基于PcP、ScP的核幔边界中等尺度起伏研究

摘要

核幔边界是地球内部一个最重要的分界面之一,其耦合作用对地球动力学演化、地磁场变化及地球自转研究具有重要意义.而核幔边界地形地伏是理解核幔耦合作用的基础信息之一,例如,地球动力学模拟预测核幔边界存在多尺度地形起伏,其中横向几百公里的中等尺度核幔边界地形起伏特征可以为地球动力学LLSVP起源假设提供关键约束.由于短周期地核反射震相(PcP,ScP)的菲涅尔区域与核幔边界中等尺度地形相当,当存在地形起伏时,这些反射震相的波形容易发生改变,因此高频PcP、ScP波对中等尺度地形起伏十分敏感,是研究核幔边界起伏的有效工具.为此，基于表示定理和射线理论发展了一种计算高频PcP合成地震图的方法，同时也将该理论推广到了ScP的正演计算，从而丰富了核幔边界地形起伏研究的可用数据。本研究利用上述算法，进行了一系列的正演测试，发现CMB地形的隆起和凹陷确实能够对PcP(或ScP)产生散焦和聚焦作用；同时，该方法也被应用到了实际观测中，结果表明在阿拉斯加和日本地区存在着横向300km纵向几公里的CMB地形起伏。虽然对部分区域异常振幅进行了研究，提出了单个起伏或者洼陷模型，但是核幔边界存在着空间域和波数域的复杂形态。为此，也开展了台阵的振幅观测空间分布与地形起伏谱关系研究，在假定核幔边界地形起伏为稳态分布情形下，初步推导了将地核反射波振幅空间谱与地形起伏之间联系起来的公式，文中将展示一些初步的数值案例结果。