唐明帥,葛 粲,鄭 勇,王海濤
1 新疆維吾爾自治區(qū)地震局,烏魯木齊 830011
2 中國科學(xué)院大地測量與地球物理研究所大地測量與地球動力學(xué)國家重點實驗室,武漢 430077
3 中國科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 100049
自20世紀80年代以來,遠震體波接收函數(shù)已經(jīng)開始廣泛地應(yīng)用于研究地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu).理論研究和實踐均證明,遠震體波接收函數(shù)僅與臺站下方的介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),而基本上與震源和傳播路徑無關(guān),因此,成為現(xiàn)階段國內(nèi)外運用遠震波形數(shù)據(jù)研究地殼及上地幔速度精細結(jié)構(gòu)和間斷面起伏特征的重要手段之一[1-5].在接收函數(shù)應(yīng)用研究中,對于寬頻帶地震儀接收函數(shù)已有許多研究,并取得了大量成果.一些研究雖然涉及到少量短周期地震儀接收函數(shù)的應(yīng)用,但對短周期地震儀接收函數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性分析極少[6-11].而我國在1999—2001年建成的區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng),分布于我國20個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市),包括381個地震臺,其中約320個地震臺安裝了動態(tài)范圍小于等于90dB的短周期地震儀[12].目前全國各區(qū)域和地方數(shù)字地震臺網(wǎng)中也存在著較大比例的短周期地震儀,其中全國區(qū)域臺網(wǎng)中就有約150個短周期地震臺站,地震現(xiàn)場應(yīng)急和科學(xué)探測臺陣的流動測震臺網(wǎng)中也包括不少的短周期地震儀[13-14].而這些短周期臺站經(jīng)過多年的運行,已經(jīng)記錄了相當(dāng)數(shù)量的遠震資料;并且,很多短周期地震儀位于寬頻帶地震儀分布較為稀疏的區(qū)域,例如首都圈臺網(wǎng),有很大一部分臺站的記錄都是短周期的.如果能夠充分利用這些短周期的遠震資料,綜合這些長短周期混合的臺網(wǎng)資料,探索出利用短周期地震資料進行接收函數(shù)的研究方法,將能大大增加資料的數(shù)量,達到更準確地了解地殼結(jié)構(gòu),從而為地震活動性、發(fā)震構(gòu)造等研究提供更可靠的基礎(chǔ).
然而,在利用短周期地震儀資料研究接收函數(shù)時,必須要分析其結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性.為了定量地了解和評估其可行性,一個可行的方案是對比分析同址觀測的長短周期地震儀記錄資料.2007年建成的新疆和田地震臺陣孔徑約3km,包括9個子臺,每個子臺都安裝了相同型號的短周期三分向地震儀,同時還在中心臺(子臺1)安裝了一臺甚寬頻帶地震儀.因此,該臺陣為我們提供了利用短周期地震儀研究接收函數(shù)的理想基礎(chǔ).本文基于新疆和田地震臺陣記錄的3年遠震波形數(shù)據(jù),研究短周期地震儀接收函數(shù)的可行性,并定量分析其穩(wěn)定性和可靠性;同時分析和田臺陣下方的地殼厚度、泊松比與S波速度結(jié)構(gòu).為短周期地震儀記錄資料的接收函數(shù)應(yīng)用以及采用同一方法研究新疆其它地區(qū)的地下結(jié)構(gòu)提供定量的依據(jù).
和田地震臺陣位于塔里木盆地西南和西昆侖的接觸帶(新疆和田地區(qū)皮山縣境內(nèi)的皮牙曼背斜).臺陣場地海拔高程1580~1650m,相對高差小于80m.臺陣所涉及的地層以二疊系砂巖為主、局部地段為泥巖和灰?guī)r.和田臺陣外形輪廓為環(huán)形,各子臺都布設(shè)在同心圓環(huán)上,孔徑約3km.內(nèi)環(huán)有3個子臺,環(huán)半徑約為600m;外環(huán)有5個子臺,環(huán)半徑約為1500m.臺陣各子臺的平面展布及到中心子臺的距離如圖1所示.各子臺均安裝了集三分向為一體的短周期地震計(型號:CMG-40T-1,頻帶寬度為2s~40Hz),同時在中心子臺的同一個擺墩上(以下稱:子臺1,縮寫為:TZ1)還安裝了一臺甚寬頻帶地震計(型號:CTS-1E,頻帶寬度120s~40Hz),數(shù)據(jù)采集器為EDSP-24IP型.每套地震儀采樣率設(shè)置為100Hz.
圖1 和田地震臺陣子臺平面分布Fig.1 Configuration of Hotan Seismic Array
對于一維水平單層地殼模型,當(dāng)給定地殼內(nèi)介質(zhì)中P波和S波的平均速度VP和VS,由公式(1)便可以求得地殼的厚度H,其中,tPs表示Ps震相相對于初至P波的到時差,p為入射P波的射線參數(shù):
但是,利用(1)式計算莫霍面的深度需要解決Moho面深度與波速比之間存在折衷的問題[16-17].而Moho面多次反射轉(zhuǎn)換波則攜帶著更多的約束信息,聯(lián)合利用莫霍面多次反射轉(zhuǎn)換波震相(PpPs、PsPs+PpSs)與初至P波的到時差可以有效地獲得臺站下方的地殼厚度H 和.因 此,Zhu等[18]在2000年綜合利用Moho面一次轉(zhuǎn)換震相Ps及多次轉(zhuǎn)換震相(PpPs、PsPs+PpSs)疊加搜索能量最大值的方法確定地殼厚度(H)和縱橫波速比VP/VS(κ),具體由公式(2)計算.
其中,r(t)為徑向接收函數(shù)的振幅,t1、t2和t3分別表示Ps、PpPs和PsPs+PpSs震相在預(yù)測的地殼厚度 H 和VP/VS條件下對應(yīng)的到時.ωi(i=1,2,3)為Ps,PpPs和PsPs+PpSs震相的權(quán)重系數(shù),且有∑ωi=1.利用網(wǎng)格搜索方法可以確定函數(shù)s(H,κ)的最大值以及相應(yīng)的地殼厚度H和平均的地殼介質(zhì)的波速比κ,通過公式σ=0.5(κ2-2)/(κ2-1)可獲得相應(yīng)的平均地殼介質(zhì)泊松比σ[19].
在獲取了單個臺站的接收函數(shù)之后,可以通過波形反演獲得臺站下方的速度結(jié)構(gòu).Owens等發(fā)展了一種時間域反演技術(shù),直接由單個臺站的接收函數(shù)反演其下面的一維速度結(jié)構(gòu)[20-22].由分層彈性介質(zhì)中彈性波傳播矩陣理論,我們可以計算得到分層介質(zhì)的理論接收函數(shù)以及它對各層彈性參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù),利用迭代線性反演可以從接收函數(shù)得到臺站下面的一維速度結(jié)構(gòu).
4.1.1 和田地震臺陣各子臺接收函數(shù)的提取
本文選取了和田地震臺陣各子臺記錄的596次震級M≥5.5、震中距介于30°~90°的遠震波形數(shù)據(jù),地震的分布如圖2所示.根據(jù)這些遠震數(shù)據(jù)計算了各個子臺的接收函數(shù),并選擇擬合系數(shù)大于等于95%的接收函數(shù)進行分析.由于記錄噪聲、界面小尺度起伏、各向異性和非均勻體散射等影響,接收函數(shù)包含了相當(dāng)成分的高頻噪聲,通常使用高斯低通濾波進行壓制.對于遠震接收函數(shù),常用的高斯系數(shù)α值一般是1.5和2.5.為了確定本文短周期和寬頻帶接收函數(shù)共同的頻帶范圍,圖3給出了本文所用短周期和寬頻帶地震計以及不同高斯系數(shù)濾波器的振幅響應(yīng)曲線.以高斯濾波器和地震計振幅值小于0.1對應(yīng)的頻率為截止頻率[23],短周期接收函數(shù)缺乏0.155Hz以下信息,寬頻帶接收函數(shù)包含了更全的低頻信息.當(dāng)α為1.5時,寬頻帶接收函數(shù)和短周期接收函數(shù)具有基本一致的頻帶范圍為0.155~0.725Hz;當(dāng)α為2.5時,寬頻帶接收函數(shù)和短周期接收函數(shù)具有基本一致的頻帶范圍為0.155~1.208Hz.隨著高斯濾波因子α的增大,兩者的共同頻帶越寬,但接收函數(shù)中會包含更多的噪聲信號.為了了解高斯濾波因子α對提取短周期地震儀接收函數(shù)的影響,我們分別取α值為1.5和2.5對各子臺的接收函數(shù)作低通濾波,獲得不同頻帶范圍的接收函數(shù),對比分析不同α值對短周期地震儀接收函數(shù)穩(wěn)定性的影響.
圖2 提取接收函數(shù)的地震震中分布圓圈表示遠震震中,三角形代表和田臺陣的位置.Fig.2 Distribution of teleseismic events used in this study Circles are the teleseismic earthquakes,the triangle shows the location of Hotan Seismic Array.
4.1.2 短周期與寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)性分析
為了進一步提高信噪比,我們對于各個臺站的接收函數(shù)分別進行疊加.由于不同射線參數(shù)遠震體波的入射角度有所差別,對接收函數(shù)的振幅和到時均有影響.為了更好地對比短周期和寬頻帶地震儀獲得的接收函數(shù)振幅和波形,消除由射線參數(shù)不同帶來的影響我們選擇射線參數(shù)相差小于0.01s/km的接收函數(shù)進行疊加平均,分別得到了和田臺陣9個短周期子臺與寬頻帶地震儀不同射線參數(shù)疊加后的接收函數(shù).并分析了不同射線參數(shù)對應(yīng)的短周期與寬頻帶接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)和振幅差,從而對短周期地震儀接收函數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性做定量分析.在計算相關(guān)系數(shù)時,接收函數(shù)波形數(shù)據(jù)的時間窗長取為零時刻前1s和零時刻后40s,包含了接收函數(shù)中直達波和Moho面的Ps轉(zhuǎn)換波以及多次反射轉(zhuǎn)換波震相數(shù)據(jù).表1和表2給出了α取值分別為1.5和2.5時,和田臺陣各短周期子臺接收函數(shù)與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù).作為例子,圖4給出了α取值為1.5和2.5時,子臺1短周期地震儀接收函數(shù)與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)的對比分析剖面圖.
從圖4可明顯看出,和田臺陣接收函數(shù)中初至震相尖銳,說明臺陣下方沉積層很薄,莫霍面的Ps轉(zhuǎn)換波震相突出,其到時大約滯后初至震相6.5s左右.從表1、表2和圖4可知,短周期和寬頻帶地震儀接收函數(shù)的主要震相在到時和相對振幅上都有良好的一致性,無論α取值為1.5還是2.5,和田臺陣9個短周期子臺的接收函數(shù)與子臺1的寬頻帶接收函數(shù)都具有較強的線性相關(guān)性,除射線參數(shù)為0.04s/km和0.08s/km對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)均值小于0.87外,其它均在0.9附近及以上,通過下文分析表明,較低的相關(guān)系數(shù)可能與接收函數(shù)疊加個數(shù)和方位角有關(guān).當(dāng)α取值為2.5時,位于臺站中心子臺1的短周期與寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大.α取1.5時,接收函數(shù)的高頻噪聲成分減弱,但中心臺短周期接收函數(shù)與寬頻帶接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)相對于α取值為2.5時降低.
表1 和田地震臺陣9個短周期子臺接收函數(shù)與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)(α=1.5),p為射線參數(shù)Table 1 Correlation coefficients of teleseismic receiver function waveform between 9short-period and substation-one broadband seismographs of Hotan Seismic Array(α=1.5),pis the ray parameter
表2 和田地震臺陣9個短周期子臺接收函數(shù)與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)(α=2.5),p為射線參數(shù)Table 2 Correlation coefficients of teleseismic receiver function waveform between 9short-period and substation-one broadband seismographs of Hotan Seismic Array(α=2.5),pis the ray parameter
通過分析每個子臺用于不同射線參數(shù)疊加的接收函數(shù)的數(shù)目和反方位角(baz),我們發(fā)現(xiàn):射線參數(shù)在0.060~0.075s/km的平均接收函數(shù)至少由12個及以上接收函數(shù)疊加而成,并且這些接收函數(shù)的優(yōu)勢方位集中在96°~118°;而射線參數(shù)為0.040s/km和0.080s/km的平均接收函數(shù)只由1~5個接收函數(shù)疊加而成,且大部分的單個短周期接收函數(shù)與寬頻帶接收函數(shù)的方位有較大差別(相差約90°).因此我們認為,個別射線參數(shù)的短周期和寬頻帶接收函數(shù)相關(guān)系數(shù)較低是由于在結(jié)構(gòu)變化較大的盆山交界地區(qū),遠震射線在不同方位角采樣導(dǎo)致.
4.1.3 短周期與寬頻帶地震儀接收函數(shù)的振幅特性比較
由于接收函數(shù)中各種震相振幅的大小與間斷面速度躍變的大小有關(guān)[20,23-26],通過接收函數(shù)不同震相的振幅性質(zhì)可以了解界面的速度變化,進而約束界面的起伏和界面速度改變的大小.因此,分析短周期地震儀接收函數(shù)的振幅性質(zhì),可以評估其對速度界面的敏感性.針對接收函數(shù)中最清楚的Moho面一次轉(zhuǎn)換波Ps震相,本文對比分析了各短周期子臺與寬頻帶子臺接收函數(shù)中Ps震相的平均單點振幅差比率Adiff,
其中As是短周期地震儀接收函數(shù)疊加后的平均振幅,Ab是寬頻帶地震儀接收函數(shù)疊加后的平均振幅.對比表3和表4可知,當(dāng)α取值為2.5時,中心子臺短周期與寬頻帶接收函數(shù)中Ps震相的單點平均振幅差(-17.5%)小于α取值為1.5對應(yīng)的平均振幅差(-20.3%).對比短周期和寬頻帶的振幅響應(yīng)(圖3),在1Hz以下頻率,短周期的振幅響應(yīng)逐漸小于寬頻帶.因此隨著高斯濾波因子的降低,短周期接收函數(shù)的中心頻率變低,振幅大小會越來越偏離寬頻帶接收函數(shù)的振幅.我們認為短周期地震儀接收函數(shù)相比寬頻帶接收函數(shù)的振幅要偏小,并且隨著高斯濾波系數(shù)越小,偏離程度越大.這是由于在該信號頻段內(nèi),短周期地震儀記錄的振幅響應(yīng)要小于寬頻帶地震儀.
4.1.4 短周期地震儀接收函數(shù)的特性和可靠性評價
通過以上對比分析,我們得到以下結(jié)論:(1)短周期地震儀可以很好地接收到可靠的遠震接收函數(shù),其接收函數(shù)的波形和到時與寬頻帶地震儀接收函數(shù)有非常高的一致性,當(dāng)α取值2.5時,同臺址的短周期地震儀接收函數(shù)的結(jié)果能夠更好地接近寬頻帶地震儀接收函數(shù)的波形.(2)由于短周期地震儀頻帶所限,高斯濾波因子α對短周期接收函數(shù)的振幅存在較大影響,為了壓制高頻噪聲,通常會選擇較小的高斯濾波因子,但此時短周期接收函數(shù)與寬頻帶接收函數(shù)的振幅差會逐漸增大.據(jù)此我們推測,在利用接收函數(shù)各個震相到時來研究地殼結(jié)構(gòu)時,短周期地震儀可以很好地替代寬頻帶地震儀.而在使用接收函數(shù)波形反演時,短周期地震儀接收函數(shù)將會過少地估計界面波速變化.
表3 和田地震臺陣9個短周期子臺與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)中Ps震相的振幅差(α=1.5),p為射線參數(shù)Table 3 Amplitude difference of teleseismic receiver function Ps phase between 9short-period and substation-one broadband seismographs of Hotan Seismic Array(α=1.5),pis the ray parameter
表4 和田地震臺陣9個短周期子臺與子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)中Ps震相的振幅差(α=2.5),p為射線參數(shù)Table 4 Amplitude difference of teleseismic receiver function Ps phase between 9short-period and substation-one broadband seismographs of Hotan Seismic Array(α=2.5),pis the ray parameter
H-κ域疊加方法主要利用接收函數(shù)中一次和多次轉(zhuǎn)換波的到時信息,來獲得區(qū)域地殼的平均地殼厚度和波速比.可以進一步驗證短周期地震儀接收函數(shù)對于研究地殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性.根據(jù)α的不同取值,我們對和田臺陣各子臺挑選的全部單條接收函數(shù)和按震中距疊加后的接收函數(shù)分別進行了H-κ疊加處理.在H-κ疊加處理過程中,所有參數(shù)的取值相同.參考前人在和田臺陣鄰近地區(qū)取得的地球物理研究成果[27-31],我們確定其地殼的平均P波速度為6.0km/s.
表5中展示的是H-κ疊加搜索方法得到的地殼厚度和波速比.其中“地殼厚度1”和“波速比1”所在列的值是指對每個子臺挑選的全部單條接收函數(shù)進行H-κ疊加得到的地殼厚度和波速比.“地殼厚度2”和“波速比2”所在列的值是指對每個子臺按震中距疊加后的接收函數(shù)進行H-κ疊加得到的地殼厚度和波速比.同時表5還給出了每個子臺α取不同值時,用于H-κ疊加的接收函數(shù)個數(shù).結(jié)果表明,在各種不同條件下根據(jù)寬頻帶與短周期地震儀接收函數(shù)得到的地殼厚度是一致的,其均值都是54km.
通過分析表5,我們得到和田臺陣下方的地殼厚度和殼內(nèi)平均波速比為54.0km和1.71(泊松比為0.24).本文的地殼厚度與以往在塔里木西南和西昆侖接觸帶的爆炸地震探測、深地震反射和寬頻帶地震探測得到的地殼厚度(約55km)相吻合[27-31],與 Chen等[32]用接收函數(shù)方法研究位于塔里木西南和西昆侖接觸帶的和田地震臺站下方的地殼厚度(51.81km)和泊松比(0.258)基本一致.分析表明,無論α取值為1.5還是2.5,應(yīng)用短周期地震儀接收函數(shù)研究莫霍面深度和殼內(nèi)平均波速比是可靠的.
表5 和田地震臺陣各子臺接收函數(shù)H-κ疊加搜索方法計算結(jié)果Table 5 Crustal parameters obtained by H-κgrid-stacking-search method at each station of Hotan Seismic Array
4.3.1 初始模型
根據(jù)前人對塔里木與西昆侖接觸帶的地球物理研究成果[27-31],建立初始 P 波速度模型如表6.S波速度由P波速度值除以本文得到的殼內(nèi)平均波速比1.71得到.
表6 和田地震臺陣下方速度結(jié)構(gòu)初始模型Table 6 Initial model of velocity structure beneath Hotan Seismic Array
4.3.2 和田地震臺陣中心臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)
為了考察寬頻帶與短周期地震儀接收函數(shù)在反演臺站下方速度結(jié)構(gòu)方面的異同,我們采用Herrmann和 Russell的時間域線性反演方法[33-35],分別利用寬頻帶和短周期接收函數(shù),反演了子臺1下方地殼內(nèi)S波速度結(jié)構(gòu)(圖5).Wu等[36]通過數(shù)值模擬研究表明,通過對不同頻段接收函數(shù)的反演,可降低廣義線性反演對初始模型的依賴,在一定程度上消除波形反演的非唯一性.因此,我們同時使用根據(jù)不同射線參數(shù)疊加后平均接收函數(shù)進行反演.考慮到接收函數(shù)疊加的穩(wěn)定性,選擇射線參數(shù)在0.060~0.075之間,接收函數(shù)數(shù)目在12條以上的平均接收函數(shù)進行反演.
對比寬頻帶和短周期地震儀對應(yīng)接收函數(shù)的反演結(jié)構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)兩者具有以下特點:(1)α取值1.5和2.5時,子臺1寬頻帶地震儀接收函數(shù)的反演結(jié)果基本一致,均體現(xiàn)出淺層為低速,約2~10km為高速層,約10~20km為低速層,20~40km速度變化較為平穩(wěn),Moho面處發(fā)生較大速度突變的特點;(2)α取值1.5和2.5時,在4~20km的深度,短周期接收函數(shù)反演的S波波速值略高于寬頻帶反演結(jié)果(波速值偏高約0.1km/s);在40km以下,利用短周期接收函數(shù)反演的S波速度值低于寬頻帶的反演結(jié)果(波速值偏小約0.3km/s).
由于接收函數(shù)對于速度值本身并不敏感和記錄噪聲的存在以及使用接收函數(shù)反演時較強的非唯一性,我們認為中上地殼波速偏差約0.1km/s屬于誤差范圍內(nèi).寬頻帶接收函數(shù)獲得的地殼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為中下地殼過渡較為平穩(wěn),而短周期接收函數(shù)的結(jié)果則顯示下地殼為低速區(qū).這兩種截然不同的地殼模型將對該處的地質(zhì)演化和動力學(xué)過程解釋造成顯著影響.我們認為下地殼波速偏差高達約0.3km/s,主要是來自下地殼和Moho界面處短周期接收函數(shù)波形振幅普遍小于寬頻帶接收函數(shù)導(dǎo)致(表3,表4,圖4).由于短周期地震儀缺乏0.155Hz以下的低頻信號,而較低頻信號隨著距離衰減得更慢,因此隨著反演深度增加,低頻信號能量在全波形的比重會逐漸提高.另一方面,短周期地震儀器振幅響應(yīng)在常用接收函數(shù)頻段低于寬頻帶地震儀且隨著頻率降低呈現(xiàn)非線性關(guān)系,因此對于使用短周期接收函數(shù)波形獲得反演結(jié)構(gòu)進行解釋需要更加慎重.聯(lián)合使用其它對于波速值敏感的數(shù)據(jù),例如面波頻散曲線,進行聯(lián)合反演[37],將有助于增加使用短周期接收函數(shù)反演波速結(jié)構(gòu)的可靠性.
本文通過分析和田地震臺陣9個短周期子臺接收函數(shù)與子臺1寬頻帶接收函數(shù)的相關(guān)性和振幅差、以及對臺站下方的地殼厚度-波速比和S波速度結(jié)構(gòu)對比研究,對使用短周期地震儀進行接收函數(shù)研究的可行性和可靠性進行了評價,得到如下結(jié)論:
(1)短周期地震儀可以獲取較高質(zhì)量的遠震接收函數(shù).無論高斯濾波因子α取值為1.5還是2.5,和田臺陣9個短周期子臺不同射線參數(shù)對應(yīng)的接收函數(shù)與子臺1寬頻帶地震儀的接收函數(shù)波形(前41 s)都具有較強的線性相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)約0.9),但轉(zhuǎn)換波Ps震相存在小幅的振幅差(約20%).表明短周期地震儀可以很好地得到遠震接收函數(shù),與寬頻帶地震儀的結(jié)果有較好的一致性.
(2)高斯濾波因子的大小對短周期地震儀獲取的接收函數(shù)會產(chǎn)生一定影響.當(dāng)α取值為2.5時,位于子臺1的短周期與寬頻帶地震儀接收函數(shù)的相關(guān)系數(shù)大于α取值為1.5時對應(yīng)的相關(guān)系數(shù),對應(yīng)接收函數(shù)Ps震相的振幅差小于α取值為1.5時對應(yīng)的振幅差.在提取短周期地震儀接收函數(shù)時,取更大的高斯濾波因子,將減少與寬頻帶接收函數(shù)的差距,但同時會帶入更多噪聲,需要根據(jù)研究目的和方法的不同進行權(quán)衡處理.
(3)α分別取值1.5和2.5時,和田臺陣9個短周期子臺接收函數(shù)與寬頻帶地震儀接收函數(shù)的H-κ疊加搜索結(jié)果一致,得到和田地震臺陣下方的地殼厚度為54.0km,殼內(nèi)平均泊松比為0.24.使用短周期地震儀接收函數(shù)的到時信息獲取地殼結(jié)構(gòu),與寬頻帶接收函數(shù)結(jié)構(gòu)較為一致.表明使用震相到時信息的H-κ疊加搜索方法適合短周期地震儀接收函數(shù).
(4)通過對比分別由短周期和寬頻帶并址臺站記錄的接收函數(shù)反演獲得臺陣下方S波速度結(jié)構(gòu),我們注意到兩者存在一定不同,并且不同的程度在下地殼到地幔頂部深度更為明顯.短周期接收函數(shù)反演獲得的下地殼到地幔頂部波速值可能偏?。ㄐ〖s0.3km/s),但是對于 Moho界面位置和波速變化特征仍有較強約束.因此,可以與其它對波速值敏感的數(shù)據(jù)(如面波數(shù)據(jù))進行聯(lián)合反演.
(References)
[1]滕吉文,張中杰,白武明等.巖石圈物理學(xué).北京:科學(xué)出版社,2004.Teng J W,Zhang Z J,Bai W M,et al.Lithospheric Geological(in Chinese).Beijing:Science Press,2004.
[2]許衛(wèi)衛(wèi),鄭天愉.接收函數(shù)方法及研究進展.地球物理學(xué)進展,2002,17(4):605-613.Xu W W,Zheng T Y.The receiver function method and its progress.Progress in Geophysics (in Chinese),2002,17(4):605-613.
[3]徐強,趙俊猛.接收函數(shù)方法的研究綜述.地球物理學(xué)進展,2008,23(6):1709-1716.Xu Q,Zhao J M.A review of the receiver function method.Progress in Geophysics (in Chinese),2008,23(6):1709-1716.
[4]Langston C A.Structure under Mount Rainier,Washington,inferred from teleseismic body waves.J.Geophys.Res.,1979,84(B9):4749-4762.
[5]Langston C A.Evidence for the subducting lithosphere under southern Vancouver Island and eastern Oregon from teleseismic P wave conversions.J.Geophys.Res.,1981,86(B5):3857-3866.
[6]王峻,劉啟元,陳九輝等.首都圈地區(qū)的地殼厚度及泊松比.地球物理學(xué)報,2009,52(1):57-66.Wang J,Liu Q Y,Chen J H,et al.The crustal thickness and Poisson’s ratio beneath the Capital Circle Region.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2009,52(1):57-66.
[7]王椿鏞,樓海,姚志祥等.龍門山及其鄰區(qū)的地殼厚度和泊松比.第四紀研究,2010,30(4):652-662.Wang C Y,Lou H,Yao Z X,et al.Crustal thicknesses and Poisson’s ratios in Longmenshan mountains and adjacent regions.Quaternary Sciences (in Chinese),2010,30(4):652-662.
[8]李永華,吳慶舉,田小波等.用接收函數(shù)方法研究云南及其鄰區(qū)地殼上地幔結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)報,2009,52(1):67-80.Li Y H,Wu Q J,Tian X B,et al.Crustal structure in the Yunnan region determined by modeling receiver functions.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2009,52(1):67-80.
[9]宋文杰,朱介壽,程先瓊等.汶川Ms8.0級地震震源區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)研究.第四紀研究,2010,30(4):670-677.Song W J,Zhu J S,Cheng X Q,et al.Deep crustal structure around the source area of the Wenchuan Ms8.0earthquake.Quaternary Sciences (in Chinese),2010,30(4):670-677.
[10]羅艷,崇加軍,倪四道等.首都圈地區(qū)莫霍面起伏及沉積層厚度.地球物理學(xué)報,2008,51(4):1135-1145.Luo Y,Chong J J,Ni S D,et al. Moho depth and sedimentary thickness in Capital region.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2008,51(4):1135-1145.
[11]賀傳松,朱露培,丁志峰等.用遠震接收函數(shù)研究渤海盆地的沉積覆蓋.地質(zhì)學(xué)報,2010,84(5):716-721.He C S,Zhu L P,Ding Z F,et al.Sedimentary cover in the Bohai basin using teleseismic receiver function. Acta Geologica Sinica (in Chinese),2010,84(5):716-721.
[12]劉瑞豐,吳忠良,陰朝民等.中國地震臺網(wǎng)數(shù)字化改造的進展.地震學(xué)報,2003,25(5):535-540.Liu R F,Wu Z L,Yin C M,et al.Development of China digital seismological observational systems.Acta Seismologica Sinica (in Chinese),2003,25(5):535-540.
[13]劉瑞豐,高景春,陳運泰等.中國數(shù)字地震臺網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展.地震學(xué)報,2008,30(5):533-539.Liu R F,Gao J C,Chen Y T,et al.Construction and development of digital seismograph networks in China.Acta Seismologica Sinica (in Chinese),2008,30(5):533-539.
[14]鄭秀芬,歐陽飚,張東寧等.“國家數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)及其對汶川大地震研究的數(shù)據(jù)支撐.地球物理學(xué)報,2009,52(5):1412-1417.Zheng X F,Ouyang B,Zhang D N,et al.Technical system construction of Data Backup Centre for China Seismograph Network and the data support to researches on the Wenchuan earthquake.Chinese J.Geophys.(in Chinese),2009,52(5):1412-1417.
[15]Ligorría J P,Ammon C J.Iterative deconvolution and receiver-function estimation.Bull.Seism.Soc.Am.,1999,89(5):1395-1400.
[16]Zandt G,Myers S C,Wallace T C.Crust and mantle structure across the Basin and Range-Colorado Plateau boundary at 37°N latitude and implications for Cenozoic extensional mechanism.J.Geophys.Res.,1995,100(B6):10529-10548.
[17]Zandt G, Ammon C J. Continental crust composition constrained by measurements of crustal Poisson′s ratio.Nature,1995,374(6518):152-154.
[18]Zhu L P,Kanamori H.Moho depth variation in Southern California from teleseismic receiver functions.J.Geophys.Res.,2000,105(B2):2969-2980.
[19]李善邦.中國地震.北京:地震出版社,1981.Li S B.Earthquake China(in Chinese).Beijing:Seismological Press,1981.
[20]Owens T J,Taylor S R,Zandt G.Crustal structure at regional seismic test network stations determined from inversion of broadband teleseismic P waveforms.Bull.Seism.Soc.Am.,1987,77(2):631-632.
[21]Owens T J,Zandat G,Taylor S R.Seismic evidence for an ancient rift beneath the Cumberland Plateau,Tennessee:A detailed analysis of broadband teleseismic P waveforms.J.Geophys.Res.,1984,89(B9):7783-7795.
[22]Owens T J,Crosson R S.Shallow structure effects on broadband teleseismic P waveforms.Bull.Seism.Soc.Am.,1988,78(1):96-108.
[23]http:∥eqseis.geosc.psu.edu/~cammon/HTML/RftnDocs/rftn01-06.html.
[24]Wu Q J,Li Y H,Zhang R P,et al.Receiver functions from autoregressive deconvolution.Pure and Applied Geophysics,2007,164(11):2175-2192.
[25]Burdick L J,Langston C A.Modeling crustal structure through the use of converted phases in teleseismic bodywaveforms.Bull.Seism.Soc.Am.,1977,67(3):677-691.
[26]Ammon C J.The isolation of receiver effects from teleseismic P waveforms.Bull.Seism.Soc.Am.,1991,81(6):2504-2510.
[27]賀日政,高銳,李秋生等.新疆天山(獨山子)—西昆侖(泉水溝)地學(xué)斷面地震與重力聯(lián)合反演地殼構(gòu)造特征.地球?qū)W報,2001,22(6):553-558.He R Z,Gao R,Li Q S,et al.Corridor gravity fields and crustal density structures in Tianshan (Dushanzi)-west Kunlun(Quanshuigou)GGT.Acta Geoscientia Sinica (in Chinese),2001,22(6):553-558.
[28]高銳,肖序常,高弘等.西昆侖—塔里木—天山巖石圈深地震探測綜述.地質(zhì)通報,2002,21(1):11-18.Gao R,Xiao X C,Gao H,et al.Summary of deep seismic probing of the lithospheric structure across the West Kunlun-Tarim-Tianshan.Geological Bulletin of China (in Chinese),2002,21(1):11-18.
[29]李秋生,盧德源,高銳等.橫跨西昆侖—塔里木接觸帶的爆炸地震探測.中國科學(xué)(D輯),2000,30(B12):16-21.Li Q S,Lu D Y,Gao R,et al.Explosion seismic probing across the West Kunlun-Tarim contact zone.Science in China(Series D)(in Chinese),2000,30(B12):16-21.
[30]高銳,管燁,賀日政等.新疆地學(xué)斷面(獨山子—泉水溝)走廊域及鄰區(qū)地球物理調(diào)查綜合研究.地球?qū)W報,2001,22(6):527-533.Gao R,Guan Y,He R Z,et al.The integrated geophysical observation and research along the Xinjiang (XUAR)geotransect and its surrounding areas.Acta Geoscientia Sinica (in Chinese),2001,22(6):527-533.
[31]高銳,肖序常,劉訓(xùn)等.新疆地學(xué)斷面深地震反射剖面揭示的西昆侖一塔里木結(jié)合帶巖石圈細結(jié)構(gòu).地球?qū)W報,2001,22(6):547-552.Gao R,Xiao X C,Liu X,et al.Detail lithospheric structure of the contact zone of west Kunlun and Tarim revealed by deep seismic reflection profile along the Xinjiang geotransect.Acta Geoscientia Sinica (in Chinese),2001,22(6):547-552.
[32]Chen Y L,Niu F L,Liu R F,et al.Crustal structure beneath China from receiver function analysis.J.Geophys.Res.,2010,115:B03307,doi:10.1029/2009JB006386.
[33]Ammon C J,Randall G E,Zandt G.On the nonuniqueness of receiver function inversions.J.Geophys.Res.,1990,95(B10):15303-15318.
[34]Randall G E.Efficient calculation of differential seismograms for lithospheric receiver functions.Geophys.J.Int.,1989,99(3):469-481.
[35]http://www.eas.slu.edu/People/RBHerrmann/ComputerPrograms.Html
[36]Wu Q J,Li Y H,Zhang R Q,et al.Wavelet modelling of broad-band receiver functions.Geophys.J.Int.,2007,170(2):534-544.
[37]Shen W,Ritzwoller M H,Schulte-Pelkum V,et al.Joint inversion of surface wave dispersion and receiver functions:A Bayesian Monte-Carlo approach.Geophys.J.Int.,2013,192(2):807-836.