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利用面波頻散及接收函數(shù)聯(lián)合反演青藏高原東南緣剪切波速度結(jié)構(gòu)

鄭現(xiàn)

(中國(guó)地震局地球物理究所，北京100081)

青藏高原東南緣位于青藏高原與揚(yáng)子地臺(tái)的過渡地帶。 該區(qū)域受到印度板塊和歐亞板塊擠壓、 碰撞的影響，自第四紀(jì)以來強(qiáng)烈隆升變形，地形地貌、 地殼厚度較其東部的揚(yáng)子地臺(tái)存在顯著差異。 但是，目前關(guān)于該地區(qū)的變形模式及隆升機(jī)制的解釋仍有很大爭(zhēng)議。 由于青藏高原東南緣復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，該區(qū)域地震活動(dòng)也十分頻繁，尤其是2008年5月12日MS8.0汶川地震及2013年4月20日MS7.0蘆山地震，不僅造成了巨大的人員傷亡，而且也給中國(guó)西南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了重創(chuàng)。 因此，開展青藏高原東南緣地殼上地幔剪切波速度結(jié)構(gòu)研究，不僅有助于分析該區(qū)域地表隆升及地殼變形機(jī)制、 殼幔耦合性等動(dòng)力學(xué)問題，而且對(duì)于認(rèn)識(shí)強(qiáng)震的深淺部孕震環(huán)境、 強(qiáng)震發(fā)生機(jī)理等也有十分重要的意義。

背景噪聲層析成像能夠彌補(bǔ)天然地震面波層析成像在短周期的局限性，但是，受儀器頻帶寬度和臺(tái)間距的制約很難得到準(zhǔn)確的長(zhǎng)周期圖像； 而天然地震面波層析成像則在長(zhǎng)周期成像方面比較有優(yōu)勢(shì)，但由于高頻信息在傳播過程中衰減、 散射很難得到短周期準(zhǔn)確圖像。 接收函數(shù)對(duì)于間斷面附近的速度變化很敏感，但是很難得到間斷面間準(zhǔn)確的速度值。 因此，使用這3種數(shù)據(jù)聯(lián)合反演，可以彌補(bǔ)單獨(dú)使用一種數(shù)據(jù)時(shí)分辨率的不足，也能更好地約束速度結(jié)構(gòu)，減少非唯一性。

本研究使用了青藏高原東南緣及其周邊地區(qū)170個(gè)寬頻地震臺(tái)記錄的18個(gè)月的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，以及天然地震面波及遠(yuǎn)震P波數(shù)據(jù)，提取了8～80 s Rayleigh波群速度、 相速度頻散及各臺(tái)站下方的P波接收函數(shù)，聯(lián)合反演了青藏高原東南緣3D剪切波速度結(jié)構(gòu)，并由H-κ疊加搜索計(jì)算了研究區(qū)地殼厚度及泊松比。

根據(jù)H-κ疊加搜索結(jié)果，地殼厚度在華南造山帶最薄，部分地區(qū)不足30 km。 地殼厚度自東向西緩慢增厚至45 km，在龍門山—安寧河—小江斷裂帶附近發(fā)生突變?cè)鲋良s55 km，并向西繼續(xù)增厚，在松潘—甘孜褶皺帶增至約70 km。 在麗江—小金河斷裂帶附近也存在一個(gè)地殼厚度突變帶，地殼厚度自南向北發(fā)生相對(duì)較緩慢的增厚。 泊松比σ在鮮水河、 龍門山、 安寧河、 小江及金沙江斷裂帶附近出現(xiàn)大于0.30的超高值，表明這些區(qū)域可能存在地殼部分熔融。 此外，在攀枝花、 永勝地區(qū)泊松比也較高，可能與其下方介質(zhì)的礦物組分有關(guān)，該地區(qū)位于巖漿活動(dòng)帶，由于基性、 超基性巖體入侵，造成了相對(duì)高泊松比的現(xiàn)象。 騰沖地區(qū)泊松比較高，這是由于該地區(qū)存在火山，高泊松比與巖漿活動(dòng)性密切相關(guān)。 而在華南造山帶、 揚(yáng)子地臺(tái)西南部及秦嶺褶皺帶σ<0.26，接近大陸地殼平均泊松比，表明這些區(qū)域物質(zhì)組成多為酸性或中性巖體。

根據(jù)3D剪切波速度圖像，青藏高原東南緣中下地殼普遍存在低速層，但是，低速層分布不連續(xù)，埋深、 厚度及速度值變化很大，并且低速層的分布也受到研究區(qū)主要斷裂帶的制約。 青藏高原東南緣的低速層向東在龍門山斷裂帶附近終止，而向南在穿過麗江—小金河斷裂帶時(shí)發(fā)生了顯著的衰減并幾乎消失。 這一現(xiàn)象可由通道流模型來解釋，即青藏高原中下地殼物質(zhì)在自高原內(nèi)部向東運(yùn)移過程中受到了堅(jiān)硬的四川盆地的阻擋，向南運(yùn)移過程中被麗江—小金河斷裂帶吸收屏蔽，導(dǎo)致了大幅度的衰減； 這一過程也與青藏高原內(nèi)部地殼增厚及地表隆升密切相關(guān)。

根據(jù)地震在剪切波速度圖像中的分布，地震基本都發(fā)生在低速層上方的脆性層中，這是由于低速層中介質(zhì)軟弱，不利于應(yīng)力集中，但是有利于應(yīng)力在其上方的脆性層中集中并發(fā)生地震。MS8.0汶川地震及MS7.0蘆山地震均發(fā)生在地下介質(zhì)速度由均勻向非均勻過渡的介質(zhì)環(huán)境中。 兩次地震余震序列均發(fā)生在地表地貌、 地殼厚度急劇變化且低速層消失的區(qū)域，這可能在一定程度上構(gòu)成了兩次大地震的孕震環(huán)境。 沿龍門山斷裂帶泊松比呈分段特征。 泊松比在汶川地震起始破裂點(diǎn)附近較高，沿龍門山斷裂帶向東北較低，再向東北值又變高，而沿?cái)嗔褞蛭髂喜此杀容^高。 這可能是由于低泊松比介質(zhì)在物質(zhì)組成方面摩擦系數(shù)更低，更容易產(chǎn)生斷層錯(cuò)動(dòng)。 因此，導(dǎo)致汶川地震發(fā)震后沿龍門山斷裂帶向東北方向單側(cè)擴(kuò)張。

關(guān)鍵詞青藏高原東南緣； 背景噪聲； 面波層析成像； P波接收函數(shù)； 3D剪切波速度結(jié)構(gòu)

(作者電子信箱，鄭現(xiàn)： zhxerica@sina.cn)

中圖分類號(hào)：P315.2；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.02.017