泉州地震台M2166超宽频带地震仪记录的地球球型自由振荡信息研究

利用泉州基准地震台M2166超宽频带地震仪记录的7个MS≥8.0地震震后5天数据资料,采用功率谱密度估计方法,提取到73个基频振型(0S4～0S76)和多个谐频振型,各振型频率点与地球初步参考模型(PREM)理论频率值符合较好,利用3套超宽频带地震仪数据对球型自由振荡信息能量分布差异进行探究,认为地球介质的横向不均匀性和各向异性是造成差异的主要原因。得到的结果可用于地球内部结构的研究,有助于做出更精细的地球模型。     

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。     

核幔边界的速度结构对PKPab波形的影响

用地球的自由振荡研究地球内部结构、速度间断面、密度分布等具有射线理论不可替代的优点。而地球的自由振荡可以用简正振型来表示,用简正振型叠加方法合成的PKP波理论地震图,其PKPab波震相和PKPdf波震相的走时与射线理论计算的理论走时基本一致,并且研究了在地幔底部至核幔边界上方300km处,压缩波的速度梯度的变化对PKPab波振幅的影响,从而证明当波以接近掠射角或者大于掠射角入射时,会有漏能现象的发生,或者可称之为隧道效应。发现用3个不同模型合成的地震图,在震中距相同的情况下,核幔边界上P波速度梯度大的,其PKPab波的振幅较小一些。这也进一步说明核幔边界上方P波速度梯度的变化对漏能现象有一定程度的影响。     

利用琼中台重力观测资料检测智利地震所激发的地球自由振荡

基于琼中PET重力仪的数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对重力资料进行任何(固体潮、气压)改正的情况下,准确获取了2010年2月27日智利发生巨大地震激发的0S8～0S29基频球型自由振荡。并与PREM模型理论自由振荡的周期进行对比分析,实测周期与PREM预测振荡周期是相吻合的,除0S10周期的相对误差为0.28%,其余周期误差均小于0.1%。结论对进一步研究地球的内部结构和震源机制具有一定的意义。     

2016年12月25日智利M7.6地震球型自由振荡检测

智利M7.6的地震激发了地球自由振荡,利用中国数字台网(CDSN)的10个台站记录到7 d的VHZ波形数据,采用功率谱密度估计方法,在没有滤波的情况下,提取了2016年12月25日智利地震激发的地球球型自由振荡基频振型_0S_4～_0S₅₃和一系列的谐频振型,并与PREM模型的理论自由振荡频率峰值进行对比,发现2.5～4.5×10¹³Hz的频率值与PREM模型预测的球型自由振荡周期符合得很好,说明本次地震确实激发了全球范围内的自由振荡,而4.5～6×10¹³ Hz的频率值稍微有偏离,这是由于地壳的横向不均匀所致,可以用来研究地球内部的构造。     

利用本溪自流井水温观测资料检测地球自由振荡

用本溪自流井数字化水温观测资料,采用直接计算功率谱密度的方式对印尼苏门答腊9.0级大地震激发的球型自由振荡进行了提取,准确检测到了0S2～0S9低频基型球型振荡,并且还检测到了2个谐频球型振荡:1S2、1S3。用该井数字化水温观测资料提取了0S2、0S3、0S4共3个振型的分裂,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,用本溪自流井数字化水温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,这就为地球自由振荡的研究提供了一种新的观测手段。     

利用泉州地震台gPhone重力仪观测资料检测地球自由振荡

gPhone重力仪低频段良好的噪声水平有利于记录地球自由振荡信息。利用泉州基准地震台gPhone重力仪原始观测数据,分析直接检测2021年7月29日美国阿拉斯加州以南海域M_S 8.1地震激发的地球自由振荡信息的可能性,结果表明,基频振型₀S₄—₀S₆₀和多个谐频振型的实测频率值与地球初步参考模型（PREM）的理论值基本一致,可见利用该台gPhone重力仪可有效检测地球自由振荡信号。文中所得结果可用于地球内部结构研究,有助于做出更精细的地球模型。     

汶川大地震激发的地球球型自由振荡

用垂直摆倾斜仪和水管倾斜仪的数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对资料进行去固体潮处理的情况下,准确获得了2008年5月12日汶川8.0级大地震激发的0S6～0S32基频球型自由振荡.并与PREM模型的理论自由振荡周期进行了对比,发现实测振荡周期与PREM预测的振荡周期相吻合,除0S7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.可以从垂直摆倾斜仪和水管倾斜仪的观测资料中提取汶川地震激发的地球球型振荡信息,这为地球自由振荡的研究提供了一种新的仪器观测方法.用数字化地倾斜观测资料研究地球自由振荡问题或许有着较好的前景.     

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.     

基于辛-谱元方法的地球自由振荡保弥散衰减数值模拟

对大地震激发的全球自由振荡的研究是探查地球内部结构的重要研究方向之一.以地球自由振荡数值模拟高精度、长时程、全球模拟的需求为导向,本文提出了一种适用于地球自由振荡高精度模拟的辛格式-谱元保弥散数值模拟方法.真实地球介质中弹性波能量的衰减成因复杂,对于甚低频情形,地球自由振荡的弥散衰减不容忽视.本文将保结构数值方法拓展至非保守动力学系统,发展了适用于弥散-黏弹阻尼介质弹性波方程的保弥散低阶辛格式数值模拟方法,将其应用于全球尺度地球自由振荡衰减效应数值模拟.数值模拟结果表明等效弥散衰减为地球深部(地核)自由振荡衰减的重要成分,并得出地球外核的等效弥散衰减系数.本文提出的方法为通过自由振荡研究探索地核非均匀性提供了一条的新途径.     

均匀介质背景中三维异常体的面波波场响应及其动力学特征分析

除介质各向异性之外,地球内部介质的横向非均匀性也是控制面波速度变化的重要因素.本文基于振型耦合和多重散射的地震波传播理论,数值模拟并分析了在具有均匀介质背景的三维异常体——上地幔横向非均匀介质中传播时,地震面波的振幅与偏振等动力学响应参数;其中分别模拟了不同周期入射、不同角度入射和不同尺度非均匀介质模型等多种情形下面波波场,并对横向非均匀性诱导的面波偏振异常进行了分析.结果表明,相对于长周期面波而言,短周期面波的振幅和偏振方向受横向非均匀性的影响更大,特别是偏振方向对地球结构的非均匀性更为敏感;切向分量存在横向非均性引起的Rayleigh与Love面波耦合现象;异常体边界处表现出强的面波波场响应.     

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。     

基于谱元-简正振型耦合方法的核幔边界D″区地震波波形模拟方法研究

本文拓展了一种模拟地震波在地球核幔边界D″区各向异性介质中传播的数值方法:谱元-简正振型耦合方法(CSEM).该方法通过在球对称各向同性介质空间采用简正振型方法,在各向异性的D″区采用谱元方法,并在两种介质的边界采用"DtN"算子耦合的策略计算一维模型PREM(见文献[1])或修改后的D″区横向各向同性VTI-PREM模型的理论地震图.模拟所得数值解结果与采用简正振型方法得到的解析解结果进行对比以验证方法的精度.在中国科学院地球深部结构重点实验室高性能计算机上使用128个CPU计算得到的结果显示,在10^-5～0.125 Hz的频率范围内谱元简正振型法得到的波形与简正振型方法能很好拟合.此外,对于VTI介质结构模型,谱元简正振型法能够准确模拟S波分裂现象,从而验证了谱元简正振型耦合方法对各向异性介质中地震波传播数值模拟是一种有效的方法.     

利用易县形变综合观测资料检测日本地震所激发的地球自由振荡

基于形变数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对易县形变综合观测资料进行任何(固体潮及气压)改正的情况下,获取了2011年3月11日日本发生巨大地震激发的0S4～0S37基频球型自由振荡。并于PREM模型理论自由振荡的周期进行对比分析,得出实测周期与PREM预测振荡周期是相吻合,除0S10周期的相对误差为0.29%,其余周期误差均小于0.1%左右。所得的结论对进一步研究地球的内部结构和震源机制具有一定的意义。     

地震激发的地球自由振荡研究综述

地球自由振荡的研究已成为探查地球内部结构的重要手段之一.影响地球自由振荡的因素有很多,如地球物理学结构横向不均匀性及径向不均匀性、地球自转、地球椭率、地球内部各向异性、非弹性性以及震源机制性质,还有地球外界如引潮力等.本文详细介绍和总结了近几十年来关于地球自由振荡理论研究、实验及观测资料方面的研究,重点是数值模拟方法方面的研究工作.通过观测和理论分析对比,以数值实验的方式推测地球内部更详细的结构分布,如地球内部密度分布以及波速度等特性;并从弹性波理论出发结合高性能并行计算对全球自由振荡过程进行数值模拟研究.     

利用云南水管仪观测资料检测地球自由振荡

利用云南省数字化水管仪的观测资料,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,准确获得了2004年12月26日苏门答腊大地震激发的0S4～0S30基频球型自由振荡,并与前人的观测结果进行比较,同时对照了PREM模型的理论计算周期,发现水管仪观测与这三者符合得非常好,除0S4振型的观测周期和周期1、周期2、周期3的相对误差均大于0.3%外,其余的差别在3‰以下。研究表明,利用数字化水管仪观测资料的确可以提取到苏门答腊大地震激发的地球球型振荡,这就为地球自由振荡的研究提供了一种新的观测手段。     

苏门达腊大地震激发的地球自由振荡及其谱线分裂的检测与讨论

2004年12月26日的苏门达腊大地震不仅产生了印度洋大海啸, 还激发了地球自由振荡. 武汉台C0-32超导重力仪记录到这次大地震激发的地球自由振荡信号. 通过对C0-32超导重力仪观测资料的预处理和谱分析, 不仅检测到42个基频振型和2个径向振型, 还较系统地检测到49个谐频振型和12个振型的谱峰分裂. 通过对检测到的谐频振型及异常谱峰分裂现象的讨论, 发现内核顶部的刚度是低于目前地球模型的理论估值, 但内核顶部压缩波速的各向异性却是高于目前学者的估测值. 这表明地球内核的各向异性远比目前所认识的复杂, 可能在地球内核的形成及演化过程中还存在新的地球物理现象.     

利用2010年玉树7.1级地震资料估计地球球型振荡Q值

利用中国数字地震台网(CDSN)的7个台站记录的2010年4月14日玉树地震的波形资料,采用功率谱方法测定相继时间间隔内较清楚地球自由振荡频谱峰的能量,并采用最小二乘拟合方法确定了相应振型的Q值。结果表明不同振型的Q值明显不同,同一振型在不同台站计算得到的Q值也有略微差异。分析认为,前者可能源于地球自由振荡振型频率和探测深度不同所致,而后者可能与地壳的横向不均匀特性有关。     

利用重力资料检测日本9.0级地震激发的地球自由振荡

利用格尔木基准地震台重力观测资料,检测到2011年3月11日日本东海岸9.0级特大地震激发0S0 ～0S40之间的球型自由振荡,其中有0S0、0S13、0S22、0S26、0S30共5个振型的观测频率值与理论频率值偏差近似为0.同时发现0S2、0S3振型有明显的谱线分裂现象,但是0S32、0S37振型未与周围噪音区分开,观测效果不明显.整体平均偏差约为0.10％,观测频率值与理论频率值有很好的相符,这不但说明了PREM模型理论的正确性,也说明了格尔木基准地震台重力资料质量的优良,研究结果对了解地球内部结构有一定的帮助.