利用怀来地震台水管仪观测资料检测地球自由振荡

利用怀来地震台水管仪的数字化观测资料,采用功率谱密度估计方法,在没有对资料去固体潮处理的情况下,准确获得2004年12月26日苏门答腊9.0级地震激发的_0S_2—_0S_(38)基频球型自由振荡,并与PREM模型的理论自由振荡周期进行对比,发现实测振荡周期与PREM预测的振荡周期吻合,除_0S_2、_0S_4、_0S_7振型的观测周期和PREM模型理论周期的相对误差大于0.3%外,其他振型的观测周期和PREM模型理论周期的相对误差大都集中在0.1%左右,同时检测到7个谐频球型振荡和10个环型振荡。可以从水管倾斜仪的观测资料中提取地球球型振荡信息,为地球自由振荡的研究提供一种新的仪器观测方法。     

数字化水位仪观测的苏门答腊大地震激发的地球球型自由振荡

利用LN-3型数字化水位仪的观测资料,采用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行去固体潮处理的情况下,获得了2004年12月26日苏门答腊大地震激发的0S3～0S30基频球型自由振荡,并检测到2S1、1S2、1S3、2S5和2S6等5个谐频球型振荡,同时记录到一些明显的振型的谱线分裂现象。用水位观测资料提取了0S3、0S4和2S1等3个振型的谱线分裂周期,虽然3个振型均只得到2个单峰,但地球自由振荡谱线分裂现象的检测为研究地球的深内部结构提供了新的、不同类型的观测资料。研究表明,用数字化水位仪的观测资料可以提取到苏门答腊大地震激发的地球球型振荡,为地球自由振荡的研究提供了一种新的观测手段。     

利用JCZ-1T地震计LP通道数据检测斐济M W 8.2深震激发的地球自由振荡

JCZ-1T地震计LP通道数据可有效应用于地球自由振荡信号探测。利用泰安基准地震台JCZ-1T地震计LP通道120小时数据记录,获得2018年8月19日斐济M_W 8.2深源地震激发的地球自由振荡,检测到基频球型振荡₀S₆-₀S₅₈几乎所有振型、球型振荡部分零级振型和高振型以及环形振荡部分基振型和高振型,与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行对比,结果表明,振荡周期观测值与PREM理论值基本一致,二者微小差值应由地球介质的横向不均匀性和各向异性所致。     

地球自由振荡的保结构模拟

大地震等诸多激励均能激发全球自由振荡现象,通常表现为驻波形式的全球整体振荡.现有的地震波数值模拟方法多为非保结构方法,无法压制长时程计算中的积累误差.本文采用优化的三阶辛格式谱元法,对地球自由振荡及全球尺度的地震波传播进行了长时程模拟.通过与传统的基于Newmark算法的谱元方法结果对比分析,明确验证了本文所得优化的三阶辛格式谱元法在模拟地球自由振荡等大规模长时程问题上的优越性和准确性.上述进展在方法论层面为今后探测、刻画全球尺度地球非均匀结构的驻波数值方法奠定了部分基础,并为相关研究领域提供了新的选择.     

利用超导重力数据检测日本Mw9.0地震的低频自由振荡及谱线分裂

准确估计低频自由振荡及谱线分裂是约束地球内部结构和改进地球模型的重要手段.本文利用四个不同台站的超导重力观测数据系统研究了日本M_w9.0大地震激发的低于1.5 mHz自由振荡及谱线分裂.研究结果表明:(1)选取适当的数据长度,超导重力观测数据可以检测出低于1.5 mHz除₁S₁以外的所有自由振荡;(2)除₀S₂、₀S₃、₀S₀、₂S₁、₃S₁、₁S₂和₀T₂外,重点探测出₃S₂、₀S₄和₁S₄谱线分裂的所有谱峰;(3)与PREM模型理论频率相比,₀S₀观测频率平均向右偏移0.354×10^-3mHz,说明PREM理论模型中地幔底部参数与真实地球可能存在微小偏差;(4)₃S₂的谱线分裂率r为1.485267,比PREM理论谱线分裂宽度约宽50%,表明PREM中地球内核中部介质参数可能存在一定误差,需要进一步改善.另外,quasi-₀T₂的r为1.254206,比PREM理论谱线分裂宽度约宽25%.     

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

利用常熟地震台同场地形变仪记录检测对比地球自由振荡信号

利用常熟地震台同场地观测的洞体应变仪、体应变仪、水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪记录数据,采用小波变换与功率谱密度估计方法,检测2011年3月11日日本9.0级大地震激发的地球自由振荡信号,其中检测到47个球型基频振型（₀S₃—₀S₄₉）、15个环型基频振型（₀T₅—0T₂₅）以及部分球型谐频振型,与地球初步参考模型（PREM）理论频率值基本符合,表明检测结果较好。对比结果显示：水管倾斜仪检测球型振荡振型能力最强,垂直摆倾斜仪检测环型振荡振型能力最强;体应变仪可检测到清晰的环型基频振型,且信噪比较高;倾斜仪对自由振荡信号的检测能力优于应变仪。     

钻孔差应变仪观测的苏门答腊大地震激发的地球环型自由振荡

我们率先用钻孔应变仪观测资料研究了地球自由振荡. 泰安地震台有差应变和体应变两种钻孔应变观测仪器,都观测到2004年12月26日苏门答腊大地震激发的地球自由振荡. 体应变仪观测到地球的球型振荡,而差应变仪观测到地球的环型振荡. 两种观测还记录到环型振荡与球型振荡相互的耦合作用. 观测也记录到明显的一些振型的谱线分裂现象. 用直接观测到的高质量的环型振荡资料求解了0T8～0T19等主要振型的Q值. 根据两个方向的剪应变观测数据,求解了环型振荡的最大剪应变方向,发现这个方向是相当稳定的. 这种研究表明,高精度钻孔应变观测仪是一种理想的地壳形变观测仪器,可以为地球自由振荡研究提供更丰富的信息.     

地球重力场的精细频谱结构及其应用

综述了近年内在全球地球动力学合作观测和研究网络框架下开展的重力场观测、频谱结构和应用研究方面的成果. 内容涉及精密大气、海潮负荷信号检测, 重力潮汐和自由核章动参数测定, 海潮模型和重力固体潮模型有效性检验, 重力潮汐实验模型构制, 地球球型基频和低阶震型谱峰分裂现象和地球Chandler摆动等方面. 文章还介绍了综合现代大地测量技术, 全球超导重力仪的长期、连续观测在地表水循环、同震和震后形变、地球慢形变和地壳垂直运动等方面将发挥重要作用的情况.     

台风引起的重力扰动现象

山东省泰安台LaCoste-PET型重力仪安装以来,出现了几次固体潮“脉动加粗”的情况．用高通滤波进行信息分离后发现,“脉动加粗”与2008年登陆我国最强的３次台风发生时间有很好的对应．烟台SSQ-2型倾斜仪表现出与重力仪同步“脉动加粗”的特征,泰安台JCZ-1型地震仪在台风发生期间也观测到了“纺锤形”振幅加大的情况,台风信号卓越周期为3—7s．分析结果表明,重力仪及倾斜仪的这些异常变化均是台风引起的扰动,“扰动”信号的频率、幅度在重力仪的监测能力内．“扰动”的出现与台风发展强度、移动速度及地理位置有关．      

Models of density and mechanical Q-factor distributions according to new data on the nutations and free oscillations of the Earth: 1. Ambiguity in the inverse problem

Ambiguity in the inverse problem of retrieval of the mechanical parameters of the Earth’s shell and core from the set of data on the velocities V _p and V _S , of longitudinal and transverse seismic body waves, the frequencies f _i and quality factors Q _i , of free oscillations, and the amplitudes and phases of forced nutation is considered. The numerical experiments show that the inverse problem of simultaneous retrieval of the density profile ρ in the mantle-liquid core system and the mechanical quality factor Q _μ of the mantle (if the total mass M and the total mean moment of inertia I of the Earth, and V _p and V _S are constant at all depths) has most unstable solutions. An example of depth distributions of ρ and Q _μ which are alternative to the well-known PREM model is given. In these distributions, the values of M and I and the velocities V _p and V _S at all depths for the period of oscillations T = 1 s exactly coincide with their counterparts yielded by PREM model (T = 1 s); however, the maximum deviations of the ρ and Q _μ profiles from those in the PREM model are about 3% and 40%, respectively; the mass and the moment of inertia of the liquid core are smaller than those for the PREM model by 0.75% and 0.63%, respectively. In this model, the root mean square (rms) deviations of all the measured values of f _i and Q _i from their values predicted by theory are half to third the corresponding values in the PREM model; the values of Δ for natural frequencies of the fundamental tone and overtones of radial oscillations, the fundamental tones of torsional oscillations, and the fundamental tones of spheroidal oscillations, which are measured with the highest relative accuracy, are smaller by a factor of 30, 6.6, and 2 than those in the PREM model, respectively. Such a large ambiguity in the solution of the inverse problem indicates that the current models of the depth distribution of density have relatively low accuracy, and the models of the depth distribution of the mechanical Q in the mantle are extremely unreliable. It is shown that the ambiguity in the models of depth distribution of density considerably decreases after the new data on the amplitudes and phases of the forced nutation of the Earth are taken into account. Using the same data, one may also refine by several times the recent estimates of the creep function for the lower mantle within a wide interval of periods ranging from a second to a day.     

利用伸缩仪观测资料检测日本9．0级大地震激发的地球自由振荡

利用河南信阳台和河北张家口台伸缩仪的数字化观测资料,采用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行去固体潮处理的情况下,准确获得了2011年3月11日日本9．0级大地震激发的0S4-0S39基频球型自由振荡,并与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡频率进行了对比,发现实测振荡频率与PREM预测的振荡频率基本符合。     

水平摆倾斜观测中常见故障及维护

就安装于山西地震台站的SSQ-2 I数字水平摆倾斜仪日常观测中常见故障及形成原因进行分析,并提出相应的维护方法。     

利用连续重力观测约束2014智利Iquique地震的震源机制解

2014年4月1日,智利北部Iquique地区近海发生MW8.1地震,地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但这些结果存在较大差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以很好地约束地震震源机制.因此,本文根据2014年Iquique地震现有的6个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中16个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于1.5~5.3mHz的球型简正模分析和约束了Iquique地震的震源机制解.研究发现,基于美国地质调查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好,其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量,而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小,联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解.另外,还基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析了不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响.结果表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小.     

Check of Earth’s free oscillations excited by Sumatra-Andaman Large Earthquake and discussions on the anisotropy of inner core

Sumatra-Andaman Large Earthquake on Dec. 26, 2004 generated not only the Indian Ocean Tsunami but also the Earth’s free oscillations (EFO). The signals of Earth’s free oscillations were perfectly recorded by the superconducting gravimeter C0-32 at Wuhan station in China. After the pre-treatment and spectral analysis on the observational data from Wuhan station, we obtained more than ninety EFO modes including 42 fundamental modes, 2 radial modes and 49 harmonic modes. On the basis of the discussions on some observed harmonic modes and abnormal splitting phenomena, we considered that the real rigidity might be lower than the theoretical prediction of PREM model in the inner core and however the anisotropy of compressive wave was brightly higher than the present estimations in the inner core. This suggested that the anisotropy of the inner core could be much more complicated than our present understanding, and there might be some new geophysical phenomena in the formation process of the inner core. Supported jointly by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40404005 and 40374029) and the Excellent Prize of President Scholarship and Hundred Talents Program of the Chinese Academy of Sciences     

利用体应变观测智利8.8级大地震激发的地球球型自由振荡

用河北省体应变的数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行处理的情况下,准确获得了2010年2月27日智利8.8级大地震激发的0S5-0S35摹频球型自由振荡,并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡频率进行对比,发现实测振荡频率与PREM预测的振荡频率基本符合.河北省体应变的数字化观测资料的确可以...     

Spheroidal oscillations of the Earth stimulated by the Sumatra-Andaman earthquake with CDSN data

The 0S2~0S54 spheroidal modes of Earth’s free oscillations, triggered by the great Sumatra-Andaman earthquake of 26 December 2004 are retrieved from VHZ data recorded by seven upgraded stations of China Digital Seismograph Network (CDSN). We compare these spheroidal modes with theoretical free oscillation spectra calculated from the Preliminary Reference Earth Model (PREM) and find a coincidence between their periods. Spectral splitting phenomenon is observed obviously in 0S2, 0S3, 0S4, 2S1 and 1S2 free oscillation modes. What is most noticeable is that the oscillation mode 2S1 is reported for the second time (the first time by Rosat et al) without any data stacking. We simulated the split singlet of 0S2 mode on seven CDSN stations based on general focal mechanism and seismic moment of the earthquake. The result shows that seismic moment of the earthquake can reach 1023 N.m. We also find that the recording of Earth’s free oscillations carries abundant information of source mechanism and earthquake location, which is applicable to the detailed study of source rupture parameters.     

印度洋9.0级大地震激发的地球球型振荡和环型振荡

综合分析了中国数字地震台网（CDSN）改造后的5个长周期地震仪台站观测的3天的VHZ、VHE和VHN波形资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行去固体潮处理的情况下,准确获得了2004年12月26日印度洋地震激发的0S3~0S78的基频球型振荡和部分谐频球型振荡和0T3~0T67的基频环型振荡,并与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行了对比,发现实测振荡周期与PREM预测的振荡周期符合的很好.频率与PREM模型略微不一致的球型或环型振荡可以解释为地球介质的横向不均匀性和各向异性所致.因此地球自由振荡信息可用于揭示地球的三维不均匀结构信息或各向异性信息,并可能对区分地幔对流模式有所帮助.     

汶川与昆仑山强烈地震激发的地球自由振荡频谱的对比分析

强烈地震激发的地震波信息非常丰富,高频信息能量部分会在小范围短时间内迅速衰减,而低频信息特别是较低频信息能量部分则衰减较慢,会绕地球很多圈后才会消耗殆尽,从而激发地球的自由振荡.虽然地球自由振荡的固有频率不变,但不同震源机制的地震激发的地球自由振荡频率成分会随着震级、震源机制、方位等的不同而有显著差别.本文利用2008年5月12日汶川(M_w7.9)地震与2001年11月14日昆仑山(M_w7.8)地震这两个能量震级相当但震源机制不同的地震,基于地震波传播理论,考虑横向各向同性PREM地球模型并融合Crust2.0地壳模型、S20RTS地幔模型及PREM径向衰减模型,利用谱元法结合高性能并行计算,对这两次强烈地震激发的全球地震波传播进行了数值模拟,计算它们激发的地球自由振荡频谱特征差异.计算结果显示了汶川地震的逆冲-走滑特性及昆仑山地震的水平左旋走滑特征.利用理论计算得到的地震波动记录进行功率谱密度估计对比分析,研究结果显示这两次强烈地震释放的低频信息能量大小相当,但总体上看昆仑山地震释放的能量略小于汶川地震的.对比分析表明,不同地震激发的地球自由振荡模式在同一台站处的发育程度不同;同一地震激发的地球自由振荡在不同台站处记录到的振型频率成分也有很大差异.对于不同地震激发的地球自由振荡,有一些频率成分共同出现,表现为地球自由振荡功率谱能量均较大;也有一些振型由于相长干涉,仅在某些地震中被激发而得以良好发育,表现为功率谱能量明显较大;而一些振型由于相消干涉,在一些地震激发方式下被压制,表现为功率谱能量明显很小,甚至接近于0.计算结果清楚地显示了不同地震激发方式下地球振荡模式丰富而复杂的特性,需要对不同地震激发的地球振荡信息进行综合深入的分析,才能对地球内部结构尤其横向不均匀特性给予全面的科学解释.     

深内部地球结构对内核平动振荡本征周期的影响

地球固态内核的平动振荡是地球的基本简正模之一,又称Slichter模,其本征周期大约为几个小时,与地球内部结构密切相关.为了研究影响内核平动振荡的本征周期与内部结构的依赖关系,本文利用球对称、非自转、弹性和各向同性地球模型（SNREI）,通过自由振荡运动方程的数值积分,以地球模型PREM为基础,理论上系统研究了地球内部介质（包括密度、地震波速等）分布异常对Slichter模本征周期的影响.数值结果表明,Slichter模周期随着内外核边界（ICB）密度差的增加以类似于双曲线的特征显著减小,当ICB密度差从597 kg·m^-3减小到200 kg·m^-3时,周期增大66.44%,当ICB密度差从597 kg·m^-3增大到1000 kg·m^-3时,周期减小21.48%;Slichter模周期随着核幔边界（CMB）密度差的增大而缓慢增大;相对于PREM,地球模型1066A在ICB和CMB的密度差分别相差45.321%和1.132%,内部地震波速度和密度梯度也存在差异,但是,当密度差减小到1066A模型提供的数值时,得到的Slichter模周期与基于1066A获得的结果（4.599 h）非常接近,差异分别只有3.762%和0.037%;表明Slichter模本征周期与地球内部介质的精细结构关系不大,而对ICB的密度差非常敏感.内、外核P波波速分布异常对Slichter模周期的影响基本相当,当内核和外核P波波速均增加5%时,Slichter周期分别减小1.02%和1.69%,P波波速分别减小5%时,Slichter模周期分别增加1.27%和1.847%,内核S波波速分布异常比P波波速分布异常对Slichter模周期的影响小1个量级;与地核相比,地幔中的地震波速异常对Slichter模本征周期的影响小1~2个量级;表明地核中地震波速异常对Slichter模周期的影响很小,目前有关Slichter模周期理论计算的差异主要来自于所采用的地球模型中内核边界的密度差的差异,本文结果可以为Slichter模的研究、探测及其对地球深内部结构的约束提供理论依据.