Modeling of Seismological Temperature Forecast at Depths of the Upper Crust
- Authors: Zakharova O.K.1, Spichak V.V.1
-
Affiliations:
- Geoelectromagnetic Research Centre, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences
- Issue: No 6 (2025)
- Pages: 57-65
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-3337/article/view/365749
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034645225060059
- ID: 365749
Cite item
Abstract
The accuracy of deep temperature forecast based on seismic wave velocity data and model thermograms was investigated depending on the distance to the forecast point. For this purpose, the results of seismic tomography along the sublatitudinal profile of the Northern Tien Shan subsurface area were used, as well as the temperature model previously constructed for this profile to a depth of 27 km. An assessment of the temperature forecast accuracy using artificial neural networks showed that at distances to the forecast point of upto 16 km, the discrepancies between the forecast and model temperature values based on longitudinal and transverse wave velocities, as well as their combination, are 7.4, 5.7 and 4.6%, respectively. With a 4-fold increase in the distance to the forecast point, they increase by 2-3 times. In general, it can be concluded that neural network temperature forecast of the earth’sinterior based on seismic wave velocity data can be performed with acceptable accuracy at large distances from the initial data measurement points and serve as a “seismological geothermometer”.
About the authors
O. K. Zakharova
Geoelectromagnetic Research Centre, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences
Email: okzakharova@mail.ru
Moscow
V. V. Spichak
Geoelectromagnetic Research Centre, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences
Email: v.spichak@mail.ru
Moscow
References
- Захарова О.К., Спичак В.В. Оценка температуры земных недр по данным сейсмотомографии // Геофизика. 2025а. №1. С. 35–42.
- Захарова О.К., Спичак В.В. Нейросетевое моделирование прогноза температуры на глубину по данным сейсмических зондирований // Геофизические исследования. 2025б. № 26 (1). С. 67–78.
- Кусков О.Л., Кронрод В.А. Об определении температуры континентальной верхней мантии Земли по геохимическим и сейсмическим данным // Геохимия. 2006. №3. С. 267–283.
- Макаров В.И., Абдрахматов К.Е., Томпсон С. Современные движения земной коры по геологическим данным. Современная геодинамика областей внутриконтинентального коллизионного горообразования (Центральная Азия) / Н.В. Лаверов (ред.). М.: Научный мир. 2005. С. 157–176.
- Миколайчук А.В., Собел Э., Губренко М.В., Лобанченко А.Н. Структурная эволюция северной окраины Тянь-Шаньского орогена // Изв. НаН Кр. 2003. № 4. С. 50–58.
- Погожев И.П. Геотермические исследования в чуйской впадине // Геотермия сейсмичных и асейсмичных зон. М.: Наука. 1993. С. 261–268.
- Спичак В.В., Захарова О.К. Электромагнитный геотермометр. М.: Научный мир. 2013. 170 с.
- Спичак В.В., Захарова О.К. Нейросетевое моделирование электромагнитного прогноза свойств геотермального резервуара // Физика Земли. 2023. № 1. С. 67–80.
- Спичак В.В., Хуторской М.Д. Построение модели температуры вдоль субширотного профиля в чуйской впадине Северного Тянь-Шаня по данным сейсмического зондирования // Физика Земли. 2025. № 5. С. 203–210.
- Хайкин С. Нейронные сети. 2-е изд., испр. Пер. с англ. М.: ООО «И. Д. Вильямс». 2006. 1104 с.
- Шварцман Ю.Г. Геотермический режим сейсмоактивного слоя Тянь-Шаня // Сейсмичность Тянь-Шаня. Фрунзе: Илим. 1989. С. 217–230.
- Шварцман Ю.Г. Результаты геофизических исследований сейсмоактивных зон Северной Киргизии. Геофизические исследования сейсмогенных зон Киргизии. Фрунзе: Илим. 1983. С. 76–93.
- Шварцман Ю.Г. Тепловые поля Киргизского Тянь-Шаня. Геолого-геофизическое изучение сейсмоопасных зон. Фрунзе: Илим. 1984. С. 100–120.
- Шварцман Ю.Г. Тепловое поле, сейсмичность и геодинамика Тянь-Шаня: автореферат докторской диссертации. Бишкек: ИГаНрК. 1992. 38 с.
- Юдахин Ф.Н. Геофизические поля, глубинное строение и сейсмичность Тянь-Шаня. Фрунзе: Илим. 1983. с. 248.
- Cammarano F., Goes S., Vacher P., Giardini D. Inferring upper-mantle temperatures from seismic velocities // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2003. V. 138. P. 197–222.
- Furlong K.P., Spakman W., Wortel M.J.R. Thermal structure of the continental lithosphere: Constraints from seismic tomography // Tectonophysics. 1995. V. 224. P. 107–117.
- Ghose S., Hamburger M.W., Virieux J. Three-dimensional velocity structure and earthquake locations beneath the northern Tien Shan of Kyrgyzstan, central Asia // J. Geophys. Res. 1998. V. 103 (B2). P. 2725–2748.
- Goes S., Govers R., Vacher P. Shallow mantle temperatures under Europe from P and S wave tomography // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 11153–11169.
- Harvey C.C., Browne P.R.L. Mixed-layer clay geothermometry in the Wairakei geothermal field, New Zealand // Clay and Clay Minerals. 1995. V. 39. P. 614–621.
- Jaya M.S., Shapiro S., Kristindóttir L., Bruhn D., Milsch H. and Spangenberg E. Temperature-Dependence of Seismic Properties in Geothermal Core Samples at In-Situ Reservoir Conditions. Proc. World Geothermal Congress. 2010. Bali, Indonesia.
- Perry H.K.C., Jaupart C., Mareschal J.-C. and Shapiro N.M. Upper mantle velocity-temperature conversion and composition determined from seismic refraction and heat flow // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B07301. doi: 10.1029/2005JB003921
- Poletto F., Farina B., Carcione J.M. Sensitivity of seismic properties to temperature variations in a geothermal reservoir // Geothermics. 2018. V. 76. P. 149–163.
- Ryan G.A., Shalev E. Seismic Velocity. Temperature Correlations and a Possible New Geothermometer: Insights from Exploration of a High-Temperature Geothermal System on Montserrat, West Indies // Energies. 2014. V. 7. P. 6689–6720. doi: 10.3390/en7106689
- Sobolev S.V., Zeyen H., Stoll G., Werling F., Altherr R., Fuchs K. Upper mantle temperatures from teleseismic tomography of French Massif Central including effects of composition, mineral reactions, anharmonicity, anelasticity and partial melt // Earth Planet. Set. Lett. 1996. V. 139. P. 147–163.
- Spichak V.V., Zakharova O. Electromagnetic geothermometry. Amsterdam: Elsevier. 2015. 183p.
- Spichak V.V., Zakharova O.K., Rybin A.K. Methodology of the indirect temperature estimation basing on magnetotelluric data: northern Tien Shan case study // J. Appl. Geophys. 2011. V. 73. P. 164–173.
Supplementary files


