青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°—105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘—甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.     

核幔耦合对地球自由核章动的激发影响

地球自由核章动（FCN）是地幔与液核相互作用的重要动力学现象,其激发机制涉及地表流体层、地幔和地核等圈层之间的耦合,此前研究多利用地表流体层角动量数据单独研究其对FCN的激发,对核幔耦合的影响考虑不足.本文基于角动量守恒理论分析了核幔耦合对FCN周期及振幅的影响,并结合多个大气及海洋角动量函数时间序列首次估算了核幔耦合在FCN激发过程中的贡献.结果表明核幔耦合对FCN周期产生的固定和时变影响对FCN激发的作用均不可忽视,尤其时变影响可达几十个微角秒,对于进一步解释FCN时变特征非常重要;核幔耦合对FCN振幅的直接影响是地表流体层的激发与实测FCN不相符的主要原因,黏滞、电磁和地形等耗散耦合的存在对地表流体的激发振幅有67%左右的减弱效果.     

三维非均匀地幔中深源电场和磁场的谱理论（Ⅱ）──-横向缓变摄动和极型场快速扩散

把磁场观测数据向导电区域延拓,是地球电磁学的经典问题之一．从准静态近似和非零矢势规范的电磁场方程出发,依据矢量的球面分解唯一性定理,本文建立支配三维非均匀电寻率分布全球地慢中的环型场、极型场和电位势场的耦合方程组烤虑地球深部研究对认识全球地幔非均匀性横向变化尺度的限制,提出横向缓变意义下三维非均匀地幔中电场和磁场的摄动理论,其零级近似不要求电导率分布一维球对称．作为零级近似可解的例证,研究了地幔深源极型场的反扩散问题,在利用地面磁场观测反演到核幔边界时,可以考虑地幄横向非均匀性影响．     

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．      

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。     

利用VLBI和超导重力资料研究自由核章动周期时变特征

本文根据自由核章动在章动观测和时变重力观测中引起的与其频率相近的受迫章动项或固体潮潮波的共振特性,选取6个不同机构解算的VLBI天极偏差序列和全球超导重力仪网络提供的7个台站高精度时变重力观测资料,根据加权最小二乘方法拟合地球自由核章动参数,研究其本征周期的时间变化特征.VLBI资料获得的本征周期变化幅度在1天之内,存在十年尺度的时间变化特征,迭积多台站同时段重力资料获得的自由核章动本征周期时变特征与VLBI获得的结果相比变化幅度较大,但趋势大致符合.在此基础上,通过自由核章动的理论模型探讨了影响其本征周期的几个主要因素,结果表明FCN周期变化与电磁耦合存在相关性,核幔边界磁感应强度径向分量变化导致的电磁耦合的变化可能是造成FCN周期时变性的原因.     

数值模拟火星磁场古发电机：Rayleigh数对系统的影响

火星表面剩余磁场观测结果表明,火星内核曾经存在过活跃的发电机作用,利用MoSST行星发电机动力学模式模拟了火星古发电机在其活动过程中,系统状态随Rayleigh数Ra（表征发电机驱动浮力强度的重要无量纲参数）改变而变化的情况．模拟结果表明：Rayleigh数和系统中的平均磁场尺度之间呈非单调关系;核幔边界处磁场形态随着Rayleigh数改变而发生变化,尤其磁场的西向漂移速度随着Rayleigh数的减小而降低．     

核幔电磁耦合和钱德勒晃动

本文简要叙述了核幔电磁耦合和钱德勒晃动的研究成果和现状,计算了核幔电磁耦合力矩和晃动所需要的进动力矩,指出核幔电磁耦合起不到对钱德勒晃动的激发和阻尼作用,对进一步研究晃动这一尚未解决的问题无疑是有益处的。钱德勒晃动所需要的进动力矩为6.7×10~(20)N·m,而核幔电磁耦合所能提供给晃动的力矩比它要小4个量级。可见核幔电磁耦合起不到对钱德勒晃动的激发和阻尼作用,虽然它是地球转速变化的主要原因。     

1690～2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham & Jackson 地磁场模型和国际参考地磁场模型(IGRF)，研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向和垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化.结果表明，地表和地核以外地磁场总能量及其北向和垂直向的能量是持续衰减的，垂直向的磁场能量占总能量的64％以上，对总能量的贡献起主要作用；东向分量的能量随时间的变化以增加为主.地磁场的能量变化率存在56年的周期，主要是由偶极子磁场产生的.地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年，比地核以外滞后40年.地球内部磁能随时间的变化显示，偶极子磁能逐渐减小，非偶极子磁能增加，越靠近核幔边界增加越快；偶极子和非偶极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处.从核幔边界到地表，磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快，表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源.     

东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性

本文利用中国国家数字地震台网(CDSN)和国际数字地震台网(FDSN)的宽频带远震资料,采用S和ScS震相剪切波差异分裂方法对东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性进行研究.共获得了来自7个深震(400km)的24对高质量的S和ScS剪切波分裂参数,其中S震相的分裂参数与前人上地幔各向异性研究结果十分吻合,表明S震相观测结果反映了观测台站下方的上地幔各向异性.通过对上地幔各向异性校正后的波形数据进行进一步的分裂参数分析,最后得到了24个可靠的ScS剩余各向异性分裂参数.结果显示,在经度107°~112°范围内分裂参数均为空值(Null);而在该经度范围东西两侧区域,主要表现为明显分裂特征.这种分裂参数的分布指示了核幔边界D″层的各向异性特征的区域变化,我们推测这种变化可能与停滞在核幔边界的古特提斯和/或古太平洋俯冲板块相关.     

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．     

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.     

超导重力技术在探讨核幔边界黏性特征中的初步应用

旋转椭球型地球的固体地幔与液态地核间相互作用而产生的逆向本征模通常称之为地球自由核章动,自由核章动的品质因子（Q值）能有效反映核幔边界层能量耗散特征,与核幔边界的黏滞度密切相关.本文首次利用全球地球动力学计划网络23个台站27组高密度采样的高精度超导重力仪器观测数据,采用迭积技术,确定了自由核章动参数Q值,进而计算了核幔边界的黏滞系数.数值结果说明获得的核幔边界动力学黏滞系数达到10³ Pa·s量级,与加拿大科学家Smylie等利用VLBI观测资料获得的最新结果一致,这说明重力技术是有效应用于研究地球深内部结构的重要手段之一.     

地磁长期变化与全地幔对流过程可能的联系

地球内部磁场的变化时间从数月到数十亿年不等。地磁场是由液态外地核对流产生的,从而受到从地核到地幔底部热流的影响。地磁场的变化在很大程度上被认为是随机的,但是它的长期变化可能与地幔对流过程中的热流变化有关。在过去的500Ma中,古地磁行为与地表过程的联系在始于约180Ma前的中生代中晚期尤为显著。地球发电机模拟表明,侏罗纪中期到白垩纪中期之间发生了磁极快速反转时期到持久稳定时期的转变,这或许是球对称的或者赤道方向的核幔边界热流的减少所触发的。该热流的减少可能与核幔边界处地幔柱顶冠活动的减弱有关,或者与真极移有关,亦或与二者同时有关。     

核幔边界的山崩

核幔边界地形结构以山崩、滑塌或浊流方式的部分崩塌，可导致外核和下地幔温度的突然变化。尽管这些塌陷现象是一种假想，然而调查这种潜在的结果是令人感兴趣的。这些事件所产生的下降流可破坏地核对流并触发地磁偏移和倒转。由内核冻结产生的漂浮沉积物被假想可重建山崩结构。大山崩可触发地幔热柱。来自地球外的倾斜撞击给核幔边界以高剪切力，并能同时触发一次或多次山崩，从而观察到陨石坑、玻璃陨石与磁场倒转之间的巧合。触发的山崩可以解释最大著名火山区(翁通爪哇高原)的形成和始于35Ma白垩纪的地磁静止期之间的巧合以及所报道的大型溢流玄武岩和生物灭绝之间的巧合。     

地磁学中的球面各向同性随机矢量场

从地磁场随机模拟的需要出发，研究球面各向同性随机矢量场．首先指出，与三维空间中的随机矢量场不同，在球上均匀性蕴含于各向同性；三维均匀各向同性随机矢量场一定是球上各向同性随机矢量场，反之不真．其次，以地核磁场的随机模型为例，给出了球面各向同性模型的空间两点关联张量的并矢表示，并将其在不变坐标系分解；利用核幔边界地球主磁场的球谐功率谱的幂级数拟合模型，估算空间两点关联张量．因此，即使根据地球主磁场观测认定地核场具有球面各向同性，亦不能推定地核内部磁流体运动是三维均匀各向同性的．     

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。     

中国大陆地区地磁长期变化及其特征

1.前言地球基本磁场随时、空有一个周期性的、长期缓慢的变化。一般认为,这种变化来源于地核内部或核幔边界,因此,利用地磁场的这种长期变化的规律,可以研究地球内部物质的     

由扰动位确定核幔起伏

地表和外空的重力场决定于地球内部的密度分布，地核、地幔具有明显的密度差，同时核－幔边界还存在较大的起伏，无疑，它对地面及外空产生一定的重力效应．本文基于这一前提，并假定两者有-一对应的关系，从而求出被压缩的球壳上的异常密度的分布及所相应的起伏，并讨论了核－幔边界起伏的大小、扰动位应取的阶数等问题．