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      在高频GNSS数据提取超长周期地震波方面的研究成果入选UNAVCO科学快照栏目
      信息来源: 发布时间:2020年08月10日 【 】 【打印】 【关闭
       地球的深内部结构及其运行机制对理解地球起源、演化与动力学过程至关重要,在Science杂志列出的125个最具挑战性的科学问题中排名第10,位列地学研究问题之首。在过去几十年的研究中,地球深内部结构的探测主要依赖于地震仪观测记录。地震观测仪器捕获的信号周期越长,信号所采样的内部结构就越深(图1)。随着跨学科交叉研究的推进,高频GNSS这种传统的大地测量观测手段也进入了地震学家的视野, 逐步发展成为跨越高频至零频的超宽频带地面运动观测仪器。拓宽高频GNSS捕获地震动信号的有效频带范围,是利用其进行地球内部结构与动力学研究的关键。 

        精密测量院大地测量与地球动力学国家重点实验室地震波传播与地球内部结构课题组副研究员郭爱智、研究员倪四道及合作者提出了高频GNSS台阵数据中地震波提取的新方法,分析研究了美国西部地区的高频GNSS密集台网记录的2011年东日本大地震数据,发现高频GNSS捕获了清晰的R1-R5瑞利面波和G1-G6勒夫面波信号,以及若干多次反射S波信号。其中,首次在高频GNSS数据中提取到的G6勒夫波信号振幅仅为1mm,传播距离超过了11万公里,绕地球近三周(图2),表明了该方法的高灵敏度和可靠性。在此基础上,团队率先提取了周期长达600s的可靠面波频散曲线,为地幔过渡带研究提供了重要数据。随着中国北斗系统BDS和欧洲Galileo等更多导航系统的全球组网与完善,利用多系统高频GNSS捕获跨断层蠕动和慢地震等弱振幅、超长周期信号成为可能。此研究涉及GNSS及数据处理技术、地震学、地球物理学等方向,体现了实验室跨学科特色,促进了大地测量学与地球动力学的交叉研究。 

        研究成果2019年11月发表于国际知名期刊Earth and Planetary Science Letters。2020年3月“大学全球定位系统联盟”(University NAVSTAR Consortium,简称UNAVCO)外事主任Linda Rowan博士主动联系该团队,希望允许将该成果收录于联盟网站的科学快照(Science Snapshot)栏目。Rowan博士在推荐评述中对该研究给予了高度评价,认为该成果为利用大地测量手段了解上地幔结构开辟了一条重要的新途径( This analysis opens up a significant new way to understand the structure of the upper mantle using geodesy)。随着北斗全球组网、GPS三代卫星更新等卫星系统的发展,以及全球高频GNSS站呈几何数量增加,在实验室发展的高精度定位算法和信号提取理论的助力下,高频GNSS终将成为研究地球深内部结构的有力工具,帮助人类探索更多地球深内部的奥秘。 

        论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X19303917 

        UNAVCO科学快照: https://www.unavco.org/science/snapshots/solid-earth/2020/guo.html

       

      长周期地面震动信号对地球深部的采样敏感性(100-600s

      G1-G6勒夫波,左下,地震动波形成分分析图

      不同密度GNSS台网有效性分析


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