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.

     

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。     

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.     

地震学家测量了从地球液核到下地幔的热流

科学家们已经直接测量了从地核液体金属到地幔底部区域的热流量,该过程有助于了解驱动浅部板块的运动和产生地球磁场的地球发电机。最近发表于《Science》杂志上的研究指出,新的温度测量是通过关联地震观测与最近发现的矿物转换获得的,该矿物转换发生于核-幔边界附近的超高压和超高温度条件。论文第一作者加利福尼亚大学地球与行星科学系Thorne Lay教授认为,这是首次拥有“温度计”,它能告诉我们地球深处的温度。如果我们的解释是正确的,那么它给我们提供了两种不同深度处正确的温度,因此我们不仅得到了绝对温度,还得到了温度随深度变化的…     

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．     

山东地区壳幔耦合关系探讨

通过将山东地区GPS 观测结果与穿透整个岩石圈的SKS 剪切波分裂及近场资料剪切波分裂的快波方向相比较,来探讨山东地区壳幔运动的耦合作用。结果发现,地壳内近场快剪切波偏振与SKS 快剪切波偏振总是相差十几度以上,这种差异可能说明,山东地区壳幔之间构造活动可能有一定程度的解耦,表明山东地区的壳幔运动耦合作用可能既不是壳幔强耦合型,也不是简单的壳幔解耦型,该地区的壳幔运动耦合作用可能是2 种模式共存的不均匀分布或者是物理性质介于两者之间的渐变模式,这与早先对华北地区的类似研究获得的结论相同。     

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．     

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．     

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．     

青藏高原东部上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式

对国家数字地震台网和云南、四川、甘肃、青海区域数字地震台网, 以及布设在川、滇、藏地区的宽频带流动地震台网共116个台站所记录的远震SKS波形资料作偏振分析, 采用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, 获得青藏高原东部及其邻近地区的上地幔各向异性图像. 将该地区全球定位系统(GPS)的观测结果与上地幔各向异性分布相结合作地壳-地幔耦合变形的分析, 研究表明青藏高原内部和高原外部的云南地区具有不同的壳幔变形特征, 在高原的东缘地区(大致位于川滇西部的26°~27°N之间)存在一个壳幔变形的横向过渡带. 过渡带以南地区的快波偏振方向从滇西南的S60°~70°E逐渐转变到滇东南的近东西向, 以北的滇西北部和川西南部, 快波偏振方向为近似的南北向. 高原内部表现为强壳幔耦合型, 高原外部则属于壳幔解耦型. 这一横向过渡带与地表的断裂走向不一致, 但在地壳和上地幔, 其地球物理场(如: 地壳厚度, 布格重力异常和构造应力方向等)都具有横向过渡的特征. 该横向过渡带邻近东喜马拉雅构造结, 在板块边界动力学上有着重要的意义.     

用大地电磁网法在长春等地探测上地幔电导率结构

使用长周期大地电磁测深网 (Network -MT)等技术 ,在长春和三岔河等地对太平洋板块弧后的上地幔电导率结构进行了探测。用陆地电话线或电缆接收长基线的电场 ,由设置在长春地磁台的三分量磁通门磁力仪记录磁场变化 ,得到Network -MT等观测资料的最长周期可达 10 5～10 6 s,反演结果的深度可达约 10 0 0km。 1)在两个区的 10 0～ 2 0 0 ,30 0 ,50 0～ 6 0 0km深度附近存在电性间断面 ;2 )长春测区的 850km深度存在电性间断面 ;3)平滑模型的电导率随深度增大而单调增加 ;4 )三岔河测区 6 0 0km深度、长春测区 850km深度的电导率达到 1S/m。上述结果表明 ,地幔内存在不连续界面和不均匀性 ,有些结果可与岩石学的研究结果对比     

地磁长周期变化与日长10年尺度波动的相关分析

分析1900～2000年期间地磁长期变化和日长变化10年尺度波动的相关性,估算了核幔电磁耦合力矩,并与国外一些研究者的结果进行了对比。结果表明,地磁偶极矩的变化率M&与日长10年尺度波动存在时滞相关,地磁偶极矩变化比日长变化滞后大约10 a;在地幔电导为108～5108 S时,核幔电磁耦合力矩具有与日长10年尺度变化所需力矩的量级。     

秦岭造山带上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式

秦岭是具有复杂地壳结构、经历长期构造演化的复合型大陆造山带.本文通过地震资料精细反演上地幔各向异性,探索秦岭造山带构造演化及成因动力.采用最小切向能量法、最小特征值法和"叠加"分析法求得覆盖秦岭造山带及周边地区41个地震台站的SKS横波分裂结果：快波偏振方向(φ)和快、慢波的时间延迟(δt),据此绘制了秦岭造山带上地幔各向异性图.将已发表的地表GPS观测结果与上地幔各向异性相结合作上地幔变形因素分析,发现秦岭造山带自西向东的上地幔变形因素不是单一垂直连贯变形或地幔流动,而是共存的.同时,其上地幔变形的主控因素有区域性变化.研究表明秦岭造山带西、中部上地幔变形以壳幔垂直连贯变形为主,属壳幔强耦合,东部壳、幔耦合变弱,上地幔变形以简单地幔流动为主控因素.同时,SKS快波偏振方向(φ)于秦岭造山带显示出南缘略向北凸、北缘略向南凸的弧形展布,反映了造山带两侧刚性较强的扬子地块与鄂尔多斯地块旋转与秦岭造山带南北缘弧形流动有关.     

地球早期地幔的冷凝结晶始于核幔边界或下地幔

JGR(Journal of Geophysical Research:Solid Earth)于2012年10月12日,发表了题为"Multi-technique equation of state for Fe2SiO4melt and the density of Fe-bearing silicate melts from 0to 161GPa"的文章指出,地球早期地幔的冷凝结晶可能始于核幔边界或下地幔。地球形成初期,地幔可能是一个整体熔融或局部熔融的巨大岩浆洋,其深度直达核幔边界。尽管目前地幔的物质大多都是固     

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.     

核幔界面反极性磁斑区和地磁场倒转

用国际参考地磁场模型ＩＧＲＦ１９００－２０００，在忽略地幔电导率的假设下，求出从地球表面直至核幔界面（ＣＭＢ）的深部地磁场分布．核幔界面磁场分布的重要特点之一是存在几块“反极性磁斑区”，即在南半球－Ｚ（向上）极性区的总体背景上有两块东西排列的＋Ｚ反极性磁斑区──南非斑区（ＳＡＦ）和南美斑区（ＳＡＭ），而在北半球＋Ｚ（向下）极性区的总体背景上也有两块－Ｚ反极性磁斑区──北极斑区（ＮＰＬ）和北太平洋斑区（ＮＰＡ）．在１９００～２０００年的１００ａ当中，南非斑区以０．２～０．３°／ａ的速度快速向西漂移，斑区面积增大了５倍，通过斑区的磁通量急剧增长了３０倍．与此相比，其他斑区的变化要小得多．从ＣＭＢ向上延伸，反极性斑区在地幔中形成烟筒状的“反极性磁柱”，其中南非反极性柱的高度随时间快速增加，从１９００年的２００ｋｍ增加到２０００年的９００ｋｍ．按照目前的增长速度估计，６００～７００ａ后，南非反极性柱将出露地表，那时，在南非将形成一个地磁场反极性区，这可能标志着一次新的地磁极移或地磁场倒转的开始．由此可以推论，地磁场倒转可能不是全球同时开始和同步发展的，倒转现象更象是首先在一个（或几个）区域出现，然后向周围扩展，继而     

激发极化观测中电磁耦合的时间特性

为了克服激发极化观测中经常遇到的电磁耦合干扰,以往研究大多基于电磁耦合的频率特点.本文从电偶极子电磁耦合的基本公式出发,借助拉普拉斯变换和数值积分,着重研究了电磁耦合的时间历程及特点.研究表明,在足够长时间的矩形电流激励下,偶极装置电磁耦合的响应电位差表现为矩形激励电流开通时的上升斜坡和关断时的下降斜坡,并且使电磁信号到达的时间推迟;中间梯度装置的电磁耦合响应表现为矩形激励电流开通时的正尖脉冲和关断时的负尖脉冲,同时也使电磁信号到达的时间推迟.与激电法常用矩形电流的接通（关断）时间相比,不论采用何种观测装置,电磁感应耦合终归是一种“短命”的瞬变现象.不同装置的电磁耦合既有不同之处,又有相同之点.在固体矿产勘查常见的地电条件下,就激电法常用的中间梯度和偶极装置以及供电波形而言,电磁耦合的时间一般不超过10-2 s,利用这些时间特点能够达到区分并克服电磁耦合的目的.