关键词：P 波/S 波接收函数；反褶积；台阵接收函数；偏移成像；体波振幅比
引 言
结构分层性，是在地球径向上被物理和/或化 学性质随深度强烈变化的若干界面所分隔形成的圈 层结构，是地球最基本的特征之一（ Dziewonski and Anderson, 1981）. 对地球圈层结构的研究，是 认识地球内部物质组成与性质、探索板块构造及 地球系统动力运行机制和过程的基础（ 滕吉文， 2001, 2008；徐义刚等，2022），其关键在于对分 隔圈层的各界面基本结构、性质和成因开展探测研 究. 研究地球内部界面结构常用的地震学方法有： 深地震反射、接收函数、SS/PP 前驱波、ScS 多次 反射波、三重震相、以及近源 sdP 转换波等信号的 分析和成像（Langston, 1979; Revenaugh and Jordan, 1991; Shearer, 1999; White et al., 2003; Song et al., 2004; Li et al., 2008; Duess, 2009; Schmerr, 2012; Gao et al., 2016; Lai et al., 2019）. 其中，人工源深 地震反射方法震源能量小，观测距离短，探测成本 高，难以用于长尺度和地幔界面结构成像研究；在 基于天然地震资料的方法中，长周期 SS 前驱波、 ScS 多次反射波方法因其对地震台站与震源中间区
域的界面结构敏感，对约束台站稀疏布设的大洋下 方的界面结构有重要意义 ；但由于 SS 前驱波和 ScS 多次反射波主频较低，该方法获得的地球内部 界面结构横向和纵向分辨率有限，往往用来构建大 尺度甚至全球尺度界面结构. 三重震相波形拟合方 法和近源 sdP 转换波叠加方法的优势在于利用较高 频的地震波约束界面小尺度精细结构，但其应用范 围受限于地震和密集台阵的空间分布. 接收函数则 主要是针对台站下方精细界面结构研究而提出并发 展的天然地震资料成像方法， 目前已成为地壳和上 地幔界面及相关波速结构成像的最常用地震学研究 手段之一.
接收函数（Receiver Function, RF）是指去除震 源函数、地震波传播路径以及仪器响应等因素后的 远震时间域波形序列，记录了地震台站下方壳幔波 速 界面对地震波 的响应（ Phinney, 1964; Vinnik, 1977; Langston, 1979）, 可用于提取界面及其之上 的结构（速度、泊松比、各向异性等）信息. Phin- ney（1964）通过模拟远震 P 波垂直和径向位移分 量振幅谱的比值来推测台站下方的地壳结构，被认 为是最初的接收函数思想. Vinnik（1977）最早从远震体波波形中去除震源函数和传播路径响应，提 取了台阵下方 410-km 和 660-km 界面的区域平均 响应. Langston（ 1979）提出等效源函数概念，在 平面波入射和近垂直入射假设条件下，从远震体波 尾波中分离出台站下方介质对入射 P 波的脉冲响应， 首次从单台长周期远震体波记录中提取出了接收函 数. Owens 等（1984）发展了宽频带接收函数频率 域反褶积提取方法. 此后，接收函数方法得到了快 速发展和广泛应用.
自接收函数最初思想诞生的半个多世纪以来， 对接收函数方法从理论到实际应用的研究主要围绕 三个方面开展：接收函数的有效提取、界面结构成 像方法的发展与应用、波速结构成像方法的发展与 应用. 本文将在介绍接收函数原理基础上，分别对 上述三个方面的研究进行梳理，重点介绍近 20 年 以来的研究进展，提出仍存在的问题及可能的解决 思路. 最后从方法突破和应用前景两个角度，探讨 接收函数研究的未来发展方向.结构分层性，是在地球径向上被物理和/或化 学性质随深度强烈变化的若干界面所分隔形成的圈 层结构，是地球最基本的特征之一（ Dziewonski and Anderson, 1981）. 对地球圈层结构的研究，是 认识地球内部物质组成与性质、探索板块构造及 地球系统动力运行机制和过程的基础（ 滕吉文， 2001, 2008；徐义刚等，2022），其关键在于对分 隔圈层的各界面基本结构、性质和成因开展探测研 究. 研究地球内部界面结构常用的地震学方法有： 深地震反射、接收函数、SS/PP 前驱波、ScS 多次 反射波、三重震相、以及近源 sdP 转换波等信号的 分析和成像（Langston, 1979; Revenaugh and Jordan, 1991; Shearer, 1999; White et al., 2003; Song et al., 2004; Li et al., 2008; Duess, 2009; Schmerr, 2012; Gao et al., 2016; Lai et al., 2019）. 其中，人工源深 地震反射方法震源能量小，观测距离短，探测成本 高，难以用于长尺度和地幔界面结构成像研究；在 基于天然地震资料的方法中，长周期 SS 前驱波、 ScS 多次反射波方法因其对地震台站与震源中间区
域的界面结构敏感，对约束台站稀疏布设的大洋下 方的界面结构有重要意义 ；但由于 SS 前驱波和 ScS 多次反射波主频较低，该方法获得的地球内部 界面结构横向和纵向分辨率有限，往往用来构建大 尺度甚至全球尺度界面结构. 三重震相波形拟合方 法和近源 sdP 转换波叠加方法的优势在于利用较高 频的地震波约束界面小尺度精细结构，但其应用范 围受限于地震和密集台阵的空间分布. 接收函数则 主要是针对台站下方精细界面结构研究而提出并发 展的天然地震资料成像方法， 目前已成为地壳和上 地幔界面及相关波速结构成像的最常用地震学研究 手段之一.
接收函数（Receiver Function, RF）是指去除震 源函数、地震波传播路径以及仪器响应等因素后的 远震时间域波形序列，记录了地震台站下方壳幔波 速 界面对地震波 的响应（ Phinney, 1964; Vinnik, 1977; Langston, 1979）, 可用于提取界面及其之上 的结构（速度、泊松比、各向异性等）信息. Phin- ney（1964）通过模拟远震 P 波垂直和径向位移分 量振幅谱的比值来推测台站下方的地壳结构，被认 为是最初的接收函数思想. Vinnik（1977）最早从远震体波波形中去除震源函数和传播路径响应，提 取了台阵下方 410-km 和 660-km 界面的区域平均 响应. Langston（ 1979）提出等效源函数概念，在 平面波入射和近垂直入射假设条件下，从远震体波 尾波中分离出台站下方介质对入射 P 波的脉冲响应， 首次从单台长周期远震体波记录中提取出了接收函 数. Owens 等（1984）发展了宽频带接收函数频率 域反褶积提取方法. 此后，接收函数方法得到了快 速发展和广泛应用.
1 接收函数原理和方法
1.1 P 波和S 波接收函数
接收函数分为 P 波接收函数（P-RF）和 S 波接收函数（S-RF）两种类型，分别对应远震 P 波 和 S 波入射情况下，壳幔界面产生的 Ps 和 Sp 转换 波以及地表反射产生的多次波（图 1 ，表 1）. 其中， P 波接收函数频率范围广（~0.1 Hz 至 1 Hz 以上）， 利用界面 Ps 震相的走时和/或振幅信息，或结合相 应的多次波（PpPs, PsPs+PpSs）特征，能够约束从 地壳到地幔过渡带、甚至下地幔顶部的界面结构 （如 ，Dueker and Sheehan, 1997; Ai and Zheng et al., 2003; Zheng et al., 2006; 危自根等, 2021）. 然而， 上地幔浅部界面的 Ps 转换波震相易受地壳强界面、 特别是 Moho 面多次波的干扰（ 图 1b）， 因此 P 波接收函数方法在~50～200 km 深度包括岩石圈地 幔和软流圈顶部范围的界面成像方面存在困难； 与 P 波接收函数相比，S 波接收函数由于 S 波到时 较晚、受 P 波尾波干扰而信噪比较低，而且频率也 相对较低（通常<0.5 Hz）， 因而分辨能力较弱， 难以有效约束地壳尺度的界面结构. S 波接收函数 的优势在于，Sp 转换波与多次波分别早于和晚于 直达 S 波到达台站，从而分列于 S 波接收函数时间 轴（以直达 S 波到时为零时刻） 的两侧（图 1d）， 因此 Sp 转换波不受多次波干扰. 这一特点使 S 波接 收函数适宜于对 P 波接收函数成像困难的上地幔 浅部界面，如岩石圈—软流圈边界（lithosphere- asthenosphere boundary, LAB）、岩石 圈 内部界面
（mid-lithosphere discontinuity, MLD）， 以及软流 圈中可能的界面开展研究（如，Farra and Vinnik, 2000; Chen et al., 2014; Mark et al., 2021; Wu et al., 2021）. 基于 P 波接收函数和 S 波接收函数对壳幔 结构的不同敏感性特征，将两者联合进行分析，可 以获得更为丰富和全面的地壳—上地幔结构信息 （如 ，Rychert et al., 2007; Chen, 2009; Abt et al., 2010; Chen et al., 2014; Bissig et al., 2021）.
鉴于 P 波接收函数应用更为普遍，本文后续除 非特别说明，接收函数均指 P 波接收函数，而且主 要指径向P 波接收函数.
............ 略 ............
5 未来发展方向
随着地震观测技术和探测能力的迅速发展，详 细探测地球与行星内部不同尺度和空间范围的结构 和物性状态，是当前地震学发展的趋势. 近年来， 地震观测系统正快速经历从“稀疏台站 ”到“密集 台阵”的转变，如重点区域固定台网的建设或加密， 宽频带密集流动地震台阵、短周期超密集流动地震 台阵等在全球大规模的开展. 海量地震数据的获得 给接收函数研究提供了更多的机遇，同时也提出了 更大的挑战：如何基于海量密集台阵资料，更充分 有效地提取地下结构信息？
从人工资料处理走向人工智能分析：海量地震 资料的不断积累，已无法通过人工处理方式高效地 从地震记录中及时获取高质量的接收函数数据. 因 此，亟需发展基于人工智能提取和挑选接收函数的 算法，对海量地震资料进行快速、高精度的自动分 析、计算和筛选；并通过人工智能，在挑选出的大 量接收函数数据中尝试识别和提取传统地球物理数 据分析方法不易发现的“异常 ”特征和规律，助力 地球内部界面和波速结构研究.
从“ 低频 ”走向“ 高频 ”、“多频 ”：实际地 球中的界面结构复杂多样，既有化学成分跳变造成 的尖锐间断面，又有由于矿物相变具有一定的温压范围、物质能量交换普遍发生等产生的一定厚度的 过渡带结构. 这就要求利用不同频率成分、能够探 测不同厚度界面结构的接收函数开展分析研究. 特 别是，现今的接收函数研究不仅局限于壳幔尺度结 构探测，而且已开始向浅层高精度成像迈进如， Jiang et al., 2021; Wang et al., 2021a, 2021b; Lan et al., 2022）. 其关键在于如何扩展接收函数本身的频 率组成，尤其是高频成分，从而拓宽其有效结构探 测范围、提高空间分辨率. 因此，接收函数研究必 将越来越重视多频率分析与成像. 其中，基于短周 期密集观测（提高观测频率）和高频近震事件（采 用高频数据），发展新的高频反褶积技术是未来接 收函数小尺度精细成像的重要突破方向.
参考文献 略
随着地震观测技术和探测能力的迅速发展，详 细探测地球与行星内部不同尺度和空间范围的结构 和物性状态，是当前地震学发展的趋势. 近年来， 地震观测系统正快速经历从“稀疏台站 ”到“密集 台阵”的转变，如重点区域固定台网的建设或加密， 宽频带密集流动地震台阵、短周期超密集流动地震 台阵等在全球大规模的开展. 海量地震数据的获得 给接收函数研究提供了更多的机遇，同时也提出了 更大的挑战：如何基于海量密集台阵资料，更充分 有效地提取地下结构信息？
从人工资料处理走向人工智能分析：海量地震 资料的不断积累，已无法通过人工处理方式高效地 从地震记录中及时获取高质量的接收函数数据. 因 此，亟需发展基于人工智能提取和挑选接收函数的 算法，对海量地震资料进行快速、高精度的自动分 析、计算和筛选；并通过人工智能，在挑选出的大 量接收函数数据中尝试识别和提取传统地球物理数 据分析方法不易发现的“异常 ”特征和规律，助力 地球内部界面和波速结构研究.
从“ 低频 ”走向“ 高频 ”、“多频 ”：实际地 球中的界面结构复杂多样，既有化学成分跳变造成 的尖锐间断面，又有由于矿物相变具有一定的温压范围、物质能量交换普遍发生等产生的一定厚度的 过渡带结构. 这就要求利用不同频率成分、能够探 测不同厚度界面结构的接收函数开展分析研究. 特 别是，现今的接收函数研究不仅局限于壳幔尺度结 构探测，而且已开始向浅层高精度成像迈进如， Jiang et al., 2021; Wang et al., 2021a, 2021b; Lan et al., 2022）. 其关键在于如何扩展接收函数本身的频 率组成，尤其是高频成分，从而拓宽其有效结构探 测范围、提高空间分辨率. 因此，接收函数研究必 将越来越重视多频率分析与成像. 其中，基于短周 期密集观测（提高观测频率）和高频近震事件（采 用高频数据），发展新的高频反褶积技术是未来接 收函数小尺度精细成像的重要突破方向.
参考文献 略
