  part of Kazakhstan within 38N - 52N, 48E - 60E.

The results are of interest of basic and applied study in seismic processes and lithosphere geodynamics as well as in seismic hazard assessment of territories and objects of production, processing and transportation of carbohydrates. In addition to seismology the results of regional seismics are widely applied in allied Earth sciences for geotectonic and geodynamical zoning, regional prognosis of mineral resources and for other studies.

The progress and role of seismic study of the earth crust and upper mantle in the creation of a deep geophysical basis of seismological study has been analyzed. The territory of southeast of Kazakhstan and the Near-Caspian Depression covered by the sufficiently dense net of deep seismic observation profiles has been the most studied while the eastern Near-Aral area and the Turgai Trough – less studied.

The unified methodical complex of velocity-structure modeling of the lithosphere has been developed on the base of the refracted wave inverse problem decision and with use of profile seismic tomography of orogenic territories inaccessible with deep seismic sounding.

The chosen technique of data processing provides informative earth crust models with high reliability. Reprocessing of the regional profiles obtained by deep seismic sounding and the refracted wave correlation method has been carried out within Kazakhstan and the adjacent territory on the base of a unified methodical approach to nature of waves and of ways of inverse problem decision. The most demonstrative profiles have been analyzed. The comparison of the obtained 2D velocity models in isolines with the results of retrospective geometrical seismics is a cogent evidence of the advantage of the former because of their comprehension of the inner structure of the lithosphere.

The absence of the tradition deep seismic prospecting in the territory of orogens has been filled by the profile seismic tomography. The results of application of the method of profile seismic tomography of the lithosphere of the Tien Shan' and Pamirs' high seismic orogens are presented as well as its approbation for seismometric data of Japan; new data about time variation of the Vp/Vs value in the source zone of a strong earthquake have been obtained. The presented examples include all typical features of the crust and upper mantle velocity structure in high seismic orogens, aseismatic platforms and transition zones between them.

The results of 3D velocity modeling of the earth crust in the southeast of Kazakhstan and of the lithosphere in the Near-Caspian region, obtained on the base of 2D modeling along the regional profiles, are presented.

The earlier developed multi-parametric 3D models of the earth crust in the southeast of Kazakhstan, which P- and S- velocity 3D-models had been obtained on the base of 22 geological traverses 40 km deep, have been analyzed. The 3D P-velocity model of the Near-Caspian lithosphere has been made on the base of the 2D models along 50 geological traverses 70 km deep.

The developed 3D digital models are presented in the form of slices at specific hypsometric levels by a series of alternating sections in the specified direction and by a set of structure charts of specific velocity levels. The 3D velocity modeling of the Caspian region lithosphere provided the possibility to carry our the comparative analysis and interpretation of velocity structure features of the earth crust and the crust-mantle transition zone, that considerably increases the body of information about the medium under investigation. 

The schemes of the consolidated crust's roof and bottom and of the active mantle thickness have been developed on the base of the 3D velocity models of the lithosphere in southeastern Kazakhstan and in the Near-Caspian region. The stable relation has been established: the sources of the strong earthquakes (M³6) are fixed everywhere within the orogens with heavy underlying layer of the active mantle, and the active mantle is absent in the aseismic territories. Within the platforms and orogens of the southeast of Kazakhstan the undercrustal active mantle has Vp<8,2 km/s and  the normal mantle – Vp³8,2 km/s. In the Caspian region the active mantle has Vp<8,0 km/s while Vp=8,0-8,2 km/s are stably observed in the lower layer of the mantle.

On the base of the information and methodical complex development and realization the 3D p-velocity model of the Near-Caspian region lithosphere has been made which is the final result of the thesis study that is of the main importance to turn this model into the multiparametric one.