澳大利亞是世界上唯一一個國土覆蓋整個大陸的國家，澳大利亞一詞源於拉丁語，意為「未知的南方大陸」，是地球上最大的島和最小的大陸板塊。澳大利亞大陸的構造主要包括位於西部和中部的前寒武克拉通，即西澳大利亞克拉通、北澳大利亞克拉通和南澳大利亞克拉通，以及位於東部海岸的顯生宙造山帶。前人利用面波層析反演、遠震層析反演和人工地震等方法對澳大利亞大陸的構造結構進行了較為系統的研究，但限於面波和遠震體波層析反演方法的局限性，這些方法對上地幔頂部的速度結構約束十分有限。
中國科學院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室副研究員孫偉家與教授B. L. N. Kennett利用Pn波走時開展了上地幔頂部的層析反演研究，首次準確獲得澳大利亞整個大陸上地幔頂部的P波速度，並為澳大利亞地震學參考模型的50-95km深度提供了有力的P波速度約束。
針對地震目錄中的地震事件震中定位誤差和反演初始速度模型均對地震波走時產生明顯影響，他們在該項研究中引入了兩項關鍵技術：1.在層析反演前建立高精度的3-D初始速度模型；2.利用初始3-D速度模型重新定位地震事件。為驗證其有效性，研究人員根據已知地球物理、地質學等信息精心建立了高精度的3-D初始P波速度模型並基於3-D初始速度模型和鄰域最優化方法進行了所有地震事件的重新定位。原始的地震事件的震源參數來自於國際地震中心(ISC)和Geoscience Australia的地震目錄，通過分析發現，原始相近位置的地震事件從震源到達同一臺站的旅行時與1-D理論模型的到時殘差呈現出強烈變化的特點，說明原始地震目錄給出的地震事件震源參數存在較大誤差。經該研究方法進行地震重定位後發現，相近位置的不同地震事件的震相到同一臺站的旅行時殘差一致，且旅行時殘差的正負值與已知上地幔頂部的速度快慢特徵等先驗信息吻合。他們對6個地真事件(Ground-Truth event，即通過地表破裂或INSAR等手段已準確獲得震源位置的地震事件)進行重新定位並與已知信息進行對比，地震震中定位誤差最小為1.1 km，在地真事件定位誤差範圍內，進而證明了上述提出的地震定位和層析反演流程的有效性。這兩項技術極大地降低了地震層析反演的多解性和有效提高了反演的上地幔頂部地震波速度的可靠性。
此外，他們根據前述經過多重驗證的層析成像流程對澳大利亞地區上地幔頂部的Pn波速度結構進行了研究，研究表明，上地幔頂部在橫向和深度方向均存在很強的速度結構變化，澳大利亞上地幔頂部的下邊界分別深至95 km。該結果揭示了可能存在更為複雜的動力學過程，豐富了對地球深部和淺部相互作用的認識。
以上研究成果近期發表於國際期刊《地球物理研究雜誌：固體地球》(Sun and Kennett, Uppermost mantle structure of the Australian continent from Pn traveltime tomography. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2016, 121: 2004-2019)。（來源：中科院地質與地球物理研究所）
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