При этом используют самую разнообразную аппаратуру — от сейсмографов, сигнал которых без усиления подается на гальванометр, до современных приборов с магнитной записью, в том числе портативных и монтируемых на грузовых автомобилях. Учитывая опыт предыдущих лет, тринадцать институтов ФРГ решили применять единую аппаратуру: портативный регистрир с тремя каналами и записью на магнитной ленте.
Хотя методика интерпретации данных постепенно совершенствуется, единая методика все еще не разработана. В Европейской сейсмологической комиссии создана специальная группа для изучения этого вопроса. По имеющимся сведениям применяются четыре метода:
- 1) интерпретация по первым вступлениям;
- 2) интерпретация по линейным годографам;
- 3) интерпретация, опирающаяся на совокупность сейсмограмм, по которым строят приведенный годограф для более отчетливого выявления кривизны его ветвей. Затем по методу Вихерта—Херглоца с помощью последовательных приближений строится функция, определяющая зависимость скорости от глубины [22];
- 4) годограф строится, как в пункте 3. Интерпретация ведется на ЭВМ по программе, исходящей из представления о многослойной среде; при этом рассчитываются и отдельные приближения и их погрешность. На фиг. 1, например, показана одна из 12 рассчитанных моделей скоростного разреза, для которой вычисленные и построенные по наблюдениям годографы согласуются лучше всего [4].
Ввиду различия применявшихся методов интерпретации все приводимые здесь сведения о скорости волн, глубине слоев и даже о самом существовании разрывных границ скорости следует рассматривать как предварительные. После разработки единой методики интерпретации потребуются огромные усилия, чтобы оценить имеющиеся данные. Сводка по Альпам опубликована Чаудхури н др. [6].
Слой-волновод. Слой с пониженной скоростью волн Р прослежен методами глубинного зондирования под границей М на двух профилях во Франции: 1) идущем к северу от Ниццы более чем на 200 км (Мюллер, личное сообщение) и 2) пересекающем территорию Франции в северо-западном направлении. По мнению некоторых авторов, волновод Р существует и в коре. Мюллер и Ландисман [33] обращают внимание на окончание ветви волн Pg, вступающих в гранитный слой, на начало ветви годографа Рс — фазу с большими амплитудами на близких расстояниях от пункта взрыва (фиг. 2), на отражения от горизонтов внутри гранитного слоя, а также на то, что скорость фазы Pg, оцениваемая по землетрясениям, часто меньше значений, получаемых в разведочной сейсмологии. Они полагают, что все это — признаки слоя-волновода, находящегося в коре в основном на глубинах 8—12 км и пользующегося глобальным распространением.
Гизе [22], а также Гизе с сотрудниками [23] полагают, что все результаты сейсмического зондирования в Западной Европе можно представить в виде схематического годографа, приведенного на фиг. 3 (справа на фиг. 3 изображен схематический скоростной разрез, на котором виден и слой-волновод в коре). Мейснер [31] определял скорости по отражениям от общего горизонта на профиле длиной 145 км; по его данным, волновод находится на глубине от 12 до 18 км (фиг. 12).
Моделирование в сейсмологии. На фиг. 4 представлены результаты испытания модели, изготовленной для анализа отношений амплитуд волн Р в коре [46]; кору моделировали пастой с изменяющимся содержанием воды, глицерина и желатина. Опыты с моделями продолжаются (см. стр. 236).
Работы методом преломленных волн. Для большей части разведочных работ, проводимых в Западной Европе, характерны сравнительно большие расстояния между пунктами записи взрывов на профиле (2—5 км и больше). Густота пунктов регистрации на востоке Европы гораздо больше.
Работы методом отраженных волн. В Альпах регистрация отраженных волн велась вблизи некоторых пунктов взрыва на профилях зондирования методом преломленных волн; были отмечены отражения от разных уровней вплоть до границы М [16, 8]. В Рейнском массиве были записаны [13] почти вертикальные отражения при взрывах динамита (заряд 60—100 кг). Зона разрывной границы Конрада (глубина 17—20 км) характеризуется на этих записях серией их трех отражений со временем вступления от 5,5 до 6,8 с (фиг. 5). К тем же выводам приводит и статистический анализ отражений приблизительно на 80 сейсмограммах, относящихся к этому району. На гистограмме отражений (фиг. 6) виден и отчетливый максимум на времени 8 с — граница М (глубина около 30 км). Качество отражений на записях показывает, что граница М представляет собой здесь довольно резкую границу разрыва скоростей. (Методика полевых работ позволяла исключить многократные отражения или отражения волн S).
Почти вертикальные отражения от глубоких разрывных границ наблюдали Рейх [42], Бот и Трюгвасон [3] и Генслей с сотрудниками [18].
Данные Дюрбаума и др. [13] дают основание считать, что с помощью статистического анализа вертикальных (нормальных к границе) отражений можно получить ценные сведения о строении коры. Этот вывод подкрепляют и работы, проведенные методом отражений от общего пункта в северном форланде Альп [20, 30].
Статистический анализ многих тысяч сейсмограмм, полученных нефтяными компаниями, подтвердил важную роль отраженных вступлений (со временем 10—15 с) для исследования строения земной коры, поскольку разрешающая способность этой методики (частоты 10—30 Гц) выше, чем при глубинном сейсмическом зондировании преломленными волнами. Однако результаты сейсморазведочных работ с отраженными волнами недостаточно учитываются при изучении зависимости скорости от глубины.
Сопоставление сейсмических и гравитационных данных. Уже сравнительно давно предпринимались попытки к совместной интерпретации сейсмических и гравитационных данных [8]. Видимо, существуют значительные ограничения при использовании гравитационных данных для выбора наиболее вероятной из нескольких равноправных сейсмических моделей строения коры. Несомненно, однако, что такое сопоставление независимо от полученных геофизических данных может оказаться полезным [9, 25].
Распространение энергии. Изучалось соотношение между амплитудой волн и величиной заряда (при взрывах в озере) для расстояний до 34 км и зарядов от 2 до 760 кг [34]. Изучение частотного спектра волн при сейсмическом зондировании показало, что большая часть их энергии связана с частотами в интервале 0,5—20 Гц и что (в одном конкретном случае) преобладающая частота убывает от 6 Гц на расстоянии 75 км от пункта взрыва до 3 Гц на расстоянии 300 км [10].
Региональный обзор данных. Альпы. На фиг. 7 показано положение пунктов взрыва и профилей (протяженностью около 9000 км) сейсмического зондирования методом преломленных волн в Альпах. Основная часть этой работы была проведена сотрудничающими организациями Франции, ФРГ, Италии и Швейцарии при известном участии Великобритании. Предварительная интерпретация данных приведена в работе Клосса и Лабруст [8]. Учитывая, что проводились новые работы и что методика интерпретации была усовершенствована, можно ожидать в ближайшем будущем появления новых моделей строения земной коры для этой области. На фиг. 8 представлены сейсмические профили, полученные в Центральных Альпах. На фиг. 9 отражены две различные интерпретации (разных авторов) одних и тех же данных, относящихся к профилю, который пересекает с севера на юг Восточные Альпы и их форланц. Одна из этих моделей (верхняя на фиг. 9) была использована для построения гравитационного разреза (распределения плотностей), экстраполированного на юг вплоть до долины реки По (фиг. 10). По-видимому, в южной части разреза, во внутренней краевой зоне Альп, происходит увеличение мощности промежуточного слоя, особенно его нижней части. Ширина этого предполагаемого массива основных пород на данной глубине соответствует ширине массива Альп.
Центральная Европа. На фиг. 11 показаны положения профилей глубинного зондирования и пунктов взрыва в ФРГ (районы, где велось изучение вступлений отраженных волн, не отмечены). Фиг. 12 иллюстрирует неоднозначность интерпретации при построении модели коры: линия а соответствует «классической» интерпретации прежних лет, линия b — современной модели разреза скоростей распространения волн, а линия с отражает результаты анализа обширных данных но отраженным волнам с использованием общей глубины отражений — границы М. На фиг. 13 изображены гистограммы 130 записей вертикальных отражений, зарегистрированных в районе площадью около 100 кв. км в той же части ФРГ, к которой относятся данные фиг. 12. Хорошо видно, что представления о гранитном слое различны и противоречивы. Так, оценки глубины границы Конрада в трех моделях фиг. 12 отличаются на величину до 4 км; примерно на такую же величину отличаются оценки глубины границы М. Прежние данные о положении этих границ в ФРГ [19] сейчас пересматриваются.
Северная Европа. На фиг. 14 представлены профили зондирования преломленными волнами для севера Европы, а также некоторые данные о скоростях волн Р и главных границах в коре. На фиг. 15 приведен разрез коры по данным профиля, пройденного в северной Дании; для него характерны очень тонкий гранитный слой и очень малая глубина границы Конрада. Мощность промежуточного слоя для северной Европы необычна. Однако на разрезе Арика [2] для северной части этого профиля (проходящей в Швеции ) показано обычное строение коры (использовались и отражения от границы М).
Имеются указания [44] на небольшую глубину границы М в северной части побережья Норвегии, в районе больших положительных гравитационных аномалий.
Южная и западная части Западной Европы. Финетти с сотрудниками [14] сообщают предварительные данные о глубине и скорости волн Р для границ Конрада и Мох о в районе Адриатики (в море, близ Бари): 23—25 км и 7,10 км/с и 38—41 км и 8,25 км/с соответственно. Большой объем работ проведен и в Центральном массиве Франции; предварительные результаты этих работ опубликованы Перье [37, 38]. Основываясь на данных взрывов в Ирландском и Северном морях, Эггер и Карпентер [1] предложили модель коры без промежуточного слоя. Однако профили, проведенные близ побережья Великобритании и в Северном море на Доггер-банке, свидетельствуют о сложном строении коры: скорости волн Рn (под границей М) равны 7,99—8,3 км/с, скорость волн Рb («промежуточный» слой) составляет 6,5 км/с, а скорость волн Pg («гранитный» слой) равна 6,15 км/с [10]. Возможно, что промежуточный слой просто сравнительно тонок, однако имеющиеся данные не представляются решающими.
Кора и мантия в Западной Европе. Гранитный слой. Когда для оценки скорости волн в гранитном или промежуточном слоях приводится только одно значение, то его следует рассматривать лишь как приближенное. Специальное исследование, проведенное методом преломленных волн в гранито-гнейсах [21], показало, что от поверхности и до глубины 1,72 км скорость возрастает от 5000 до 5820 м/с (фиг. 16).
Скорость волн Р в гранитном слое изменяется от 5,0 до 6,3 км/с. Более высокие значения обычно встречаются вблизи промежуточного слоя, т. е. на глубинах 15—20 км. Известны и исключения [31]. Некоторые авторы считают, что в пределах гранитного слоя имеется слой-волновод.
Наименьшая мощность гранитного слоя отмечена в Дании (4 км), наибольшая указана в «парижской» модели коры [8] для Западных Альп (50 км). В других моделях коры для Альп приводится нормальная мощность около 20 км.
Промежуточный слой. До сих пор не выяснено, правомерно ли говорить о повсеместном существовании в Европе промежуточного слоя. В некоторых районах сейсмическими методами не удалось обнаружить слой между гранитным слоем и разделом М [25]. Большинство геофизиков с уверенностью говорят о промежуточном слое, который часто удается еще подразделить (обычно на два). Другие геофизики высказывают мысль о переходной зоне мощностью несколько километров (5 км и более), которую считают вероятной или установленной. Имеется много сообщений о скорости волн 7—7.4 км/с для нижней части промежуточного слоя.
В некоторых районах промежуточный слой, по-видимому. уже с самого начала отличается большими значениями скоростей (высоты Ивреа в Италии, северная Норвегия). Кровлю промежуточного слоя можно определить как зону, где отмечаются скорости 6,3 км/с или несколько выше при положительном градиенте скоростей. В Западной Европе эту зону принято называть границей Конрада. В Альпах и за их пределами она находится на глубине 15—20 км. Известны и исключения, особенно в районе максимумов силы тяжести во внутренней южной краевой зоне Альп (Ивреа, озеро Гарда), а также на севере полуострова Ютландия.
Мощность промежуточного слоя, по-видимому, характеризуется значительной изменчивостью. Установлено, что наибольших значений она достигает в Центральных Альпах Швейцарии и на западе Австрии. Попытки установить общие особенности промежуточного слоя в Альпах и в более древних орогенических поясах пока остаются безуспешными [7].
Верхняя мантия. В континентальной части Западной Европы скорость Р-волн под границей Мохо, как правило, выше 8,1) км/с (об исключениях см. [37, 38]). Часто она близка к значению 8,2 км/с независимо от глубины границы М. Имеются сообщения, что в Финляндии скорости в верхних горизонтах мантии выше этой величины. Глубина границы М колеблется от более чем 60 км в Альпах до менее чем 20 км в Центральном массиве; во многих местах она близка к 30 км; возможно, что в части Скандинавии и Великобритании она меньше, чем в других районах Западной Европы.