非对称散射波-P'P'前驱波研究

摘要

已有研究表明，地球内部存在各个尺度的非均匀体或界面起伏，而小尺度非均匀体或界面起伏通常都是由化学异常造成的。它们的产生、维持及演化与地球动力学过程息息相关，因此，探测小尺度非均匀体及界面起伏对地球动力学研究具有重要意义。
　　 高频地震波能穿透整个地球，而高频地震波散射是探测地球内部小尺度非均匀体及界面起伏的有效手段。近年来，地震学研究人员在极小震中距(0-10度)上观测到高频P'P'前驱波，并认为这些前驱波是由岩石圈底部(150-210km)非均匀体的对称散射造成的[Tkal(c)i(c) et al.，2006]。然而本文对此提出不同解释，认为前驱波是来自自由地表起伏或者地表附近小尺度非均匀体的非对称散射造成的。
　　 在全球采样的地震波观测数据基础上，本文给出到时、慢度、合成图等证据来支持前驱波的非对称散射机制。首先，在震中距0-50度范围以内，前驱波具有一致的到时，这符合非对称散射机制规律，而与对称散射机制相矛盾。其次，非对称散射与对称散射波的慢度不同，前者慢度值大于1.9sec/deg，并且其来源方向可为非大圆路径，而后者的慢度值小于1.9sec/deg，并且只能来源于大圆路径方向。通过对台阵观测进行慢度分析后，可以发现慢度值、来源方向都支持非对称散射机制。最后，我们对两种散射机制进行了理论地震图的计算，发现非对称散射的合成图能够与观测符合的很好，而对称散射机制的能量要比非对称散射弱至少两个数量级。因此，P'P’前驱波的能量主要来自于地形起伏散射和地表附近的小尺度非均匀体散射(包括前向散射和后向散射)。
　　 在本文的最后，我们使用地震学中日益成熟的数值模拟方法—谱元法来深入研究前向散射和后向散射，并将计算结果与射线理论合成图进行比较。通过数值模拟，我们对不同非均匀体模型下的前向散射、后向散射有了更直观的认识，即当非均匀体的自相关长度很大时，前向散射主要集中在传播方向的小角度内，表现为波前形状的改造。最后，我们利用谱元法模拟了二维地球声波介质下的P'P’前驱波，发现其结果与观测、射线理论计算都能较好的符合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 地球内部界面介绍

1．2 地球内部小尺度非均匀体介绍

1．3 高频地震波散射的研究进展与问题

1．4 本文研究内容

第二章 自由地表起伏描述与动力学机制介绍

2．1 引言

2．2 地形起伏的描述

2．3 地貌演化的应用

2．4 地球地形起伏与动力学机制

2．5 地形起伏的数值模拟

2．6 结论

第三章 基于射线理论及数值模拟的高频散射波计算方法

3．1 引言

3．2 射线理论计算高频地震波散射

3．2．1 界面起伏散射波的计算

3．2．2 非均匀体散射波的计算

3．3 数值计算高频地震波散射波形

3．4 本章小结

第四章 P’P’前驱波研究

4．1 引言

4．2 P’P’前驱波的地震学解释

4．3 数据与观测

4．4 慢度分析

4．5 非对称散射的包络合成图

4．6 结论与讨论

第五章 谱元法计算高频地震波散射

5．1 引言

5．2 前向散射与后向散射

5．3 全球二维声波传播的谱元法模拟

5．4 结论

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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