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利用接收函数方位变化研究地壳各向异性

田宝峰  
【摘要】: 自20世纪60年代Hess在太平洋地区发现Pn波各向异性以来,越来越多的研究发现地球内部上自地壳,下至地幔和地核都存在着各向异性现象。地震波各向异性包含着地球内部的构造变形、动力学过程等方面的信息,对了解岩石圈演化、壳幔耦合以及探测地幔对流等有重要作用。 接收函数对地球内部速度间断面比较敏感,利用接收函数研究地球内部结构现已成为一种通用的手段。接收函数中含有地球内部介质各向异性的信息,然而传统的接收函数偏移成像或者波形反演等方法大都基于各向同性介质模型,无法考虑接收函数的方位变化和切向分量。只有采用具有任意方向对称轴的横向各向同性介质等各向异性模型,通过计算模型的介质响应,才可以充分提取出接收函数径、切向分量及其方位变化中包含的各向异性信息。 本文围绕接收函数在各向异性介质中的方位变化特征,从地震各向异性基本理论、成因入手,详细给出了具有任意对称轴方向的横向各向同性介质中理论接收函数的计算方法。通过理论接收函数数值模拟,细致分析了接收函数在各向异性介质中的特征以及不同的各向异性参数对其影响。 将利用接收函数方位变化研究地壳各向异性的方法应用到华北太行山地区。利用最大熵谱反褶积方法提取了华北太行山区20个流动台站(编号181~200)的接收函数,获得了其中11个信噪比相对较好的台站下方接收函数方位变化花样;分析了接收函数的方位变化特征,并据此给出了华北太行山地区地壳存在各向异性的证据。研究结果表明:该地区地表浅层的覆盖层虽然只有~1公里的厚度,但却具有较强的各向异性,其各向异性强度在8%~15%左右,且均为慢轴型的各向异性;地壳深部也存在明显的快轴型各向异性特征,强度约为3%~5%;地壳各向异性不论在横向尺度还是在深度分布上均有明显的差别,表现出明显的区域特征。 接收函数方法研究地壳各向异性从理论上较为完整、有效。该方法可用于研究具有复杂各向异性结构的地区,能够获得台站下不同深度范围的介质各向异性结构,包括地壳分层速度结构、各向异性强度以及对称轴方向等,为地球动力学等研究结果提供有力的证据。但该方法对数据信噪比、方位角覆盖等要求较高,各参数对各向异性方位变化的影响存在一定程度的耦合,因此,如何正确有效提取径向、切向接收函数,并分离出各参数的影响还需要方法上的进一步完善。


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