利用常熟地震台同场地形变仪记录检测对比地球自由振荡信号

利用常熟地震台同场地观测的洞体应变仪、体应变仪、水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪记录数据,采用小波变换与功率谱密度估计方法,检测2011年3月11日日本9.0级大地震激发的地球自由振荡信号,其中检测到47个球型基频振型（₀S₃—₀S₄₉）、15个环型基频振型（₀T₅—0T₂₅）以及部分球型谐频振型,与地球初步参考模型（PREM）理论频率值基本符合,表明检测结果较好。对比结果显示：水管倾斜仪检测球型振荡振型能力最强,垂直摆倾斜仪检测环型振荡振型能力最强;体应变仪可检测到清晰的环型基频振型,且信噪比较高;倾斜仪对自由振荡信号的检测能力优于应变仪。     

利用JCZ-1T地震计LP通道数据检测斐济M W 8.2深震激发的地球自由振荡

JCZ-1T地震计LP通道数据可有效应用于地球自由振荡信号探测。利用泰安基准地震台JCZ-1T地震计LP通道120小时数据记录,获得2018年8月19日斐济M_W 8.2深源地震激发的地球自由振荡,检测到基频球型振荡₀S₆-₀S₅₈几乎所有振型、球型振荡部分零级振型和高振型以及环形振荡部分基振型和高振型,与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行对比,结果表明,振荡周期观测值与PREM理论值基本一致,二者微小差值应由地球介质的横向不均匀性和各向异性所致。     

利用超导重力数据检测日本Mw9.0地震的低频自由振荡及谱线分裂

准确估计低频自由振荡及谱线分裂是约束地球内部结构和改进地球模型的重要手段.本文利用四个不同台站的超导重力观测数据系统研究了日本M_w9.0大地震激发的低于1.5 mHz自由振荡及谱线分裂.研究结果表明:(1)选取适当的数据长度,超导重力观测数据可以检测出低于1.5 mHz除₁S₁以外的所有自由振荡;(2)除₀S₂、₀S₃、₀S₀、₂S₁、₃S₁、₁S₂和₀T₂外,重点探测出₃S₂、₀S₄和₁S₄谱线分裂的所有谱峰;(3)与PREM模型理论频率相比,₀S₀观测频率平均向右偏移0.354×10^-3mHz,说明PREM理论模型中地幔底部参数与真实地球可能存在微小偏差;(4)₃S₂的谱线分裂率r为1.485267,比PREM理论谱线分裂宽度约宽50%,表明PREM中地球内核中部介质参数可能存在一定误差,需要进一步改善.另外,quasi-₀T₂的r为1.254206,比PREM理论谱线分裂宽度约宽25%.     

由中国CDSN台网检测到的汶川地震所激发的地球球型自由振荡

2008年5月12日汶川发生M8.0特大地震, 这次特大地震使得地球自身产生了整体的连续振动。 本文采用地震发生之后中国数字地震台网(CDSN)所记录到的5天地震波形, 对VHZ频段进行了功率谱密度分析。 由于CDSN台网的地震仪对低频信号具有压制特点, 所以没有对资料进行固体潮处理, 从而获得了大地震激发的73个(₀S₄～₀S₇₆)基频球型自由振荡和6个谐频球型自由振荡(₁S₂, ₃S₂, ₁S₄, ₁S₀, ₁S₇, ₄S₂), 并与PREM模型的理论自由振荡周期进行了对比, 结果表明观测振荡周期与PREM预测的振荡周期吻合很好。 所得结果可以进一步用来研究地震震源机制和地球内部结构, 并对大地震的震源破裂分布给出一定的约束。     

基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

利用泉州地震台gPhone重力仪观测资料检测地球自由振荡

gPhone重力仪低频段良好的噪声水平有利于记录地球自由振荡信息。利用泉州基准地震台gPhone重力仪原始观测数据,分析直接检测2021年7月29日美国阿拉斯加州以南海域M_S 8.1地震激发的地球自由振荡信息的可能性,结果表明,基频振型₀S₄—₀S₆₀和多个谐频振型的实测频率值与地球初步参考模型（PREM）的理论值基本一致,可见利用该台gPhone重力仪可有效检测地球自由振荡信号。文中所得结果可用于地球内部结构研究,有助于做出更精细的地球模型。     

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生M_w9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡₀S₀简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.₀S₀振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的₀S₀振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011 Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对₀S₀振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对₀S₀振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其₀S₀振幅显著偏离观测值的主要原因.     

中国数字地震台网记录的昆仑山口西地震的球型自由振荡

利用中国数字地震台网 (CDSN)改造后的7个台站的VHZ波形资料, 采用功率谱密度估计方法, 利用中国数字地震台网地震仪对低频信号压制的特点, 在没有对资料去除固体潮影响的情况下, 提取了2001年11月14日昆仑山口西地震激发的₀S₄~₀S₇₆地球球型自由振荡, 并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡周期进行对比, 结果表明与PREM预测的球型自由振荡周期符合得很好。 该地震的地球自由振荡信息, 可用于地震震源机制研究和地球内部结构研究。     

利用沈家地震台水位资料检测地球自由振荡

利用沈家台LN-3A型数字化水位仪观测资料,采用功率谱密度估计的方法,检测到了2011年3月11日日本M_w9.0级大地震激发的_0S_2～_0S_(76)基频球型自由振荡和5个谐频球型自由振荡_1S_3、_1S_6、_2S_(12)、_7S_(10)、_1S_(38),并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡频率进行比较,结果表明,实际观测振荡频率与PREM模型预测的振荡频率基本吻合。     

利用体应变观测资料检测地球自由振荡

选用通河地震台体应变观测数据,采用功率谱密度估计方法,获得2015年5月30日日本小笠原群岛地区8.0级大地震和2017年9月8日墨西哥沿岸近海8.2级大地震激发的_0S_4—_0S_(35)基频球型自由振荡频率,并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡频率进行对比,结果发现:前者共被检测到11个基频信号,有7个信号与理论值存在偏差,1个存在频谱分裂现象;后者共被检测到17个基频信号,有9个信号与理论值存在偏差,1个存在频谱分裂现象。     

利用VP型垂直摆倾斜仪观测数据检测2011日本M_w9.0级地震激发的低频地球自由振荡

甚长周期VP型垂直摆倾斜仪对某些地球物理信号有特殊的敏感性,除了在观测小地震、慢地震等方面有优势之外,还可有效应用于低频地球自由振荡信号的探测.利用安置在武汉大学珞珈山的我国自行研制的VP型垂直摆倾斜仪在2011日本Mw9.0级大地震之后不同长度的观测数据,联合EEMD方法、自回归估计(AR)方法和bootstrap法,本文不仅检测到该地震激发的频率小于4.7 mHz的零阶球型振荡(0S2至0S38)和环型振荡(0T4至0T35)几乎所有振型以及15个谐频振型,还检测到5个其频率低于1mHz的低阶球型多线态(0S2、2S1、0S3、0S4和1S2)的部分或全部谱峰分裂现象,并给出了所有检测结果的精度评估.此外,本文分析了某些球型和环型振荡之间的耦合效应,结果表明耦合效应将显著影响地球自由振荡信号的相关参数.     

利用怀来地震台水管仪观测资料检测地球自由振荡

利用怀来地震台水管仪的数字化观测资料,采用功率谱密度估计方法,在没有对资料去固体潮处理的情况下,准确获得2004年12月26日苏门答腊9.0级地震激发的_0S_2—_0S_(38)基频球型自由振荡,并与PREM模型的理论自由振荡周期进行对比,发现实测振荡周期与PREM预测的振荡周期吻合,除_0S_2、_0S_4、_0S_7振型的观测周期和PREM模型理论周期的相对误差大于0.3%外,其他振型的观测周期和PREM模型理论周期的相对误差大都集中在0.1%左右,同时检测到7个谐频球型振荡和10个环型振荡。可以从水管倾斜仪的观测资料中提取地球球型振荡信息,为地球自由振荡的研究提供一种新的仪器观测方法。     

南极上地幔结构异常对长周期自由振荡的影响

2012年发生的苏门答腊大地震激起了强烈的环形地球自由振荡,本文利用南极26个地震台站记录的此次大地震激发的₀T₁₀简正模,分析南极上地幔结构异常对长周期自由振荡的影响,我们将震后20 h的自由振荡观测数据与利用PREM地球模型模拟的结果进行比较,结果表明：在震后较短时间内区域性（区域的范围远远小于简正模的波长）上地幔结构异常能显著影响长周期自由振荡质点的偏振,引起简正模强烈的偏振异常.以往研究主要关注地球自转和全球范围的上地幔结构异常对长周期自由振荡简正模的影响,局部范围的上地幔结构异常对长周期自由振荡的影响并未被重视.对南极地区₀T₁₀垂向偏振异常的进一步分析表明：南极大陆上地幔存在方位各向异性,上地幔各向异性主要分布在横贯南极山脉下方,深度范围约为70~660 km.利用震后较短时间内的长周期地球自由振荡观测资料可以对局部区域上地幔的各向异性及其深度范围提供约束,可作为剪切波分裂和面波层析成像技术的补充.