利用寬角反射/折射地震剖面揭示蘆山MS7.0地震震區(qū)深部孕震環(huán)境

王帥軍， 王夫運， 張建獅， 劉寶峰， 張成科， 趙金仁， 段玉玲，宋向輝， 鄧曉果， 馬策軍， 孫一男， 臧怡然， 李怡青

中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002

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利用寬角反射/折射地震剖面揭示蘆山MS7.0地震震區(qū)深部孕震環(huán)境

王帥軍， 王夫運*， 張建獅， 劉寶峰， 張成科， 趙金仁， 段玉玲，宋向輝， 鄧曉果， 馬策軍， 孫一男， 臧怡然， 李怡青

中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002

2013年4月蘆山地震發(fā)生后，中國地震局迅速成立了蘆山地震科學考察指揮部，要求查明蘆山地震的深部構(gòu)造環(huán)境和孕震背景.為此，中國地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在蘆山震源區(qū)布設(shè)了一條長約410 km的人工地震高分辨寬角反射/折射探測剖面，獲得了信噪比較高的人工地震探測數(shù)據(jù)，采用地震射線走時正演擬合構(gòu)建了該區(qū)的地殼及上地幔二維P波速度結(jié)構(gòu)模型，結(jié)果顯示：揚子塊體和松潘—甘孜塊體顯示出迥異的速度結(jié)構(gòu)特征，地殼厚度由南向北逐漸加厚.沉積蓋層在四川盆地厚達7.8 km，而進入松潘—甘孜塊體沉積層最薄處只有幾百米厚，幾乎出露地表；在中上地殼，揚子塊體平均速度比松潘—甘孜塊體高0.2 km·s-1，在盆地與高原耦合部位(構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶)以北深度大約20 km左右有一厚度為8.0 km的軟弱層(低速層)，該層內(nèi)的速度為5.80 km·s-1，明顯低于周圍介質(zhì)的平均速度6.00～6.10 km·s-1；構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)，震相顯示紊亂、不清晰、不能連續(xù)對比，由地表至上地幔頂部殼內(nèi)界面不連續(xù)、速度結(jié)構(gòu)異常紊亂且呈現(xiàn)低速異常特征；在中下地殼，沿剖面速度呈現(xiàn)正梯度垂向增大變化；殼內(nèi)界面在揚子塊體內(nèi)部起伏變化不大，但在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以北呈現(xiàn)急速加深的趨勢，特別是Moho界面起伏變化較為明顯，界面深度在距離50 km范圍內(nèi)由揚子塊體的36.2 km迅速變化至松潘—甘孜塊體下方的45.8 km，形成一陡變帶.蘆山MS7.0級地震震源位置位于二維速度結(jié)構(gòu)異常紊亂和界面起伏變化的地帶，研究表明，殼內(nèi)界面及速度結(jié)構(gòu)差異、起伏變化的特征與該區(qū)域的地震活動性關(guān)系密切.

蘆山地震； 人工地震剖面； 速度結(jié)構(gòu)； 殼內(nèi)低速層； 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶

According to the 2D crust-mantle P wave velocity structure model and previous research results of the study area, this research has obtained the following accomplishments: (1) The 2D crustal velocity structure has obvious zoning characteristics in the transverse direction, and the velocity structure shows low velocity anomaly in the tectonic transformation zone where the velocity structure varies significantly on both sides. The average velocity of the Yangtze block is obviously 0.10 km·s-1higher than that of Songpan-Garzê block, and the crustal thickness increases gradually from south to north, which presents rapid changes with the discontinuous interface near the tectonic transition zone. (2) The basement along the profile in Songpan-Garzê block is thinner, almost exposed to the surface near Xiaojin, and the thickest part is approximately 2.5 km near Yongfu County. The basement of Sichuan Basin is relatively thicker, about 7.8 km; clear changes of the upper crustal velocity structure are located between C1 and C2 under the Songpan-Garzê block. There is a negative gradient velocity structure, whose velocity varies from 5.80 to 5.90 km·s-1, 0.10～0.20 km·s-1lower than the average velocity around it. The depth range is from 13 to 21 km and the thickness is about 8 km. (3) The Pn wave of the upper mantle in the profile is difficult to identify, only seen when the SP7 shot point reflects velocity structure of the upper mantle beneath the Yangtze block. There is no Pn wave phase in other shot points. The velocity structure of the upper mantle is clearly different beneath the two blocks. It is 8.00～8.05 km·s-1beneath the Yangtze block while it is 7.95～7.90 km·s-1beneath the Songpan-Garzê block. (4) The 2D crust-mantle velocity model results show that along the profile the 2D contoured velocity is disordered with obvious interface undulation changes in the vicinity of the profile distance 150 km, 260 km, 280 km and 300 km. This phenomenon exactly matches with positions of Longquanshan fault, Jiangyou-Dujiangyan fault, Maowen-Tianquan fault and Xiaojin arc fracture in the geological structure map.

In the light of the projection results of aftershocks in this section, the main shock and aftershocks are mainly distributed in the high-low speed transition and negative velocity gradient areas. From the perspective of abnormal thickness in the negative gradient velocity structure, this layer appears to act as a detachment surface in the process of eastward movement of material or the stress on the Qinghai Tibet plateau, which leads to local stress accumulation around the block edge and tectonic activity. In terms of the geological tectonic background of LushanMS7.0 earthquake, the regional tectonic structure of modern earthquakes is controlled by nearly NS local stress field and EW regional stress field, and 2D model shows that the velocity structure has a great reversal in the vicinity of Lushan earthquake epicenter (i.e. about 13～14 km), which presents deep medium conditions leading to strong earthquakes. Therefore, LushanMS7.0 earthquake may be a sudden release of the stress on the southwest section in the Longmenshan fault zone.Keywords Lushan earthquake；Artificial earthquake profile；Velocity structure；Crustal low-speed layer；Tectonic transformation zone

1 引言

2013年4月20日，四川省雅安市蘆山縣境內(nèi)發(fā)生MS7.0級強烈地震，主震及余震精定位的震源深度為13 km左右(趙博等，2013；呂堅等，2013)，震中位于龍門山斷裂帶南段，2008年5月12日的汶川MS8.0級地震也發(fā)生在該條斷裂帶上，兩次地震的震中相距僅為80多公里(陳運泰等，2013；徐錫偉等，2013；高原等2013)．地震發(fā)生后，國內(nèi)外學者對該地震進行了空間定位、震源機制和震源破裂過程的研究(王衛(wèi)民等，2013；劉成利等，2013；張勇等，2013).結(jié)果表明，蘆山地震是發(fā)生在龍門山斷裂帶南端的一次逆沖型地震，這次地震在震源性質(zhì)上與2008年汶川地震同為逆沖破裂(Zhang et al.，2009a).由于先后兩次地震均發(fā)生在龍門山推覆構(gòu)造帶上，在時空展布、發(fā)震構(gòu)造和震源機制等方面存在一定的關(guān)聯(lián)性，因此，關(guān)于蘆山地震是否為汶川地震強余震引起了很大的爭議(徐錫偉等，2013；單斌等，2013；杜方等，2013；顏照坤等，2014).

隨著時間的推移，新資料不斷涌現(xiàn)，尤其是活動斷裂研究、地球物理探測、GPS觀測等方面新成果不斷出現(xiàn)，這些成果對于進一步深入認識該區(qū)的構(gòu)造變形、地震活動背景等都有著重要影響.但是，現(xiàn)有的研究由于受到資料本身的研究精度和技術(shù)手段的限制，難以精確地給出該區(qū)的殼幔速度結(jié)構(gòu)模型(王椿鏞等，2003a；徐濤等，2014).因此，通過跨青藏高原東南緣和四川盆地布設(shè)了一條金川—蘆山—樂山人工地震剖面.利用多種計算方法及綜合研究工作，重新構(gòu)建該區(qū)的高精度的殼幔速度結(jié)構(gòu)模型，不僅有助于進一步正確理解青藏高原的最新地殼變形過程及機制，科學評價該區(qū)未來的大震活動趨勢，還可為區(qū)域國土合理規(guī)劃與開發(fā)利用，以及重大工程建設(shè)的地殼穩(wěn)定性評價提供更為可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(王運生等，2013).

蘆山地震發(fā)生后，亟需全面了解青藏高原東緣地區(qū)大震活動的新構(gòu)造與活動構(gòu)造背景及成因問題(陳立春等，2013).在此背景下中國地震局迅速成立了科學考察指揮部，由中國地震局地球物理研究所牽頭，設(shè)立了多個科考專題任務(wù)組，要求從多個方面查明地震發(fā)生的背景，其中人工地震探測任務(wù)組要完成一條長約410 km、通過蘆山震區(qū)的寬角反射/折射剖面，獲取穿過震區(qū)的高分辨二維地殼速度結(jié)構(gòu)和發(fā)震區(qū)精細結(jié)構(gòu)，探明蘆山地震的發(fā)震構(gòu)造、孕震環(huán)境及深淺部構(gòu)造關(guān)系，構(gòu)建蘆山地震發(fā)震構(gòu)造模型，探討蘆山地震深部動力學背景，分析和對比龍門山斷裂帶不同區(qū)段的深部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造差異特征，研究蘆山地震與汶川地震的發(fā)震構(gòu)造關(guān)系，對蘆山震區(qū)的地震活動趨勢和地震危險性判定提供深淺部構(gòu)造依據(jù)，并對地球物理其他方法(樓海等，2008)的研究帶來更為精細的地殼速度結(jié)構(gòu)模型作為參考、相互驗證與補充(丁志峰等，2008；Bai et al.，2011； Robert et al.，2010)，這一研究不僅有助于深化認識地震破裂機制，對地震間相互觸發(fā)和空間遷移或未來地震發(fā)展趨勢等也有十分重要的科學意義.

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于青藏高原的東南緣，是青藏高原現(xiàn)今地殼形變和地震活動最強烈的地區(qū)之一，在大地構(gòu)造上是揚子地塊、松潘—甘孜地塊等多個微陸塊體匯聚的地帶，新生代期間經(jīng)歷了多期巖漿活動和強烈的構(gòu)造變形作用，形成了眾多規(guī)模與性質(zhì)不同的斷裂構(gòu)造(Bai et al.，2010；Wang et al.，2009).進入新構(gòu)造期間，特別是第四紀或晚第四紀期間，在印度板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞的動力學背景下，該區(qū)的地殼運動十分活躍，發(fā)育有眾多規(guī)模、類型、活動性等各不相同的活動斷裂(Lei and Zhao，2009；徐錫偉等，2013；劉保金等，2009；Zhang et al.，2010)，龍門山斷裂帶位于中國大陸中部南北地震帶的中段,其東南側(cè)為揚子準地臺,西側(cè)是松潘一甘孜地塊.印支運動尤其是喜山期運動以來,伴隨青藏高原的強烈抬升,發(fā)生了不同程度的大陸殼的相互碰撞、擠壓,在龍門山前形成了一條以逆沖為主,走滑為輔的大型斷裂帶(石玉濤等，2009；孫長青等，2011；雷建設(shè)等，2009；Chen et al.，2013)，龍門山斷裂帶總體走向N45°E，傾向NW.自北西向南東，龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶由3條西傾的主干斷裂帶組成，即龍門山后山斷裂、中央斷裂及前山斷裂.每條斷裂又分別由幾個不同的段落組成.地質(zhì)考察結(jié)果表明(石玉濤等，2009；孫長青等，2011)，這幾條主斷裂帶自晚第四紀以來均顯示由北西向南東的逆沖運動，并伴有顯著的右旋走滑分量.在蘆山地震發(fā)生的龍門山斷裂帶南段，疊瓦狀次級逆斷層發(fā)育.自西向東，排列著鹽井—五龍、雙石—大川、新開店、大邑、浦江—新津等幾條NE向的斷裂.其中，鹽井—五龍斷裂是主中央斷裂的南段，雙石—大川斷裂屬于前山斷裂的南段，為龍門山構(gòu)造帶東南側(cè)的邊界斷裂帶.大邑斷裂則是四川盆地內(nèi)部的地表傾角較陡的隱伏斷層.該區(qū)的新構(gòu)造變形過程及其動力學機制、現(xiàn)今的活動構(gòu)造變形樣式、與大震活動關(guān)系等都是國內(nèi)外地球物理學科領(lǐng)域極為關(guān)心的問題(Lei et al.，2008；Zhang et al.，2010).因此，在該區(qū)建立高精度的殼幔速度結(jié)構(gòu)模型對于理解青藏高原東南緣地區(qū)現(xiàn)今地殼變形方式及其動力學機制、地震發(fā)生的背景都具有重要的意義(Xu et al.，2010；Wang et al.，2007).前人圍繞上述問題，在該地區(qū)進行了大量的地震地質(zhì)、地球物理等方面的工作(王椿鏞等，2003a； Royden et al.，1997；Unsworth et al.，2005；Wei et al.，2001；Zheng et al.，2010；Zhang et al.，2009b；Yao et al.，2009)，這些工作對本研究提供了重要的參考.

研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，多組深大斷裂縱橫交錯.近年來，在該區(qū)域發(fā)生的多個中等強度的地震研究表明，地震的發(fā)生與該區(qū)的深大斷裂帶、復雜的殼幔過渡帶、中上地殼高低速相間介質(zhì)環(huán)境等密切相關(guān)，鑒于該區(qū)特殊的地震構(gòu)造環(huán)境，一些研究者在該地區(qū)已經(jīng)開展了大量的地球物理研究工作，為該區(qū)的深部物理場特性、地震孕育環(huán)境等提供了重要的深部資料，王椿鏞等(2010)根據(jù)龍門山及其周邊多個臺站的寬頻帶遠震記錄，使用H-k疊加方法計算了該區(qū)的地殼厚度和波速比.結(jié)果表明該區(qū)域的地殼厚度總體變化是：從東向西增加，其中橫跨龍門山斷裂帶的地殼厚度變化較大，松潘-甘孜地體北部和西秦嶺造山帶具有低泊松比，松潘—甘孜塊體南部的上地殼物質(zhì)向東運動，受剛性強度較大的揚子地臺的阻擋，導致沿龍門山斷裂帶產(chǎn)生應(yīng)變積累.當斷層被地殼流體弱化，積累的應(yīng)變能量快速釋放，產(chǎn)生汶川MS8.0地震；趙博等(2013)利用雙差定位法對蘆山地震主震及余震序列進行重新定位.結(jié)果表明，地震深度主要集中在10～20 km．余震序列沿近似NE方向分布，長約35 km.沿近NW剖面，余震大多分布在大川—雙石斷裂的SE方向．隨著流動臺站震相數(shù)據(jù)和余震數(shù)據(jù)的增加，重新定位得到的余震分布特征與斷層構(gòu)造產(chǎn)狀相似；鄭勇等(2013)借助全國地震臺網(wǎng)連續(xù)波形數(shù)據(jù),使用背景噪聲層析成像方法和遠震接收函數(shù)分析方法,獲得了震區(qū)及其周邊地區(qū)精細的S波速度結(jié)構(gòu)和地殼厚度、泊松比分布情況,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，龍門山斷裂帶兩側(cè)剪切波速度和地殼厚度有非常顯著的差異;蘆山和汶川地震均位于地殼厚度和波速結(jié)構(gòu)變化劇烈之處,斷層的破裂面和余震的分布均處于地震波橫向速度梯度和地殼厚度的橫向梯度跳變的地區(qū);地震深度處于從均勻波速結(jié)構(gòu)向非均勻波速結(jié)構(gòu)過渡區(qū)域.為了更好地理解該地區(qū)的深部地球物理場特征，2013年，我們橫跨蘆山MS7.0震源區(qū)實施了一條金川—蘆山—樂山人工源寬角反射/折射地震探測剖面，為該區(qū)域的地震精確定位、地震孕育機制等提供深部速度模型.

3 剖面位置及觀測系統(tǒng)

研究剖面東南起宜賓市王場鎮(zhèn)附近(其坐標為104°39′15″E，29°05′40″N，剖面樁號50 km)，由東南向西北依次經(jīng)自貢市的古文鎮(zhèn)、留佳鎮(zhèn)、樂山市的土主鎮(zhèn)、漢陽鎮(zhèn)、仁美鎮(zhèn)、張場鎮(zhèn)、雅安市的車嶺鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)、寶興、永富、小金、名山縣北、蘆山縣的龍門、寶興、隴東、永富、小金、金川等地，剖面的終點位于金川縣太陽河鄉(xiāng)且斯都村附近(其坐標為101°46′30″E，31°41′25″N，剖面樁號460 km)，全長410 km(圖1).物探中心于2013年9月至11月完成了該條人工地震測深剖面的野外打井、炮點激發(fā)、觀測點安置及數(shù)據(jù)采集等工作.

該地震探測剖面穿過了不同的地形條件和地理環(huán)境，跨越了多條斷裂構(gòu)造帶和不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，沿剖面地形條件和地理環(huán)境比較復雜，基本上全部為山區(qū)地形，剖面的東南端大約100 km區(qū)段位于四川盆地.在280 km樁號以北測線基本上位于川西高原，海拔較高，一般都在2500～3500 m，局部地段達到4000 m以上；在280 km樁號以南地區(qū)基本上位于揚子塊體，海拔一般在1000～2000 m，觀測點基本上都是沿山路或者鄉(xiāng)村小路布設(shè)，觀測點背景噪聲水平較低.

在長約410 km的剖面上總共布設(shè)了268臺三分向PDS-2型地震儀器，觀測點距采取了疏密相間的布設(shè)方案，觀測點距在0.8～2.0 km之間變化，在斷裂帶及特殊構(gòu)造部位附近點距適當加密為0.8 km，使得沿測線變化劇烈的地段，保證淺部結(jié)構(gòu)能夠很好地成像.在川西高原及四川盆地內(nèi)部觀測點距為2.0 km.根據(jù)地震波場信息對地殼與上地幔深、淺結(jié)構(gòu)的有效反映和主要斷裂構(gòu)造帶的控制，確定炮點位置.沿剖面共布置了8個炮點，各個炮點的具體參數(shù)見表1，單炮藥量的大小根據(jù)研究的目標、炮點所在位置周圍環(huán)境情況、激發(fā)條件的不同和觀測區(qū)間的大小而定，最大藥量為3.5 t，最小藥量為1.0 t，沿剖面8個炮點的激發(fā)和268臺PDS-2型地震儀器的共同接收構(gòu)成了較為完善的觀測系統(tǒng).

圖1 剖面位置及地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Location of the seismic sounding profile and geological structures

表1 炮點參數(shù)表Table 1 Table of shots parameters

圖2 SP1炮點折合時間剖面圖Fig.2 Converted time sections of shot (SP1)

圖3 SP7炮點折合時間剖面圖Fig.3 Converted time sections of shot (SP7)

4 震相分析

對獲得的野外探測數(shù)據(jù)用折合速度6.00 km·s-1進行了折合(圖2—3)，(圖2—3中的縱坐標為折合到時，記錄截面的橫坐標為炮檢距，右側(cè)負炮檢距對應(yīng)測線的南東方向，橫坐標正炮檢距對應(yīng)測線的北西方向)并對記錄截面進行了2～12 Hz濾波，濾波后有效信號的信噪比大大提高，各組震相清晰、連續(xù)、能夠可靠追蹤與對比.根據(jù)獲得的8炮記錄截面的各組地震波震相特征進行了綜合分析、研究，主要對比出了7組震相，它們分別為結(jié)晶基底以上強梯度帶內(nèi)回折波Pg、殼內(nèi)反射波P1、P2、P3、P4、莫霍面強反射波Pm以及上地幔頂部回折波Pn.

通過對上述7組震相的走時拾取，利用WH、PLUCH等計算方法(Michel and Hirn，1980；國家地震局科技監(jiān)測司，1988)求取了各波組的視速度、平均速度以及沿測線兩個不同構(gòu)造地質(zhì)單元的大致地殼厚度及平均深度，這些參數(shù)為二維殼幔速度結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建提供了重要的參考和依據(jù).

5 二維殼幔速度結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

在獲得一維殼幔速度結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)有限差分反演方法(段永紅等，2002；徐濤等，2014)和WH反演得出的各炮點附近地表速度值，確定剖面結(jié)晶基底以上的淺部速度分布，殼內(nèi)各層界面沿剖面起伏變化和層內(nèi)速度變化可參照一維地殼速度結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，再綜合考慮用其他方法所計算的結(jié)果以及研究區(qū)內(nèi)已有的鉆孔資料、淺部地震探測成果、地質(zhì)資料、其他地球物理探測資料(徐錫偉等，2013；李德威等，2013；謝祖軍等2013，鄭勇等，2013；房立華等，2013)和實際地震觀測資料的特征，綜合設(shè)計出剖面的初始二維地殼結(jié)構(gòu)模型(Wang et al.，2014；王帥軍等，2007).利用改進后的深地震測深資料處理Seis程序包，對該剖面獲得的8炮觀測資料進行了二維非均勻介質(zhì)中動力學射線追蹤(?erveny et al.,1997；?erveny and Hron,1980；?erveny and Pen?ík，1984；?erveny,1984)、 走時擬合的計算(徐濤等，2004；Xu et al.，2006，2010，2014；王夫運和張先康，2004)，經(jīng)過反復正演計算，最終使理論走時、各波組的振幅特征與實測資料的記錄特征達到了最佳的擬合，如圖4.與此同時，獲得了沿剖面的地殼二維P波速度結(jié)構(gòu)和構(gòu)造模型(圖5).結(jié)果表明，在松潘—甘孜塊體與四川盆地速度結(jié)構(gòu)差異特征顯著，我們把金川—蘆山—樂山地震測深剖面所揭示的地殼結(jié)構(gòu)分為上地殼、中地殼和下地殼三層.

上地殼：C2界面以上的部分為上部地殼，上地殼結(jié)構(gòu)又分為三個亞層，G界面以上為第一亞層，G界面在四川盆地沉積蓋層較厚，厚度在3.0～7.8 km之間變化.在松潘—甘孜塊體蓋層較薄，厚度在1.0～2.5 km之間變化.速度隨深度的增加迅速加大，由近地表的4.70 km·s-1變化至結(jié)晶基底底部的5.75 km·s-1，可以看出，G界面以上為一強速度梯度層.第二亞層為G界面與C1界面之間的層位，C1界面在四川盆地內(nèi)部缺失，上部地殼結(jié)構(gòu)顯示雙層結(jié)構(gòu)特征(Clark and Royden，2000).構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以北逐漸出現(xiàn)C1界面.在松潘—甘孜塊體上部地殼結(jié)構(gòu)顯示三層結(jié)構(gòu).C1界面深度大約為10 km左右，C1界面之上為一弱的梯度層， 之下為一低速層，其速度有0.10～0.20 km·s-1的負跳躍，速度在5.80～5.90 km·s-1之間變化，在兩塊體耦合位置地區(qū)下方速度等值線紊亂，反映了該區(qū)為強、弱速度梯度層的復雜結(jié)構(gòu)，橫向變化強烈.第三亞層為C1界面與C2界面之間的層位，C2界面沿剖面由南向北逐漸加深，在兩塊體交界位置附近界面不連續(xù)，兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)差異顯著，且向北有明顯的陡變加深，C2界面深度在16.0～19.8 km之間變化.

圖4 Sp1和Sp7炮的射線追蹤(b)與走時擬合(a)圖Fig.4 Synthetic seismograms, ray tracing (b) and travel time fitting curves (a) for shots SP1 and SP7

圖5 金川—蘆山—樂山地震探測剖面二維速度結(jié)構(gòu)圖Fig.5 2-D crustal section along Jinchuan-Lushan-Leshan seismic profileF1: Longquan mountain fault; F2：Jiangyou—Dujiangyan fault; F3：Maowen—Tianquan fault; F4：Xiaojin arcuate fault.

中地殼：C3界面與C2界面之間為中地殼，C3界面的形態(tài)與C2界面的起伏變化較為一致，層間速度在6.15～6.40 km·s-1之間變化，在四川盆地該層速度高于松潘—甘孜塊體0.05～0.10 km·s-1，由上至下呈現(xiàn)隨深度加深而增加的正梯度變化，速度變化相對較為緩和，只有在兩塊體交匯處顯示出速度結(jié)構(gòu)紊亂等特征，C3界面在四川盆地埋深大約在26～28 km之間變化，在松潘—甘孜塊體界面埋深大約在29～34 km之間變化，在兩塊體耦合位置附近界面顯示不連續(xù)，由南向北呈現(xiàn)急劇加深趨勢.

下地殼：C3界面之下與M界面之間的層位為下地殼，在松潘—甘孜塊體內(nèi)部C3至M界面之間有一C4界面，該界面深度大約在42～48 km之間變化，該層位之間速度變化相對較小，由C3界面下方的6.40 km·s-1變化至C4界面上方的6.50 km·s-1，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶下方速度結(jié)構(gòu)有局部低速塊體存在，低于周圍介質(zhì)速度0.05～0.10 km·s-1，該界面在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶部位同樣顯示界面不連續(xù)和陡變特征，在松潘—甘孜塊體下方下地殼顯示雙層結(jié)構(gòu)特征，C4界面進入四川盆地逐漸消失，下地殼在四川盆地下方顯示單層結(jié)構(gòu)特征.從獲得的8炮記錄截面上幾乎都能看到較強能量和大振幅的PmP反射震相.從獲得的二維剖面可以看出Moho界面變化較為劇烈，該界面埋置深度在四川盆地約為42 km，在青藏高原下方最深處達到了62 km，特別是在揚子與松潘—甘孜塊體耦合部位Moho界面顯示迅速加深8 km，陡變幅度較殼內(nèi)其他界面大，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)從上至下反射波顯示能量弱、波形紊亂、界面不連續(xù)，也暗示該區(qū)域為應(yīng)力匯集區(qū)和兩大塊體碰撞的脆弱帶，蘆山MS7.0地震震源位置剛好位于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、高、低速結(jié)構(gòu)變化劇烈區(qū)域.研究表明(王瓊和高原，2014)強震往往發(fā)生在高低速變化劇烈、結(jié)構(gòu)陡變地帶內(nèi).Moho界面之上的速度在松潘—甘孜塊體內(nèi)速度值為6.60～6.70 km·s-1，在揚子塊體內(nèi)速度為6.70～6.80 km·s-1.沿剖面Moho界面顯示出南淺北深的特征，Moho界面起伏變化特征與基底呈鏡像關(guān)系.

總體來看，在四川盆地與松潘—甘孜塊體的過渡帶附近，顯示出了速度結(jié)構(gòu)紊亂、界面起伏變化明顯的殼幔速度結(jié)構(gòu)特征，這可能與該區(qū)段特殊的接觸耦合關(guān)系及復雜的地質(zhì)運動構(gòu)造背景關(guān)系極為密切(滕吉文等，2014；高銳等，2004；吳建平等2001).

6 結(jié)論與討論

(1) 從計算獲得的二維殼幔速度結(jié)構(gòu)模型可以看出，地殼速度結(jié)構(gòu)在橫向上存在明顯的分區(qū)特征，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)速度結(jié)構(gòu)顯示低速異常，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)差異顯著，揚子塊體平均速度明顯高于松潘—甘孜塊體0.10 km·s-1左右，地殼厚度由南向北逐漸加厚，其中在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶附近為界面急劇變化帶，且界面不連續(xù).

(2) 沿剖面基底在松潘—甘孜塊體厚度較薄，在小金附近基底幾乎出露地表，永富縣附近最厚處約為2.5 km左右，四川盆地基底相對較厚，最厚約為7.8 km；上地殼速度結(jié)構(gòu)變化較明顯的區(qū)域位于松潘—甘孜塊體下方C2與C1之間.有一負梯度速度結(jié)構(gòu)體存在，速度變化在5.80～5.90 km·s-1之間，低于周圍平均速度的0.10～0.20 km·s-1；深度范圍為13～21 km，厚度大約8 km左右，趙博等(2013)利用蘆山余震雙差定位結(jié)果顯示，蘆山余震震源深度大多位于10～20 km之間，對應(yīng)本剖面震源深度剛好位于剖面的高速和低速交接處.本文利用蘆山地震122個3級以上的蘆山地震余震在本剖面上的投影結(jié)果來看，主震及余震主要集中分布在本剖面的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)(圖5).研究表明,中等強度的地震往往發(fā)生在低速與高速相間的位置(王瓊和高原，2014).從負梯度速度結(jié)構(gòu)異常厚度來看，該層在青藏高原物質(zhì)或者應(yīng)力東向運移過程中似乎充當了一個滑脫面，并導致周邊塊體邊緣及活動構(gòu)造局部應(yīng)力不斷積累.

(3) 上地幔Pn波在整條剖面上難以識別對比(Liang et al.，2004)，只在SP7炮點反映揚子塊體下方的上地幔速度結(jié)構(gòu)時顯示出來，其他炮點均無Pn波震相表現(xiàn)，上地幔速度結(jié)構(gòu)沿剖面兩個塊體下方變化較為明顯，在揚子塊體下方速度為8.00～8.05 km·s-1，而在松潘—甘孜塊體下方的速度為7.90～7.95 km·s-1.揚子塊體上地幔頂部速度高于松潘—甘孜塊體，從金川—蘆山—樂山地震探測剖面的結(jié)果顯示四川盆地的剛性特征強于松潘—甘孜塊體的尺度至少延伸到上地幔上部.暗示松潘—甘孜塊體下方上地幔物質(zhì)活動性較揚子塊體下方明顯活躍的特征.

(4) 研究區(qū)二維殼幔速度模型結(jié)果顯示，沿剖面分別在150、260、280 km及300 km樁號附近二維速度等值線較為紊亂、殼內(nèi)界面起伏變化明顯，這一現(xiàn)象剛好與地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖上的龍泉山斷裂、江油—都江堰斷裂、茂汶—天全斷裂及小金弧形斷裂位置相互吻合.斷裂的具體深度范圍、傾角及傾向等有待進一步的工作研究.該區(qū)是我國強震多發(fā)地區(qū)之一，從蘆山7.0級地震發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造背景看，該地區(qū)的現(xiàn)代地震構(gòu)造受控于近南北向的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和東西向的局部應(yīng)力場，二維模型結(jié)果顯示在蘆山地震震中位置附近大約在13.0～14.0 km左右速度結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的逆轉(zhuǎn)，具備了強烈地震發(fā)生的深部介質(zhì)條件，因此，蘆山MS7.0地震的發(fā)生可能是龍門山斷裂帶西南段上應(yīng)力的一次突然釋放.

致謝 高信噪比的地震數(shù)據(jù)是后續(xù)解釋工作的基礎(chǔ)和保證.物探中心野外工作人員在數(shù)據(jù)采集過程中克服了種種困難，三位匿名審稿專家對本文提出了具有建設(shè)性的意見和建議，在此一并表示感謝.另外，謹以此文向中國地震局地球物理勘探中心成立60周年獻禮！

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(本文編輯 胡素芳)

The deep seismogenic environment of LushanMS7.0 earthquake zone revealed by a wide-angle reflection/refraction seismic profile

WANG Shuai-Jun， WANG Fu-Yun*， ZHANG Jian-Shi， LIU Bao-Feng， ZHANG Cheng-Ke, ZHAO Jin-Ren, DUAN Yu-Ling, SONG Xiang-Hui， DENG Xiao-Guo，MA Ce-Jun， SUN Yi-Nan， ZANG Yi-Ran， LI Yi-Qing

GeophysicalExplorationCenterofChinaEarthquakeAdministration,Zhengzhou450002,China

To study the deep tectonic environment and the seismogenic background of the Lushan earthquake in November, 2013, we completed an about 410 km-long high resolution wide angle reflection / refraction profile, which went across the Yangtze block and the Songpan-Garzê block and stretched over a number of major faults. By the well-desighed and thorough spread geometry, we obtained the artificial seismic recording data with higher SNR along the profile. Through 7 groups of clear crustal P wave phase from 8 blasting sections in this paper, we applied the seismic ray travel time forward fitting to construct 2D P wave velocity model of the crust and the upper mantle. Combined with the reliable tracking interval and amplitude variations in different interface phases of the upper crust, we analyzed and discussed the characteristics of crust-mantle velocity distribution, crustal interface distribution and the deep structure of fractures along the profile.

王帥軍，王夫運，張建獅等. 2015. 利用寬角反射/折射地震剖面揭示蘆山MS7.0地震震區(qū)深部孕震環(huán)境.地球物理學報，58(9):3193-3204,

10.6038/cjg20150915.

Wang S J, Wang F Y, Zhang J S, et al. 2015. The deep seismogenic environment of LushanMS7.0 earthquake zone revealed by a wide-angle reflection/refraction seismic profile.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(9):3193-3204,doi:10.6038/cjg20150915.

10.6038/cjg20150915

P315

2015-05-20，2015-07-08收修定稿

中國地震局四川省蘆山“4.20”7.0級強烈地震科學考察項目和國家自然科學基金項目(41474076)共同資助.

王帥軍,男,1978年生,副研究員,主要從事地震測深資料處理與解釋等方面的研究. E-mail：wsjdzj@126.com

*通訊作者 王夫運，男，1962年生，研究員，主要從事地震波走時和波形反演理論研究. E-mail：fuyunwang@x263.net