接收函数反演上地幔速度结构和间断面的剥壳遗传算法

探讨了使用台站接收函数反演得到上地幔速度结构和间断面深度的一种方法——剥壳遗传算法. 由地表至深部分成几个深度段，逐段反演速度结构，并在接收函数曲线上剥离浅处间断面的多次反射震相和反射转换震相对深部间断面的一次透射转换相的影响. 在每一深度段使用浮点编码、算术杂交和非均匀变异的遗传反演方法；在10次独立反演后，依据适应度选出50个优秀模型，对其加权平均得到该段的最终速度结构. 所形成的方法和程序，用iasp’91模型进行数值检验之后，又反演了海拉尔台的观测接收函数，给出台下深至700km的速度结构和主要间断面埋藏深度及速度跃变量.     

牡丹江和海拉尔台下方地幔间断面结构及推论

利用牡丹江(MDJ)和海拉尔(HIA)台1988-2000年的宽频带三分量数字地震记录,通过地幔间断面产生的P-SV转换波,研究台站下方地幔间断面的分布以及日本海俯冲带对660km间断面的影响.为了提高所得结果的可靠性,采用了线性-偏振滤波方法和修正的N次根倾斜叠加方法来提取P-SV转换波.前一方法通过实验选取适当的光滑平均和提出立体角的约束;对后一方法进行了震源深度校正和间断面倾斜的修正.结果表明,在MDJ和HIA台下方,除在660,410,220和520km深度附近均存有间断面外,在140,350,570,740和1080km深度附近也存在间断面,显示了地幔中径向分层的复杂性;另外,MDJ台下方660-840km之间的间断面结果比HIA台下方的复杂,似有分层结构,可能反映了俯冲带的影响.     

中国东北地区下方660 km间断面研究

围绕中国东北地区下方俯冲的西太平洋板块是停滞在地幔过渡带内水平向西伸展, 还是穿透660 km间断面直接进入下地幔, 始终是一个具有争议的问题. 本文基于P--SV转换波对速度间断面的敏感性, 利用中国数字地震台网在东北地区布设的136个固定地震台站记录到的远震波形数据, 通过提取台站下方的接收函数并采用共转换点(CCP)叠加技术, 得到了该区域660 km间断面的起伏变化图像. 结果显示, 东北地区下方660 km间断面下沉幅度超过20 km的区域主要集中在44°N以南、 东西跨度约400 km的范围内. 660 km间断面的下沉表明西北太平洋板块俯冲到了中国东北地区下方, 在较小区域范围内观测到的较大深度异常可能暗示着俯冲板片穿透660 km间断面直接进入了下地幔.      

利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得105～1050s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

中国数字地震台网的接收函数及其非线性反演

利用中国数字台网（CDSN）记录的85个远震事件的宽频带P波波形数据和分离接收函数的最大或然性反褶方法,获得了CDSN台网10个台站不同方位的岩石层接收函数.利用这些台站不同方位的平均接收函数和非线性接收函数反演方法,获得了上述各台站下方100km深度范围内的岩石层S波速度结构.结果表明CDSN台网各台站下方的地壳厚度和岩石层速度结构存在明显的差别.其中,拉萨台下方的地壳厚度为66kin,壳幔界面较模糊,而余山台下方的地壳厚度为34km,壳慢界面两侧速度反差明显.刮用本文方法估计的地壳厚度与已有的结果基本一致,由于CDSN台网覆盖了中国大陆的各主要构造单元,本文的结果为研究中国大陆的岩石层S波速度结构及其横向变化提供了新的证据.     

分析P、S波接收函数得到的云南岩石圈结构

P波接收函数通过分离间断面上产生的P-to-S转换波来测量间断面的深度,由于地壳多次相的干扰,导致这一方法用于测岩石圈—软流圈界面(LAB)受到了很大的限制.不过,S波接收函数可以克服这一问题,因为它分离S-to-P转换相,而这一转换相比入射S波提前到达台站,于是避开了迟到的地壳S波振荡相.然而,由于S波的频率比P波低,这将导致S波接收函数的分辨率较P波接收函数的低.为了作对比分析,本文利用云南地区13个固定台站记录的远震三分量资料,分离出台站下方的P、S波接收函数,而且这些接收函数被校正到67°的参考震中距处,以便进行叠加增强信噪比.最后将时间域的叠加信号转换到深度域,分别获取台站下方的地壳和岩石圈的厚度.结果表明:P波接收函数得到的地壳厚度在32~56 km之间,S波接收函数得到的地壳厚度在41~54 km之间,S波接收函数得到地壳厚度系统地偏大8~9 km;P波接收函数得到的LAB深度在65~110 km之间,S波接收函数得到的LAB深度在66~135 km之间,S波接收函数得到的LAB深度偏大15~20 km,最大偏差达到了25 km.     

普洱、西双版纳地区的速度结构研究

利用接收函数方法对2008年普洱、西双版纳区域内6个台站接收到的远震数据进行反演,得到该研究区域内台站下方的速度结构.结果表明:景谷、思茅台下方的莫霍面深度在36km左右,区域南部的孟连、澜沧、勐腊台下方的地壳厚度有轻微变薄现象,为32km,景洪台下方地壳厚度最薄,仅为30km.     

用接收函数方法研究中国及邻区上地幔间断面的埋藏深度

使用中国及邻区的18个数字化地震台的宽频带三分向远震记录图,筛选计算得到了263条径向接收函数,并拾取了在41Okm和660km间断面上的透射转换震相P4S、P660S与P波的到时差.通过调整各台站之下的速度模型中这两个间断面的深度,使理论接收函数的P4S、P660S与P波的到时差与观测值相符,最终确定这两个间断面的实际埋藏深度.结果表明,各台站之下4km间断面的平均深度为403km,具有明显的横向不均匀性和区域性,其中北京台、西安台、兰州台和恩施台等的埋藏深度较浅,琼中台、CHTO等台较深.660km间断面的平均埋藏深度为663km,也存在明显的横向不均匀性,其中牡丹江台和MAJO台的较深,琼中台和HYB台的较浅.     

探测岩石圈间断面精细结构的地震光照成像新方法

岩石圈内部间断面的精细结构隐含了岩石圈形成、增生和改造及破坏等重要的动力学信息.文章发展了地震光照成像新方法以探测岩石圈内部间断面小尺度结构.该方法使用了高频段0.5～4Hz的远震事件地震P波初至及其尾波信号,其对岩石圈间断面的分辨能力达到2km.该方法的基本原理是在台站下方垂直入射透射波响应的自相关等价于震源和地震台站均位于自由地表的反射波响应.透射波响应包括在台站下方穿过间断面到达自由地表的初至P波及其在自由地表和间断面之间反射的多次波.本研究将该方法垂直入射情况进一步拓展到倾斜入射,这提升了该方法的适用性.通过合成理论地震图验证了地震光照成像方法理论的正确性和可行性,探讨了影响成像结果的一些因素,并给出了该方法的数据处理步骤以及成果解释准则.文章利用该方法并结合瞬时频率等结果确定了华北克拉通东部两个固定台站的岩石圈精细结构,发现在两个台站下方岩石圈地幔分别在52和75km的深度存在明显的间断面.西澳大利亚克拉通MBWA固定台站下方,地震光照成像和接收函数揭示的岩石圈结构较为一致,存在明显的岩石圈内部间断面.高频地震光照成像结果可揭示岩石圈精细结构,但其波形更为复杂,建议充分利用层析反演速度和接收函数等已有的地震学信息并作为参考.     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.