用地震面波研究上地幔各向异性

本文论述了上地幔各向异性的参数描述和主要证据,以及与地球动力学的关系。并就近几年来国外利用地震面波研究上地幔各向异性的重要成果和主要方法作了综合评述。     

上地幔各向异性研究综述及在川滇地区的研究思路

简要介绍了地球介质各向异性研究的发展历程,重点介绍了国内外有关上地幔各向异性的研究工作及成果;阐述了上地幔各向异性的起源及其地球动力学意义;较详细地分析了上地幔各向异性研究的各种方法及其优缺点;论述了川滇地区各向异性研究的意义和目的,并提出了整个研究工作的内容和步骤.     

上地幔各向异性研究综述及在川滇地区的研究思路

简要介绍了地球介质各向异性研究的发展历程，重点介绍了国内外有关上地幔各向异性的研究工作及成果；阐述了上地幔各向异性的起源及其地球动力学意义；较详细地分析了上地幔各向异性研究的各种方法及其优缺点；论述了川滇地区各向异性研究的意义和目的，并提出了整个研究工作的内容和步骤。     

中国大陆地壳与上地幔地震各向异性研究

地壳与上地幔各向异性研究在地球动力学领域有广泛的应用和重要的科学意义,其研究有助于许多地质和地球物理基本问题的解释.中国大陆的各向异性研究,在地壳与上地幔两个尺度上都有许多重要进展,并在基本理论和岩石实验研究中取得进步.文章认为,各向异性研究揭示的科学问题将会是广泛的和深远的.     

Study of azimuthal anisotropy in the transition zone of the Earth's upper mantle with the coupling of normal modes

地震方位各向异性广泛存在于地球上地幔中,目前利用地震体波或面波分析研究上地幔各向异性的地球物理方法有很多种,但是由于各自的局限性均难以分析上地幔过渡区中的各向异性特征.方位各向异性可导致球形简正模和环形简正模之间发生耦合.地球长周期自由振荡的简正模可深入到上地幔过渡区.本文利用各向异性地球模型计算各向异性简正模耦合深度敏感核,表明长周期(250～400 s)简正模各向异性耦合(如0S20-0T21和0S25-0T25)的敏感度峰值在400～600 km之间.在不受地球自转影响的台站,如位于南极极点的QSPA站,仍然可以观测到强烈的简正模耦合现象.本文的研究表明:只有在地震观测台站靠近长周期球形振荡的节点时,才能在其观测数据中观测到各向异性耦合现象,许多各向异性耦台在震后18～24 h期间最强,并可导致垂直方向的环形简正模的振幅大于球形耦合简正模的振幅.这些特征是在地震观测数据中寻找各向异性耦合的重要线索.长周期简正模的方位各向异性耦合为我们提供了一个新的认识上地幔过渡区各向异性的窗口.     

非均匀各向异性介质的地震P波走时层析成像研究

大陆动力学已经成为当今固体地球物理各领域研究的主导方向。大陆动力学涉及问题非常广泛,但核心问题是大陆形变及其动力学。地震各向异性是地球动力学过程的指示器,根据地震各向异性的研究结果,可以推断上地幔物质的流动或变形,有助于了解地球内部的应力状态和地球的演化过程。     

利用地球简正模耦合研究上地幔过渡区方位各向异性

地震方位各向异性广泛存在于地球上地幔中,目前利用地震体波或面波分析研究上地幔各向异性的地球物理方法有很多种,但是由于各自的局限性均难以分析上地幔过渡区中的各向异性特征.方位各向异性可导致球形简正模和环形简正模之间发生耦合.地球长周期自由振荡的简正模可深入到上地幔过渡区.本文利用各向异性地球模型计算各向异性简正模耦合深度敏感核,表明长周期(250~400 s)简正模各向异性耦合(如₀S₂₀-₀T₂₁ 和₀S₂₅-₀T₂₅)的敏感度峰值在400~600 km之间.在不受地球自转影响的台站,如位于南极极点的QSPA站,仍然可以观测到强烈的简正模耦合现象.本文的研究表明:只有在地震观测台站靠近长周期球形振荡的节点时,才能在其观测数据中观测到各向异性耦合现象,许多各向异性耦合在震后18~24 h期间最强,并可导致垂直方向的环形简正模的振幅大于球形耦合简正模的振幅.这些特征是在地震观测数据中寻找各向异性耦合的重要线索.长周期简正模的方位各向异性耦合为我们提供了一个新的认识上地幔过渡区各向异性的窗口.     

宁夏地区地壳上地幔各向异性研究

本文对国际、国内在地壳上地幔介质各向异性研究领域的发展历史及研究现状进行了简单回顾,交待了宁夏地区的构造环境,阐述了本文所采用的上地幔各向异性分析方法的原理,介绍了地壳各向异性产生的机理并选择了适当的分析方法,首次系统得到了较好的宁夏地区地壳上地幔各向异性测量参数,并进行了解释。     

地震波各向异性的研究进展

地壳和上地幔矿物的优势取向的改变是产生地震波速各向异性的主要原因。本文重点概述了在高温高压实验方面地震波各向异性的研究进展,总结了它的研究成果,并讨论了产生地震波各向异性的主要原因,阐述了地震波各向异性在地球动力学中的意义。     

岩石圈主要各向异性矿物的CPO特征及其对岩石圈动力学研究的启示

地震波各向异性主要受岩石中矿物晶格优选方位(Crystallographic Preferred Orientation,CPO)的影响,橄榄石的CPO控制着上地幔的地震波各向异性。将岩石中矿物的CPO与全岩地震波各向异性相结合,可以解释在全球不同构造单元观测到的地震波各向异性,从而进行构造变形和动力学过程分析。文中在总结岩石圈主要各向异性矿物的CPO和各向异性特征的基础上,以青藏高原东南缘岩石圈地幔包体为例,对其显微组构和地震波各向异性进行研究,结果显示青藏高原东南缘岩石圈地幔的构造环境发生改变,岩石圈地幔无法解释观测到的剪切波分裂(SKS)地震波各向异性,需要考虑其他各向异性来源。由此可见,研究岩石圈地幔矿物的CPO对合理约束地球物理测量资料和分析岩石圈变形特征至关重要。     

天山构造带地震各向异性及动力学机制研究进展

天山构造带及邻区的深部动力学机制是地球动力学研究的热点,而地震各向异性是区域构造深部动力学机制的一个重要性质。研究表明,天山构造带上地壳各向异性结果呈现区域性分区,受到构造带与断裂走向和区域应力影响;上地幔各向异性的结果认为快波偏振方向和构造带走向基本平行,但在伊塞克湖附近、塔里木盆地和准噶尔盆地挤压区域各向异性快波方向变化复杂,垂直方向上的变化可能由区域性双层各向异性引起,但局部复杂性原因有待进一步探讨。诸多研究支持天山构造带的地壳与上地幔垂直连贯变形机制。此外,地幔柱、软流圈变形、小尺度地幔对流等概念均被用来解释天山构造带的动力学背景,表明该地区的深部动力学机制非常复杂,需要更深入的探讨。     

上地幔各向异性介质对固体潮及负荷潮的影响

讨论了上地幔各向异性介质中的潮汐运动方程,根据Deiewonski提供的地球模型参数,利用经典的Runge－Kutta数值积分方法,计算了固体潮勒夫数和负荷勒夫数．结果表明,考虑上地幔介质各向异性与否对固体潮勒夫数的影响较小（约为0．06％）,而对负荷勒夫数的影响较大（2．5％）,进一步说明了中低阶负荷勒大数对上地慢介质特性的敏感性．     

上地幔各向异性的反演方法

详细推导了弱各向异性介质的地震波速，在此基础上介绍了用Pn震相研究上地幔各向异性的几种具体算法；推导了用SKS震相和ScS震相反学下地幔各向异性的方法、优缺点及几种方法的相互关系。     

上地幔各向异性分析中地壳的影响

应用伪谱法研究了地壳各向异性对上地幔各向异性分析的影响. 用几种不同情况下的两层各向异性模型,模拟了全波场,着重分析了不同深度观测点上的剪切波分裂特征. 结果表明,当地壳为各向同性或其各向异性主轴与上地幔重合或相互垂直时,在地壳观测到的快、慢剪切波的偏振方向保持了上地幔中的偏振方向;重合时,快、慢波走时延迟增大;垂直时,走时延迟减小. 当地壳的各向异性主轴与上地幔成一般夹角时,其粒子运动轨迹变得十分复杂,不能直观地识别上地幔各向异性中的快波方向,对走时延迟也有一定的影响. 将常用的两种分析方法应用于对模拟结果的反演,发现当地壳各向异性与上地幔各向异性方向为一般夹角时,反演结果会出现较大的误差或误判. 进而提出解决这一问题的方法,一是综合多种方法的结果;二是由拟合残差或相关系数等值线作进一步的确定.     

中国大陆及邻区上地幔各向异性研究

为了深化对中国大陆及邻区上地幔介质形变强度和方向的空间变化图象、各向异性和剪切波分裂、各向异性以及应变、应变和构造过程关系的认识，我们以剪切波在分层各向异性介质中的传播理论为指导，以分裂剪切波观测为基础，借助数字化地震资料和高分辨率的信号处理技术，给出了对136次地震的分析结果，得到了20个台站下面的上地幔各向异性介质的变形强度和方向的空间变化图象；并结合已有研究结果，对中国大陆及邻区上地幔各向异性特性及其起源问题进行了讨论．      

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56-1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.     

非洲南部地壳与上地幔地震波速度与径向各向异性特征及其对克拉通岩石圈中部不连续面的启示

克拉通地区发育的岩石圈中部不连续面(Mid-Lithosphere Discontinuity, MLD)对于理解克拉通的形成与演化有着重要的意义.非洲南部的卡普瓦尔克拉通(Kaavpvaal craton)较为稳定,是研究MLD地震学特征及其成因机制的一个重点区域.本研究基于多个地震台网105个台站记录的700多个地震事件的面波波形,通过Rayleigh波和Love波成像,构建了非洲南部地壳与上地幔的三维剪切波速度与径向各向异性模型.研究结果表明,卡普瓦尔克拉通的地壳与上地幔呈现相对高速异常,其岩石圈与软流圈界面(LAB)出现在约220 km深.另外,我们在卡普瓦尔克拉通岩石圈内部约100 km深观测到一个速度突变面,可解释为MLD,并在MLD下方观测到低速层.而各向异性在上地幔的垂直方向上并未显示明显的区域性突变,似乎暗示MLD的地震各向异性特征更为复杂.结合前人的研究成果,我们推测卡普瓦尔克拉通MLD与上地幔低速层的成因可能与温度密切相关.而镁值成分异常或岩浆侵入则会局部的改变该克拉通(尤其是其北部)上地幔速度.针对MLD与上地幔低速成因的研究还需结合更多的地球物理数据和岩石实验...     

首都圈地区SKS波分裂研究r

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象．首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56——1.56ｓ．研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向．另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形．通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征．      

川滇地区壳幔地震各向异性研究进展

根据川滇地区已有的地震各向异性研究结果,利用体波、面波资料的结果,分析川滇地区不同构造尺度、不同深度的地震各向异性特征。对比不同方法研究川滇地区介质各向异性的特点,探讨了该地区的介质连续性及壳幔耦合状态。分析认为,地壳上地幔各向异性的差异表明,川滇地区具有复杂的地壳及上地幔形变机制。因此,对于川滇地区壳幔地震各向异性的深入理解,需在理论上和高密度数据资料基础上加强量化分析和综合研究。     

利用剪切波分裂方法研究玉树和冰岛地区各向异性

正地震波各向异性反映了地球内部的结构、构造变形、应力状态等方面的信息,在岩石圈演化、壳幔耦合变形以及地幔对流等研究中发挥着重要的作用。剪切波分裂现象是地震各向异性最直观的表现形式,在各向异性研究中扮演着重要的角色。本文回顾了地震各向异性研究的进展和意义,特别介绍了剪切波分裂的原理、方法,以及近年来剪切波分裂研究的进展和现状。利用剪切波分裂分析方法,可以获得地壳和上地幔各向异性的空间分布特征,分析各向