基于三维地震波形反演的长白山火山的成因研究
结题报告
批准号:
41404040
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
唐有彩
学科分类:
D0404.地震学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
左家卉、李国良、孟晓波
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中文摘要
分散于大陆板块内部的小规模火山和岩浆活动的成因机制是研究板块理论和地球动力学的关键问题之一。目前,对板内火山的成因尚未达成一致认识。长白山火山是研究板内火山成因机制的典型区域。本课题以长白山火山为研究对象,围绕局部地幔物质上涌的机制这一核心问题,通过对地震波穿过低速体后出现的波形畸变现象的拟合,反演长白山下方低速体的高分辨率结构,进一步研究“板内火山下方的地幔物质上涌过程是局限于上地幔还是起源于地幔过渡带甚或下地幔”,从而构建长白山火山的成因机制模型。本课题将运用谱元法程序(SPECFEM3D)在高性能大型计算机阵列上模拟高频(0.5Hz)远震地震波在复杂三维介质中的传播,通过拟合大型密集宽频带地震台阵(NECESSArray)观测到的地震波形畸变现象,反演长白山地幔的三维高分辨率结构。
英文摘要
The bulk of observed magmatism on Earth occurs on plate boundaries and is well explained by plate tectonics. However, the origin of diverse small-scale intraplate volcanic activity is difficult to explain in the context of plate tectonics and has remained controversial. The Changbaishan volcanic complex is approximately 1300 km away from the Japan Trench and is a typical place to study the origin of such intraplate magmatism. This project will focus on the origin and mechanism of mantle upwelling beneath the Changbaishan volcanoes. Forward modeling and inversion of high-frequency teleseismic waveforms will be used to reveal fine structures of the slow anomaly beneath Changbaishan. Waveform distortions caused by the slow anomaly will give finer constraints on seismic structures than conventional traveltime tomography and can lead us to understand where the mantle upwelling come from, the upper mantle, the mantle transition zone or the lower mantle. In this project, a spectral element method (SPECFEM3D) will be adopted to perform the forward modeling and adjoint inversion of high frequency (0.5Hz) waveforms across a large dense seismic array (NECESSArray) in Northeast China by using a large high performance computer cluster. The results of this project are expected to lay constraints on relationship of mantle upwelling and stagnant slabs in the mantle transition zone, and help to build a new geodynamic model for intraplate volcanism.
长白山火山是研究大陆板块内部小规模岩浆活动的典型地区之一。目前多数学者认为,长白山火山是由深处地幔物质的局部上涌,并在浅处发生减压熔融引起的。但是,对地幔物质上涌的机制尚没有达成一致认识。获取长白山火山下方地幔低速体(上涌物质)的高分辨率结构是解决这一问题的关键之一。在本研究中,发展了利用远震波形畸变现象反演地幔深部低速体的方法。项目利用NECESSArray台阵的地震记录,对长白山地区,开展了数值模拟与地震观测研究,利用高性能大型计算机阵列拟合高频远震地震波穿过长白山下方低速体后出现的波形畸变现象,获取该地区地幔低速体的高分辨率结构。结果显示,目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显;如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍,数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象。通过对长白山地区记录的地震波形畸变现象的拟合,我们进一步确认了长白山下方在400-600 km处存在地幔低速体,并对有限频层析成像所得低速体速度异常值进行了矫正。同时,我们还针对美国黄石地区火山下面地幔低速体进行成像,不仅验证该方法的有效性,还开展了横向对比研究,对板内火山的成因研究提供了新的证据。
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DOI:10.6038/cjg20171006
发表时间:2017
期刊:地球物理学报
影响因子:--
作者:唐有彩;陶开;钮凤林
通讯作者:钮凤林
基于面波波形数据的各向异性反演分辨率特征研究
  • 批准号:
    41874057
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    唐有彩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金