西南极地区冰盖大部分位于海平面以下，容易受到海水侵入而变得不稳定；在过去的间冰期，西南极冰盖曾完全融化导致全球海平面比现在高出3米左右。对西南极地区冰盖构造特征的准确认识有助于分析该地区冰盖的稳定性及其对气候和海平面变化产生的影响。地球物理探测方法是人类认识冰盖内部结构以及下伏沉积构造的重要方法，其中地震探测尤其是主动源地震方法为精细刻画深层冰盖及基岩速度结构以及存在的地震不连续界面提供了技术支持。

中国科学院地质与地球物理研究所深层油气理论与智能勘探开发重点实验室张振东特聘研究员联合美国麻省理工学院、德克萨斯大学、中国地质大学（武汉）以及南方科技大学的科研人员使用自主研发的地震全波场成像技术，分析了2018-2019年采集于西南极地区的主动源地震数据（图1），反演得到了冰盖150米以浅的纵、横波速度（图2）。通过计算得到的横波速度等效各向异性和纵、横波速度比推测出了冰盖浅层沉积特征。通过反射波地震成像得到了冰盖内部地震不连续界面和冰-岩界面（图3），分析了其可能的成因。结合该团队前期对采集于该地区的背景噪声数据分析以及前人已有的研究工作，该研究给出了侧线下方冰盖内部和部分基岩的构造特征（图4），分析了冰盖内部分层的可能成因。

图1 西南极地区主动源和被动源地震数据采集现场

图2 反演得到的1D纵、横波速度及泊松比

图3 冰盖内部构造及冰-岩界面反射地震成像

该项研究使用漏能、本征振型联合反演方法，增强了对冰盖浅层纵波速度反演的约束，通过分析纵横波速度比随深度变化，推测出冰盖浅层孔隙度变化情况。即随着深度的增加，由于重力作用浅层浮雪会逐渐压实并在70米深处达到孔隙闭合极限，之后随着深度的增加，孔隙度会有所上升并恢复至标准冰的水准。该压实深度与冰架的稳定性存在联系，可进一步用于估计冰架失稳的可能性。使用冰面接收的冰盖内部不连续界面反射纵、横波地震数据，研究团队对冰盖内部界面以及冰-岩界面进行了成像，成像结果表明冰-岩界面起伏较为剧烈、沉积层内具有非均质性。通过进一步分析纵、横波反射特征，推测出冰盖内部的流体替换可能会引起较强的PP反射和较弱的PS反射。由于流体的替换，不同冰层间的摩擦力会发生改变，进一步导致冰层间相对滑动速度的变化以及冰晶体对称轴的定向排列。该项研究结果为因冰晶体对称轴的定向排列变化导致的地震各向异性提供了一种成因解释，进一步增进了对冰盖动力学过程的认识。

图4 根据地震成像结果及已有研究推测出的冰盖和基岩构造

研究成果发表于EPSL（张振东，Nori Nakata，Marianne Karplus，Galen Kaip，秦蕾，李正波，史才旺，陈晓非.Seismic full-wavefield imaging of the West Antarctic Ice Sheet interior near the ice flow divide[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2024, 636: 118701. DOI: 10.1016/j.epsl.2024.118701.）