核－幔边界的动力学背景

根据传播矩阵方法，并把由联合反演得到的同时满足长波地形起伏、板块运动速度、重力位异常资料以及地震层析先验知识的全地幔三维异常密度作为载荷，以求取核－幔边界的动力学背景．计算结果显示：１．所求的核－幔边界起伏图像与Ｈａｇｅｒ等根据格林函数方法所求得的核－幔边界的起伏在全球范围内基本相符．２．核－幔边界处的环型场仅在数量上降为地表处的环型场的１／８左右，而极型场较地表处的极型场的流动图像有显著变化，数值也增为地表处极型场的３倍左右．     

核－幔边界的动力学背景

根据传播矩阵方法，并把由联合反演得到的同时满足长波地形起伏、板块运动速度、重力位异常资料以及地震层析先验知识的全地幔三维异常密度作为载荷，以求取核－幔边界的动力学背景．计算结果显示：１．所求的核－幔边界起伏图像与Ｈａｇｅｒ等根据格林函数方法所求得的核－幔边界的起伏在全球范围内基本相符．２．核－幔边界处的环型场仅在数量上降为地表处的环型场的１／８左右，而极型场较地表处的极型场的流动图像有显著变化，数值也增为地表处极型场的３倍左右．     

西藏与南亚地区大地水准面的场源及其动力效应初探

根据西藏与南亚地区重力大地水准面的分布，对其相应的场源作了分析．其中除分别来自地球表层的地质构造和深部的核幔起伏外，剩下的主要部分可能是由密度较小的地幔热柱所形成，地幔热柱中心位置处于东经８２°和纬度０°附近，这和该处的热流密度异常位置十分吻合．所反演的热柱有关参数：上顶深１００ｋｍ，下底深２８５０ｋｍ，半径１００ｋｍ，与周围地幔的密度差为３０ｋｇ／ｍ^３；另外，还讨论了在对流状态下该地幔热柱引起的动力效应，计算出对流速度和剪切力分别为４．８－４８ｃｍ／ａ和１１－１１０ＭＰａ，该力对我国岩石层应力场的构成和青藏高原的隆起有重要影响．     

全球扰动场源的研究及其大地构造意义

作为大地重力学反问题研究的实际应用，本文计算了全球扰动场源．在参数选择、赋值模式上，首先考虑到地球的成层结构与密度异常分布．研究表明，地球内部物质分布的不均一性主要体现在岩石层块体内部，并一直延深到幔核边界；地壳中的构造活动与地球内部物质分布状态相关．从大地构造学的角度，分析对比讨论了扰动场源所揭示的地球深部地质作用机理．     

动力地球表面形变

地幔对流使得地球表面及核幔边界发生形变，这种由地球深部的动力学过程所引起的形变对大地水准面异常的贡献与地球内部密度异常的贡献具有相当的量级，但符号相反，而由于地表的短周期地质作用所引起的地球表面形变的屏蔽作用，这种长波长、长周期的动力地球表面形变在目前还无法直接观测出来。本文首先从观测大地水准面异常中将地球内部密度异常的贡献去掉，并根据地震层析所得出的核幔边界形变，求得了动力地球表面形变。其结果将对地球内部的动力学过程尤其是粘滞度分布提供十分有用的信息。     

塔里木盆地岩石层热结构特征

在大地热流密度分布的基础上，研究了塔里木盆地中库尔勒－若羌和阿克苏－叶城两条剖面岩石层热结构特征．由岩石层Ｐ波速度分布转换成生热率剖面，用二维数值模型获得了岩石层热结构和热状态特征．结果表明，塔里木盆地壳幔边界温度的高低与其埋深密切相关．居里等温面深度大，地幔热流密度较低．岩石层厚度变化与其新生代期间挠曲过程密切相关．在岩石层温度分布基础上，确定了深部脆－韧性过渡带深度和岩石层屈服强度，表明塔里木盆地岩石层相对较冷，且具有刚性的地球动力学特征．     

区域重力异常和上地幔小尺度对流相关方程及对流拖曳力场

建立了区域重力均衡异常的物理模型，假定区域重力均衡异常源于上地幔密度分布横向不均匀以及由上地幔小尺度对流产生的边界形变．导出了区域重力均衡异常和上地幔小尺度对流之间的相关方程，讨论了该方程在地球动力学研究中的应用．应用几种模型计算上地幔小尺度对流产生的作用于岩石层底部的拖曳力场．结果表明，将这一相关方程用于利用区域重力均衡异常研究地壳及上地幔应力状态，将有广阔的前景．     

俯冲带的负浮力及其影响因素

基于Ｍｕｒｎａｇｈａｎ－Ｂｉｒｃｈ状态方程，计算了密度Ｐ、热膨胀系数ａｖ、定压比热ｃｐ等物性参数在上地幔温压条件下的分布，给出了热传导系数ｋ在上地幔温压条件下的分布．采用准动力学计算方案，用有限元方法计算了板块不同俯冲速度、角度、不同厚度及不同俯冲深度情况下俯冲带的温度分布和密度分布．计算了不同俯冲模型下俯冲带的负浮力及其对岩石层板块形成的等效应力，发现负浮力在俯冲过程中是变化的，俯冲速度和板块厚度对其有明显的影响，在稳定俯冲状态，负浮力约为（１．５－２．３）×１０^１３Ｎｍ^－１，等效张应力约为０．２５－０．２９Ｇｐａ．     

液核动力学扰动引起的地球形变

讨论了地球固体部分对液核动力学效应引发的核幔边界和内核边界上压力和引力扰动的形变响应．采用弹性-引力形变理论描述地幔和内核的形变，给出了内部负荷Love数的一般表达式．以初始参考地球模型为例，分别计算了在地球表面、核幔边界和内核边界上的内部负荷Love数．探讨了液核边界上压力和引力扰动导致的地球形变场的空间和频率分布特征．本文的结果可以为中短周期液核动力学理论模拟提供必要的边界条件．      

欧亚板块均衡大地水准面异常及其动力学特征

采用弹性挠曲模型,利用球谐函数方法计算了欧亚板块均衡大地水准面异常.均衡大地水准面异常消除了地形起伏、地壳物质补偿的影响,主要反映了地幔物质密度异常以及核幔边界起伏和热状态的不均匀分布特征,而这种物质密度和热状态的不均匀分布导致了地幔物质的流动.针对滤波后的均衡大地水准面异常分别计算了欧亚板块大尺度和中尺度的地幔对流,并进行了构造和地球动力学分析.结果表明,现今欧亚板块的地壳运动与地幔对流有着密切的联系.     

用ScP前驱波搜寻1800km深度之下的地幔结构

如果地幔的钙钛矿中存在两个分层的地球化学储集层或有矿物相变，那么这两个地球化学层或矿物相之间的边界就可能位于1800km的深度到核幔边界(CMB)之间。我们通过对密集的太平洋西北地震台网(PNSN)数百个短周期垂直分量远震地震波形叠加，搜寻可以在该边界上产生的ScP前驱波(S-P反射波)。太平洋西北地震台网记录了清晰的ScP震相，并保存有4个地震的P-ScP时间窗。估计我们的探测阚值的阻抗反差大于4％。没有资料证明在1800km与核幔边界之间存在陡变结构，意味着在阿拉斯加和墨西哥湾以下1800km至核幔边界之间不存在陡变的地震不连续面：除非不连续面不是陡变的，存在大的地形起伏，或小的阻抗变化。虽然不是结论性的，但这个观测与在这一深度范围没有全球范围的地球化学储集层的边界和没有相变的地球模型相一致。     

由重力场的时空分布研究青藏地区地壳及其运动

基于地壳均衡及圆柱体受热模型原理，求出莫氏面起伏及上地幔异常密度分布，并推测了喜马拉雅的相对隆起及其动力机制；由残余大地水准面的分布及底层加温的热对流假设，探讨了青藏地区和我国中部地壳运动的力源问题；此外阐述了根据多期重复重力测量，可以检测出高原的隆起和断层活动     

东北亚PKiKP/PcP振幅比离散特征与内核边界密度跳变研究

地球内核边界密度是理解地球核幔系统及地球发电机模型的重要约束. PKiKP/PcP振幅比通常被用于内核边界密度跳变研究,但常常受限于离散的观测数据.文章首次拾取东北亚地区不同地震在相同内核和核幔边界区域反射的PKiKP和PcP震相,通过分析表明PKiKP/PcP振幅比离散是广泛存在的;同时,对比了PKiKP和PcP振幅,发现PKiKP/PcP振幅比离散不能仅归因于内核边界的异常,其离散更可能来自于两种震相射线路径差异和壳幔结构不均匀异常的影响.通过拟合PKiKP/PcP振幅比观测数据,文章得到东北亚下方的内核边界密度跳变和压缩波速度跳变分别约为0.65g cm~(-3)和0.87km s~(-1),较大的密度跳变和压缩波跳变意味着内核表面可能存在局部的结晶作用.     

全地幔三维异常密度的联合反演

由Hager(1981)提出的,叶正仁(1989)进一步发展的传播矩阵方法,提供了一种运用地球重力位、板块运动速度资料来探求地幔内部横向不均匀性的一条途径.但由于地球重力位、板块运动速度资料均是二维资料,故仅运用上述两种资料来反演三维异常密度会导致反演结果很强的不唯一性、不稳定性.作为80年代地球物理学最富有成效的成果之一就是利用地震P 波和S波的层析技术,提供了上、下地幔三维异常速度分布,从而为地球物理及地球动力学的研究提供了最新的先验知识.把传播矩阵方法、粘滞损耗最小原理运用于全地幔对流的地球动力学模型,并同时把长波地形起伏、板块运动速度、重力位资料以及傅容珊根据地震层析结果所合成的全地幔三维异常密度作为约束条件,联合反演全地幔的三维异常密度结构.计算结果显示:(1)从计算所及的密度横切剖面来看,至少在250—670km 深度范围内异常密度的高低与地表构造有一定的相关性:即全球的大部分发散边界和相当部分的大陆分别对应低异常密度区和高异常密度区,地幔的异常密度数值在1500km 深度附近达到最小.(2)从计算所得的密度纵切剖面来看,对应太平洋中脊、印度洋中脊、红海及亚丁湾地区,低密度的异常区从地表一直延伸到核一幔边界,不过太平洋中脊相对明显.除上述区域外全地幔的异常密度基本上(按数值大小及正负)分三层.     

地球内部压力变化及其构造意义

地球内部的压力远比人们预想的要高得多，地心处的压强为无穷大，在重力分异过程中，地壳地幔减压膨胀（吸热），地核增压收缩（放热），核幔边界是热交换界面，热幔 核幔边界生成。     

地球重力模型中球谐函数阶数的异常源深度估计

利用大地水准面高度异常与重力异常的比值方法，通过选择合理的接近真实地球重力异常的异常源，为地球重力位球谐系数阶数与异常源埋深的关系进行了探讨，给出了异常源最大的深度范围。指出在核幔边界起伏的研究中，利用２－８阶重力位球谐系数的比较合理，这与Ｄｚｉｅｗｏｎｓｋｉ等人利用地球资料，在考虑地幔对流时推测的阶数具有较好的一致性。     

核—幔热相互作用

1715—1980年的核—幔边界磁场图,揭示出了磁场的静态特征、以及在大部分核—幔边界上不存在西向漂移现象。这种静态特征说明,地核中的流动是和地幔热耦合的。本文研究了各种耦合机制,并预言在核—幔边界上存在着横向不均匀性。这促进了用地震方法和大地水准面方法得到的下地幔和核—幔边界模型的比较,虽然要与分辨率很高的磁场进行详细的比较,它们的分辨率普遍是不够的。     

核幔边界的速度结构对PKPab波形的影响

用地球的自由振荡研究地球内部结构、速度间断面、密度分布等具有射线理论不可替代的优点。而地球的自由振荡可以用简正振型来表示,用简正振型叠加方法合成的PKP波理论地震图,其PKPab波震相和PKPdf波震相的走时与射线理论计算的理论走时基本一致,并且研究了在地幔底部至核幔边界上方300km处,压缩波的速度梯度的变化对PKPab波振幅的影响,从而证明当波以接近掠射角或者大于掠射角入射时,会有漏能现象的发生,或者可称之为隧道效应。发现用3个不同模型合成的地震图,在震中距相同的情况下,核幔边界上P波速度梯度大的,其PKPab波的振幅较小一些。这也进一步说明核幔边界上方P波速度梯度的变化对漏能现象有一定程度的影响。     

地震层析地球内部密度分布横向不均匀研究

本文使用Woodhouse和Dziewonski等分别用S波和P波层析分析提供的,以670km深度为分界的上地幔和下地幔地震波传播所反映出的横向不均匀的球谐函数系数,假定地幔内部密度与正常水平的偏离分别与P波和S波的速度V_p和V_s成比例（下地幔δρ=γδV_p,上地幔δρ=σδV_S²）,并用一组新的球谐函数系数表示全地幔密度分布模型.计算结果表明:1.比例系数γ=0.199,σ=3.13×10^-5时,该全地幔密度模型可以70％恢复Dziewonski提供的下地幔密度模型,50％恢复Woodhouse提供的上地幔密度模型.合成密度分布基本上反映了分别由P波和S波速度异常所提供的地幔密度分布特征;2.所有穿过太平洋中部的剖面均明显地显示出一个低密度异常从地表一直延伸到核-幔边界;3.所有大陆下部均存在一个高密度异常区,而且深入到1200-1300km深度处;4.由密度异常的正、负交替基本上将部分地区地幔分成为3层,其深度依次为:第1层25-1300km左右,第2...     

中国及其邻区地球三维结构初始模型的建立

对人工地震测深及天然地震面波体波三维层折反演数据进行统一处理，建立了中国及其邻区地球三维结构初始模型．此模型图像表明，中国及其邻区地球各圈层横向变化明显．岩石圈及软流圈内速度分布主要反映这一区域自古生代以来板块及地块拼合模式．各主要板块或地块（塔里木、扬子、中朝、青藏、哈萨克斯坦、印度、印度支那）岩石圈增厚或有很深的地慢根，板块或地块间的造山带岩石圈减薄，软流圈速度降低。下地幔底部及核幔边界D″层出现高速异常，表明古太平洋及古特提斯洋俯冲板块因重力坍塌已进入地球深层，形成亚洲超级下降地幔柱。这一下降地幔柱引起地球表层物质向中亚、东亚地区集中，印度半岛、青藏高原、新疆、蒙古至贝加尔一带，成为全球岩石圈最大的汇聚场所．