Усилиями ряда научных и производственных организаций Сибири в восьмидесятые-девяностые годы были созданы мощные вибрационные источники, обеспечивающие генерацию сейсмических волн с высокой стабильностью излучения (амплитуда, фаза, частотный спектр, направленность), требуемую при решении ряда задач, таких как изучение напряженно-деформированного состояния среды очаговых зон, изучение сейсмостойкости зданий и промышленных объектов и др. Создаваемые мощные стационарные и передвижные виброисточники должны были также стать альтернативой мощным химическим и ядерным взрывам при изучении глубинного строения земной коры и верхней мантии различных регионов Сибири (и других регионов России), особенно промышленных зон, зон заповедников (Байкал, Телецкое и др.), территорий ГЭС, АЭС и др., где по экологическим соображениям и условиям безопасности невозможно проведение даже ограниченных по мощности химических взрывов.
В результате опытно-методических работ, выполненных в различных регионах Сибири, зарегистрированы монохроматические сигналы от мощных виброисточников на удалениях до 1500 км и получены кондиционные вибросейсмические записи на удалениях до 350 км, сравнимые по качеству с записями от взрывов в водоемах и скважинах. Прямыми экспериментами показано, что сорокаминутная работа мощного 100-тонного виброисточника эквивалентна по сейсмической энергии взрыву 4-5 тонн тротила, а 40-минутная работа 40-тонного сборно-разборного вибратора в 3-4 раза слабее рассредоточенного взрыва заряда тротила весом 1.5 тонны в водоеме глубиной 1.5-2.5 м.
В статье представлены результаты вибросейсмических исследований в Алтае-Саянском регионе по изучению глубинного строения земной коры и верхней мантии, детального изучения волнового поля от мощных виброисточников на различных удалениях для последующего режимного вибросейсмического мониторинга сейсмоопасных участков региона с высокой промышленной инфраструктурой, таких как территория Кузбасса, гг.Новосибирск, Барнаул, Горно-Алтайск и др.
Здесь впервые в мире с использованием мощных 100-тонного стационарного и 40-тонного передвижного виброисточников отработаны четыре 300-километровых сейсмических профиля методом ГСЗ, пересекающих неоднородные складчатые структуры Алтае-Саянской складчатой области (рис. 1).
Рис. 1. Обзорная схема района исследований
В результате анализа и обобщения материалов глубинных сейсмических исследований этого региона различными научными и производственными геофизическими организациями и результатов проведенных вибросейсмических исследований составлены разрезы земной коры по профилям п. Быстровка - г. Алейск, п. Быстровка - г. Дегелен, п. Быстровка -г.Прокопьевск, п. Быстровка - г. Новокузнецк.
Рис. 2. Результаты вибросейсмических исследований по профилю п. Быстровка - г. Алейск
Профиль п. Быстровка - г. Алейск проходит через три разнородных геологических структуры: Томь-Колыванскую складчатую зону, Салаирский кряж и Бийско-Барнаульскую впадину (рис. 2). Для каждой из этих областей по данным глубинных сейсмических наблюдений, проводившихся в различные годы, были построены разрезы земной коры по профилям, расположенных вблизи от рассматриваемого. Модели строения земной коры по профилю Быстровка - Алейск для каждой из областей были взяты с соответствующих разрезов прошлых лет и дополнены вновь полученными данными (рис. 3).
Поверхность фундамента на исследуемом профиле расположена на резкоменяющихся глубинах: практически от поверхности в южной и северной частях профиля и на больших глубинах (4 - 6 км) в центральной части профиля (участок Бийско-Барнаульской впадины). Скорости продольных волн в верхней части кристаллических пород изменяются от 5.7 - 6.0 км/с до 6.3 км/с (в районе Салаирского кряжа).
Выделенная граница ( КII) расположена в средней части земной коры на глубинах 18 - 25 км и практически коррелирует с поверхностью кристаллических пород. Максимальные ее глубины (достигающие 25 км) установлены в центральной части профиля на участке Бийско-Барнаульской впадины.
Глубина до поверхности Мохоровичича ( М ) на исследуемом профиле изменяется от 40 км (на участке Бийско-Барнаульской впадины) до 50км на южном окончании профиля (в районе Горного Алтая) Средние значения граничных скоростей продольных волн по поверхности Мохоровичича составляют 8.0 - 8.1 км/с. По данным закритических отраженных волн от поверхности Мохоровичича на представленном разрезе отражен слой в низах коры со скоростями продольных волн 7.5 ± 0.2 км/с.
Профиль Быстровка - Дегелен. По выделенным в результате анализа волнового поля группам опорных волн построены сводные годографы в прямом и встречном направлениях и определены значения скоростей P- и S-волн в верхней части земной коры и по поверхности Мохоровичича.
Рис. 3. Результаты вибросейсмических исследований по профилю п. Быстровка - г. Дегелен
Глубинный сейсмический разрез, составленный по совокупности полученных выше данных, представлен на рис. 3. В построении разреза использовалась информация с вибросейсмических профилей Быстровка - Алейск (Крылов С.В., Дучков А.Д., 1996, Алексеев А.С., Селезнев В.С., Соловьев В.М. и др., 1998, Соловьев В.М., Селезнев В.С., Еманов А.Ф. и др., 1998), данные по геотравесу "Базальт", проходящему в районе Дегелена, данные по регистрации калибровочного взрыва в районе Дегелена (Беляшева Н.Н., Шацилов В.И., Михайлова Н.Н. и др., 2000), данные ГСЗ 60-ых годов (Методика :, 1978).
В целом на представленном разрезе выделяются три зоны - Томь-Колыванская складчатая зона в северо-восточной части профиля, Обь-Иртышская впадина Западно-Сибирской плиты в центральной части профиля и Казахский мелкосопочник в юго-западной части (район Дегелена).
Томь-Колыванская складчатая зона. Скорости продольных волн в верхней части земной коры изменяются от 5.7 км/с до 6.0 км/с. В средней части коры на глубинах 20 - 22 км выделена коровая граница, средняя скорость продольных волн до которой составляет 6.1 км/с. Поверхность Мохоровичича расположена на глубинах 47 - 48 км. Скорости Р- и S-волн по границе М составляют соответственно 8.0 ± 0.1 км/с и 4.5 ± 0.1 км/с. В низах коры пластовые скорости Р-волн составляют 7.5 км/с.
Обь-Иртышская впадина Западно-Сибирской плиты. Верхняя и средняя часть представлены по данным малодетальных исследований методом ГСЗ (Беляшева Н.Н., Шацилов В.И., Михайлова Н.Н. и др., 2000) и в дальнейшем требуют уточнения. Мощность осадочного чехла в центральной части впадины составляет 
5 км. Скорости продольных волн в осадочном чехле и по поверхности фундамента составляют соответственно 5.5 км/с и 6.0 км/с. На глубинах 30км выделяется коровая отражающая граница, однако ее уровень и повсеместность проявления также требуются в уточнении. Поверхность Мохоровичича расположена на глубине 44 - 48 км. Скорости Р- и S-волн по границе М составляют соответственно 7.9 ± 0.1 км/с и 4.5 ± 0.1 км/с.
Казахский мелкосопочник. В самой верхней части земной коры ( 0 - 1 км) по данным на геотрансекте "Базальт" и информации по малым базам из (Провести :, 1999) скорости Р- и S-волн составляют 5.2 - 5.6 км/с и 2.6 - 3.2 км/с. Скорости Р- и S-волн в кристаллических породах составляют 6.0 км/с и 3.48 км/с. В средней части коры выделяется отражающая граница, скорости Р- и S-волн по кровле которой равны соответственно 6.3 км/с и 3.6 км/с. Поверхность Мохоровичича расположена на глубинах 42 - 44 км. Скорости Р- и S-волн по поверхности М составляют соответственно 8.0 ± 0.1 км/с и 4.77 ± 0.1 км/с.
Поверхность фундамента на профиле п. Быстровка - г. Прокопьевск (рис. 4) расположена практически с поверхности в пределах Томь-Колыванской складчатой зоны и Салаирского кряжа. Скорости в верхней части фундамента на участке Томь-Колыванской складчатой зоны и Салаирского кряжа составляет 5.7 ± 0.1 км/с и 3.3 ± 0.1 км/с для Р- и S-волн, что приблизительно на 0.1 км/с меньше значений скоростей Р- и S-волн на ортогональном профиле Быстровка-Алейск. В пределах Кузнецкой впадины мощность осадочных отложений достигает 10 км, скорости продольных волн в осадочном чехле и по поверхности фундамента составляют соответственно 5.1 ± 0.1 км/с и 6.05 ± 0.1 км/с.
В верхней части земной коры на профиле II-II выделена коровая граница К, расположенная на глубинах 17 ± 1 км в пределах Томь-Колыванской складчатой зоны и на глубинах 10-12 км в пределах Салаирского кряжа. Амплитуда смещений по этой границе достигает 5-7 км. Средние скорости Р-и S-волн в вышележащей толще в пределах Томь-Колыванской складчатой зоны составляют 6.0 ± 0.1 км/с и 3.44 ± 0.1 км/с. В пределах Салаирского кряжа средние скорости до границы К составляют 5.8 ± 0.1 км/с. Значения граничных скоростей по поверхности составляют 6.3 ± 0.1 км/с и 3.5 ± 0.1 км/с соответственно для Р- и S-волн.
Рис. 4. Результаты вибросейсмических исследований по профилю п. Быстровка - г. Прокопьевск
Поверхность Мохоровичича на исследуемом профиле расположена на глубинах 38-47 км. В пределах Томь-Колыванской складчатой зоны и центральной части Салаирского кряжа она расположена на максимальных глубинах в 47 км, под Кузнецкой впадиной- на глубинах 38-40 км и в окраинных частях Салаирского кряжа на глубинах 42-45 км. В целом средние скорости Р-и S-волн во всей толще земной коры по данным отраженных Р-и S-волн от поверхности Мохоровичича составляют соответственно 6.4 ± 0.1 км/с и 3.65 ± 0.1 км/с. Пластовые скорости в нижележащей от границы К до поверхности М толще по данным Р- и S-волн составляют 6.7 ± 0.1 км/с и 3.78 ± 0.1 км/с. При введении как и на профиле I-I пласта в низах коры со скоростями 7.5 км/с (обоснование которого было произведено по закритическим отраженным волнам) скорость в вышележащем пласте будет составлять 6.5 км/с. Vпл под Салаирским кряжем составляет 6.6 ± 0.1 км/с.
Скорости продольных и поперечных волн по поверхности Мохоровичича составляют 7.8-7.9 км/с и 4.3 ± 0.1 км/с. Необходимо отметить следующее обстоятельство. Скорости Р- и S- волн по поверхности Мохоровичича на профиле Быстровка-Прокопьевск ниже приблизительно на 0.2км/с скоростей Р- и S- волн по поверхности М на ортогональном профиле Быстровка-Алейск. Кроме того скорость продольных волн на ортогональном профиле "Шпат" (участок профиля II-II Х=135км ) составляют 7.9-8.1 км/с, что также выше примерно на 0.1-0.2 км/с скоростей на профиле II-II. Данное обстоятельство указывает на возможную анизотропию в верхней мантии региона. Эффективный коэффициент анизотропии составляет примерно 2-3% (по данным с профилей II-II, I-I и "Шпат"). Существование анизотропии в верхней мантии убедительно доказано также на профиле I-I по данным разнополяризованных SV- и SH-волн от поверхности Мохоровичича, различающимися по временам регистрации. Кроме того, по результатам площадных сейсмологических наблюдений в Алтае-Саянском регионе показано, что в западной части площади (вблизи от профиля Быстровка - Прокопьевск) установлено повышение значений скоростей продольных волн по поверхности Мохоровичича в направлении север-юг, по отношению к направлению запад-восток. Хорошая корреляция данных разных методов наряду с самим важным фактом анизотропии в верхней мантии указывает на надежность получаемых при вибросейсмических исследованиях с мощным виброисточником данных.
Профиль п. Быстровка - г. Новокузнецк. По результатам анализа кинематических и динамических характеристик продольных волн на исследуемом профиле (при использовании информации от вибрационных источников и данных промвзрывов) составлено представление о строении земной коры и верхней мантии участка профиля Быстровка - Новокузнецк Х= 0 - 350 км (рис. 5). При этом использовались также данные с профилей ГСЗ в этом регионе (Шпат, Барнаул - Усть-Нарык, Колпашево - Таштагол, Быстровка -Прокопьевск). Скорости продольных волн в верхней части земной коры составляют 5.4 ± 0.1 км/с на участке профиля Х=0-50 км и 5.4 ± 0.1 км/с на участке профиля Х=80 - 200 км. На участке Х=60-80 км и Х=250 км практически с поверхности отмечены высокие скорости в 5.8 - 6.0 км/с. В верхней части земной коры (участок Х=0 - 50 км) на глубине 5км расположена преломляющая поверхность со скоростями 6.0 ± 0.1 км/с и в средней части коры на глубинах 18 - 20 км расположена коровая отражающая граница (с эффективной скоростью до нее 6.3 км/с). Поверхность Мохоровичича расположена на глубинах 46-47 км на участке Томь-Колыванской складчатой зоны и 46-48 км на участке Салаирского кряжа. В переходной зоне (сочленения Томь-Колыванской зоны и Салаирского кряжа) глубины залегания поверхности Мохоровичича составляют 43-46 км. Граничная скорость продольных волн по поверхности Мохоровичича составляет 7.8 - 7.9 км/с.
Рис. 5. Результаты вибросейсмических исследований в Алтае-Саянском регионе по профилю Новосибирск - Новокузнецк
Другим важным результатом является проведение автоматизированной обработки данных близ- и закритических отраженных волн по методу СГ-ОГТ с получением временного разреза, освещающего глубинное строение земной коры и верхней мантии до глубин 70 - 80 км (рис. 5). Представленный разрез является пионерским, полученный впервые в мире по материалам от мощных передвижных виброисточников при широкоугольных наблюдениях.
На временном разрезе для всей земной коры отчетливо прослеживаются горизонты в средней части земной коры (граница К) и на уровне поверхности Мохоровичича (М). Выявлено погружение границы М до 47 км в начальной части профиля на участке Томь-Колыванской складчатой зоны. Ниже выделенной поверхности М прослеживаются интенсивные отражения, которые могут соответствовать корням Томь-Колыванской складчатой зоны под глубинными структурами Салаирского кряжа.
На временном разрезе для верхней мантии фрагментарно прослеживаются серии протяженных отражающих площадок на разных временах. Наиболее отчетливо на всем рассматриваемом участке прослеживается граница N на глубинах около 70 км, которая может соответствовать уровню глубин, где происходит смена структурного плана верхов мантии: исчезает резкая латеральная неоднородность и усиливается ее субгоризонтальная расслоенность.
Таким образом, проведенные научно-исследовательские и опытно-методические работы позволили обосновать рациональный комплекс сейсмических наблюдений методами ГСЗ, КМПВ-МОВ и СГ-ОГТ с применением мощных вибрационных источников, параметры систем наблюдений и районы проведения наблюдений с целью изучения глубинной структуры Алтае-Саянского региона.