利用剪切波分裂方法研究玉樹和冰島地區(qū)各向異性

劉 莎

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

（作者電子信箱，劉莎：liusha＠cea－igp.ac.cn）

地震波各向異性反映了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變形、應(yīng)力狀態(tài)等方面的信息，在巖石圈演化、殼幔耦合變形以及地幔對流等研究中發(fā)揮著重要的作用。剪切波分裂現(xiàn)象是地震各向異性最直觀的表現(xiàn)形式，在各向異性研究中扮演著重要的角色。本文回顧了地震各向異性研究的進(jìn)展和意義，特別介紹了剪切波分裂的原理、方法，以及近年來剪切波分裂研究的進(jìn)展和現(xiàn)狀。

利用剪切波分裂分析方法，可以獲得地殼和上地幔各向異性的空間分布特征，分析各向異性分布與構(gòu)造背景之間的關(guān)系，進(jìn)而探討殼幔變形機(jī)制、地幔物質(zhì)流動等地球動力學(xué)過程。此外，通過對剪切波分裂參數(shù)在時間上的變化分析，可以獲得地震、火山等自然災(zāi)害發(fā)生前后地殼應(yīng)力及地殼中微裂隙的變化特征等。本論文圍繞剪切波分裂方法在地震各向異性研究中的應(yīng)用，開展了以下工作。

（1）利用玉樹地震震源區(qū)密集流動觀測臺站數(shù)據(jù)，研究了該地區(qū)地殼各向異性分布特征。研究結(jié)果表明，玉樹地區(qū)的快波偏振方向為南東向，與該區(qū)域的水平主壓應(yīng)力方向及斷裂帶的走向一致，揭示了此次玉樹地震斷裂走滑性質(zhì)的特征。研究區(qū)內(nèi)平均慢波延遲時間是5.68ms／km。通過對比其他地區(qū)的慢波延遲時間結(jié)果，可知玉樹地區(qū)各向異性強(qiáng)度高于首都圈西北部地區(qū)和四川紫平鋪水庫地區(qū)。慢波延遲時間的空間分布顯示慢波延遲時間在玉樹臺周圍最大，而且也揭示了研究區(qū)內(nèi)各向異性強(qiáng)度的空間分布特征。

（2）針對青藏高原東部以往各向異性研究結(jié)果的稀缺，我們利用青藏高原東部固定臺站、玉樹地震應(yīng)急流動觀測臺站及玉樹科考流動臺站的資料，研究了青藏高原東部地區(qū)上地幔各向異性特征。研究結(jié)果表明，快波偏振方向在金沙江縫合帶及羌塘地塊為南東向，在巴顏喀拉地塊表現(xiàn)為北東向和南東向。結(jié)合研究區(qū)域地殼各向異性結(jié)果，我們推斷青藏高原東部地區(qū)殼幔變形類型屬于垂直連貫變形。研究區(qū)域內(nèi)上地幔慢波延遲時間普遍較長，而且變化范圍較大。我們推斷上地幔各向異性多源于上地幔礦物的晶格優(yōu)選方位和熔體的定向分布，這些進(jìn)一步表明了青藏高原東部是地幔流活動較強(qiáng)烈的地區(qū)。

（3）冰島作為天然的地球物理實驗室，為與火山噴發(fā)活動有關(guān)的剪切波分裂研究提供了實驗場所?；诒鶏uEyjafjallaj?kull火山周圍的地震事件數(shù)據(jù)，通過剪切波分裂研究獲得了火山噴發(fā)前后剪切波分裂參數(shù)在時間上的變化，從各向異性的角度分析并討論了冰島火山噴發(fā)前后地殼應(yīng)力的變化。該研究區(qū)域快波偏振方向為北東向，這與臺站周圍斷裂帶的走向以及區(qū)域主壓應(yīng)力的方向一致。在火山噴發(fā)前后快剪切波偏振方向并沒有發(fā)生明顯變化。慢波延遲時間在Eyjafjallaj?kull火山噴發(fā)前表現(xiàn)出長期的增大和突然降低。我們推斷在火山噴發(fā)之前地殼應(yīng)力長期的積累和突然地釋放，使得地殼中微裂隙的幾何形態(tài)發(fā)生變化。Eyjafjallaj?kull火山噴發(fā)之后，位于鄰區(qū)的Katla火山周圍地震活動性增強(qiáng)，但是，慢波延遲時間的結(jié)果表明，地殼中并沒有積累足夠的應(yīng)力引起下一次可能的噴發(fā)。然而，我們也并不能排除慢波延遲時間突然增大這一可能性。

最后，基于剪切波分裂方法在玉樹震源區(qū)、青藏高原東部及冰島南部火山地區(qū)開展的研究，本論文討論并總結(jié)了剪切波分裂在地殼和地幔各向異性研究中的意義以及在火山地區(qū)地殼應(yīng)力變化監(jiān)測中的應(yīng)用。通過以上的分析討論，一方面使得我們對研究區(qū)域的各向異性特征有了更為全面、深刻的認(rèn)識，另一方面我們的結(jié)果可為之前的各向異性結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，同時也能為后續(xù)的各向異性研究提供相關(guān)的參考。