面波有限频率层析成像理论及应用

摘要

高分辨率面波成像应克服射线理论的高频近似假设，考虑有限频率效应。本文给出了一种计算面波有限频率3-D灵敏度核函数的方法。该方法可直接计算球壳层状地球模型中面波振型特征值和特征函数，而不再需要采用球化平变换来近似计算球壳层状地球模型中面波频散参数。 本文计算了相位延迟、振幅扰动和群到时延迟的3-D灵敏度核函数，并对面波有限频率效应进行了讨论。分析结果显示：面波相位延迟的3-D灵敏度核函数同2-D体波走时的核函数形状类似，说明面波具有二维传播特性。对相速度数据而言，Fresrlel带方法适用于低频面波的反演，射线方法适用于高频面波的反演，而对于中等频率的面波反演应采用有限频率方法。频率的高低是相对于所要取得的分辨率而言的。在反演地壳上地幔细结构方面，群频散数据更具有优越性，然而，群到时延迟核函数的极强的旁瓣可能使得反演变得不稳定。基于上述讨论，给出了一个两步法群速度有限频率反演方法，详细讨论了模型参数化以及正则化策略对反演结果的影响。将中国及邻区50<'o>E一165<'o>E，20<'o>S-75<'o>N范围划分为1°×1°的网格单元，采用有限频率方法反演该区域的群速度分布。 结果表明： (1)20-60秒周期的Rayleigh面波群速度主要受地壳厚度的影响，因此反映出中国大陆及邻区的地壳特征：大致以105°E经度线为界，东部和西部呈现出截然不同的地壳特征，即西部地壳比东部地壳相对厚的多。 (2)60-85秒Rayleigh面波群速度分布图上，扬子地块表现为较为显著的高速异常；印度板块北部，青藏地块，塔里木地块，兴蒙地块西部，交替呈现高速和低速异常。而且随着周期的增大，青藏地块低速异常的强度逐渐减弱；塔里木地块高速异常的分布由西向东迁移；兴蒙地块西部的低速异常强度逐渐增强，但仍然比青藏地块弱的多。 (3)85-150秒Rayleigh面波群速度分布图上，有三处明显的低速异常，而扬子地块仍然表现为较为显著的高速异常。

目录

文摘

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第1章引言

1.1研究意义

1.2研究进展

1.3研究思路

第2章面波三维有限频率理论

2.1简振振型叠加(Normal-Mode Summation)理论

2.1.1简振振型

2.1.2用面波简振振型叠加表示面波Green函数

2.2面波振型的特征值和特征函数

2.3面波理论地震图

2.4散射波位移的计算

2.5基阶面波3-D灵敏度核函数

2.6 3-D灵敏度核函数计算实例

第3章两步法面波群速度有限频率反演

3.1群速度分布反演

3.1.1群到时延迟的2-D灵敏度核函数

3.1.2模型参数化(Model Parameterization)

3.1.3 LSQR方法

3.2 S波速度分布反演

第4章中国大陆及邻区面波群速度有限频率反演

4.1中国大陆及邻区地壳上地幔构造特点

4.2资料来源

4.3面波群速度有限频率反演

4.3.1 25-60秒Rayleigh面波群速度分布特征

4.3.2 60-85秒Rayleigh面波群速度分布特征

4.3.3 85-150秒Rayleigh面波群速度分布特征

结论和建议

致谢

参考文献