基于旋转微椭地球模型的内核平动振荡三重谱线理论模拟与实验探测

本文基于旋转微椭地球模型,采用简正模理论计算了地球内核平动振荡三重谱线的本征周期,理论上系统研究了地球内部介质（包括密度、地震波速等）分布异常对三重谱线本征周期的影响,计算了不同的内外核密度差和地核中的不同的P/S波速对应的内核平动振荡理论三重谱线周期;利用全球分布的9个超导台站,迭积每个台站长达54个月的高精度超导重力仪数据,在亚潮汐频段（0.162~0.285cph）检测内核平动振荡三重谱线.结果发现,三重谱线本征周期对内外核边界的密度跳跃非常敏感,随着密度差的增加,以类似于双曲线的特征减小;无论是采用地球质量不变的方法还是采用浮力频率为常数的方法,计算得到的三重谱线本征周期结果相差较小,且随着内外核密度差的增大,差距逐渐减小;内、外核P波波速分布异常对三重谱线周期的影响基本相当,内核S波波速分布异常比P波波速分布异常对三重谱线周期的影响小1个量级;探测到一组信噪比较高且满足谱峰分裂特征的三重谱线的信号（0.19281,0.21456和0.24151cph）,有极大的可能是来自于内核平动振荡.基于探测结果可以推断实际的地球模型其内外核密度差应该介于PREM模型和1066A地球模型之间,更接近于1066A模型.

内核平动三重谱线的实验探测

固态内核的平动振荡是地球基本简正模之一,又称为Slichter模,由于地球的自转和椭率,该简正模将会出现谱峰分裂现象,产生三重谱线.根据Slichter模的谱峰分裂特征,采用全球地球动力学计划观测网中全球分布的6台超导重力仪(SG)的同步、长期、连续观测资料的积谱探测Slichter三重谱线存在的可能性.分析结果表明,在Slichter三重谱线可能出现的亚潮汐频段(0.162～0.285cph),6台SG观测平均噪音水平为0.0158nm/s2,可观测到全球谐信号的振幅为0.0152nm/s2;说明如果Slichter模存在,就有可能被全球SG识别.在全球SG观测中发现了周期分别为5.310,4.995和4.344h的一组全球谐信号,恰好符合Slichter模的谱峰分裂特征,意味着这组信号有可能来自于内核的平动振荡,由此可以推断内外核边界的密度差介于PREM和1066A地球模型提供的相应数值之间.

HHT技术探测Slichter模三重谱线的研究

探测Slichter模态三重分裂可有效约束内核密度、内核半径及内外核边界密度跳跃。虽然Smylie(1992)声称探测到了Slichter模态三重分裂,但至今未被国际学术界公认。本文结合一个实验算例,阐述了Hilbert-Huang变换(HHT)分析方法的核心思想,并将该方法应用于探测Slichter模三重分裂谱线的研究。我们选取了全球分布的8个台站连续记录两年的小时间隔超导重力数据,进行了潮汐和气压改正后,将它们叠加获得重力残差;然后对重力残差作HHT分析,得到能量谱,进而选出了12种可能的谱峰组合,其中两组结果与Smylie的结果很接近,且本文得到的谱峰分裂相比于Smylie的结果具有更好的对称性。