应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

本文选用首都圈数字地震台网2003年9月～2005年12月记录的300多个远震事件的波形资料,采用分频带多道互相关方法得到三个不同频段的P波相对走时数据共18499个,计算了每个频段的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到首都圈地区的上地幔三维P波速度结构模型.利用检测板估计了反演结果的分辨率,并与射线层析成像方法的结果进行了比较,说明了反演结果的可靠性.研究结果表明,各构造单元具有明显不同的速度结构特征,其差异可到150 km深:燕山隆起区表现高速;太行山隆起区整体以低速为主并存在小范围高速块体;华北盆地、渤海湾下浅层上地幔中存在大范围的强低速异常,其顶面在50～70 km,可视为软流圈顶面的埋深,这一结果说明华北盆地、渤海湾下岩石圈明显减薄;张家口蓬莱断裂带是上地幔浅部速度结构的变异带,也是岩石圈减薄的边界带,区内大部分强震都发生在该构造带上,由此看来该带上强震的发生不仅与地壳结构的不均匀性有关,还可能有较深的构造背景.

应用远震有限频率层析成像反演中国东北地区上地幔P波三维速度结构

选取黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古区域地震台网,以及NECESSArray流动台阵记录的223个远震事件的波形资料,采用多道互相关方法得到了22569个P波相对走时数据,并计算了相应的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到中国东北地区上地幔600 km以上的P波三维速度结构模型,利用检测板评估了反演结果的分辨率。结果表明,松辽盆地下方80~200 km的深度上呈主体的低速异常,与这一地区上地幔浅部的高地温值和低密度的特征相互对应,可能暗示了部分熔融的地幔。南北重力梯度带两侧的速度结构明显不同,这一差异可以延伸到200 km以下,表明在中国东北地区南北重力梯度带有可能是一条上地幔内部结构的变化带,或是深部结构的分界线。长白山火山区下呈大范围的低速异常,并可从上地幔浅部延伸到地幔转换带中,推测此低速异常可能反映了地幔转换带内上涌的热物质,上涌的原因则主要是受到太平洋板块俯冲运动的作用。

有限频率地震层析成像方法及研究进展

本文从基于射线理论的走时地震层析成像的发展引出有限频率地震层析成像,说明两者最为本质的差别是有限频率灵敏度核函数。概述了有限频率层析成像方法和基本原理,详细阐述了国内外有关有限频率层析成像方法的研究进展和应用成果,强调有限频率层析成像对全球地幔柱研究的重要意义,最后指出有限频率层析成像方法在理论上的诸多优点目前还没有在实际应用中得到充分体现,还存在一些问题需要解决。

有限频率线性理论的波恩近似佯谬

对有限频率层析成像线性理论的波恩近似问题进行梳理,用数值方法统计分析其适用范围,结果表明波恩近似要求最大速度扰动不超过1%;然后对相关走时一阶近似进行统计分析,结果表明它也只适用于最大速度扰动在1%以内的情形.然而,结合波恩近似和相关走时一阶近似而得到的有限频率线性理论,其适用的速度扰动范围最大可达10%.这个表面上的逻辑悖论,称为"波恩近似佯谬".此佯谬是由于不恰当地使用波恩近似造成的.本文摒弃波恩近似,使用泛函的Fréchet微分和隐函数定理推导得到有限频率线性理论,圆满解释了波恩近似佯谬.由于有限频率非线性理论早已摒弃了波恩近似,因此波恩近似概念在有限频率层析成像理论中完全没有必要.

华北北部及东北地区壳幔结构研究

全球和区域地震层析成像显示太平洋板块向西俯冲、滞留在中国东部地区的地幔转换带内,并在上地幔中形成大地幔楔。滞留板块的脱水,以及大地幔楔中的角流会造成湿热的软流圈物质上涌,由此引发的深部过程导致了中国东北地区板内火山的形成,并造成了华北克拉通的活化,而这又表现为岩石圈的减薄和壳内大地震的频繁发生。因此,研究华北和东北地区的壳幔结构对于认识太平洋板块俯冲所引起的深部动力过程有着重要的意义。