接收函數(shù)及T波在地球界面起伏研究中的應(yīng)用.pdf

1、地球內(nèi)部界面的研究，對(duì)于我們認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、各圈層演化的動(dòng)力學(xué)過程都有著十分重要的意義。由于地球內(nèi)部的物質(zhì)非均勻性、地球內(nèi)部溫度的異常、俯沖板塊及地幔熱柱的作用，使得地球內(nèi)部的界面可能存在起伏。通過大量研究表明，對(duì)于地球界面起伏的研究，能夠很好的將界面起伏與物質(zhì)溫度、地幔對(duì)流狀態(tài)聯(lián)系起來。 本文主要采用接收函數(shù)和海洋T波來研究地球界面的起伏。對(duì)于地球內(nèi)部間斷面起伏的研究，我們從研究方法上的差異分為兩類：第一類，界面起

2、伏的確定性研究，本文主要采用轉(zhuǎn)化波的接收函數(shù)方法。在利用接收函數(shù)方法進(jìn)行界面起伏研究的時(shí)候，本文主要做了以下工作：(1)實(shí)現(xiàn)了共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加接收函數(shù)的方法，并通過對(duì)給定的兩個(gè)較為復(fù)雜的2D模型的理論計(jì)算測(cè)試，證實(shí)了共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加方法和程序的正確性和可行性。(2)將程序發(fā)展到3D，并應(yīng)用于實(shí)際區(qū)域上地幔界面起伏的研究中，得到了委內(nèi)瑞拉和青藏高原地區(qū)410公里、660公里間斷面的位置和起伏信息。在處理過程中，我們對(duì)接收函數(shù)的質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)分，并作

3、為后續(xù)疊加時(shí)的權(quán)重之一；同時(shí)在網(wǎng)格內(nèi)部還引入了高斯權(quán)重因子取代傳統(tǒng)的線性疊加算法。(3)實(shí)現(xiàn)了利用重力反演地殼厚度的方法，并用于計(jì)算中國(guó)地區(qū)大尺度的Moho面起伏，從另一個(gè)角度與接收函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。(4)通過對(duì)PKKPbc及其前驅(qū)波震相的分析，研究了外核頂部由輕元素組成的剛性薄層的地震學(xué)性質(zhì)。第二類，界面起伏的統(tǒng)計(jì)性研究。對(duì)于界面起伏統(tǒng)計(jì)性研究，本文以不同尺度海底地形起伏對(duì)海洋T波激發(fā)的影響為例進(jìn)行了說明。隨后，本文也分析了T

4、波與地震震源參數(shù)之間的關(guān)系，以及利用深震激發(fā)的T波來研究俯沖板塊衰減特性。 (A)界面起伏的確定性研究 界面起伏的研究，主要是利用地震學(xué)中的前驅(qū)波震相(precursor)，比如通過對(duì)地表前驅(qū)波S410S、S660、P410P、P660P等的研究，可以得到410公里、660公里間斷面的起伏。本文的研究主要利用接收函數(shù)H-Kappa疊加及接收函數(shù)3D共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加的方法來研究地殼和上地幔界面大尺度的起伏。本文的對(duì)于大尺度地球

5、界面的研究主要分為以下幾個(gè)方面： (1)通過網(wǎng)格搜索可能的地殼厚度(H)和縱橫波速比(Kappa)的方法，可以得到研究臺(tái)站下方的地殼厚度和縱橫波速比。而地殼厚度和縱橫波速比信息將為區(qū)域構(gòu)造、巖石性質(zhì)等研究提供幫助。 (2)本文實(shí)現(xiàn)了共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加接收函數(shù)的方法，并通過兩個(gè)2D模型的理論計(jì)算測(cè)試，首先驗(yàn)證了方法的正確性；其次在3D的疊加過程中引入了高斯權(quán)重函數(shù)和N次方根的方法，提高了對(duì)接收函數(shù)中一致信號(hào)的拾取。最后，將此方法

6、用于實(shí)際接收函數(shù)的處理中，得到了委內(nèi)瑞拉和青藏高原地區(qū)的410公里、660公里界面的起伏。利用物質(zhì)高溫高壓試驗(yàn)的克拉貝隆曲線斜率的結(jié)果，將得到的界面起伏轉(zhuǎn)化為溫度變化的信息，為探測(cè)俯沖板塊(冷)和熱點(diǎn)熱柱(熱)提供依據(jù)。 (3)我們編程實(shí)現(xiàn)了傅容珊教授1984年提出的利用重力傅立葉迭代法及劉元龍研究員提出的壓縮質(zhì)面法，并反演得到了中國(guó)地區(qū)大尺度的地殼厚度分布。我們之所以進(jìn)行重力方法的研究，主要是為了與上文利用接收函數(shù)方法的結(jié)果進(jìn)

7、行對(duì)比。 (4)通過對(duì)PKKPbc波形及其前驅(qū)波的分析，得到了外核頂部輕元素組成的剛性薄層(CRZ)的地震學(xué)性質(zhì)；我們還通過比較不同位置的前驅(qū)波到時(shí)的差異，提出了外核可能存在tangentcylinider結(jié)構(gòu)的地震學(xué)證據(jù)。 綜上所述，我們系統(tǒng)地形成了從接收函數(shù)的提取、接收函數(shù)信噪比的改進(jìn)、接收函數(shù)疊加成像、高溫高壓試驗(yàn)對(duì)結(jié)果解釋等相關(guān)研究的一整套方法?；诒疚牡寞B加方法，我們可以快速準(zhǔn)確地得到地下間斷面的起伏，并與物質(zhì)

8、的溫度異常聯(lián)系起來，從而可以用來探測(cè)地球內(nèi)部俯沖板塊和熱點(diǎn)熱柱的分布。隨著大量臺(tái)陣的架設(shè)和地震波數(shù)據(jù)的積累，本文的方法在未來的研究工作中將有很好的應(yīng)用前景。利用重力資料得到Moho面起伏的方法，可以從另一個(gè)角度對(duì)接收函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，希望能成為接收函數(shù)方法的一個(gè)有益補(bǔ)充。 (B)界面起伏的統(tǒng)計(jì)性研究 對(duì)于尺度較小界面起伏的研究，由于頻率的限制，很難用確定的地震波震相去研究小尺度界面起伏，而一般進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)上的描述。對(duì)于小