接收函數及T波在地球界面起伏研究中的應用.pdf

1、地球內部界面的研究，對于我們認識地球內部結構、物質組成、各圈層演化的動力學過程都有著十分重要的意義。由于地球內部的物質非均勻性、地球內部溫度的異常、俯沖板塊及地幔熱柱的作用，使得地球內部的界面可能存在起伏。通過大量研究表明，對于地球界面起伏的研究，能夠很好的將界面起伏與物質溫度、地幔對流狀態(tài)聯系起來。 本文主要采用接收函數和海洋T波來研究地球界面的起伏。對于地球內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，本文主要采用轉化波的接收函數方法。在利用接收函數方法進行界面起伏研究的時候，本文主要做了以下工作：(1)實現了共轉換點疊加接收函數的方法，并通過對給定的兩個較為復雜的2D模型的理論計算測試，證實了共轉換點疊加方法和程序的正確性和可行性。(2)將程序發(fā)展到3D，并應用于實際區(qū)域上地幔界面起伏的研究中，得到了委內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，我們對接收函數的質量進行了評分，并作

3、為后續(xù)疊加時的權重之一；同時在網格內部還引入了高斯權重因子取代傳統的線性疊加算法。(3)實現了利用重力反演地殼厚度的方法，并用于計算中國地區(qū)大尺度的Moho面起伏，從另一個角度與接收函數的結果進行了對比研究。(4)通過對PKKPbc及其前驅波震相的分析，研究了外核頂部由輕元素組成的剛性薄層的地震學性質。第二類，界面起伏的統計性研究。對于界面起伏統計性研究，本文以不同尺度海底地形起伏對海洋T波激發(fā)的影響為例進行了說明。隨后，本文也分析了T

4、波與地震震源參數之間的關系，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，主要是利用地震學中的前驅波震相(precursor)，比如通過對地表前驅波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H-Kappa疊加及接收函數3D共轉換點疊加的方法來研究地殼和上地幔界面大尺度的起伏。本文的對于大尺度地球

5、界面的研究主要分為以下幾個方面： (1)通過網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)域構造、巖石性質等研究提供幫助。 (2)本文實現了共轉換點疊加接收函數的方法，并通過兩個2D模型的理論計算測試，首先驗證了方法的正確性；其次在3D的疊加過程中引入了高斯權重函數和N次方根的方法，提高了對接收函數中一致信號的拾取。最后，將此方法

6、用于實際接收函數的處理中，得到了委內瑞拉和青藏高原地區(qū)的410公里、660公里界面的起伏。利用物質高溫高壓試驗的克拉貝隆曲線斜率的結果，將得到的界面起伏轉化為溫度變化的信息，為探測俯沖板塊(冷)和熱點熱柱(熱)提供依據。 (3)我們編程實現了傅容珊教授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面法，并反演得到了中國地區(qū)大尺度的地殼厚度分布。我們之所以進行重力方法的研究，主要是為了與上文利用接收函數方法的結果進

7、行對比。 (4)通過對PKKPbc波形及其前驅波的分析，得到了外核頂部輕元素組成的剛性薄層(CRZ)的地震學性質；我們還通過比較不同位置的前驅波到時的差異，提出了外核可能存在tangentcylinider結構的地震學證據。 綜上所述，我們系統地形成了從接收函數的提取、接收函數信噪比的改進、接收函數疊加成像、高溫高壓試驗對結果解釋等相關研究的一整套方法。基于本文的疊加方法，我們可以快速準確地得到地下間斷面的起伏，并與物質

8、的溫度異常聯系起來，從而可以用來探測地球內部俯沖板塊和熱點熱柱的分布。隨著大量臺陣的架設和地震波數據的積累，本文的方法在未來的研究工作中將有很好的應用前景。利用重力資料得到Moho面起伏的方法，可以從另一個角度對接收函數的結果進行驗證，希望能成為接收函數方法的一個有益補充。 (B)界面起伏的統計性研究 對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，而一般進行統計學上的描述。對于小