利用地球简正模耦合研究上地幔过渡区方位各向异性

上地幔过渡区在地幔动力学活动中扮演着重要角色，认识其中物质的动力学特征是全面了解地幔动力学过程、推测地球热演化和化学演化的关键。地幔过渡区中各向异性的分布蕴含着大量地球动力学的信息，但是利用现有探测手段和研究方法还很难全面正确地认识其中各向异性的特征。地球自由振荡长周期简正模可深入到上地幔过渡区，对其中存在的方位各向异性尤为敏感，表现为球型简正模和环形简正模之间发生耦合。这一现象提供了一个新的认识过渡区各向异性特征的窗口。本项目基于申请者前期的研究结果，研究如何在全球地震仪和重力仪记录中提取各向异性耦合观测数据；研究如何利用正演方法和局部各向异性耦合观测数据，分析局部区域上地幔过渡区各向异性的特性；研究如何利用反演方法和全球各向异性耦合观测数据，分析地幔过渡区各向异性的全球分布。本项目的研究成果可为上地幔过渡区的地球动力学研究提供必要的约束和参考。

上地幔过渡区在地幔动力学活动中扮演着重要角色，其中横向非均匀结构的分布蕴含着大量地球动力学的信息，认识其分布特征是全面了解地幔动力学过程、由此推测地球热演化和化学演化过程的关键。利用现有探测手段和研究方法，如剪切波分裂，还很难全面地认识上地幔过渡区中各向异性的特征，如各向异性的深度分布范围。地球自由振荡的长周期（250 s<T<500 s）简正模可深入到上地幔过渡区，对其中存在的方位各向异性结构尤为敏感。方位各向异性可导致简正模的偏正异常，由此引起球型简正模和环形简正模的质点运动产生共振，即简正模耦合现象。观测和分析长周期简正模耦合信号可为我们提供一个新的认识过渡区各向异性特征的手段，可为其它研究方法的重要补充。.本项目研究广泛分析了多个大中地震发生后，全球地震仪和重力仪观测记录中的简正模耦合信号，从中发现横向非均匀结构导致的简正模的偏正异常和简正模耦合。研究结果显示全球上地幔中大尺度横向不均匀结构对长周期（250 s < T < 500 s）简正模耦合的影响较弱，明显弱于地球自转的影响。表明在地球上地幔下部（深度范围300 km以下）,缺少能够引起显著简正模耦合信号的大尺度横向不均匀结构。在地球动力活动显著的区域，其下部的上地幔中横向不均匀结构非常显著，而其尺度远小于长周期简正模的波长。本项目观测结果显示强烈的长周期简正模耦合信号经常出现在这些局部区域。以往的地球物理研究忽视了小尺度横向不均匀结构对长周期简正模耦合的显著影响。.本项目重点分析了青藏高原、台湾、赤道岛屿、地球南北极等区域的地球自由振荡观测记录。强烈的长周期简正模偏振异常信号和简正模耦合信号仅仅出现局部区域的观测记录中，表明这些区域下存在小尺度，显著横向不均匀结构，其尺度仅有几百公里，深度可延伸到上地幔过渡区。本项目研究结果确认：小尺度，显著横向不均匀结构，主要是方位各向异性结构，可导致长周期简正模振动质点的偏振异常，从而导致球形简正模和环形简正模的耦合。局部区域小尺度、显著横向不均匀的地幔结构产生强烈的长周期简正模耦合信号，在简正模早期观测记录中（18~36小时），其信号强度远超过地球自转科里奥利力引起的简正模耦合信号。我们的研究结果表明观测分析地球动力活跃区域附近长周期简正模的方位各向异性耦合信号提供了一个研究上地幔过渡区各向异性的窗口，可为研究该地区下方上地幔过渡区的地球动力学提供重要的约束参数