高朝軍，張志鵬，候賽因，夏愛國

（1.新疆地震局巴里坤地震臺，新疆 哈密 839000；2.新疆地震局預報中心，烏魯木齊 830011）

基于遠震P波接收函數計算巴里坤臺站下方的地殼厚度和泊松比

高朝軍1，張志鵬1，候賽因1，夏愛國2

（1.新疆地震局巴里坤地震臺，新疆 哈密 839000；2.新疆地震局預報中心，烏魯木齊 830011）

高朝軍，張志鵬，候賽因，等.基于遠震P波接收函數計算巴里坤臺站下方的地殼厚度和泊松比[J].華南地震，2016，36（1）：1-6.[GAO Chaojun，ZHANG Zhipeng，HOU Saiyin，et al.Calculation of the Crustal Thickness and Poisson′s Ration Beneath the Balikun Seismographic Station by Receiver Function of Teleseismic P Wave[J].South china journal of seismology，2016，36（1）：1-6 .]

從巴里坤地震臺站記錄到的連續(xù)地震波形數據（2010-01～2013-12）中截取震中距30°～95°，震級MS≥5.0共計282次遠震波形數據。用時間域迭代反褶積方法提取遠震P波接收函數，采用H-κ疊加搜索方法反演臺站下方的地殼厚度和泊松比，結果表明：巴里坤臺站下方的地殼厚度為42.6 km，泊松比值為0.31，這與前人的研究成果基本一致。

地殼厚度；泊松比；巴里坤；遠震P波；接收函數

0 引言

巴里坤地震臺是新疆地震臺網的基礎臺站之一，地理位置（43.82°N，93.07°E），海拔高度1 720 m，巴里坤地區(qū)位于準噶爾盆地東部，處于西伯利亞板塊和準噶爾-哈薩克斯坦板塊的結合部位，是中亞顯生型造山帶的重要組成部分，巴里坤地區(qū)不存在古老地殼物質而以新元古至早古生代新生陸殼為主，地殼結構十分復雜[1]。巴里坤地區(qū)新構造運動強烈，主要表現為垂直差異運動，巴里坤斷陷盆地在第四紀期斷陷100～500 m，同時由于巴里坤山斷塊強烈隆起，使巴里坤自北向南斷陷幅度急劇增大，隨著東天山塊斷隆起而抬升，該斷陷至少抬升1 200 m。近年來該區(qū)域地質活動趨于活躍，自1600年以來，曾發(fā)生3次7級以上強震，同時該區(qū)域大型斷裂數條，是研究大陸地殼演化和強震發(fā)生機理的理想場所之一，因此有必要對該區(qū)域的深部構造背景（地殼厚度、泊松比等）做出定量分析。

從遠震體波波形數據中提取P波接收函數已經成為研究臺站下方地殼上地幔速度間斷面的有效方法之一，該方法已經被廣泛應用于獲取地殼內部S波速度結構、地殼厚度及物質成分組成、地幔過渡帶的厚度變化以及巖石圈地幔的間斷面等[2-12]，這些參數在描述結構特征、介質性質和物質成分等方面發(fā)揮了重要作用。

巴里坤地震臺始建于1973年，為國家測震Ⅱ類臺站，列入全國基本臺網。2006年經數字化改造，臺基為石炭紀花崗巖。劉文學等[5]利用遠震P波接收函數計算的巴里坤臺的地殼厚度為63.9 km，作者認為其計算結果是偏深的。本文基于巴里坤地震臺2010—2013年的連續(xù)波形數據，挑選出震中距30°～95°、震級MS≥5.0的遠震波形數據，用時間域迭代反褶積方法提取遠震P波接收函數，采用接收函數H-κ反演臺站下方的地殼厚度和泊松比，為該地區(qū)的進一步深入研究提供必要參考。

1 計算原理

遠震P波在進入地殼時，有一部分會轉換為S波繼續(xù)進行傳播，并且發(fā)生反射形成多次波，而在Moho面反射過程中，也會有一部分發(fā)生轉換。接收函數則會將這些地震波在速度界面的轉換波信號增強，其中信號較強的震相為Ps、PpPs、PpSs和PsPs，它們與直達P波的到時差存在如下關系：

上式中，H為地殼厚度，Vs為S波速度，Vp為P波速度，P為水平慢度。

從式（1）、（2）、（3）可以看出，每一組（地殼厚度H、Vp、Vs）都可以決定一個到時差，因此每一對地殼厚度H和波速比κ可以決定一個到時差，本文利用Zhu等[3]提出的掃描方法來進行搜索，定義函數

式（4）中，r為振幅，wi為震相Ps、PpPs、PpSs+ PsPs的權重系數，且w1+w2+w3=1，參考以往經驗，本文分別取0.5、0.3、0.2，當地殼厚度和波速比變化使得S（H，κ）達到最大值時，各震相的對應關系與實際最吻合，而此時所對應的地殼厚度H和波速比κ最符合實際情況，即為所求的地殼厚度H和波速比κ。

根據泊松比σ和波速比κ的關系，進而求出臺站下方的泊松比σ。

2 數據資料

巴里坤及周邊地區(qū)地震活動頻次少但強度大，自1600年以來，共發(fā)生11次5級以上地震（含3 次7級地震），該區(qū)分布較多（圖1），其中大哈甫提克山南斷裂，斷層走向NNW，斷層長度112 km；梧桐泉斷裂，斷層性質為逆沖，斷層走向近EW，斷層傾向N，該斷裂在1974年發(fā)生7.1級地震；紙房斷裂，斷層性質為右旋走滑逆沖，斷層走向NNW，斷層傾向NE，斷層傾角為60°～75°，有6 km長的古地震形變帶，斷層長度為56 km；三塘胡盆地中央斷裂，斷層走向NWW，斷層長度為170 km；洛包泉-堿泉子斷裂帶，斷層性質為逆、正斷層，斷層走向近EW，斷層傾向N，斷層傾角為50°～76°，1842年和1914年發(fā)生過2次7級地震，斷層長度330 km。

選取巴里坤地震臺站2010年1月至2013年12月記錄的震中距30°～95°，初至P波清晰、震級MS≥5.0共計282次遠震波形數據，空間上主要分布在環(huán)太平洋地震帶、歐亞地震帶（圖2），其中震中距小于40°的較多（主要分布在日本、中國臺灣、菲律賓），所占比例接近40％，而震中距在60°～80°之間的地震數量相對較少（不足16％），具體分布情況見表1。

圖1 巴里坤地震臺及其周圍斷裂帶空間分布Fig.1 The distribution map of faults around Balikun seismographic station

圖2 巴里坤地臺站及其記錄的遠震分布Fig.2 The distribution map of teleseismic recorded by Balikun seismographic station

3 計算結果與分析

針對收集到的遠震體波數據，首先進行重新采樣（0.1 Hz）、去均值、去線性趨勢和去儀器響應后，截取P波到達前5 s至之后60 s的波形數據，然后將兩個水平分量旋轉到徑向R和切向T分量，最后使用Zhu等[3]改進后的H-κ疊加搜索方法進行接收函數的提取。

表1 不同震中距的遠震數量及其所占百分比Table 1 The number of teleseismic and the percent for different epicenter distance

3.1 高斯濾波系數的影響

為消除高頻噪聲，在實際計算中使用了不同的高斯濾波器系數（分別取1.5、2.5、3.5）做低通濾波，然后從時域迭代擬合率大于95％的接收函數中篩選出相關性好，多次反射波清晰的接收函數用于研究臺站下方的地殼厚度及波速比，初始P波取為6.3 km/s，得到不同濾波系數下相應的地殼厚度及波速比（圖3、4）。

圖3 高斯濾波器的H-κ反演結果Fig.3 The H-κ inversion results of the Gauss filter

計算結果見表2，通過比較其誤差可知，濾波系數為2.5時的計算結果較為精確（誤差最小）。

3.2 P波速度的影響

取高斯濾波器系數為2.5，分別取初始P波速度為6.2、6.4、6.6時得到的H-κ反演結果（圖5），圖6為P波速度為6.6時用于疊加的接收函數剖面，橫坐標為波形走時與初至P波間的到時差，縱坐標為震中距，其中的零時刻對應為接收函數的P波初至到時，Ps、PpPs和PsPs為其理論到時，比較符合實際震相特征，另外該初至震相尖銳，說明臺站下方的沉積層較薄。

圖4 高斯濾波系數為2.5時用于疊加的接收函數剖面及不同震中距下轉換波震相Ps、PpPs、PsPs到時。Fig.4 The overlying receiving function section and the arrive time of converted wave phase-Ps，PpPs，PsPs for different epicenter distance with the Gauss filter coefficient of 2.5.

表2 不同高斯濾波系數下H-κ方法計算結果Table 2 The calculation results by using H-κ method with different Gauss filter coefficient

3.3 綜合結果

根據對比分析，巴里坤臺下方的地殼厚度H 為42.6 km，波速比κ為1.92，由式（5）進而求出泊松比σ為0.31。為驗證所得結果的準確性，利用式（1）、（2）、（3），取接近殼幔交界處P波速度為6.6 km/s[13]，依據地殼厚度和波速比分別求得Ps、PpPs、PsPs與P波到時差，并把它們標注在圖6中，結合實際的震相來看，這些理論到時與觀測的相關轉換波震相到時有較好的一致性，即意味著該臺站下方的地殼厚度和泊松比是可靠的。

圖5 初始P波速度的H-κ反演結果Fig.5 The H-κ inversion results of the initial P wave

4 結語

（1）巴里坤臺下方地殼厚度為42.6 km，稍高于北天山地區(qū)地殼厚度的平均值。據新疆維吾爾自治區(qū)地震局于1997年7月編制的“新疆維吾爾自治區(qū)地震構造圖”可知，新疆巴里坤臺周圍地殼厚度為46 km；徐新忠等[13]認為哈密盆地北緣斷裂的地殼厚度為44 km，因此，巴里坤及其附近的地殼厚度應在45 km左右。本文的研究結果顯示巴里坤地殼厚度約為43 km，與前人研究結果比較接近。

（2）區(qū)域介質的泊松比為0.32，而泊松比反應了地殼內的巖性和化學成分，大陸地殼的巖石成分可以劃分為酸性、中性、基性和富含流體空隙的部分熔融[14 -15]，其對應的泊松比分別為（0，0.26）、[0.26，0.28)、[0.28，0.30)、[0.30，∞)。表明該研究區(qū)域處于高泊松比地區(qū)，推斷其中下地殼可能存在部分熔融，這需要進一步深入研究和分析。

（3）由于巴里坤臺的前人研究結果相對較少，本文結果對比分析不夠充分，今后需要借助其他方法，可以更深入細致地了解本區(qū)域的地殼結構和地質概況。

圖6 P波速度為6.6時用于疊加的接收函數剖面及不同震中距下轉換波震相Ps、PpPs、PsPs到時。Fig.6 The overlying receiving function section and the arrive time of converted wave phase-Ps，PpPs，PsPs for different epicenter distance with the P wave velocity of6.6

致謝：審稿專家提出了寶貴意見和建議，文中使用了鄭勇提供的接收函數計算程序，并得到了新疆地震局唐明帥等人的大力幫助，文中圖件使用GMT繪制，在此一并表示感謝！

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Calculation of the Crustal Thickness and Poisson′s Ration Beneath the Balikun Seismographic Station by Receiver Function of Teleseismic P Wave

GAO Chaojun1，ZHANG Zhipeng1，HOU Saiyin1，XIA Aiguo2
（1.Earthquake Administration of Xinjiang-Balikun Seismographic Station，Balikun 839200，China；2.Earthquake Administration of Xinjiang-Forecasting Centre，Urumqi 830011，China）

The paper collects and cuts waveforms of 282 telessismic events of Balikun seismographic station with epicenter distance in the range of 30°-95°and the MS≥5.0 during January 2010 and December 2013.Then the paper uses the iterative deconvolution method in time domain to extraction receiver function of teleseimic P wave，and uses H-κ stacking method to inverse the crustal thickness and Poisson's ration of the station.The results show that Balikun seismographic station's crustal thickness is 42.6 km，and the Poisson's ration is 0.31，which is consistent with the previous studies

Crustal thickness；Poisson's ration；Balikun；Teleseismic P Wave；Receive function

P315.7

A

1001-8662（2016）01-0001-06

10.13512/j.hndz.2016.01.001

2015-07-06

新疆地震科學基金資助課題（201301）；中國地震局“三結合”課題（163103）聯合資助.

高朝軍（1981-），男，工程師，主要從事數字地震和地震預測預報工作.

E-mail：xjgaochaojun@163.com.

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