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Wolfe and Silver(1998)在利用SS波探测太平洋上地幔各向异性时发现,SS观测波形的切向领先径向长达10秒左右。如果把观测到的10秒分裂时间完全归因于SS传播路径上的介质各向异性,是难以让人理解和接受的。本研究正是为了弄清楚SS波异常分裂的原因而开展的工作。
首先通过理论地震图计算,分析了SS波分裂及SS径向波形复杂性的原因。发现上述SS切向领先径向的时间中,反射点地壳响应有很大贡献。在此基础之上,提出了利用SS波分裂来测量大洋盆地上地幔各向异性和大陆地壳厚度的新方法。并对太平洋洋盆上地幔各向异性和青藏高原及周边区域地壳厚度进行了探测。
主要工作及结果如下:
(1)对SS径向波形复杂性的分析表明,S波在SS反射点Moho面和地表产生的透射转换与反射转换震相,是造成SS径向波形复杂化和最大振幅滞后的主要因素;反射点Moho界面两侧的波速差异程度对各转换震相幅度也有重要影响。同时,台站地壳响应也对SS波形的复杂化起一些作用。SS反射点地壳内部的多层结构对SS径向波形影响很小;而震源持续时间越长,SS波形周期越长,但其长周期形态变化不明显。
对SS径向与切向波形分裂的分析表明,SS波分裂主要由以下两部分所引起:SS反射点地壳响应和传播路径上介质的各向异性。
(2)选取了震源深度大于300 km的深震的SS波形资料来避免震源区地壳响应和上地幔各向异性的影响,进一步再选用已有各向异性分裂参数研究结果的台站的SS波形来以便扣除台站下方各向异性的干扰;根据全球地壳模型CRUST2.0,采用传播矩阵方法计算出SS反射点地壳响应来扣除它的作用。从而求出反射点上地幔各向异性。将这样形成的方法应用于太平洋盆地上地幔各向异性的测量,获得了7个反射小区上地幔的介质各向异性分裂参数。测量结果表明剪切波的快轴方位与目前所测到的太平洋板块的绝对运动方向基本一致,同时也说明太平洋上地幔各向异性主要来源于地幔物质流动所诱导产生的各向异性矿物定向排列,而岩石圈变形引起的各向异性贡献很小或者各向异性快轴方向也与绝对板块运动方向一致。
(3)通过选取深源地震避免震源区地壳响应和上地幔各向异性的影响;收集反射点和台站都已有各向异性参数的那些SS波观测记录波形,以便直接扣除它们的影响,将剩余的SS波分裂时间归于反射点地壳响应所引起,从而求出其地壳厚度。将该方法应用到青藏高原及其周边区域,获得了14个反射小区下方的地壳厚度值。其中大部分探测结果与全球地壳厚度模型CRUST2.0模型、接收函数研究等提供的地壳厚度数值比较相近。同时,通过数值实验对该方法的稳定性和误差进行了评估。
如果放宽选取资料的条件,当没有反射点和台站下方各向异性探测数据可利用时,也可以采用本方法对SS反射点地壳厚度进行大致估计。如果该反射点区域没有台站或台站很少,那么这个估计值也是有参考价值的。