![]()
行星震事件的準確定位是準確成像行星內部結構的基石。受制于探測任務發(fā)射時間和經(jīng)濟成本、無人部署等,一次任務只能在行星表面布設一臺地震儀;更突出的是,地外天體(火星、月球)的地震活動性微弱,晝夜溫差巨大等惡劣環(huán)境導致地震儀性能下降。上述因素導致了行星震事件單臺定位(方位角和距離)異常困難,定位誤差特別是方位角的誤差巨大(可達180°)。
傳統(tǒng)方法(即極化方法或偏振方法或主分量分析方法)利用P波初至的質點運動極化方向或偏振方向確定事件的方位角,該方法的精度易受P波起跳時刻拾取精度、P波初至窗口、濾波頻帶等多參數(shù)影響,適合定位質量較好的事件,在定位低質量事件時捉襟見肘。
中國科學院地質與地球物理研究所孫偉家研究員、唐清雅博士后及其合作者,發(fā)展了旋轉接收函數(shù)的單臺行星震定位方法。接收函數(shù)方法通常被用于殼-幔結構成像,幾無被用于事件方位角估計。該團隊深入理解接收函數(shù)原理和數(shù)據(jù)處理,將接收函數(shù)用于確定單臺事件方位角。他們利用已知準確位置的地震事件、核爆事件和火星隕石撞擊事件驗證了該方法的定位精度,其方位角誤差最小為1.5°–5°,較傳統(tǒng)方法的方位角誤差降低97%以上(圖1)。
接收函數(shù)成像關鍵的一步是數(shù)據(jù)旋轉,將南北向-東西向-垂向的三分量數(shù)據(jù)旋轉至徑向-切向-垂向的三分量數(shù)據(jù),以獲得最大振幅成像。旋轉的角度即為事件相對于臺站的方位角,這意味著當且僅當使用正確方位角旋轉數(shù)據(jù)得到的接收函數(shù)直達P波的振幅最大(圖2)。基于此原理,首先均勻給定所有可能的方位角(例如采樣方位角0°–360°,采樣間隔1°),然后進行數(shù)據(jù)旋轉并計算接收函數(shù),取接收函數(shù)直達P波最大振幅對應的方位角為該事件的方位角。該原理還可用于計算海底地震儀的水平方位(海底地震儀在海面釋放后自由落體而無法控制其水平方位)。該方法有助于顯著提升火星震和月震等定位精度。
![]()
圖1?利用已知準確位置的核爆事件、地震事件和火星隕石撞擊事件驗證本研究方法的方位角精度。真實的方位角位于圖片上部,本研究方法的方位角位于圖中框內和紅色圓點
![]()
圖2 a) 旋轉接收函數(shù)方法的原理。圓表示BAZ從0-360?的接收函數(shù)直達P波振幅變化。最深紅色表示最大振幅,對應于真實的方位角。R和T分別表示徑向和切向方向;b) 接收函數(shù)直達P波振幅隨方位角變化,最大振幅對應最佳的方位角
研究成果發(fā)表于國際學術期刊Seismological Research Letters(孫偉家*,Hrvoje Tkal?i?,唐清雅. Single-Station Back-Azimuth Determination With the Receiver Function Rotation Technique Validated by the Locations of Earthquakes, Impacts, and Explosions[J].Seismological Research Letters,2024. DOI: 10.1785/0220240117.)。研究受國家重點研發(fā)計劃“火星圈層過程”項目(2022YFF0503203)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會和澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室開放課題(SKL-LPS(MUST)-2021-2023)聯(lián)合資助。
編輯:劉強
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.