地表复杂性结构对深部研究影响再获新进展

  地球深部410km660km间断面作为地幔转换带的上下边界,其准确的起伏与界面阻抗差特征是约束地幔热化学状态(温度、物质成分等)的重要参数,对地幔动力学研究有重要科学意义。PP/SS(地球表面反射波)及其前驱波(地球内部界面反射波)方法(图1),其反射点位置分布可有效采样全球海洋区域,在全球地幔间断面特征研究中得以广泛应用。然而近地表结构可导致该方法中参考震相PPSS的复杂化,进而造成地幔间断面测量结果出现偏差。 

  在继揭示PP前驱波方法准确测定地幔间断面参数(Zhou et al., 2020)之后,中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室研究员徐敏团队联合南方科技大学陈晓非院士以及新墨西哥大学张涵博士等,发展了快速、准确的SS及其前驱波波形正演算法,定量探讨了全球近地表复杂结构对SS及其前驱波的走时差和振幅比影响(图2)。 

  研究发现地壳厚度主要影响走时差,对振幅比影响较小。沉积层的影响表现在复杂的SS波形,降低了震相拾取的准确性。研究人员发现在海陆过渡区域等沉积层分布广泛的位置,近地表复杂结构导致的走时差异常最高可达8 s,振幅比偏差可达40%。论文同时探讨了三维地壳结构对该方法的影响。 

  研究成果可为SS前驱波研究提供可靠的校正模型,以获得更准确的间断面参数。 

  相关成果发表于国际地学期刊《地球物理研究杂志-固体地球》(JGRSolid Earth)和国内期刊《地球物理学报》。硕士生王培锋(现在香港中文大学攻读博士学位)为论文第一作者,助理研究员周勇为通讯作者。 

  本研究获得国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室、中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室开放基金等的联合支持。   

  相关论文信息:(1Wang, P., Zhou, Y., Xu, M., Zhang, H., Chen, X., & Guo, L. (2022). Investigation of effects of near-surface complexities on measurement of mantle discontinuity using SS and its precursors. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2022JB024485. https://doi.org/10.1029/2022JB024485. 

  2)王培锋,周勇,徐敏.2022).基于传播矩阵法改进的SS及其前驱波合成算法.地球物理学报,6510):3900-3911doi:10.6038/cjg2022P0649. 

  3Zhou, Y., Chen, X., Yuen, D., & Xu, M. (2020). Effects of Near‐surface Complexities on Differential Traveltimes and Amplitude Ratios between PP and Its Precursors. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(8), 1–12. https://doi.org/10.1029/2019jb019139 

1 SS及其前驱波射线路径示意

2 全球尺度SS及其前驱波到时差校正模型


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