大別蘇魯?shù)貐^(qū)背景噪聲成像與汶川地震科學(xué)鉆探井孔附近微震定位

葉慶東

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081）

1 大別蘇魯?shù)貐^(qū)背景噪聲成像

大別蘇魯造山帶是中國(guó)東部最重要的構(gòu)造之一。為了研究該地區(qū)的地殼上地幔結(jié)構(gòu)，本文收集了國(guó)家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)和中國(guó)區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)山東、河南、安徽、江蘇和湖北5省151個(gè)寬頻帶地震臺(tái)兩年的連續(xù)三分量記錄（2009年5月～2011年5月），采用背景噪聲成像技術(shù)對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了成像。背景噪聲成像是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)源被動(dòng)成像方法，將任意兩個(gè)臺(tái)站的噪聲記錄互相關(guān)疊加就能獲得臺(tái)站間的格林函數(shù)（GF），不需要等待地震的發(fā)生。因而，任意兩個(gè)臺(tái)站之間可以獲得一條頻散曲線，相對(duì)傳統(tǒng)面波對(duì)地震方位的依賴，該方法可以獲得足夠大的射線密度，得到分辨率較高的成像結(jié)果。

在獲取瑞利波格林函數(shù)時(shí)，我們采用傳統(tǒng)的方法；在獲取勒夫波格林函數(shù)時(shí)，我們采用先疊加再旋轉(zhuǎn)的方法，并且引入了相位權(quán)重疊加方法來(lái)提高信噪比，以獲得格林函數(shù)。接著，我們采用時(shí)頻分析（FTAN 方法獲得了5 000余條瑞利波頻散曲線和4 000余條勒夫波頻散曲線，并采用Torantola反演方法得到了8～32s的瑞利波和勒夫波相速度分布和6～40s的勒夫波群速度分布圖。通過(guò)對(duì)成像結(jié)果的分析，并結(jié)合已有的地質(zhì)地球物理結(jié)果，可以得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

（1）相速度8s（群速度6～10s）與地表地質(zhì)構(gòu)造單元相吻合。根據(jù)已有的資料，大別蘇魯?shù)貐^(qū)的高速除了山地沉積層較薄的影響外，還受到高壓變質(zhì)巖的影響；華北盆地、江漢盆地、南襄盆地、蘇北南黃海盆地因其沉積層較厚而呈現(xiàn)出低速。

（2）16s的相速度分布（勒夫波群速度15～20s）與8s的相速度分布相類似，這主要有三方面的原因，一是相速度頻散雖然對(duì)1／3個(gè)周期的深度比較敏感，但是由于其縱向分辨率較差，是一定深度范圍內(nèi)的一個(gè)綜合結(jié)果，所以依然受到地表地質(zhì)構(gòu)造單元的影響；二是高壓變質(zhì)巖縱向分布達(dá)到10km或者略深，依然對(duì)相（群）速度產(chǎn)生影響；三是大別蘇魯?shù)貐^(qū)相對(duì)于其周圍地區(qū)中地殼的速度也略高，大別蘇魯?shù)貐^(qū)仍表現(xiàn)為高速。

（3）32s的相速度分布圖上大別蘇魯?shù)貐^(qū)依然顯示一定程度的高速，意味該地區(qū)的下地殼和上地幔頂部存在高速異常。

（4）郯廬斷裂帶8～24s（勒夫波群速度6～30s）表現(xiàn)為高速，可能與其白堊紀(jì)以來(lái)出于拉張?bào)w質(zhì)的構(gòu)造環(huán)境造成地幔物質(zhì)上涌有關(guān)。

（5）對(duì)大別蘇魯?shù)貐^(qū)的頻散曲線求平均，并與AK135模型的頻散曲線比較，發(fā)現(xiàn)瑞利波相速度基本與AK135模型的一致，但是勒夫波均高于AK135模型的相速度頻散曲線，表明大別蘇魯?shù)貐^(qū)存在強(qiáng)烈的徑向各向異性。

（6）8～24s的相速度分布（勒夫波群速度6～30s）與b值的分布具有很好的一致性，表明成像結(jié)果不僅反映了介質(zhì)的非均勻性，還與介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。

2 汶川地震科學(xué)鉆探井孔附近微震定位

汶川地震后，中小余震頻繁，發(fā)震斷層活動(dòng)將持續(xù)數(shù)十年。利用對(duì)中小余震觀測(cè)來(lái)勾畫地下斷層面的形狀一直是地球物理探測(cè)的重要方面。為了配合汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探（WFSD），中國(guó)地震局地球物理研究所分別于2012年在四川省綿竹市天池鄉(xiāng)和2013年在綿陽(yáng)市南壩鎮(zhèn)布設(shè)了15個(gè)微震臺(tái)，試圖通過(guò)對(duì)－2～3級(jí)地震的監(jiān)測(cè)來(lái)勾畫鉆孔周邊地區(qū)3～5km的斷層面結(jié)構(gòu)。微震儀器采用南非礦山地震研究所（IMS）生產(chǎn)的礦山地震儀。由于利用該類型儀器進(jìn)行天然地震的監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)尚屬先例，因此在臺(tái)站架設(shè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面都遇到了一些問(wèn)題。本文首先討論了這些問(wèn)題并如何在一定程度上解決這些問(wèn)題，為以后的微震監(jiān)測(cè)研究提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。出于產(chǎn)權(quán)保護(hù)，IMS不提供原始數(shù)據(jù)格式，但通過(guò)其提供的軟件JMTS可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII格式。在此基礎(chǔ)上，我們編寫了將ASCII轉(zhuǎn)換成SAC二進(jìn)制格式的程序，以方便數(shù)據(jù)的保存、交流及處理。接著采用了S變換時(shí)頻分析方法，分析比較了微震記錄和微震臺(tái)附近的短周期記錄（CMG－40T，0.5～100Hz），并驗(yàn)證了當(dāng)P、S波到時(shí)差在1s以內(nèi)時(shí)，無(wú)論是P波還是S波的微震記錄都是可靠的。

由于微震臺(tái)網(wǎng)孔徑很小，絕大多數(shù)地震來(lái)自于網(wǎng)外，給定位造成困難，因此本文在傳統(tǒng)的震源掃描方法（SSA）上做了更多的約束：①采用偏振分析確定方位角的范圍；②采用和達(dá)法確定發(fā)震時(shí)刻，這樣不僅能限制震源位置，同時(shí)也減小了搜索范圍，提高了計(jì)算效率。定位的結(jié)果離散度較大，沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)方向，表明該地可能不存在隱伏的小斷層。相似地震對(duì)較少，也支持這些地震與構(gòu)造關(guān)系不大的結(jié)論。震級(jí)的結(jié)果表明，在臺(tái)站周圍25km IMS微震儀器主要監(jiān)測(cè)的震級(jí)為－1.5級(jí)～1級(jí)。

背景噪聲；相速度；群速度；大別蘇魯造山帶；震源掃描方法