接收函数成像和联合反演方法研究与应用

发布时间：2018-06-21 02:25

本文选题：接收函数 + 联合反演　；参考：《中国科学技术大学》2017年硕士论文

【摘要】：地震学是探测地球内部结构最重要的途径之一。近年来,基于密集台阵观测的多种地震学成像方法有效地约束了地壳精细的结构信息,对理解地壳的形成和演化、地球深部动力学过程具有重要意义,也为浅地表资源勘探、防震减灾等提供了重要基础。本文基于接收函数方法,一部分利用偏移成像获得华北地区莫霍面深度分布,另一部分发展了接收函数和面波数据的分步联合反演方法。通过对实际结构研究和新成像方法的发展两个方面,获得大陆地壳精细的结构信息,为深入认识典型构造区壳幔动力学过程和岩石圈演化提供重要的深部观测约束。主要研究内容及结果概括如下:本文利用华北地区200个宽频带地震台站提取远震P波接收函数,采用波动方程偏移方法对Ps转换波和PpPs多次波进行成像,获得华北克拉通东北地区高精度的莫霍面深度分布图。研究结果显示,莫霍面深度在南北重力梯度带两侧明显不同,西部深度大于40km,东部深度小于32km,中部造山带下方的地壳厚度由西向东快速减薄,深度变化约为10km,总体呈现显著的东西差异,与前人被动源与主动源研究的结果大体一致。此外,在南北重力梯度带两侧,莫霍面深度进一步呈现小尺度的南北向变化。一方面,中部造山带的中心区域,莫霍面深度相对较深,约为42km,与该区域下方下地壳延伸至上地幔顶部的高速异常和岩石圈地幔的难熔组分在地理位置上一致;北部靠近古老造山带的边缘区域,约38km的深度值可能对应着区域下方厚的壳幔过渡带中部的深度,与地震学和岩石学证据吻合。前者可能与太古代克拉通的残留有关;后者则可能反映区域下方强烈的壳幔相互作用,与岩浆底侵和热物质上涌的动力学过程有关。该莫霍面深度的南北差异,可能暗示着南北重力梯度带西侧的岩石圈受到空间不均匀的复杂改造,涉及地壳和岩石圈地幔。另一方面,南北重力梯度带东侧,燕山地区的地壳厚度相对较厚,约为～32-40km;而渤海湾盆地下方的地壳明显减薄,约为～26-32km。我们推测,早期西伯利亚克拉通和华北克拉通拼合时发生的一系列构造事件产生的南北向挤压形变可能在克拉通北部边缘地带造成了结构异常,因此,在中生代晚期中国东部的构造拉伸环境中,靠近北部边缘带的燕山山脉与克拉通中心的渤海湾盆地发生了不同的构造响应,进而造成了现今显著的南北向结构差异。另外,渤海湾盆地的地壳厚度从边缘(～32km)到盆地中心(～26km)进一步减薄,但对应岩石圈的增厚和布格重力异常的下降,说明渤海湾盆地内部的岩石圈地幔可能相对较轻。通过对莫霍面深度与地质构造、布格重力场和岩石圈厚度的相关性比较,结合其他地球物理观测和岩石地化证据,我们认为显著的大尺度东西向结构差异可能反映中生代以来古太平洋向亚洲板块东部的俯冲对华北克拉通造成的主要破坏作用,而小尺度的南北差异可能反映华北克拉通古远古代形成时固有的结构差异,或者是克拉通长期演化进程中后续的多期构造事件对岩石圈空间不均匀的复杂改造和综合影响。本文发展了接收函数、面波频散和ZH振幅比三种数据的分步联合反演方法,使用线性迭代算法,更好地约束精细的地壳横波速度模型和Vp/Vs结构。为了充分利用三种数据对地壳结构不同的敏感性,我们提出了“三步反演”的反演策略,通过调节不同数据的权重,逐步恢复精细的地壳结构。首先使用面波频散和ZH振幅比两种数据联合反演,约束平滑的绝对横波速度模型,再加入对间断面信息高度敏感的接收函数数据,进一步约束更为精细的横波速度模型。对于前两步反演,纵波速度和密度通过横波速度模型和经验公式计算。最后,在己获得的横波速度模型基础上,再次结合三种数据进一步约束纵波速度模型,并通过直接相除获得对应的Vp/Vs模型。理论合成测试和蒙拓卡罗误差测试结果表明:分步联合反演不仅可以获得稳定可靠的高精度横波速度模型,而且可以约束大尺度的Vp/Vs结构,对理解地壳的岩性和物理状态有非常重要的意义。
[Abstract]:Seismic science is one of the most important ways to detect the internal structure of the earth . In recent years , many seismic imaging methods based on dense array observation are important to understand the formation and evolution of the crust , the deep dynamic process of the earth is of great significance . In order to make full use of three kinds of data , we propose the inversion strategy of " three - step inversion " . In order to make full use of three kinds of data , we propose the inversion strategy of " three - step inversion " .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.4

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