内核平动振荡的探测及其对地球深部结构的约束

The translational oscillation of the solid inner core is one of the Earth’s fundamental normal modes, which is also called Slichter mode (SM) in honor of the scientist who first predicted its possible existence. The observation and research of the SM can be regarded as an important basis of studying the Earth’s forced movement and internal dynamics, which are also basis of knowing the large scale internal structure, especially the interaction and mechanism of inner and outer cores. In this project, the earthquake excitation of Slichter mode will be studied based on focal mechanism, the factor which influences the amplitudes of Slichter mode most will be discussed, and whether the signal of Slichter mode can be detected by superconducting gravimeters (SG) will be verified theoretically. The eigenperiod of Slichter mode based on rotating ellipsoid Earth model will be calculated, and the influences caused by Earth’s interior structure (density and seismic wave velocity) will be discussed. Based on the high precision and long-term continuous SG measurements provided by the worldwide network of the Global Geodynamics Project (GGP), and the same method are used to analyze the SG data. In order to suppress the background noise, the multistation stacking and spectrum analysis are used and SG product density estimation is determined. According to the characteristics of triplets provided by theoretical calculation, the signals of Slichter mode are detected in the subtidal band. Finally, the Earth’s interior structure can be constrained by the results of signals detected.

地球固态内核的平动振荡是地球的基本简正模之一，由Slichter首先指出其出现的可能性，又称Slichter模。地球内核平动振荡的研究和观测是认识地球受迫运动和地球内部动力学过程的基础，是了解地球大尺度内部结构的重要依据。本项目主旨在于根据大地震的震源机制解研究Slichter模的地震激发，讨论影响Slichter模振幅的最大因素，理论上验证超导重力仪（SG）能否检测到Slichter模信号；基于旋转微椭地球模型计算Slichter模三重谱线本征周期，讨论深内部地球结构的差异对其本征周期的影响。以全球地球动力学国际合作计划观测网中的SG提供的高精度、长期连续重力固体潮观测为基础，系统分析处理全球SG数据，采用有效的多台站迭积和高精度的谱分析技术，精密确定全球SG积谱密度，结合理论计算的Slichter模三重谱线周期分布特征在亚潮汐频段探测三重谱线信号，并根据探测结果进一步约束地球内部结构。

地球固态内核的平动振荡是地球的基本简正模之一，由Slichter首先指出其出现的可能性，又称Slichter模。地球内核平动振荡的研究和观测是认识地球受迫运动和地球内部动力学过程的基础，是了解地球大尺度内部结构的重要依据。本项目根据大地震的震源机制解研究Slichter模的地震激发，讨论影响Slichter模振幅的最大因素，理论上验证超导重力仪（SG）能否检测到Slichter模信号；基于旋转微椭地球模型计算Slichter模三重谱线本征周期，讨论深内部地球结构的差异对其本征周期的影响。以全球地球动力学国际合作计划观测网中的SG提供的高精度、长期连续重力固体潮观测为基础，系统分析处理全球SG数据，采用有效的多台站迭积和高精度的谱分析技术，精密确定全球SG积谱密度，结合理论计算的Slichter模三重谱线周期分布特征在亚潮汐频段探测三重谱线信号，并根据探测结果进一步约束地球内部结构。结果说明地震激发的内核平动振荡的信号极其微弱，信号几乎淹没在背景噪声中，必须利用多台站迭积法才有可能将信号提取出来。Slichter模周期随着内外核边界（ICB）密度差的增加以类似于双曲线的特征显著减小,表明Slichter模本征周期与地球内部介质的精细结构关系不大，而对ICB的密度差非常敏感。目前有关Slichter模周期理论计算的差异主要来自于所采用的地球模型中内核边界的密度差的差异。无论是采用地球质量不变的方法还是采用浮力频率为常数的方法，计算得到的三重谱线本征周期结果相差较小，且随着内外核密度差的增大，差距逐渐减小；内、外核P波波速分布异常对三重谱线周期的影响基本相当，内核S波波速分布异常比P波波速分布异常对三重谱线周期的影响小1个量级；探测到一组信噪比较高且满足谱峰分裂特征的三重谱线的信号（0.19281，0.21456和0.24151 cph），有极大的可能是来自于内核平动振荡。基于探测结果可以推断实际的地球模型其内外核密度差应该介于PREM模型和1066A地球模型之间，更接近于1066A模型。