实际地球介质中的波的新研究进展—四川地震学、非线性地震学与构造活动波研

本文介绍实际地球介质（地球物理介质、地质介质）中的波的激发与传播问题的某些新的研究方向与进展。首先简要说明实际地球介质的一般特性。其次分别介绍随时间变化的三维非均匀地球介质中的地震波和非线性地球介质中的地震波的传播问题，也就是四维地震学和非线性地震学的研究进展。本文最后研究了三种类型（广义瑞利型、广义勒夫型和广义导波型）的构造活动波的激发与传播特性，并用它们来解释过去已发现的几种不同类型的地震活动波。     

旋转运动在地震学中的应用概述

旋转地震学是研究由天然地震、爆破和周围环境振动引起的地面旋转运动的新兴学科。对于它的研究不仅有助于对质点运动(平移运动、旋转运动和形变)进行完整的描述,而且对广义地球物理学,如强地面运动地震学、地震工程学、地震物理学、地震仪器等的研究也有重要指导意义。本文系统介绍了旋转运动在地震学中4个方面的应用。首先,介绍基于平移运动和旋转运动的共同测量,得出了计算远震瑞利波和勒夫波相速度的理论公式,并以西伯利亚地震为例,得出台站附近的相速度结构;其次,利用环形激光仪仅对地震SH波敏感的特性,分离P波和S波,分辨海洋噪声和面波,确定海洋噪声的反方位角;然后,介绍利用旋转传感器对自由振荡的长周期环形模式的观测;最后,对包含旋转观测量的多参数反演问题的重要性和实用性进行了阐述,并分析了旋转地震学研究现存的问题。     

地球内核及其边界的结构特征和动力学过程

现代地震学展现出了一个复杂的地球内核内部和表面结构.地球内核内部结构的主要特征表现为其地震波速度和衰减呈现各向异性,且各种结构（速度、衰减和各向异性）均呈现东西半球差异,而内核表面的新发现则包括其局部区域存在起伏的地形和固液并存的糊状层.地球内核压缩波速度和衰减均呈现以地球旋转轴为轴的柱对称各向异性,沿地球旋转轴方向传播的压缩波比沿赤道方向传播的压缩波传播更快且衰减更强烈.同时,内核各向异性结构随深度而变化：内核顶部约100~400 km接近各向同性,而在内核最深处300~600 km内则可能存在一个具有不同各向异性特征的内内核.地球内核的东西半球差异表现在多方面：在内核顶部~100 km厚度内,东半球的各向同性速度比西半球快约0.8%,东半球具有较强的衰减（Q=250）,而西半球则具有较弱的衰减（Q=600）;西半球的顶部各向同性层厚度约为100 km,而东半球顶部各向同性层厚度则约为400 km;在各向同性层底下,西半球具有较强的各向异性（~4%）,而东半球则具有较弱的各向异性（~0.7%）.地球内核边界在菲律宾海、黄海、西太平洋以及中美洲下方存在1~14 km高的地形起伏,在鄂霍次克海西南部下方存在4~8 km厚的糊状层.地球内核的这些新发现引发了对许多可能的新物理机制的探讨,也促使我们重新评估我们对外核成分、外核热化学对流、内核凝固过程和地球磁场驱动力的认识.这些结果表明内核凝固过程和地球磁场的热和化学驱动力远比传统观念认为的横向均匀分布复杂得多.内核西半球可能不断凝固并释放潜热和轻元素,而东半球则可能不断熔化并吸收潜热和轻元素,外核对流的驱动力在东西半球可能截然不同,甚至呈现相反方向.这些凝固与熔化交替过程也发生在局部地形起伏区域.在糊状层区域,地球内核凝固释放潜热和化学能,而在大部分无糊状地区,内核凝固只释放潜热.     

弹性介质各向异性研究沿革、现状与问题

各向异性介质中地震波的传播研究是当今地震学研究领域中的前沿课题之一,同时也是地震学中难题之一.由于地下岩石的各向异性主要表现在:地震波速度随传播方向发生变化;不同类型体波间相互耦合;横渡发生分裂:面波速度频散依赖于传播方向等.薄互层与裂隙定向分布等产生视各向异性,放在石油地震勘探、地震预测和岩石层物理与动力学研究中有极大潜力和应用前景,并受到广泛重视.为此,本文较为详尽地讨论了弹性介质中地震波各向异性研究的沿革,简述了国内外现今取得的主要研究成果以及目前尚存在的和有待解决的一些主要问题.最后对我国在各向异性介质中地震波动、检测和应用等研究提出了一些看法.     

倾斜和应变固体潮中的海潮负荷改正

引言 到目前为止,地球内部的弹性性质均由地震学方法获得。用地震记录可研究弹性波(压缩波、剪切波)和地下物质的弹性性质。研究海潮负荷作用下弹性地球的响应问题可对观测资料进行负荷改正并对地球内部的弹性参数进行反演研究,这是区别于地震学的又一行之有效的研究手段。多年来许多人在该领域作了大量的研究,已取得了一定的成     

利用前驱波研究地幔间断面的若干进展

地幔速度结构提供了地球内部热和化学状态及其构造演化历史的重要信息。对于地幔间断面的研究可以更清楚地了解地球内部温度分布特征和化学结构,并对确定地幔间断面成因及地幔对流模式等地球动力学问题具有重要的意义。地震学观测显示在410 km、660 km深度普遍存在速度间断面,并且在全球特定区域的上地幔(220 km、300～350 km、520 km、560 km)和下地幔(800～900 km、1 100～1 200 km、1 800 km、2 400 km)也有速度间断面的存在,不同区域地幔间断面的起伏可能受到温度、含水量、矿物相变及俯冲板块的影响。利用前驱波来研究地幔间断面具有独特优势,前驱波相比参考震相较早到达观测台站,从而避免其他震相的干扰,可以更准确地研究较弱的速度间断面。文章收集整理近些年来地震学家利用前驱波研究地幔间断面的成果,包括长周期反射震相SS或PP的前驱波、深震震相sP、pP的前驱波和地球表面反射震相PKPPKP(P′P′)的前驱波等,并对不同前驱波的特点及地幔间断面的相关研究成果进行总结。利用前驱波研究地幔间断面的方法已较为成熟,及时收集总结相关的研究成果对认识地球内...     

S波包络时间差影响因素的数值分析di

介质非均匀性可引起高频S波包络的展宽．S波包络展宽是定量研究岩石圈中随机速度非均匀性的有力工具．S波的初至与其均方根包络最大振幅的一半之间的时间延迟定义为S波包络时间差,该时间的大小可反映介质非均匀性强弱．采用有限差分算法模拟了2D von Kaacute;rmaacute;n型随机介质中S波包络的展宽现象,统计分析了影响S波包络时间差的主要因素．结果表明,随机介质中S波传播的距离、随机介质速度扰动率及S波频率均可对S波包络时间差产生影响．相比较而言,速度扰动率对S波包络时间差影响程度最大,S波传播距离次之,S波频率影响程度最小．      

内核超速旋转的存在受到成双的远震的质疑

地球内核相对于地幔差动旋转的第一个证据,来自地核震相差异走时异常30年变化的观测(Song and Richards,1996.地球内核差异旋转的地震学证据。Nature,382:221～224)。成双的远震的对照比较,对于测量这种差异走时以及检验它们的时间变化,提供了一种强有力的手段。与直接测量差异走时的方法不同,这一技术不需要有准确的地震定位。这一方法首先在认为无差异走时的成双的远震的例子中受到检验。这些检验使我们得以指出双远震方法在应用中可能遇到的困难,如极性反转。之后又在法国记录的汤加深震和阿拉斯加科利奇站(COL)记录的南桑德威奇群岛地震应用了这一方法。以上地震使Song和Richards提出了内核旋转的观点。对第一条路径我们没有发现时间的变化,这与以前的研究一致。对于南桑德威奇岛至科利奇的路径,成双的地震分析表明:在这一方法的分辨率内(大约0.05s)不能检测到PKP走时的显著时间变化。Song和Richards观测的残差变化是30年约0.3s,这在很大程度上可能归于震源的定位误差。因此,当前的地震学观测没有检测到内核的差异旋转,这是因为如果有差异,也小于目前地震学的检测能力,即小于0.2°/a。     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

用于地震数值模拟研究的数据库及应用平台

数值模拟已经渗透到地震学研究的各个重大领域,随着信息时代数字技术的高速发展,充分利用数字信息资源,开展多学科的综合研究已成为地震学研究发展的趋势.利用数值模拟的手段,将多学科的观测资料、实验结果和理论分析有机地结合起来,将会极大地开拓解决重大地震学问题的能力,必将推动对危害人类的强地震的预测预报从经验性向物理的、数字的预报转变.该平台提供面波频散信息,中国及邻区三维速度模型,中国大陆震源机制解,断层构造,地震波形,地震目录,地震台站,以及仪器响应信息等丰富的地震学基础数据和研究成果,可以利用这些信息构建比较合理的地球模型和尽可能多的约束条件,并进行地壳形变和地震过程的数值模拟;可以在该应用平台开展地球介质各向异性分析,面波层析成像,面波偏振分析,面波时频分析,以及射线追踪等与地球内部结构有关的研究.同时,这也是一个交流平台,研究人员可以利用该平台发布自己的研究成果与同行交流.