中國西南地區(qū)的接收函數(shù)和面波層析成像研究

王未來

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

了對地震頻發(fā)的滇西地區(qū)，特別是位于其中的紅河和程海兩大斷裂帶地下的波速變化進(jìn)行監(jiān)測，利用水庫大容量非調(diào)制氣槍陣列，我們實(shí)驗(yàn)室于2011年4月在云南省大理州賓川縣的大銀甸水庫建立了世界上第一個(gè)氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站。由于水庫大容量非調(diào)制氣槍陣列的優(yōu)越性能，賓川氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站可以連續(xù)不斷地向地下發(fā)射傳播距離遠(yuǎn)、重復(fù)性高的地震信號(hào)。利用賓川氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站激發(fā)的地震信號(hào)，我們就可以對滇西地區(qū)的地下波速變化進(jìn)行監(jiān)測。雖然目前我們尚處于數(shù)據(jù)積累的階段，我們利用在賓川氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站進(jìn)行的6次激發(fā)試驗(yàn)，研究了激發(fā)條件（激發(fā)壓力、沉放深度和水庫水位）對水庫大容量非調(diào)制氣槍陣列激發(fā)地震信號(hào)的影響。這對于以后我們提高這類氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站的性能以及進(jìn)行波速變化研究都具有重要意義。

接下來我們介紹了水庫大容量非調(diào)制氣槍陣列在區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測中的應(yīng)用。利用2006年我們實(shí)驗(yàn)室在河北省遵化市上關(guān)湖水庫進(jìn)行的大容量非調(diào)制氣槍陣列產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)，我們采用波形擬合的方法，研究了燕山隆起帶南部地區(qū)地下的一維P波、S波、泊松比以及波速比結(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的地殼厚度約為33km，上中地殼的泊松比值偏低，可能以長英質(zhì)的酸性巖石為主，下地殼以及上地幔頂部泊松比值稍高，可能以鐵鎂質(zhì)的基性巖石或中性巖石為主。并且在該地區(qū)的上下地殼各存在一個(gè)P波和S波的低速層，并且這兩個(gè)低速層還對應(yīng)著泊松比和波速比的高值區(qū)。上地殼的低速層可能是流體作用的結(jié)果，而下地殼的低速層則可能是由于部分熔融造成的。

最后我們介紹利用尾波理論進(jìn)行地下波速變化成像研究。尾波是多重散射波，相比于直達(dá)波，它對地下介質(zhì)變化更為敏感。利用尾波可以測量地下微弱的波速變化。水庫地區(qū)，水庫水位的變化會(huì)引起地表載荷的變化，進(jìn)而引起地下應(yīng)力和應(yīng)變的變化，是定量研究地下應(yīng)力和應(yīng)變變化與地下波速變化關(guān)系的理想?yún)^(qū)域。由于進(jìn)行本研究時(shí)，我們的氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)站連續(xù)激發(fā)的時(shí)間還比較短。我們利用由架設(shè)在云南省大理州賓川縣大銀甸水庫周圍的16個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站記錄到的背景噪聲相關(guān)得到的連續(xù)經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)的尾波部分，測量了這些臺(tái)站間的波速變化，并且利用敏感核的方法反演了這個(gè)地區(qū)的波速變化的分布。我們發(fā)現(xiàn)可能只有距離水庫很近的地區(qū)的地下波速變化是由于水庫水位的變化造成的，而其它地區(qū)的波速變化則可能是由于地下水位的變化導(dǎo)致的。

關(guān)鍵詞區(qū)域尺度；主動(dòng)探測；水庫大容量非調(diào)制氣槍陣列；地下波速變化監(jiān)測；地震背景噪聲

中圖分類號(hào)：P315.3；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.03.008

（作者電子信箱，陳蒙：eamonustc@163.com）

中國西南地區(qū)的接收函數(shù)和面波層析成像研究

王未來

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

中國西南地區(qū)是由不同地質(zhì)歷史時(shí)期的許多微小板塊拼貼而成，是特提斯構(gòu)造發(fā)育的重要區(qū)段；同時(shí)，該地區(qū)在西藏高原物質(zhì)向東擠出、地殼增厚和下地殼流模型中，都扮演了極為重要的角色。因此，研究中國西南地區(qū)殼幔特征對于深入理解特提斯構(gòu)造特征和青藏高原構(gòu)造活動(dòng)機(jī)制具有重要意義。區(qū)內(nèi)分布有大量深大斷裂帶，自20世紀(jì)70年代以來，該區(qū)域相繼發(fā)生了一系列M＞7.0強(qiáng)震，強(qiáng)震活動(dòng)給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蠼?jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。開展中國西南地區(qū)深部構(gòu)造特征的詳細(xì)研究，對于認(rèn)識(shí)該區(qū)大地構(gòu)造、地殼演化和地震成因乃至強(qiáng)震活動(dòng)趨勢都具有非常重要的意義。

近年來，中國地震局利用“地震科學(xué)探測臺(tái)陣系統(tǒng)”的觀測設(shè)備在中國西南地區(qū)開展了多個(gè)大規(guī)模流動(dòng)地震臺(tái)陣觀測，研究區(qū)流動(dòng)和固定寬頻帶地震臺(tái)站數(shù)量超過900個(gè)，平均臺(tái)間距小于40km。本文將充分利用流動(dòng)地震臺(tái)站和固定臺(tái)站的觀測資料，采用P波接收函數(shù)H-κ疊加技術(shù)獲得地殼厚度和泊松比的分布圖像；采用P波接收函數(shù)三維偏移成像獲得上地幔過渡帶速度間斷面的空間分布圖像；采用S接收函數(shù)偏移成像研究巖石圈底界面的橫向變化；利用面波層析成像獲得周期達(dá)100s以上瑞利波相速度分布圖像；采用接收函數(shù)和面波聯(lián)合反演技術(shù)，揭示橫跨重要構(gòu)造邊界200km深度范圍的S波速度結(jié)構(gòu)。

總體而言，中國西南地區(qū)地殼厚度變化與構(gòu)造背景具有一致性。地殼厚度從西北部的約60km向東北、東南、西南向呈弧形狀減薄，其中東南部和西南部最薄約30km。松潘甘孜地塊的平均地殼厚度為60km，向東劇烈減薄到四川盆地的45km，向東南方向減薄相對緩慢，顯示出青藏高原東向物質(zhì)逃逸被四川盆地阻止后，進(jìn)一步向東南逃逸的特征。中、高泊松比（σ≥0.26）主要分布在松潘甘孜地塊、攀枝花—峨眉山一帶、四川盆地、騰沖地塊。這些區(qū)域斷裂帶分布密集交錯(cuò)，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的地殼活動(dòng)特征。四川盆地西南部和攀枝花—峨眉山一帶存在高密度、較高的P波速度。高密度、高波速與高泊松比說明地殼存在較多的鎂鐵質(zhì)成分，這可能與峨眉山玄武巖分布有關(guān)。而鮮水河南段—小江斷裂穿過攀枝花—峨眉山地區(qū)北部，下地殼局部熔融引起的高泊松比與中上地殼鎂鐵質(zhì)引起的高泊松比疊加，在此區(qū)域出現(xiàn)了研究區(qū)內(nèi)最高值泊松比的分布。騰沖地塊分布有活動(dòng)火山，TNC.YN高達(dá)0.32的高泊松比表示，地下有熔融或半熔融的巖漿囊存在，這與該區(qū)域下方的低波速相一致。低泊松比（σ≤0.26）主要分布在研究區(qū)的東南部：揚(yáng)子克拉通、華夏地塊、滇緬泰地塊。在排除沉積層影響的情況下，位于紅河斷裂附近臺(tái)站相對周圍臺(tái)站具有相對較高的泊松比（部分臺(tái)站泊松比達(dá)0.28～0.30），而上地幔頂部速度偏低并且速度結(jié)構(gòu)具有殼幔過渡帶特征，暗示著紅河斷裂為超殼斷裂，高泊松比可能與下地殼底部局部熔融有關(guān)。

四川盆地下方西南部巖石圈厚度達(dá)250km，逐漸減薄到中部和南部巖石圈的200km厚度，進(jìn)一步減薄到東部邊緣的約100km厚度，向北進(jìn)一步減薄到北部邊緣的約130km厚度。滇緬泰地塊上地幔頂部100km范圍內(nèi)存在雙層低速界面，同時(shí)也足以確認(rèn)這一區(qū)域巖石圈厚度小于100km。華夏地塊下方上地幔頂部存在雙層低速界面，而且與揚(yáng)子克拉通巖石圈接觸關(guān)系在北部和西部有所不同，西部可能有相互融合的現(xiàn)象，而北部可能還存在深淺部斷離的情況。秦嶺大別構(gòu)造帶西段和渭河平原地區(qū)在100km深度處存在明顯的大范圍低速界面。

中國西南地區(qū)的上地幔過渡帶厚度在揚(yáng)子克拉通（主要包括四川盆地地區(qū)和峨眉山—攀枝花等地區(qū)）地區(qū)基本大于250km，在華夏地塊基本都小于250km，在松潘甘孜地區(qū)接近揚(yáng)子克拉通的地區(qū)厚度較厚，再往西過渡帶厚度則小于250km。上地幔過渡帶較厚區(qū)域與