地球内部各圈层介质的地震各向异性与地球动力学.pdf

2000年3月 地球物理学进展 第15卷第1期 地球内部各圈层介质的 地震各向异性与地球动力学 滕吉文张中杰王光杰张秉铭王铁男 C中国科学麂地质与地珠曲理研究所．北京100t01) 摘要：地球内部各圈层的结构和构造在本质上是不均匀的和各向异性的．各向异性的研究不 论是对探化地球本体的认识．还是在资源，能源、灾害和环境以及垒球变化的研究中均具有重 要作用．本文基于进一科学问题的本质性和重要性着重讨论了以下5个问题：1)各向异性介质 中地震波场敷应与判据；2)复杂介质地震各向异性一S渡分裂的成园分析；3)当今s渡分裂 监嗣技术的进展与探索：4)地震各向异性在不同科学阐题研究中的教能：5)地震各惠异性在 地球科学发展中的作用与今后的任务． 关键词：各向异性；s渡分裂；裂睐；偏振效应；矿仞晶格 中圈分类号：P313．3 文献标识码：A 立章鲟号：1004-2903(2000)0卜000l-35 1引言 地球内部介质的结构与属性是固体地球物理学领域研究的的核心问题．由假定地球介 质是各向同性、无限均匀和完全弹性体深化到认识它是各向异性、不均匀性和多相介质的 发展经历了漫长的岁月与波折。这一过程不仅是一次重大的进步，而是一个飞跃．在资 源，能源、灾害和环境变迁研究中和深化对地球本体的认识中做出了重要贡献． 自从Hess 年，但是其快速发展则为最近10多年来的事“’．究其理由主为：第一：科学发展的阶段 性．研究据人度和其局限性．第二：科学与实践的需求紧迫度尚不到位，所获信息尚不能 使人们从中提取急需的。必然。要素。第三：人们在认识与预见性方面的传统框架与约柬． 多年来人们利用地震渡场效应研究波在各种介质中的传播和反演技术中，对研究油气 收囊日期：1998年9月10日：修订日期：1999年5月6日 基盒来潭：中国科学院九五重点项目 · 2 · 地球物理学进展 2000越 盆地地下成层介质与油气藏和地壳与地幔结构．构造及深层动力过程均沿用着各向同性． 无限均匀和完全弹性的基本假设．在反演计算中尚在声波场范畴内。盘旋4．应当看到，它 们在浅层和深层地震探测的理论和应用中是建立了。功勋5的，但随着生产实践和科学问题 认识的不断深化以及科学事业与国民经济日益增长的要求下，特别是在以下问题的探索中 还亟待深化． 1．地下油气藏裂晾、孔隙度或薄层束的大小，裂隙排列方向与岩性． 2．地震。孕育4发生与发展的探部介质和构造环境及应力场的四维效应． 3．深部各瞬层之间物质与能量的交换和耦台及其深层动力过程图象． ．自从发现介质和结构的各向异性以来．它意味着什么，给地球科学工作者以怎样的启 迪珞向异性或横波分裂在地球科学发展的。长河5中已做了些什么惜力与前景何在?本世 纪末和21世纪又将要做些什么?本文将试图回答这些问题． 对于这些问题的研究，解决和探索则必须产生质的。飞跃5．即已有的假设或前提已越 来越不能满足对实际问题的需求和深化对地球本体的认识．这便必然迫使当代的地球科学 研究向。微观1，向四维逼近，从。显微镜下的切片观察—一岩石物性测量与岩相分析一 量的交换和圈层耦合，而且不论在纵向与横向都是不均匀的和各向异性的．基于这些要素 可见，地球科学领域中对于深部介质的各向异性研究将必成为下世纪初，中叶研究的热点 与前沿．当然也是难题之一． 2各向异性介质中地震波场效应与判据 外，还受到裂隙面倾角的影响．前者支持用快s渡的偏振方向测定裂隙走向，后者却表明 影响快慢S波时延的因素较多，在使用时应慎重． 由于各向异性介质中可能存在三种不同速度的渡，根据斯奈尔定律，同一^射能量将 在各向异性介质中产生三种透射波(称为三折射)，但重要的还是s波双折射．在各向异性 快、慢s波的干涉，还导致s渡的分辨力降低．在同一各向异性介质中，随着传播路径的 加大，故快慢S波之间的时延逐渐积累；若S波的传播路程相同，则不同各向异性介质 +f s涞表征 地下介质层的各向异性强弱；这里t．，t，分别代表快、慢S波的层间间隔时间．在