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地震波探测地球内部结构
-----速度异常体
PB05007106马晓静
地震震相按照震中距的大小,可分为近震震相和远震震相。近震接收到的主
要利用高频波,可用来研究地壳的结构构造,如近地表的倾斜界面的形态(反射、
折射波),地壳地震波探测地球内部结构
-----速度异常体
PB05007106马晓静
地震震相按照震中距的大小,可分为近震震相和远震震相。近震接收到的主
要利用高频波,可用来研究地壳的结构构造,如近地表的倾斜界面的形态(反射、
折射波),地壳的结构特点。远震接收到主要为衰减较小的低频波,研究地球深
部构造,如地球速度垂向分布、间断面的特征(范围、形状、成因等)。
以下,着重讨论D”层的超低速区震相识别。
”层的重要性
D”层是固态地幔和液态外核之间的边界,是地球内部重要的边界层之一;
控制着核幔边界的物质、能量交换;与地球内部对流、板块运动、磁场变化有紧
密联系。
D”层是下地幔中也最为复杂的区域,很多研究成果已表明,比如某些地区
的D”层顶部速度跳跃及横向不均匀性,在某些地区D”是低速的,存在大量的散
射体,存在尖锐的分界。
2、超低速区
D”中存在一种极为异常的结构,称为ULVZ(ultralowvelocityzone)。它的
厚度为5~60km,横向尺度大约200km。剪切波速(Vs)异常达-30%,压缩波速
(Vp)异常达-l0%,密度异常可达+l0%,是一种高密度、低地震波速度的异常
体。地幔其他地区的速度异常范围一般不超过3%,所以称这种异常体为超低速
区。一般认为,超低速区是化学异常及后钙钛矿相变共同影响下的化学-热对流
。
研究D”层的结构,一般选择来自核幔边界的反射波(ScS,ScP,PcP)、透射
波(SKS,PKP等)以及沿着核幔边界传播的衍射波(Pdiff,SKPdS,SPdKS,ScPdiff)
或者它们的组合。
下面介绍几种研究超低速区的地震学方法。
(1)SKS+SPdKS/SKPdS
SKS从震中距70°开始出现,但比较弱;在83°之后,成为径向分量上的主
要震相;根据PREM模型,地幔一侧:Vs=,Vp=;外核侧
Vp=),在震中距超过105°后,外核中传播的P波经过核幔边界进入地幔时,会发生全反射,形成沿着核幔边界传播的衍射波Pdiff,Pd在传播过程中有辐
射能量进入地幔形成S波,台站接收到的就是SKPdS(SPdKS与SKPdS的形成原因一
致,只是过程相反,两者等效,只是研究的区域不同)。
根据PREM模型,SKPdS从105°发展,SKS和SKPdS的波形到113°才能分开;
如果核幔处有ULVZ,绕射波Pdiff又经过这一区域,SKPdS会被延迟,所以两个波
分开得比较早,约110°就能看出来。上图,(a)是根据PREM模型得到的两波的合成地震图,在113°时波形分开;
(b)是核幔边界处速度正常时的地震图,与(a)一致;(c)、(d)分别是冰
岛和非洲的地震图,大概在109°、110°就分开了,说明下面超低速区的存在。
Ganero和Helmberger通过对SPdKS的研究,首先发现了ULVZ的存在,后来,
在