川滇地區(qū)基于背景噪聲的三維剪切波速度成像

鄭 現(xiàn) 趙翠萍 周連慶 鄭斯華

（中國地震局地震預測研究所，北京100036）

（作者電子信箱，鄭現(xiàn)：zhengx＠seis.ac.cn）

川滇地區(qū)位于中國大陸西南部，其西部是活躍的青藏高原，東部是穩(wěn)定的揚子地臺，地質(zhì)構造活動與印度板塊和歐亞板塊的強烈碰撞作用密切相關，是世界上最復雜的構造區(qū)之一。由于復雜的地質(zhì)構造，該地區(qū)也是中國大陸地震活動性最強的區(qū)域之一，歷史上發(fā)生7.0級以上地震44次，8級以上地震4次。川滇地區(qū)作為青藏高原與揚子板塊之間的過渡帶一直是科學家研究的重點區(qū)域。剪切波對于地下流體、深部溫度變化和介質(zhì)性質(zhì)十分敏感，因此，研究剪切波速度結構有助于研究區(qū)域介質(zhì)物理狀態(tài)，此外，中下地殼剪切波低速異常也是“通道流”假說成立的必要條件。近年來，利用背景噪聲數(shù)據(jù)對介質(zhì)進行面波層析成像的技術得到了快速的發(fā)展。該方法在短周期成像分辨率方面有著絕對的優(yōu)勢。因此，本研究使用背景噪聲數(shù)據(jù)反演川滇地區(qū)瑞雷波群速度、相速度圖像，并進一步反演三維剪切波速度結構。

本研究從川滇地區(qū)及其周邊9個區(qū)域臺網(wǎng)中挑選了171個分布均勻的寬頻地震臺，使用這些臺站記錄的18個月（2010年1月—2011年6月）垂直分量連續(xù)波形數(shù)據(jù)開展研究。其中地震計的主體類型是KS－2000、CMG－3ESPC等，全部儀器的低頻段都在60s以上。首先對臺站進行單臺數(shù)據(jù)處理。然后對處理好的單臺數(shù)據(jù)進行臺站對間的互相關疊加。得到臺站對間高信噪比的經(jīng)驗格林函數(shù)，并由時頻分析法（FTAN）提取頻散曲線。為了驗證頻散曲線的質(zhì)量，對頻散曲線基于信噪比和臺間距進行篩選，只保留信噪比大于10和臺間距大于3倍波長的記錄。篩選后周期10～30s頻散曲線最密集，均為10 000條以上。將研究區(qū)分成1°×1°的小網(wǎng)格，使用射線理論層析成像法反演6～80s瑞雷波群速度、相速度圖像。在此基礎上提取各網(wǎng)格點下方純路徑的頻散曲線。最后使用最小二乘法反演了各臺站下方的一維剪切波速度結構，并線性插值得到研究區(qū)深至70km 的三維剪切波速度結構。

根據(jù)各周期的群速度、相速度檢測板測試結果，研究區(qū)的大部分區(qū)域分辨率都能達到1°，短周期（10～30s）大部分區(qū)域分辨率能達到0.5°。從深度7.5km 的剪切波速度圖中可以看出，四川盆地呈現(xiàn)顯著的低速異常，與盆地的沉積層分布一致性較好。與此對應的是，盆地南部的揚子地臺、右江塊體呈現(xiàn)相對高速。深度10km 時，四川盆地低速現(xiàn)象仍十分明顯，表明該古老的中生代盆地內(nèi)積累了較厚的沉積層，騰沖火山地區(qū)呈現(xiàn)相對低速，可能和火山下方巖漿活動導致地殼物質(zhì)部分熔融相關，滇西南塊體也呈現(xiàn)相對低速。而揚子地臺、川滇塊體和巴彥克拉塊體呈相對高速。深度20km 時，速度分布模式與10km 時差別很大。此時，四川盆地呈現(xiàn)相對高速，而巴彥克拉塊體、川滇塊體西部及滇西南塊體呈現(xiàn)相對低速，這一現(xiàn)象表明青藏高原東緣可能存在中地殼低速層。深度為30～70km 時，剪切波速度值以龍門山斷裂帶、小江斷裂帶為界，呈現(xiàn)明顯的分區(qū)特征，速度值自東向西急劇減小。這表明在這一深度范圍內(nèi)，剪切波在分界線以東逐漸進入上地幔，而在分界線以西仍反應下地殼的速度特征，地殼厚度自東向西顯著增加。為了進一步確定青藏高原東邊界地殼低速層的深度和范圍，截取研究區(qū)內(nèi)沿24°～32°N 9條緯線及沿99°～109°E 10條經(jīng)線的深度剖面，從這些圖中可以看出，在25°～32°N，99°～105°E除四川盆地以外的區(qū)域內(nèi)廣泛分布著中下地殼（深度范圍約20～30km）低速層。大范圍中下地殼剪切波低速帶是“通道流”學說成立的必要條件，因此，本研究的現(xiàn)象可為“通道流”學說提供支持。此外，本研究也將1970年至今的MS3.0以上地震投影在各深度剖面上，從結果可以看出，地震基本都分布在低速層的上方或下方，只有極少的地震分布在低速層中。從沿26°～32°N 緯線的深度剖面結果中可以清晰地看到，由高低速分界線勾畫的莫霍面，該界面自西向東傾斜上升，與地殼厚度減薄趨勢一致。在沿104°～108°E經(jīng)線的深度剖面中，能觀察到四川盆地的沉積層形態(tài)，從105°E、106°E 的深度剖面中可以看出，四川盆地基底不平整，在盆地中央上隆。