地球自由振盪的高精度探測及其對地球3D結構的約束

《地球自由振盪的高精度探測及其對地球3D結構的約束》是依託武漢大學，由申文斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地球自由振盪的高精度探測及其對地球3D結構的約束
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：申文斌
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

地球自由振盪模態觀測是構建3D地球模型內部分層結構、密度分布及彈性參數的重要信息源，其分裂耦合現象反映了真實地球的自轉、橢率和非球面結構。隨著觀測技術發展以及科學研究及套用的需要，傳統的球對稱1D地球模型已顯示出明顯缺陷。利用豐富的自由振盪觀測資料約束地球3D結構是順應技術不斷更新、理論研究逐步趨於完善的具有挑戰性的課題。主要研究內容：利用更最佳化的數據處理技術探測和分析地球自由振盪的分裂耦合現象，確定高精度的多線態分裂參數；顧及地球自轉和橢率效應，計算1D地球模型下地球核心平動振盪模(Slichter模)的理論周期，並模擬和探測由大地震或其他原因激發的Slichter模三重分裂信號，進而估算內外核邊界處的密度跳躍；確定自由振盪多線態的分裂矩陣，構建分裂函式；估算地球核心超速旋轉速率，研究地球內部結構的橫向不均勻性、各項異性和分層邊界不連續性，精化1D PREM地球模型。

結題摘要

隨著現代地球物理理論和技術的發展，傳統的1D球對稱地球模型已顯示出明顯缺陷和不足，建立考慮地球內部結構橫向不均勻性的三維地球模型，對於深入研究地球內部結構和解釋大量地球物理現象尤其重要。由於地球的自轉、橢率和非球面結構，地球自由振盪信號會產生分裂和耦合效應。利用豐富的地球自由振盪觀測資料研究這些現象，從而進一步約束地球3D結構，是研究地球深內部結構的一項重要基礎地球物理學課題。本課題基於相關觀測數據和方法獲取了眾多高頻高階地震簡正模和Slichter模三重分裂信號的探測結果，並進行了相應的分析、解釋和套用，主要的研究內容和成果如下:（1）在本課題組提出的最優序列估計(OSE)方法的基礎上，將僅考慮了徑向分量的分裂係數擴展到考慮徑向和橫向分量的組耦合形式上，使原本適用於探測徑向模態（或是僅考慮自耦合效應）的OSE方法可以同時剝離在同一分量由於地球3D效應導致的球型模態和環型模態耦合所致的模態簇上。比較了考慮自耦合和考慮群耦合效應的簡正模觀測結果，表明在某一窄帶內，考慮群耦合效應的迭積方法可以更清晰更完全地剝離出高頻、高階多線態；部分結果與理論預測結果符合較好，可為後續約束地球內部結構和解釋地球深內部各向異項性特徵提供依據。（2）基於Slichter模的兩種可能激發原理，分別利用全球完全超導(SG)觀測數據和3個超大地震後的SG觀測數據，進行了積譜分析和最優序列估計方法的迭積處理；在兩組數據集的積譜結果中，找到了一組滿足Slicher模三重分裂規律的信號，與PREM模型的理論預測周期以及前人的部分觀測周期也極為接近。（3）基於地球自由振盪簡正模合成譜理論，研究了震源機制參數對自由振盪合成譜的影響，確定了利用地球彈性簡正模反演地震震源機制的主要過程和方法；將大地測量數據確定的最優斷層傾角以及其他震源初步信息作為簡正模反演的約束條件，進一步約束地震斷層模型。採用地球自由振盪簡正模反演2011 Tohoku地震的結果表明，利用超低頻段簡正模反演得到的矩震級和深度與GCMT發布的結果接近。