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。     

中国数字地震台网记录的苏门答腊-安达曼地震激发的地球球型自由振荡的检测

利用中国数字地震台网 （CDSN）改造后的7个台站的VHZ波形资料, 提取了2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震激发的0S2~0S54地球球型自由振荡,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,发现与PREM模型预测的球型自由振荡周期符合得很好. 观测的该地震激发的0S2,0S3,0S4, 2S1和1S2振型自由振荡有明显的频谱分裂现象. 特别是2S1振型,是继Rosat等之后的第二次报道不叠加的情况下观测到的这种振型. 根据该地震的总体震源机制,试算了不同的地震矩,模拟了该地震0S2振型在CDSN 7个台上的自由振荡振幅, 并与记录资料进行了比较,得到该地震的地震矩可达1023Nmiddot;m;本文发现地球自由振荡记录包含了大量震源机制和地震位置的信息, 可用于地震震源破裂参数的精细研究.       

JCZ－1型地震仪观测的地球环型自由振荡

我们首次采用JCZ－1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡,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,我们从中检测了基振型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。研究结果也表明了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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

IDA和CDSN资料的长周期面波研究

１９８０年和１９９２年分别在昆明和北京白家疃台架设了ＩＤＡ观测仪器，１９８５年开始又陆续在北京，兰州，海拉尔等地布设和完善了ＣＤＳＮ数字化地震观测台网，为开展长周期面波研究提供了方便。本文结合国内外研究现状，论述了超长周期地震观测在地球自由振荡，震源物理面波理论地震图合成及非均匀地球介质结构研究中的应用。同时结合１９８９年５月６日发生在秘鲁的Ｍｓ７．０地震，介绍了利用简正振型资料开发地震矩张量反演     

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。     

使用地球低频的自由振荡约束2004年苏门答腊和2005年尼亚斯地震总体的运动学

巨大的2004年亚齐?苏门答腊地震是自1960年智利特大地震和1964年阿拉斯加特大地震以来记录的最大地震。地球自由振荡得到很强的激发,并被大量台站记录到,其信噪比极好,即便低频的振型也如此。这些特殊振型非常有意义,因为这些分隔良好的分裂自由振荡的相位携带了有关大地震(Mw>8)震源的运动学信息,尤其是有关长度、持续时间和平均破裂速度的信息。使用单峰剥离技术,我们研究了几个宽带永久台站[地球透镜、地震学联合研究协会(IRIS)和全球地球动力学计划(GGP)]记录的一些地球最低频自由振荡(0S2、0S3、0S4、1S2、0S0和1S0),以恢复各个单峰参数:相位、频率和品质因子。我们使用这些参数约束了2004年12月26日苏门答腊地震和2005年3月28日尼亚斯地震的震源时空展布。我们主要使用地震仪和超导重力仪的垂直分量数据,因为这些数据的噪声比水平地震数据低,但我们还需指出,对2004年地震也可使用水平分量(1S2)。根据本文给出的初始相位测量结果,我们得到2004年地震断层长度约为1250km,持续时间约为550s。对于2005年地震,我们测定所倾向的模型是,南段约40s之后破裂,但破裂的双向性质及其空间尺...     

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.     

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。     

核幔边界地幔侧不同尺度横向非均匀对地球自由振荡的影响

地球自由振荡携带着丰富的地球内部结构信息,地球内部核幔边界的横向非均匀性问题是当今地球物理学相关学科研究的热点和难点.为了研究不同尺度横向非均匀结构对地球自由振荡的影响,本文在PREM地球模型中分别引入具有横向非均匀结构的D"区和超低速异常带(ULVZ),构建了有针对性的、新的不同尺度横向非均匀结构地球模型,采用波动方程的谱元解法开展地球自由振荡与地震波传播的长时程数值模拟、频谱分析及功率谱密度分析,以评估不同尺度横向非均匀结构对地球自由振荡的影响,从而为研究地球自由振荡的影响因素、优化地球内部结构模型等提供参考.本文的数值结果及其分析显示,除0S27、0S28、0S29和0S30振型外,核幔边界的这两类横向非均匀结构对自由振荡大部分基频振型的特征频率几无影响,仅对幅值有不同程度的影响.这一结果表明:基频振型中0S27、0S28、0S29和0S30振型适合于利用地球自由振荡谱线分裂现象分析核幔边界地幔侧横向非均匀结构的研究,而其余基频振型则不适合此类研究.     

泉州台重力仪和超宽频带地震仪记录的球型自由振荡信息对比

选用泉州台g-Phone重力仪和同址观测的M2166超宽频带地震仪的观测数据,分别提取2018年8月19日斐济群岛M_S8.1地震(深源地震)和2016年11月13日新西兰M_S8.0地震(浅源地震)的球型自由振荡信息。分析结果显示,观测值与PREM模型的理论值吻合较好,认为个别偏差的存在既有地球介质横向不均匀性的因素,也与仪器在低频段的特性有关;同时对深源地震在谐频振型记录上较浅源地震更为清晰、但大于₀S₄₀的振型记录却较差的情况进行讨论。     

由5个国际超导重力仪台站资料检测到的秘鲁8.2级大地震所激发的球型自由振荡现象

综合分析了国际上5个超导重力仪台站所观测到的6组资料, 利用资料迭积的傅氏分析和最大熵谱分析检测到地球自由振荡谱, 并准确获得了₀S₀ ~ ₀S₄₈的全部振型. 将检测结果与以前3组模型及3组观测结果进行比较, 观测到秘鲁地震与阿拉斯加地震激发的₀S₂振型周期的差异, 有可能反映了地球内核各向异性. 另外, 在分析₂S₂振型谱线分裂时, 发现自转方向和逆自转方向上的谱线分裂不对称因子之间存在较大差异.     

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。     

球形地球模型的地震位错理论及其应用

地震位错理论是研究地震断层滑动与地球物理场变化之间关系的理论,是震源机制、地球内部构造、地震预测等基本地球物理问题与大地测量、地球物理观测数据之间的联系纽带。被广泛使用的半无限空间介质模型的位错理论,由于其几何模型的限制,在地震变形和地球动力学等应用研究中会导致一定程度的误差。此外,现代大地测量技术可以在全球和区域尺度上精确地观测地震变形,亟需一个适用于全球地震变形研究的地震位错理论。为此,本团队基于球形地球模型,经过多年系统性研究,建立了地震位错理论新体系。所构建的球形地球模型的地震位错理论,促进了全球地震变形和地球动力学变化的研究,是近年来地球物理学领域取得的重要理论进展之一。本文简要地介绍了国内球形地球模型地震位错理论的发展及其应用研究。首先,介绍了弹性球形地球模型、三维不均匀地球模型和黏弹地球模型的位错理论;其次,介绍球形地球模型的位错理论在地球动力学变化研究、断层与地下介质结构反演和地震大地测量学研究方面的相关应用;最后,对球形地球模型的位错理论的发展方向作出展望。     

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.