利用全球超导重力仪观测资料,完整、准确地观测到中、低阶的球型基频振型、大量的谐频振型,以及环型自由振荡的耦合现象,进一步完善了长周期(频率低于1 mHz)地震图,为地幔弹性特征的研究积累了丰富的基础数据。发现了低阶球型振荡的异常谱峰分裂现象(如下图所示),观测结果表明内核顶部的刚度低于目前地球模型的理论估值,但压缩波速的各向异性却是高于目前估测值。
0S2和0S3谱峰分裂
根据重力潮汐观测的近周日共振特征,通过全球地球动力学计划超导重力仪观测资料的迭积,精密确定地球近周日自由摆动参数,发现了地球自由核章动周期十年尺度的变化,估算了核幔边界的动力学扁率比其在流体静力平衡近似下的预测值约大5%、核幔边界底部的动力学黏滞度大约为103 Pa×s,为核幔耦合机制的研究提供了非常重要的约束参数。
根据固体内核平动振荡(Slichter 模)的谱峰分裂特征,采用全球地球动力学计划观测网中全球分布的6 台超导重力仪(SG)的同步、长期、连续观测资料的积谱探测Slichter 三重谱线存在的可能性。分析结果表明,在Slichter 三重谱线(ST)可能出现的亚潮汐频段(0.162~0.285 cph),6 台SG 观测平均噪音水平为0.0158 nm/s2,可观测到全球谐信号的振幅为0.0152 nm/s2,说明如果Slichter 模存在,就有可能被全球SG 识别。在全球SG 观测中发现了周期分别为5.310, 4.995 和4.344 h 的一组全球谐信号,恰好符合Slichter 模的谱峰分裂特征, 意味着这组信号有可能来自于内核的平动振荡,由此可以推断内外核边界的密度差介于PREM 和1066A地球模型提供的相应数值之间。
SG重力残差在亚潮汐频段的积谱密度估计
图中粗实线为该频段的平均噪音水平,虚线表示可观测到信号的幅度。为了减小太阳加热引起的S4, S5和S6等大气潮对该频段重力残差的影响,做了局部剩余气压负荷效应改正。分析结果表明,在亚潮汐频段,既没有发现Smylie 1992年发现的ST,也没有发现任何基于现有地球模型理论预测的ST存在的证据;然而,在该频段存在三组符合Slichter模谱峰分裂特征三重谱线,但Triplet2和Triplet3中一个或多个谱峰被局部大气的负荷效应污染。
相关研究成果先后发表在Science、《中国科学》、《科学通报》、Journal of Geodynamics和《地球物理学报》等国内外著名学术期刊。