Применение метода сейсмической интерферометрии для исследования внутреннего ядра земли

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для более детального описания динамических процессов и определения свойств областей внутреннего ядра, недоступных изучению традиционными методами, в работе применен метод сейсмической интерферометрии, в основе которого лежит техника кросс-корреляционного анализа временных рядов, для различных типов данных. Кросс-корреляционный анализ окна сейсмической коды с началом через три часа после сильного события и концом через 10 часов выполнен для всех возможных пар более чем 300 станций и 6 крупных землетрясений (для каждого в отдельности), произошедших в период с 2013 по 2024 гг. Синтетические кросс-коррелограммы рассчитаны для моделей с различным затуханием и дополнительной границей во внутреннем ядре. Проведено 4 разных типа исследований внутреннего ядра методом сейсмической интерферометрии: глобальное, региональное, зависящее от широты станции и от календарного времени. Продемонстрирована устойчивость волны PKIKPPKIKP на глобальных коррелограммах, возможность ее наблюдения на территориях с высокой и низкой плотностью сейсмических станций, зависимость времени пробега волны от угла между направлением волны и осью вращения Земли, а также стационарность волны для временного периода с 2013 по 2024 гг.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. А. Усольцева

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kriukova@idg.ras.ru
Россия, Москва

В. М. Овчинников

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: ovtch@idg.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Краснощеков Д.Н., Овчинников В.М., Усольцева О.А. О скорости поперечных волн в вершине внутреннего ядра Земли // Докл. РАН. 2019. Т. 488. № 4. С. 434–438.
  2. Усольцева О.А., Овчинников В.М., Краснощеков Д.Н. Об особенностях переходной зоны от внешнего к внутреннему ядру Земли из характеристик волн PKIIKP и PKPc-dif // Физика Земли. 2021. № 1. С. 1–14.
  3. Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Barmin M.P., Levshin A.L., Lin F., Moschetti M.P., Shapiro N.M., Yang Y. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements // Geophys. J. Int. 2007. V. 169. P. 1239–1260. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2007.03374.x
  4. Boué P., Poli P., Campillo M., Roux P. Reverberations, coda waves and ambient noise: correlations at the global scale and retrieval of the deep phases // Earth Planet.Sci. Lett. 2014. V. 391. P. 137–145. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.01.047
  5. Campillo M., Paul A. Long-range correlations in the diffuse seismic coda // Science. 2003. V. 299. P. 547–549.
  6. Cormier V. F., Stroujkova A. Waveform search for the innermost inner core // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 236. P. 96–105.
  7. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference Earth model // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1981. V. 25. № 4. P. 297–356. https://doi.org/10.1016/00319201(81)90046-7
  8. Helffrich G., Mainprice D. Anisotropy at the inner core boundary // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. № 21. P. 11959–11967.
  9. Ishii M., Dziewonski A.M. The innermost inner core of the earth: evidence for a change in anisotropic behaviour at the radius of about 300 km // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. P. 14026–14030.
  10. Kennett B.L.N., E.R. Engdahl, R. Buland Constraints on seismic velocities in the Earth from travel times // Geophysical Journal International. 1995. V. 122. № 1. P. 108–124. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1995.tb03540.x
  11. Lima Costa de T., Tkalčić H., Waszek L. A new probe into the innermost inner core anisotropy via the global coda-correlation wavefield // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2022. V. 127. P. e2021JB023540. https://doi.org/10.1029/2021JB023540
  12. Ma X., Tkalčić H. Seismic low-velocity equatorial torus in the Earth’s outer core: Evidence from the late–coda correlation wavefield // Sci. Adv. 2024. V. 10. P. eadn5562. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5562
  13. Ma X., Tkalčić H. CCREM: New Reference Earth Model From the Global Coda-Correlation Wavefield // JGR Solid Earth. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JB022515
  14. Montagner J.-P., Kennett B.L.N. How to reconcile body-wave and normal-mode reference earth models // Geophysical Journal International. 1996. V. 125. № 1. P. 229–248. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06548.x
  15. Morelli A., Dziewonski A., Woodhouse J. Anisotropy of the inner core inferred from PKIKP travel times // Geoph. Res.Lett. 1986. V. 13. P. 1545–1548.
  16. Moschetti M.P., Ritzwoller M.H., Shapiro N.M. Surface wave tomography of the western United States from ambient seismic noise: Rayleigh wave group velocity maps // Geochem. Geophys. Geosyst. 2007. V. 8. № 1–10. https://doi.org/10.1029/2007GC001655
  17. Nissen-Meyer T., van Driel M., Stähler S.C., Hosseini K., Hempel S., Auer L., Colombi A., Fournier A. AxiSEM: broadband 3-D seismic wavefields in axisymmetric media // Solid Earth. 2014. V. 5. P. 425–445. https://doi.org/10.5194/se-5-425-2014
  18. Pham T.-S. Advancing correlation methods of earthquake coda in seismic body wave studies. Ph.D.Thesis. 2019. The Australian National University. 205 p.
  19. Song X., Helmberger D.V. Seismic evidence for an inner core transition zone // Science. 1998. V. 282. P 924–927.
  20. Tkalčić H, Phạm T.-S. Wang S. The Earth’s coda correlation wavefield: Rise of the new paradigm and recent advances // Earth-Science Reviews. 2020. V. 208. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103285
  21. Tkalčić H., Pham T.-S. Excitation of the global correlation wavefield by large earthquakes // Geophysical Journal International. 2020. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa369
  22. Tkalčić H., Pham T.-S. Shear properties of Earth’s inner core constrained by a detection of J waves in global correlation wavefield // Science. 2018. V. 362. № 6412. P. 329–332. https://doi.org/10.1126/science.aau7649
  23. Wang T., Song X., Xia X.X. Equatorial anisotropy in the inner part of Earth’s inner core from autocorrelation of earthquake coda // Nature geoscience. 2015. V. 8. № 3. P. 224–227. https://doi.org/10.1038/ngeo235
  24. Wang T., Song X. Support for equatorial anisotropy of Earth’s inner-inner core from seismic interferometry at low latitudes // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2018. V. 276. P. 247–257. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2017.03.004
  25. Wang W.J.E., Pang Vidale G., Koper K.D., Wang R. Inner core backtracking by seismic waveform change reversals // Nature. 2024. 10.1038/s41586-024-07536-4
  26. Wapenaar K., Draganov D., Snieder R., Campman X., Verdel A. Tutorial on seismic interferometry: Part 1 — Basic principles and applications // Geophysics. 2010. V. 75. № 5. P. 75A195–75A209. https://doi.org/10.1190/1.3457445
  27. Zhan Z., Ni S., Helmberger D.V., Clayton R.W. Retrieval of Moho-reflected shear wave arrivals from ambient seismic noise // Geophysical Journal International. 2010. V. 182. № 1. P. 408–420. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04625.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема лучей волн I2 (а) и I4 (б) для эпицентрального расстояния 40°: 1 — внутреннее ядро, 2 – внешнее ядро, 3 — мантия.

Скачать (145KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Синтетические коррелограммы на основе моделей ak135PS (а), (б), ak135S (в), (г), ak135 без учета затухания объемных волн (д), (е). Для источников с глубиной 50 км (слева) и 500 км (справа). Фильтрация в полосе периодов 15–50 с, длительность коды 10000–35000 с. Пунктирная линия — теоретический годограф волны I2*.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Коррелограммы для модели ak135PS, глубина источника 50 км, фильтрация в полосе периодов 15–50 с, длительность коды 10000–20000 с (а) и 20000–30000 с (б).

Скачать (775KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Коррелограммы для модели ak135PS, глубина источника 50 км, кода длительностью 10000–35000 с. Диапазоны периодов 10–30 с (а) и 30–60 с (б).

Скачать (916KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Коррелограммы для тестовых моделей с IMIC (а) и без IMIC (б).

Скачать (394KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Используемые землетрясения 1–3 из табл. 1 (красные звезды) и станции (треугольники): (а) сетей II, IU, G, GE; (б) US Array (США); (в) F-net (Япония); (г) сетей II, IU, G, GE в Европе; (д) сетей II, IU, G, GE, HE, FN севернее широты 60°. Красные прямоугольники, а на севере линия (а), ограничивают районы представленных региональных исследований.

Скачать (538KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Фрагменты коррелограмм с волной I2* по данным различных землетрясений: (а) 24.05.2013; (б) 22.01.2024; (в) 23.03.2024.

Скачать (470KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сверху — распределение количества станций в зависимости от эпицентрального расстояния с шагом 0.5° в (а) и (б) и 2° в (в) и (г). Снизу — фрагменты коррелограмм с волной I2* по данным землетрясения 24.05.2013 г. и станций: (а) US Array; (б) F-net; (в) сетей II, IU, G, GE в Европе; (г) сетей II, IU, G, GE, HE, FN севернее широты 60°.

Скачать (598KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Распределения количества станций в зависимости от эпицентрального расстояния с шагом 2.0° (сверху) и фрагменты коррелограмм с волной I2* (снизу) по данным землетрясения 24.05.2013 г. для полярных станций (а), среднеширотных (б) и экваториальных (в).

Скачать (656KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Фрагменты коррелограмм с волной I2* по данным землетрясений 2013, 2017, 2021, 2024 гг. и сейсмической сети F-net.

Скачать (465KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025