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中国大陆地壳上地幔S波品质因子三维层析成像

洪学海  
【摘要】: 频敌和衰减是面波传播中的两个基本特征,利用面波频散和衰减可以有效地研究地球内部速度结构和粘弹性结构。本文主要通过Rayleigh面波衰减反演地壳上地幔S波品质因子Q_β,建立了中国大陆地壳上地幔S波品质因子全三维结构。探讨了中国大陆区域地球内部粘弹性结构。这对了解中国大陆地区地球内部物质性质和动力学等方面具有重要意义。本文首先探讨了面波衰减的机理,对面波衰减和S波品质因子Q_β反演的计算方法进行了系统的研究,并对中国大陆地区地壳上地幔Q_β三维结构进行层析成像,取得了以下重要成果: (1)Rayleigh面波衰减系数γ计算。本文首先从所收集的震级在5级以上2861条面波记录中挑选波形好、记录完整的资料进行预处理,计算其大园路径,从中挑选出位于同一地震大园路径上的双台地震记录约284对,然后计算出前向方位角差,其差在5°范围以内的双台地震记录约260余对,量后对这些记录进一步优化,选出223对对中国大陆地区覆盖比较好的面波记录。对这些地震记录做仪器频响特性校正,同时进行频时分析(FTAN),求其群速度频散。再通过相匹配滤波方法进行Rayleigh面波基阶分离,得到基阶面波记录。利用单源双台法计算出台站之间的Rayleigh面波混合路径衰减系数γ。为了避免计算出负的衰减系数的问题,本文提出了用频率域维纳滤波的方法来进行改善。 (2)进行Rayleigh波衰减系数γ、群速度网格化纯路径衰减反演计算,得到网格单元纯路径衰减系数和群速度分布结构。为此把中国大陆区域划分成4°×4°网格和2°×2°网格,利用LSQR方法分别进行衰减系数和群速度网格化反演,得到4°×4°单元格的衰减系数分布和2°×2°单元网格的群速度分布。利用γ、群速度和9R关系计算出网格单元的Rayleigh波品质因子Q_β分布。 (3)对每个网格“单元柱”的Q_β维结构进行深度反演,建立中国大陆地壳上地幔S波品质因子Q_β三维模型。首先应用课题组利用面波层速度反演、人工地震等各种方法得到的数据,建立反演计算模型( V_S、V_p。Q_β、P),利用衰减系数和层内S波品质因子Q_β之间的关系,通过阻尼最小二乘法反演方法反演每个单元格内各层Q_β,得到每个“单元柱”的Q_β三维结构.再把所有的“单元柱”连起来,得到研究区域的Q_β横向、纵向变化三维模型。 (4)研究结果显示,在频率域内,面波衰减系数分布与群速度分布具有一定的相关性。在不同周期,面波衰减系数或品质因子在整个中国大陆区域分布是不均匀的;总体表现为高 群速度分布的区域呈现高丛和低衰减系数、低群速度分布的区域呈现低丛和高衰减系数分 布的特点。通过对整个研究区域的op”维的反演计算与成像,为了解中国大陆地球内部粘弹 性结构提供了依据。结果显示研究区域的日横向、纵向变化非常显著,软流圈结构能够明显 区分出来,各个大构造单元的Q结构呈现出显著的变化。这为解释中国大陆区域地球内部介 质性质和探讨地球动力学提供丰富的信息。


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