Сейсмическая томография

Геологи всегда мечтали увидеть, что же находится в недрах Земли. Ведь самая глубокая скважина в мире на Кольском полуострове проникла в толщу горных пород всего лишь на 12 км 262 м. Тем не менее о внутреннем строении земного шара мы знаем очень много, и эти знания основаны главным образом на изучении скоростей прохождения упругих волн в недрах Земли. Значения скоростей различных сейсмических волн позволяют рассчитать распределение плотности вещества и давления внутри Земли. Все это дало возможность геофизикам предложить несколько моделей внутреннего строения Земли с выделением в ее пределах ряда сферических оболочек, характеризующихся более или менее однородными физическими свойствами и достаточно четкими поверхностями или границами разделов, обозначенными благодаря изменению скоростей упругих объемных сейсмических волн. Наибольшим признанием ученых до последнего времени пользовалась модель строения Земли К.Е. Буллена, созданная в 1959–1969 годах. В последнее время используется более новая, уточненная модель PREM (Prelimenary Reference Earth Model), которая характеризуется “нормальным”, то есть усредненным распределением с глубиной различных физических параметров, в том числе скоростей сейсмических волн. Наиболее важным источником информации о строении Земли являются землетрясения, самые глубокие очаги которых располагаются на уровне примерно 700 км. Все землетрясения порождают сейсмические волны деформации, пронизывающие в различных направлениях земной шар.

Очевидно, что, чем больше регистрируется землетрясений, тем точнее и полнее информация о недрах нашей планеты. В последние десятилетия количество сейсмических станций во всем мире многократно увеличилось, а следовательно, возрос поток информации, обработка которой требует огромных по объему и трудоемких вычислений. И тут вовремя появились быстродействующие компьютеры, позволившие на многие порядки ускорить процесс вычислений новых данных, непрерывно поступающих с сейсмостанций.

Именно эти два фактора – новые сейсмические станции и компьютеры позволили выявить небольшие (до ± 5%) отклонения скоростей прохождения сейсмических волн через недра Земли относительно стандартных моделей их распределения К.Е. Буллена или PREM. Геологам открылась удивительная картина размещения аномальных участков в мантии Земли с положительными или отрицательными значениями скоростей упругих объемных сейсмических волн относительно их “нормальных” значений для соответствующих глубин. Эти участки можно наблюдать как в двух-, так и в трехмерном изображении. Методы, позволяющие получать подобные объемные картины неоднородностей в мантии и коре Земли, получили название сейсмической томографии.