中国大陆下方复杂各向异性的研究

Mainland China is composed of many rigid blocks during many periods of deformation. As a result, the anisotropic structures beneath China are very complex. However, most previous studies with SKS splitting method were based on the simple assumption of one-layer anisotropy. This study will collect the waveform data of the permanent stations from the China Seismic Network Data Center, and then use the SKS splitting method to reveal the complex anisotropic structures beneath Mainland China. The study will focus on the following three topics: 1) to analysis the validity and stability of the three shear-wave splitting methods applied to the data in Mainland China; 2) to clarify if the multi-layer anisotropy is a common feature beneath the whole China and how it reflects the deformation in the upper mantle; 3) to study the influence of the filtering in different frequency-bands and its role to understand the structure in the Earth. The present study is very important for a comprehensive view of the complex anisotropic structures beneath Mainland China, which plays important roles in understanding the continental geodynamics.

中国大陆是由多个块体经多期拼贴而成，经历了多次构造变形，发育了十分复杂的各向异性结构。但现有SKS分裂的研究大都假设上地幔中只存在简单的单层各向异性。为了充分揭示中国大陆下方复杂的各向异性特征，本课题在前期研究的基础上，利用中国国家台网中心宽频固定台站记录的地震数据，利用SKS波分裂方法从以下三个方面进行详细地研究：1) 分析在中国大陆三种S波分裂计算方法的准确性和稳定性；2) 调查多层各向异性在中国大陆是否普遍存在，以及它们所反映的不同构造变形机制；3) 研究不同频率段滤波对SKS波分裂计算结果的影响及其对研究地球内部结构的意义。本课题对全面了解中国大陆各向异性结构具有重要的意义，能够更好地为研究和探讨中国大陆的地球动力学提供依据。

本项目利用SKS分裂方法研究中国大陆上地幔各向异性，着重研究讨论各种SKS分裂方法的稳定性、不同滤波频段对SKS分裂参数的影响、以及中国大陆下方可能存在的复杂的多层各向异性结构。通过理论测试与实际数据相结合的方法，对中国大陆SKS分裂与上地幔各向异性有了全新的认识。.首先利用生成的S波分裂理论地震图，测试四种不同的方法，即旋转相关（RC）方法、最小切向分量（SC）方法、最小特征值（EV）方法及交叉褶积（CC）方法利用网格搜索技术获得S波分裂参数。结果表明存在噪声时，RC方法不稳定，另个三种方法都能得到比较稳定的结果，但CC方法的耗时是其他几种方法的5倍以上，数据量较大时，SC和EV方法是获取SKS分裂参数的最佳选择。.进一步地在SplitLab程序包的基础上，发展了S波分裂方法的自动计算，大大减少了人工进行SKS分裂分析的工作量。利用S波分裂自动计算方法获得了中国大陆48个宽频带固定台站共4583个有效的S波分裂结果。分析认为滤波频率对结果有重要的影响，随着频率的降低，快慢波时差明显增大。另外，研究发现宽频段的S波分裂结果主要反演了高频段信号的结果。.利用双层S波分裂分析方法对48个固定台站的结果进行分析，发现部分台站存在双层各向异性。下层各向异性快波方向主要为NW-SE向，与中国大陆整体的板块运动方向一致，主要反映了软流圈的各向异性；上层各向异性快波方向与主要构造边界和造山带一致，主要反映了岩石圈的各向异性。.此外，本项目利用P波各向异性层析成像方法，获得了中国大陆岩石圈的方位各向异性，表明各向异性快波方向与构造边界、活动断裂及造山带一致。中国东部岩石圈各向异性与SKS分裂结果差异明显，表明SKS分裂主要反映了软流圈的各向异性；中国西部岩石圈各向异性与SKS结果较为一致，表明岩石圈各向异性对SKS分裂的影响很大。.最后，利用ChinArray I期在云南300余个宽频带流动台站的记录获得了青藏高原东南缘的各向异性结构，发现快波方向在附近发生重要的转变，从北部的NW-SE向突变为南部的近E-W向。南部SKS反映的地幔变形与该区地壳变形场一致，表明云南中南部地壳上地幔是耦合的。SKS快波方向的转变恰好发生在上地幔中北部高速异常向南部低速异常的转变区域，表明该区域存在显著的软流圈流动，青藏高原的软流圈物质通过云南地区向中国东部流动。