欧洲南部及东亚、中亚地区上地幔顶部pn波速度结构及各向异性研究

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1、第一章引言1选题目的与研究意义对于地球内部结构的研究，人类在过去就作了大量的探索，但多数观点都来自证据不足的臆想。自十九世纪末在地球上首次安置地震仪以来，人们才开始了用观测到的天然地震波对地球内部结构进行科学、系统的研究。由于地震波能完全穿透地球深部(地幔及地核)，不仅可以提供地球内部构造信息，而且还能够提供地球内部物质的成分、晶体结构和物态、温度、物质流动等重要信息，因此它成为研究地球内部结构及其动力系统最重要的手段，而且愈来愈发挥重要的作用。事实上，人们对地球圈层结构的认识，主要来源于对地震波记录

2、的研究。欧亚大陆及其边缘海地区由约30多块尺度不同、形成时代和性质各异的板块或地块拼合而成。这些岩石圈板块或地块经过长时间的漂移，多次聚合与分离，碰撞与增生，在新生代最后形成现代的拼合欧亚大陆。欧亚大陆及其边缘海的板块或地块可以分为六类：(1)前寒武纪巨型克拉通地块及地盾；(2)前寒武纪小型克拉同地块及板块；(3)显生宙造山带及汇聚地块；(4)陆陆碰撞型地块及造山带；(5)新生代边缘海海盆；(6)大陆裂谷盆地及增生地块。欧亚大陆南部通过地中海、阿尔卑斯造山带与亚洲扎格罗斯造山带，喜马拉雅造山带相联系，

3、构成全球最大最活跃的阿尔卑斯一喜马拉亚一缅甸一苏门答腊一印度尼西亚新构造活动带，地震及火山活动十分强烈。通过地壳及上地幔顶部速度结构的探测来研究强震活动的深部构造背景，是探索大陆强震发生的机理并预测地震的重要途径。因此收集整理历年地震资料研究Moho面速度结构及其与构造活动的关系具有重要的地球动力学意义。从二十世纪七十年代以来，板块理论虽然完美地描述了大洋板块动力学的海底扩张和俯冲机制，但在解释大陆远为复杂的物质增生与消减过程上却遇到了相当大的困难。许多学者认为，大陆地区与大洋地区至少在上地幔的深度范

4、围内存在巨大的动力学差异，现有板块构造理论不能简单地搬来解释大陆动力学过程，并且由于板块构造理论所阐明的主要是岩石圈的运动学，因而人们通过向地球深部内层进军，通过探明地幔甚至地核的结构来阐明从地核到地表整个固体地球系统的动力学新理论。一般说来，人工地震测深工作主要目标在于解决岩石圈的细结构及局部区域浅部地质结构问题。而天然地震面波因其传播深度一般在地表以下400公里以内，所以面波层析成像在这一深度范围内，较体波有较高的分辨率。但对于地幔及地核更深部，只有地震体波才能穿透，所以，对地幔及其以下的研究主要

5、利用体波层析成像。成都理工大学硕士学位论文对于上地幔顶部而言，Pn和Sn震相是研究该处体波速度结构的首选资料，这是因为Pn和Sn就是在该界面发生全反射而产生的沿莫霍面滑行的界面波或迪折波。用Pn、Sn震相走时比其他用于三维速度反演的P、S震相走时能够在上地幔项部获得更高的射线密度，从而获得更高的精度和分辨率。因而利用莫霍面的遛折波反演上地幔顶部的速度结构已成为地壳上地幔结构研究的一个专门分支。1．2国内外研究现状、水平和发展趋势1．2．1地震层析成像简史地震层析成像(SeismicTomogra】ph

6、y)是从大量地震观测数据中获取研究区域三维结构影像的过程。源于医学中的CT，意在通过观察穿过物体的射线的某种特性如何被物质所影响(如衰减或时间上的延迟)来获取介质特性二维切片图像的过程。但现在地学上使用的术语“tomo孕印hy"却普遍指获取三维图像的过程了(Aki，1993)。地震层析成像利用地震波的到时、波形或频散特征等，建立起地球内部的三维速度结构图像。由于地震波的速度取决于介质的密度、弹性模量、物质组成、温度、压力等因素，因而地震波携带信息的差异就反应了地球内部介质特性的变化。20世纪60年代，

7、BaCkus和Gilben提出了著名的BG反演理论(Ba凼JsaIldGilben，1967，1968，1970)奠定了近代地球物理反演理论的基础；而观测技术的迅速发展则为地震层析成像提供了大批高质量的地震观测数据。1975年左右，地震学家们开始讨论由大量数据，包括存在多种数据误差、解的不唯一性，以及其它许多不定因素在内的地球内部成像问题。Al(i等(1976；1977)以及Aki和Lee(1976)利用区域台阵的三维成像，以及Dziewonski等(1976)对全球大尺度上地幔速度结构的勾画成为成像

8、研究中开拓性的工作。不同频率的地震波携带了地下不同尺度介质的信息，像高频地震波数据对上地幔内部存在的小到几公里的各向异性结构都很敏感，长周期面波则可以提供全球大尺度范围速度结构特征。地震层析成像也从最初的单纯利用初至P波走时信息发展到利用地震图的不同频率部分以进行特定目的的研究；另外，波形反演和振幅数据也参与到各种地震层析成像反演中(Sua11dDziewonSki，1991；W．ood．houseandDziewonski，1986)。地球自由震荡资料