Глубинное сейсмическое зондирование земной коры¶

Глубинное сейсмическое зондирование земной коры (ГСЗ) — комплексный метод геофизических исследований, основанный на изучении распространения упругих волн от мощных искусственных источников (взрывов, вибраторов) с целью определения глубинного строения земной коры и верхней мантии. Относится к классу сейсмических методов разведочной геофизики и применяется для построения скоростных моделей литосферы, выявления границ раздела сред и тектонических нарушений.

¶Физические основы и сущность метода

Метод базируется на регистрации преломлённых и отражённых сейсмических волн, возникающих при прохождении упругих колебаний через геологические среды с разной плотностью и скоростью распространения волн. Источниками возбуждения служат промышленные взрывы (массой от сотен килограммов до нескольких тонн), а также невзрывные источники — вибрационные установки. Приём сигналов осуществляется сетью автономных сейсмических станций (регистраторов), расставляемых вдоль профиля наблюдений.

Ключевое отличие ГСЗ от нефтяной сейсморазведки — большая глубинность исследований (до 40–70 км) и, соответственно, значительное расстояние между пунктами возбуждения и приёма (до 300–500 км). В результате регистрируются волны, прошедшие через всю толщу земной коры и отразившиеся от границы Мохоровичича (подошвы коры) и глубинных разломов.

¶История развития

Первые эксперименты по глубинному зондированию проведены в СССР в 1930-х годах Г. А. Гамбурцевым, предложившим метод корреляционного преломлённых волн. В 1948–1950-х годах под руководством Ю. Н. Година и И. П. Косминской метод ГСЗ получил систематическое развитие для изучения строения Урала, Казахстана и Русской платформы. В 1960–1980-е годы в СССР выполнены десятки региональных профилей протяжённостью в тысячи километров, в том числе трансконтинентальные («Кварц», «Метеорит», «Рифт»), пересекавшие всю территорию страны от Балтики до Тихого океана. Эти работы позволили построить первую сводную модель земной коры СССР.

¶Аппаратура и методика наблюдений

Современный этап (с 1990-х годов) характеризуется переходом от аналоговых станций к цифровым автономным регистраторам с непрерывной записью. Это позволяет использовать методику «площадных» наблюдений, когда единичный пункт взрыва регистрируется сотнями станций, развёрнутых на большой территории. Обработка данных включает:

• выделение и корреляцию волновых полей;
• построение годографов (графиков зависимости времени прихода волны от расстояния);
• томографическую инверсию и лучевое моделирование;
• построение скоростных разрезов и карт глубин до границ раздела.

¶Применение и результаты

ГСЗ используется для решения фундаментальных и прикладных задач:

• определение мощности земной коры и положения границы Мохоровичича;
• выявление зон аномально пониженных скоростей (коромантийных смесей, очагов магматизма);
• картирование глубинных разломов и рифтовых зон;
• оценка перспектив нефтегазоносности осадочных бассейнов (по строению фундамента);
• изучение сейсмической опасности регионов.

В России исследования ГСЗ проводились в рамках государственных программ по изучению недр (ФГУП «ВСЕГЕИ», Институт физики Земли РАН, Геофизическая служба РАН). Крупнейшие проекты — профили «Сейсмо-1» (Сибирь), «1-ЕВ» (Европейская часть), «Батолит» (Урал). За рубежом аналогичные работы выполнялись в США (проект COCORP), Китае (проект SINOPROBE), странах Европы (проект EUROPROBE).

¶Ограничения метода

Точность ГСЗ ограничена неоднозначностью интерпретации скоростных моделей, влиянием приповерхностных неоднородностей и латеральной изменчивостью пород. Высокая стоимость полевых работ и логистическая сложность (необходимость удалённых районов) ограничивают плотность сети профилей. В связи с этим ГСЗ часто сочетается с гравиметрией, магнитотеллурическим зондированием и данными бурения сверхглубоких скважин (Кольская, Саатлинская).

¶Современное состояние

В 2010-е годы развитие метода связано с использованием мощных вибрационных источников и технологий «пассивного» зондирования (регистрация землетрясений и микросейсм). Это удешевляет работы и позволяет вести мониторинг геодинамических процессов. Тем не менее ГСЗ остаётся наиболее информативным способом прямого изучения глубоких горизонтов литосферы, недоступных бурению.