PDF《东南极冰盖 Dome A 的内部等时层结构》

2 古平均积累率[13] ;

对内部等时层水平扰动特征的分 析也被用来研究冰盖流动历史以及内部形变过程, 并以此来评估冰盖内部形变和估计速度场的空间分 布特征[14] . 本文依据 CHINARE

21 获得的冰雷达数 据(图1), 获得 Dome A 中心区域及其外围

200 km 冰 盖断面的内部等时层, 并描述内部等时层的水平分 布. 同时, 分析其形变和结构, 并给出蕴含相对等时 层扰动较小的冰芯钻探的可能位置. 图1CHINARE

21 雷达调查测线和本研究使用的雷达断面 测线方向从 Dome A(80°22

02 S, 77°22

23 E) ′ ″ ′ ″ 出发逆时针经过图中三角形网格再回到 Dome A, 再顺延至(79°00′40″S, 76°59′02″E) 中国科学: 地球科学

2010 年第40 卷第9期31数据源与研究区域 CHINARE

21 考察使用中心频率

60 和179 MHz 的双频冰雷达系统(技术参数细节见文献[8]), 峰值功 率为

1 kW, 最大探测深度~4200 m, 垂向分辨率为

20 ns(对应采样周期

10 ns), 雷达波在冰内传播的平均速 率取为 168.7*106 m/s, 对应的垂向冰厚精度为 1.687 m. 雷达脉冲宽度设置为 250/500/1000 ns, 多个脉冲 宽度的使用使得系统能同时记录雷达波作用在冰盖 内部的多次反射信号, 保证了雷达系统获得的数据 不仅能有效识别出水平方向大尺度上的冰岩界面, 而且同时能较清晰地识别出内部等时层. 如在不考 虑对单个脉冲进行提取时,

250 ns 脉冲宽度对应的垂 向分辨率为

21 m. 由于

60 MHz 频率对应的电磁波单 个脉冲在冰盖中传播的波长为 2.8 m, 雷达系统产生 的电磁波被完全包络在系列脉冲信号中, 从而从雷 达图像可获得回波峰值在冰盖内部出现的位置, 据 此估算出冰下地形和内部等时层对应的高程, 得到 冰厚和冰盖内部等时层的相应深度, 其中冰岩界面 高程由冰盖表面高程与冰厚之差给出. 雷达数据的 形式表现为单道波形图(A-scope)和多道叠加剖面影 像(Z-scope), 图2显示了 Dome A 单道雷达回波信号 功率与双程走时的关系, 即A-scope. 不同峰值表示 距信号接收装置不同距离的强反射信号振幅. 处于 A1 与A5 之间的峰值(A2, A3 和A4)为来自内部等时层的 图2CHINARE

21 获得的 Dome A 单道雷达功率值实例 x 轴表示走时, 全程为

50 μs, y 轴表示接收功率;

A0, A1 和A5 分别表 示发射天线峰值、 冰盖表面反射和冰岩界面反射, A2, A3 和A4 为内部 等时层的反射 反射, 是冰盖不同深度晶体产生的雷达回波, 其在空 间分布上所呈现差异的成因已被广泛讨论[15] . 通过 A-scope 反演出的内部等时线的深度如图 3(a). 研究 表明, 距冰盖表面 700~900 m 的内部等时层由冰密度 变化引起[8] , 特别是在冰盖近表面

100 m 以内, 密度 变化是其主要因素[16] . 在700 m 以下密度变化的主 导作用逐渐被冰体的酸性导致的电导率变化取代;

在1000 m 以下, 冰晶组构取向造成的介电常数变化, 与电导率差异共同影响形成内部等时层[8,9,17] . 研究选取的冰雷达断面如图 1, 断面长

232 km, 其中, 三角形段测线处于 Dome A 中心区域内. 选取 Dome A 外围雷达断面是为了在更大空间尺度上显示 内部等时线的特征, 揭示冰下地形和内部等时线的 联系和冰体运动对内部等时线的影响.

2 冰盖内部雷达等时层 雷达断面的 Z-scope 如图 3(b), 内部等时线的水 平分布如图 3(a). 分析表明, 在水平距离大于