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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子地臺的過渡地帶。 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)以來強烈隆升變形，地形地貌、 地殼厚度較其東部的揚子地臺存在顯著差異。 但是，目前關(guān)于該地區(qū)的變形模式及隆升機制的解釋仍有很大爭議。 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，而且也給中國西南部地區(qū)經(jīng)濟發(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制、 殼幔耦合性等動力學(xué)問題，而且對于認識強震的深淺部孕震環(huán)境、 強震發(fā)生機理等也有十分重要的意義。

背景噪聲層析成像能夠彌補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間距的制約很難得到準(zhǔn)確的長周期圖像； 而天然地震面波層析成像則在長周期成像方面比較有優(yōu)勢，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，可以彌補單獨使用一種數(shù)據(jù)時分辨率的不足，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個寬頻地震臺記錄的18個月的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，以及天然地震面波及遠震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)生突變增至約55 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地殼厚度突變帶，地殼厚度自南向北發(fā)生相對較緩慢的增厚。 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)位于巖漿活動帶，由于基性、 超基性巖體入侵，造成了相對高泊松比的現(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性密切相關(guān)。 而在華南造山帶、 揚子地臺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)部向東運移過程中受到了堅硬的四川盆地的阻擋，向南運移過程中被麗江—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，而沿斷裂帶向西南泊松比較高。 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)生斷層錯動。 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：P315.2；

文獻標(biāo)識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.02.017