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利用高性能大规模计算平台进行三维地震波模拟及各向异性反演

任骏声  
【摘要】:随着计算机技术的发展,单核心的超级计算机已经逐渐退出人们的视野,被越来越多的廉价并行计算机所取代。并行计算技术的逐渐壮大为科技、工业、生活带来了翻天覆地的变化。地球物理行业一直依赖于大规模计算技术的发展,本文选择了地震学中最典型的两个问题,借助中国地震局兰州地震研究所的计算机集群,开展了关于地震波正反演的研究工作。本文的第一部分工作是运用谱元法研究地震波的正演模拟。震后的灾害评估一直是地震局所关心的问题,对于台站稀少的地区,想要在震后根据台站记录勾画出峰值分布变得异常困难。本文研究了谱元法的基本原理,借助普林斯顿大学的SPECFEM程序,以岷县漳县地震为例,展示了三维全波形地震波模拟对灾害评估的可行性。建立这样的模拟平台不仅仅可以用于灾后模拟评估,也可以用于破坏的预估计,为城市规划做出贡献。本研究的第二部分工作,也是本论文的重点,是关于地壳各向异性的研究。长期以来,人们把工作的重心放在上地幔,而忽略地壳的各向异性。一方面是由于地壳的各向异性极其复杂,另一方面是由于将研究上地幔各向异性的方法移植到地壳研究时会遇到困难。本文详细的对比了三种利用接收函数研究地壳各向异性的方法.由于加权叠加法和横波分裂法在研究分层倾斜对称轴各向异性问题时均存在局限性,本文重点以波形反演法展开研究。本文分析了各向异性参数和倾斜界面对波形的影响,并通过数值实验研究了反演的可靠性,提出通过二次反演改善反演结果的方法。本文的反演代码根据raysum程序和邻域算法重新构建,并在程序中加入H-k约束,保证结果模型的有效性。文章的最后以青藏高原东北缘的16个台站5年的资料为研究对象,尝试着揭开青藏高原复杂的动力学机制。通过对接收函数反演,发现在中下地壳确实存在着S波的低速层,这与中下地壳部分熔融的学说较为吻合。根据反演结果分析,发现上地壳各向异性基本满足裂隙成因假说。如果中下地壳流的假说成立,那么可以很好的解释本研究得到的中下地壳各向异性快轴的分布(东北缘地区,在中地壳受到相邻板块的阻拦,在下地壳沿北东方向溢出)。本文的研究尚处于起步阶段,揭示青藏高原的动力学机制仍需要结合其他地球物理方法,本文的工作只是试图通过各向异性的研究提供一些判据。


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