利用我国高精度重力潮汐观测研究地幔滞弹性

Gravity tidal observation is one of the most important methods to learn the deformation of anelasticity earth response to long period and high stress. Our national gravity network provides guarantee to detect the lateral variation of earth interior. The purpose of our proposal is to get the in-phase and out-of-term terms for mantle anelasticity, and to learn the mantle anelasticity perturbation to the Love numbers. We will employ a stacking method with a harmonic spherical cap as its kernel function, to separate the tidal signal from background noise. Through a least-square fitting method, we will fit the in-phase and out-of-phase terms for body tide and their sidebands to the stacking results. Based the major continental tectonic structure in China, we separate all the gravity sites into several sub-grids, stack all the sites in each sub-grid, and get the spacial characteristics of the mantle anelasticity in China. Our results can be used to give constraint on the mantle quality Q from seismology technology. We will employ sensitivity analysis technology to study the perturbation induced by earth interior lateral variations. To model the mantle anelasticity, we will employ the absorb band model(Wahr, 1986) and include the mantle lateral variation. Then we will learn the geophysical mechanism of dispersion and the dissipation of the shear module, build the inverse model for the mantle anelasticity using surface gravity tidal measurements, and give the uncertainty of our results. Finally we will give the spatial feature for mantle analasticity in the large spatial scale in China, and give the proper geophysical interpretations.

重力潮汐观测是研究滞弹地球在长周期高应力水平下形变特征的一种重要手段。我国高密度的连续重力观测台网，为利用潮汐观测研究地球介质滞弹性的区域性变化提供了可能。本项目拟利用台网提供的高精度重力潮汐观测，采用以球冠谐函数作为核函数的迭积技术，有效提取我国大陆区域大空间尺度上的地幔滞弹性参数，为利用地震手段反演更精细的地球介质物性参数提供重力约束。利用灵敏度分析法和扰动理论，对Wahr(1986)采用的滞弹吸收带模型引入地幔介质横向不均匀参数，估算其对滞弹勒夫数的扰动；研究地幔剪切模量的频散效应和能量耗散在潮汐频率上的频响特征，给出固体地球在不同潮汐频率上对地幔滞弹性的响应的传递函数，建立利用区域性的地面重力潮汐观测研究地幔滞弹性的反演模型，并评价结果的不确定性。研究我国大陆区域地幔滞弹性参数的区域性变化，并结合我国大陆周边构造环境背景及地球动力学特征，探讨其地球物理意义。

近年来大量高精度地面和空间大地测量观测技术的迅速发展，为利用潮汐观测研究地球内部介质在低频率高应力下的滞弹性特征及横向不均匀性提供了可能。本项目利用我国连续观测台网提供的高密度分布的实测高精度重力潮汐观测，对2000年来53台gPhone重力仪观测的固体潮观测资料，采用以低阶球冠谐函数作为核函数的迭积技术，以及基于半月潮波和月潮波频带的最小二乘拟合估计，有效提取固体潮勒夫数的同相及异相分量，获取能反映我国大陆区域性特征的地幔滞弹性参数，为利用地震手段反演更精细的地球内部介质物性参数提供了重力强约束条件。利用灵敏度分析法和扰动理论，在滞弹吸收带模型中合理引入地幔介质的横向不均匀参数，估算了区域横向不均匀分布对滞弹勒夫数的扰动，研究地幔剪切模量的频散效应和能量耗散在潮汐频率上的频响特征，给出了固体地球在不同潮汐频率上对地幔滞弹性的响应的传递函数，建立利用了区域地面重力潮汐观测研究地幔滞弹性的反演模型，并对反演模型和算法的不确定性给出了评估。反演结果的不确定分析包括：（1）Mf和Mm潮汐观测背景噪声及系统误差估计；（2）海潮模型误差及海潮负荷的滞弹性效应；（3）海潮负荷的格林函数模型误差估计。研究结果表明地幔横向不均匀性对月潮波频段内重力勒夫数影响较小，最大差异约为0.02%；地幔滞弹性特征参数在不同区域内的数值相差不大，剪切模量频散特征值最大差异约在0.1%，剪切能耗散特征值最大差异约在0.01%。反演结果与Benjamin[2006]、及Ray[2012]等基于地球自转日常变化参数的潮汐参数反演的滞弹性参数，在误差范围内是一致的。通过与滞弹吸收带理论模型相比较，我们的反演结果与衰减系数为0.1~0.3的吸收带理论模型相吻合。随着我国重力台网观测资料的积累和台站的加密，有望分离出更长周期潮波频段（如MSm，MSf等长周期弱幅值固体潮信号）的重力勒夫数，获取更低频率下的地幔介质剪切模量的特征参量，为研究地球深部介质在低频率高应力水平下的滞弹形变机制提供更为丰富的资料和约束。