海南島及鄰區(qū)地殼S波Q值成像特征研究

王惠琳　徐曉楓　周龍泉　張曉東沈繁鑾　李志雄　占　偉

1)海南省地震局，?？凇?70203 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京　100045 3)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京　100036 4)中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津　300180

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海南島及鄰區(qū)地殼S波Q值成像特征研究

王惠琳1)徐曉楓1)周龍泉2)張曉東3)沈繁鑾1)李志雄1)占偉4)

1)海南省地震局，?？?70203 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京100045 3)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京100036 4)中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津300180

利用海南島及鄰區(qū)2000—2012年精定位后的地震S波資料進(jìn)行Qs值成像，得到區(qū)域Qs值分布和滑動(dòng)平均Qs值變化，結(jié)合地震活動(dòng)、火山、熱流點(diǎn)和GPS基線變化分析區(qū)域淺層地殼(深5～15km)S波衰減的時(shí)空變化特征，并討論了區(qū)域地殼介質(zhì)應(yīng)力條件狀態(tài)變化的特點(diǎn)。結(jié)果表明： 1)衰減成像結(jié)果顯示研究區(qū)Qs值空間上橫向不均勻變化顯著，總體呈現(xiàn)海南島中部高、周邊低的特征，低Qs值(高衰減)主要分布在王五-文教斷裂以北、尖峰-吊羅斷裂以南及鋪前-清瀾斷裂以東區(qū)域。地震活動(dòng)多叢集分布在高、低Qs值過(guò)渡區(qū)域，火山主要分布在王五-文教斷裂以北的雷瓊坳陷低Qs值區(qū)域及其附近，大地?zé)崃鼽c(diǎn)分布于低Qs值及其邊緣區(qū)域。2)滑動(dòng)平均Qs值的時(shí)間變化特征與地震活動(dòng)性、瀘州—瓊中GPS基線變化存在較強(qiáng)的相關(guān)性。2000—2008年，研究區(qū)地震活動(dòng)性較強(qiáng)，瀘州—瓊中GPS基線呈縮短趨勢(shì)，滑動(dòng)平均Qs值相對(duì)較高，區(qū)域可能處于 “高”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)；2008—2012年，研究區(qū)地震活動(dòng)性較弱，瀘州—瓊中GPS基線顯示伸長(zhǎng)趨勢(shì)，滑動(dòng)平均Qs值相對(duì)較低，區(qū)域可能處于應(yīng)力調(diào)整、松弛的 “低”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)。

Qs成像地震活動(dòng)性火山熱流GPS基線海南島及鄰區(qū)

0　引言

地震波在地球介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的能量衰減反映了傳播介質(zhì)的非彈性、非均勻性質(zhì)(Winkleretal.，1982；陳颙等，2009)。Q值是用來(lái)描述地球介質(zhì)衰減特性的重要參數(shù)，其與地殼的結(jié)構(gòu)特征，如構(gòu)造活動(dòng)區(qū)的斷層分布、殼內(nèi)低速層、火山區(qū)的巖漿分布、熱流分布等密切相關(guān)(蘇有錦等，2006；賴曉玲等，2006；馬宏生等，2007；周龍泉等，2009)。因地殼應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變使得巖石性質(zhì)產(chǎn)生變化，例如裂隙狀態(tài)、流體運(yùn)移、熱活動(dòng)狀態(tài)等，均可能會(huì)導(dǎo)致Q值發(fā)生變化(周連慶等，2009；王惠琳，2011)。近年來(lái)，地震波衰減層析成像技術(shù)被有效用于獲取地震波衰減的精細(xì)分布特征，如對(duì)構(gòu)造區(qū)、地震帶、火山裂谷帶、隕石坑及水庫(kù)等地區(qū)的衰減結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不同程度的研究，取得了很好的成果(Haydaretal.，1990；洪學(xué)海等，2003；Hansenetal.，2004；汪素云等，2007；Zhao，2010；樊計(jì)昌等，2010；王惠琳等，2012a，b)。

本文基于2000—2012年海南島及鄰區(qū)雙差精定位后(徐曉楓等，2014)的ML≥1.0地震S波形資料，利用衰減層析成像方法反演區(qū)域地殼Qs值分布和滑動(dòng)平均Qs值，結(jié)合地震活動(dòng)、火山、熱流分布和GPS基線等進(jìn)行分析，探討區(qū)域地殼S波衰減時(shí)空變化特征及大震前后的地殼介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)變化特征。

1　區(qū)域斷裂構(gòu)造

海南島屬于新華夏系第2隆起帶的南延部分，由于受到南?；『笈璧氐亩嗥跀U(kuò)張活動(dòng)影響，使得雷瓊地區(qū)分布著多組EW—NEE走向的隆起、坳陷區(qū)和右旋扭動(dòng)斷裂(陳運(yùn)平等，2002)。目前，海南島及鄰區(qū)活動(dòng)斷裂大致分布有以島陸區(qū)域?yàn)橹鞯慕麰W向深大斷裂、NW向斷裂和以海域、近海區(qū)域?yàn)橹鞯腘E向斷裂(圖1)。

圖1　海南島與鄰區(qū)臺(tái)網(wǎng)及斷裂分布Fig. 1　Distribution of faults and seismic stations in Hainan Island and adjacent regions.F1 王五-文教斷裂；F2 尖峰-吊羅斷裂；F3 九所-陵水?dāng)嗔?；F4 鋪前-清瀾斷裂；F5 ?？?云龍斷裂；F6 長(zhǎng)流-仙溝斷裂；F7 馬裊-鋪前斷裂

近EW向斷裂為貫穿全島的張性深大斷裂，從北向南依次為王五-文教斷裂(F1)、尖峰-吊羅斷裂(F2)和九所-陵水?dāng)嗔?F3)。王五-文教斷裂(F1)橫貫海南島北部，斷裂切割深度達(dá)地幔頂部，斷裂兩端延入海域，是雷瓊坳陷和五指山隆起的構(gòu)造分界，也是新、老地層的分界線(謝振福等，2010)。斷裂北部及雷州地區(qū)，第四紀(jì)火山發(fā)育、地震活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂南至尖峰-吊羅斷裂(F2)，地震相對(duì)平靜，晚更新世晚期以來(lái)活動(dòng)不明顯(張軍龍等，2008)。尖峰-吊羅斷裂(F2)新生代以來(lái)活動(dòng)不明顯，沿?cái)嗔褱厝扇撼雎?。九?陵水?dāng)嗔?F3)為早-中更新世斷裂，在斷裂展布區(qū)，熱泉遍布，海蝕地貌發(fā)育(張業(yè)明等，2005)。

NW向斷裂分布于瓊北地區(qū)，具有新生性和強(qiáng)烈的活動(dòng)性，從東向西依次為鋪前-清瀾斷裂(F4)、?？?云龍斷裂(F5)、長(zhǎng)流-仙溝斷裂(F6)(李志雄等，2008)。鋪前-清瀾斷裂(F4)為晚更新世斷裂，是瓊東北隆起區(qū)的主要斷裂，控制著東寨港凹陷的生成和發(fā)展，構(gòu)成瓊北地區(qū)第四紀(jì)玄武巖東側(cè)邊界。?？?云龍斷裂(F5)呈NNW向展布在瓊北地區(qū)，斷裂西側(cè)為起伏丘陵區(qū)，東側(cè)為南渡江下游水網(wǎng)沼澤地及濱海平原。長(zhǎng)流-仙溝斷裂(F6)為北部灣盆地福山凹陷東部邊界斷裂，控制了西側(cè)福山凹陷厚達(dá)數(shù)千米的古近系、新近系沉積。

2　方法原理

地震波傳播路徑造成的衰減中，由于地殼介質(zhì)的非彈性性質(zhì)而引起的衰減可用Q值來(lái)表示。臺(tái)站觀測(cè)到的數(shù)字地震波形振幅譜用方程式表示為(Sherbaum，1990)

(1)

式(1)為第j個(gè)臺(tái)站記錄到的第i個(gè)地震事件的振幅譜，包括地震波傳播時(shí)所攜帶的震源譜(Si(f))、儀器響應(yīng)(Ij(f))、場(chǎng)地響應(yīng)(Rj(f))、幾何擴(kuò)散(Gij(r))、衰減譜(Bij(f))等綜合信息，f為頻率。

將震源譜、幾何擴(kuò)散分別采用Brune類型的ω2震源模式(Brune，1970)和地震波在全空間傳播時(shí)的理論幾何衰減函數(shù)(Atkinsonetal.，1992)表示，并代入沿整個(gè)射線路徑的衰減譜。 由于臺(tái)站建在基巖上，故假定臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)是接近1的常數(shù)(周龍泉等，2009)，扣除儀器響應(yīng)后，式(1)寫(xiě)為

(2)

(3)

2.1二維Q值成像

本文采用二維Q值成像反演，假定地殼介質(zhì)為S波速度均勻的2維介質(zhì)，射線路徑為直線，則式(3)中的t*擾動(dòng)主要由沿射線路徑的品質(zhì)因子Q值的擾動(dòng)而引起，可寫(xiě)為式(4)：

(4)

根據(jù)式(4)，假定Q值不變，則t*與震源至臺(tái)站的走時(shí)成正比，因此震源深度對(duì)t*數(shù)據(jù)具有較大的影響。利用t*反演Q值的過(guò)程中，必須消除震源深度的影響。在計(jì)算理論走時(shí)時(shí)，震中距用震源至臺(tái)站的距離來(lái)代替。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文收集到海南島及鄰區(qū)2000—2012年共36個(gè)數(shù)字地震臺(tái)記錄到的地震波形資料，其中包括海南地震臺(tái)網(wǎng)22個(gè)臺(tái)站、廣東地震臺(tái)網(wǎng)8個(gè)臺(tái)站、廣西地震臺(tái)網(wǎng)6個(gè)臺(tái)站(圖1)。臺(tái)站覆蓋了雷瓊地區(qū)，陸地臺(tái)站間距平均50km左右。地震總數(shù)為1,035個(gè)，震級(jí)范圍為ML1.0～4.5，震源深度0.5～29km，其中分布在5～15km深度的地震占83%，故成像結(jié)果主要反映了研究區(qū)域淺層地殼(深5～15km)的S波衰減特征。

對(duì)于每一條地震波形記錄，為得到剪切波頻譜的較少畸變的總體形狀，采用包含所有可識(shí)別S震相的 “S窗”內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行分析，“S窗”是指從S波震相開(kāi)始到包含其總能量90%的時(shí)間段(圖2a)。由于地震震中距范圍為1～500km，其中96%的地震震中距<300km，故 “S窗”主要包括直達(dá)S波及地殼內(nèi)部間斷面、莫霍面的反射波(陳繼鋒等，2010)。截取后的 “S窗”，為了獲得穩(wěn)定的觀測(cè)信號(hào)傅立葉譜，采用平移窗譜方法(劉杰等，2003；黃玉龍等，2003)。將 “S窗”波形信號(hào)分成多個(gè)小段，每個(gè)小段分別為256個(gè)采樣點(diǎn)，相鄰段間均重疊50%(圖3)。挑選至少有3個(gè)臺(tái)觀測(cè)到且每個(gè)臺(tái)須記錄到至少3個(gè)地震事件(郭曉等，2010)、信噪比SNR≥2的地震波形用于反演。

圖2　噪聲窗和 “S窗”(a)與地震在不同臺(tái)站的觀測(cè)位移譜和擬合譜(b)Fig. 2　Windows of noise and “S” wave(a) and Observation and fitness spectra of earthquake at different station(b).WET 翁田臺(tái)；SHP 沙坡臺(tái)；SAJ 三江臺(tái)；HSK 火山口臺(tái)；QXL 七星嶺臺(tái)

圖3　平移窗譜技術(shù)圖(王惠琳，2011)Fig. 3　Translation of window spectrum chart(after Wang hui-lin，2011).

本文對(duì)海南島及鄰區(qū)地震記錄1～15Hz的S波譜，將時(shí)間域的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率域，并將速度振幅譜轉(zhuǎn)換為位移振幅譜。為了降低解的非唯一性和得到全局最優(yōu)解，采用多臺(tái)記錄譜聯(lián)合反演方法和遺傳算法反演地震在不同臺(tái)站的位移譜和擬合譜，不同臺(tái)站位移譜衰減通過(guò)消除噪聲、幾何擴(kuò)散的影響后，得到不同路徑上Qs值的影響。圖2a給出了2012年12月28日文昌3.0級(jí)地震在翁田臺(tái)記錄到的S波水平分量波形及選取的噪聲窗和 “S窗”，圖2b為該地震在不同臺(tái)站的觀測(cè)位移譜和擬合譜。

3　海南島及鄰區(qū)S波Q值成像

3.1檢測(cè)板分辨率測(cè)試

圖4　海南島及鄰區(qū)臺(tái)站、事件及射線分布Fig. 4　Distribution of stations，earthquakes and raypaths in Hainan Island and adjacent regions.▲臺(tái)站；+事件；/射線

圖5　檢測(cè)板分辨率試驗(yàn)結(jié)果Fig. 5　Checkerboard resolution tests.矩形為研究區(qū)

圖6　研究區(qū)Qs成像結(jié)果Fig. 6　Distribution of Qs in the study area.黑色空心圓： 地震；白色虛線橢圓： 地震叢；黃色實(shí)心圓： 熱流；紅三角： 火山；紅五角： 1605年瓊山 級(jí)地震；F1 王五-文教斷裂；F2 尖峰-吊羅斷裂；F3 九所-陵水?dāng)嗔?；F4 鋪前-清瀾斷裂；F5 ?？?云龍斷裂；F6 長(zhǎng)流-仙溝斷裂；F7馬裊-鋪前斷裂

3.2研究區(qū)地殼S波Q值成像結(jié)果

圖6 為海南島及鄰區(qū)地殼S波Q值成像結(jié)果，反映了研究區(qū)區(qū)域地殼空間上的地震波衰減分布特征。

從Qs值分布看，研究區(qū)地殼Qs值橫向不均勻變化顯著，總體呈現(xiàn)海南島中部高、周邊低的特征(圖6)。海南島中部隆起、北部灣盆地中部區(qū)域顯示為高Qs值(低衰減)特征，而低Qs值(高衰減)區(qū)域則主要分布在王五-文教斷裂(F1)以北(雷瓊斷陷區(qū))、尖峰-吊羅斷裂(F2)以南和鋪前-清瀾斷裂(F4)以東區(qū)域。王五-文教斷裂(F1)以北、尖峰-吊羅斷裂(F2)以南區(qū)域斷層匯聚、交錯(cuò)、相互切割，斷裂區(qū)域巖石破碎程度高，節(jié)理、裂隙發(fā)育，能量容易被吸收，地震波衰減大，顯示為低Qs值異常(樊計(jì)昌等，2001)。此外，海南島速度成像結(jié)果顯示，在淺部，王五-文教斷裂(F1)以北延伸至雷州半島地區(qū)為低波速異常，斷裂以南地區(qū)為明顯的高波速異常(雷建設(shè)等，2008；李志雄等，2008；Leietal.，2009)。這與本文中王五-文教斷裂以北的雷瓊斷陷顯示低Qs值、斷裂以南的海南島中部隆起顯示高Qs值結(jié)果相對(duì)應(yīng)，速度和衰減成像結(jié)果均一致反映了相同的地殼介質(zhì)特性。

從雷瓊地區(qū)火山和大地?zé)崃鞣植伎?汪集旸等，1990；胡圣標(biāo)等，2001；HUetal.，2007；李志雄等，2008)(圖6)，雷瓊坳陷區(qū)內(nèi)的雷州、瓊北2大火山群(40余座火山)和大地?zé)崃鼽c(diǎn)(實(shí)測(cè)熱流值范圍為61.5～82.0mW/m2，平均熱流值為70.0mW/m2，而Davies(2013)計(jì)算的全球大陸平均熱流值為65mW/m2)基本分布在低Qs值區(qū)域或其邊緣地帶，主要分布在廣東湛江、雷州地區(qū)和海南?？?、臨高、萬(wàn)寧地區(qū)。劉建華等(2004)、周龍泉等(2009)研究發(fā)現(xiàn)華北、云南地區(qū)熱流點(diǎn)基本與低Q值區(qū)域相對(duì)應(yīng)，即熱流值與Qs值呈負(fù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。大地?zé)崃魇堑厍騼?nèi)部熱作用過(guò)程在地表最為直接的顯示，反映了區(qū)域地?zé)釥顟B(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、深部地殼結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。研究區(qū)低Qs值可能與地殼內(nèi)部熱作用過(guò)程相關(guān)，且可能與新生代以來(lái)一直延續(xù)至第四紀(jì)晚期的多期火山巖漿噴發(fā)、地幔對(duì)地殼底部的底侵、拆沉和地殼仍處于相對(duì)溫?zé)釥顟B(tài)密切相關(guān)(陳墨香等，1991；嘉世旭等，2006)。

3.3研究區(qū)滑動(dòng)平均Qs值變化特征

如圖7 所示，2000—2008年，研究區(qū)各時(shí)段平均Qs值逐步升高，在2005—2008時(shí)段Qs值達(dá)到高值，相應(yīng)地，地震個(gè)數(shù)2000—2008年期間處在相對(duì)高值階段。2005—2008年時(shí)段后，Qs值開(kāi)始轉(zhuǎn)折下降，相應(yīng)地，地震個(gè)數(shù)也處于下降的低值階段。裴順平等(2010)以1a為步長(zhǎng)、2a為窗長(zhǎng)得到的川滇地區(qū)橫波平均Q值動(dòng)態(tài)變化與M≥4.5地震個(gè)數(shù)的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)平均Q值與地震活動(dòng)性存在非常強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，即地震個(gè)數(shù)越多，區(qū)域平均Q值越大。本研究結(jié)果同樣顯示了平均Qs值與區(qū)域地震個(gè)數(shù)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，但本文研究區(qū)平均Qs值較地震個(gè)數(shù)在時(shí)間上存在一定的滯后性。川滇地區(qū)是中國(guó)地震活動(dòng)較強(qiáng)的地區(qū)，地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)劇烈，其地震頻次較高、強(qiáng)度較大；而本文研究區(qū)地震頻次較低、強(qiáng)度較弱。雖然不同研究區(qū)域存在不同的地震活動(dòng)特點(diǎn)，采用不同的時(shí)間窗長(zhǎng)和地震震級(jí)，但研究結(jié)果均表現(xiàn)為平均Qs值與地震個(gè)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。

圖7　滑動(dòng)平均Qs值與ML≥3.0地震的個(gè)數(shù)對(duì)比圖Fig. 7　Contrast figure of moving average Qs values with ML≥3.0 earthquake number.

由于每個(gè)時(shí)段窗長(zhǎng)為4a，獲得的地震個(gè)數(shù)為4a的平均結(jié)果，難以直觀顯示地震發(fā)生的時(shí)間進(jìn)程與地下介質(zhì)變化特征的對(duì)應(yīng)情況，故以地震時(shí)間序列與Qs值進(jìn)行對(duì)比。如圖8 所示，2000—2008年，各時(shí)段平均Qs值逐步升高，相應(yīng)地，ML≥3.0以上地震頻發(fā)，每年平均發(fā)生ML≥3.0地震6次，地震強(qiáng)度逐年升高；2005—2008時(shí)段后，平均Qs值達(dá)到高值后轉(zhuǎn)折下降，同時(shí)，自2008年7月10日北部灣ML3.2地震后，地震數(shù)量急劇減少，每年平均僅發(fā)生ML≥3.0地震1次，且出現(xiàn)2008年8月—2012年4月共3年8個(gè)月的時(shí)間里僅發(fā)生1次ML3.5地震的異常平靜狀態(tài)。由此可見(jiàn)，平均Qs值升高的時(shí)段，地震頻率高，震級(jí)逐步升高；平均Qs值下降的時(shí)段，地震頻率低，震級(jí)逐步下降。表明研究區(qū)滑動(dòng)平均Qs值的升高—下降趨勢(shì)恰與地震活動(dòng)性的增強(qiáng)—減弱趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。

圖8　滑動(dòng)平均Qs值與ML≥3.0地震時(shí)間序列對(duì)比圖Fig. 8　Contrast figure of moving average Qs values with ML≥3.0 earthquake time series.

對(duì)于平均Qs值與地震活動(dòng)性的正相關(guān)關(guān)系，裴順平等(2010)給出了解釋，認(rèn)為由于應(yīng)力水平的增加，導(dǎo)致巖石中裂隙閉合、裂紋密度減小、流體含量減少，地震波衰減隨之減小，表現(xiàn)為Q值較高，而應(yīng)力積累的外部表現(xiàn)就是地震活動(dòng)性的增強(qiáng)。因此可認(rèn)為，2000—2008年研究區(qū)平均Qs值相對(duì)處于高值，地震活動(dòng)性較強(qiáng)，表明研究區(qū)區(qū)域整體應(yīng)力水平較高；2008—2012年研究區(qū)平均Qs值處于持續(xù)下降趨勢(shì)，地震活動(dòng)性較弱，表明研究區(qū)區(qū)域整體應(yīng)力水平較低。

4　滑動(dòng)平均Qs值與GPS基線關(guān)系的討論

圖7、8 所示的研究區(qū)平均Qs值升高—下降與地震活動(dòng)性的增強(qiáng)—減弱的時(shí)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)大致在2008年前后。眾所周知，2008年5月12日，華南地塊和青藏高原的接合部——龍門山逆沖推覆斷裂上發(fā)生了汶川8.0級(jí)特大地震，造成的地表破裂長(zhǎng)度達(dá)(240±5)km，最大垂直位移為(6.5±0.5)m，最大右旋走滑位移4.9m，且在龍門山推覆構(gòu)造帶中段產(chǎn)生了最大約7m的地殼縮短量(徐錫偉等，2010)。研究區(qū)2000—2008年的相對(duì)高Qs值、強(qiáng)地震活動(dòng)性和2008—2012年的相對(duì)低Qs值、弱地震活動(dòng)性是否可能受大地震前、后區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)改變的影響？

由于大地震的發(fā)生是應(yīng)力不斷積累到釋放的過(guò)程，空間技術(shù)能夠觀測(cè)到地球內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)變化在地面的形變響應(yīng)分布及構(gòu)造應(yīng)力緩慢作用過(guò)程中地殼中的某些形變和運(yùn)動(dòng)特征(張永志等，2000)。程萬(wàn)正等(2012)研究發(fā)現(xiàn)大地震造成的地殼大尺度變形呈現(xiàn)為塊體間的匯聚擠壓，地殼形變呈現(xiàn)為縮短；大地震后則呈現(xiàn)為調(diào)整、松弛或拉張狀態(tài)，地殼形變呈現(xiàn)為伸長(zhǎng)。GPS基準(zhǔn)站間的基線變化能很好地反映區(qū)域地殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化，特別是地塊的剛性運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)的擠壓—拉張狀態(tài)。同一地塊內(nèi)2個(gè)GPS站間的基線變化可反映地塊內(nèi)部沿基線方向的變形(壓縮或伸張)動(dòng)態(tài)。為此，本文選取中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站中位于華南地塊西部的四川瀘州(LUZH)站和研究區(qū)中部的瓊中(QION)站，計(jì)算站間的GPS基線變化，并與研究區(qū)的滑動(dòng)平均Qs值進(jìn)行對(duì)比分析。

圖9　滑動(dòng)平均Qs值、瀘州—瓊中GPS基線對(duì)比圖(a)與瀘州、瓊中GPS站位置示意圖(b)Fig. 9　Contrast figure of moving average Qs values with Luzhou-Qiongzhong GPS baseline(a)and Luzhou and Qiongzhong GPS stations location map(b).黑點(diǎn)線：平均 Qs值；紅五角： 汶川8.0級(jí)地震；紅三角： GPS站；黃色線與紅色線分別為GPS基線的月均值與年均值

如圖9 所示，2000年1月—2007年9月瓊中—瀘州基線年動(dòng)態(tài)特征呈長(zhǎng)期線性縮短趨勢(shì)，沿基線方向地殼運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為擠壓、應(yīng)力增強(qiáng)，相應(yīng)地2000—2008年各時(shí)段平均Qs值逐步升高，表明區(qū)域處于 “高”應(yīng)力的介質(zhì)條件狀態(tài)；2007年10月后瓊中—瀘州基線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折、反向伸長(zhǎng)，沿基線方向地殼運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為拉張、應(yīng)力松弛狀態(tài)，相應(yīng)地2008—2012年各時(shí)段平均Qs值呈下降趨勢(shì)，表明區(qū)域處于應(yīng)力調(diào)整、松弛的 “低”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)。汶川地震的孕震空間和時(shí)間尺度相對(duì)較大，且其震源破裂模型為逆沖兼右旋走滑型(王凱英等，2011)，在其能量積累、釋放過(guò)程中，由于應(yīng)力在地殼內(nèi)部的傳遞作用，對(duì)華南地塊的地殼變形可能存在加載、卸載作用。而研究區(qū)位于華南地塊西南端，滇、黔、桂構(gòu)造帶的東南延伸位置，區(qū)域整體應(yīng)力可能隨之發(fā)生相應(yīng)變化，從而表現(xiàn)出2000—2008年地震活動(dòng)性較強(qiáng)、Qs值較高的 “高”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)和2008—2012年地震活動(dòng)性減弱、Qs值下降的 “低”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)。這可能為進(jìn)一步理解大地震的孕育發(fā)生及其主要控制因素——應(yīng)力環(huán)境的不斷變化提供了證據(jù)。

5　結(jié)論與討論

通過(guò)衰減層析成像方法反演研究區(qū)地殼Qs值分布和滑動(dòng)平均Qs值，結(jié)合地震活動(dòng)、火山、熱流分布和瀘州—瓊中GPS基線變化，分析、討論區(qū)域地殼S波衰減時(shí)空變化及區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)特征。

(1)Qs成像結(jié)果顯示，研究區(qū)地殼Qs值橫向不均勻變化顯著，總體呈現(xiàn)海南島中部高、周邊低的特征，反映了空間上地殼衰減結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)烈的橫向不均勻特性。高Qs值(低衰減)分布在海南島中部隆起至北部灣盆地中部區(qū)域，低Qs值(高衰減)主要分布在王五-文教斷裂(F1)以北(雷瓊斷陷區(qū))、尖峰-吊羅斷裂(F2)以南及鋪前-清瀾斷裂(F4)以東區(qū)域。地震多叢集分布在高、低Qs值(低、高衰減)交界或過(guò)渡區(qū)域，從北向南地震叢集分布在瓊西北的北部灣盆地NE向斷裂密集區(qū)，瓊北的NW、EW向斷裂交會(huì)區(qū)，瓊南的尖峰-吊羅斷裂(F2)和九所-陵水?dāng)嗔?F3)兩端，而中部五指山隆起至北部灣盆地的高Qs值區(qū)域地震活動(dòng)相對(duì)較弱。

本文的衰減成像結(jié)果與速度成像結(jié)果(雷建設(shè)等，2008；李志雄等，2008)具有較好的一致性，共同反映了相同的地殼介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性；即在淺部，王五-文教斷裂(F1)以北延伸至雷州半島地區(qū)為低波速、低Qs值異常區(qū)域，斷裂以南地區(qū)為明顯的高波速、高Qs值異常區(qū)域，這可能暗示了深部地殼和上地幔熱物質(zhì)上涌的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，且可能與“海南地幔柱”(Leietal.，2009，2013)有著密切的相關(guān)性。同時(shí)，雷瓊坳陷區(qū)內(nèi)的雷州、瓊北2大火山群(40余座火山)和大地?zé)崃鼽c(diǎn)基本分布在低Qs值區(qū)域或其邊緣地帶，同樣表明研究區(qū)內(nèi)的低Qs值與地殼內(nèi)部熱作用過(guò)程關(guān)系密切，可能與新生代以來(lái)一直延續(xù)至第四紀(jì)晚期的多期火山巖漿噴發(fā)、地幔對(duì)地殼底部的底侵、拆沉和地殼仍處于相對(duì)溫?zé)釥顟B(tài)密切相關(guān)(陳墨香等，1991；嘉世旭等，2006)。

(2)滑動(dòng)平均Qs值與地震活動(dòng)性、瀘州—瓊中GPS基線變化存在較強(qiáng)的相關(guān)性。2000—2008年，研究區(qū)地震活動(dòng)性較強(qiáng)，平均Qs值相對(duì)較高，瀘州—瓊中GPS基線呈縮短趨勢(shì)，區(qū)域處于 “高”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)；2008—2012年，地震活動(dòng)性較弱，平均Qs值呈下降趨勢(shì)，瀘州—瓊中GPS基線呈伸長(zhǎng)趨勢(shì)，區(qū)域處于應(yīng)力調(diào)整、松弛的 “低”應(yīng)力介質(zhì)條件狀態(tài)。可能與大地震的孕育、發(fā)生所導(dǎo)致的區(qū)域整體應(yīng)力環(huán)境隨之改變存在一定的關(guān)系，為大地震的主要控制因素——應(yīng)力環(huán)境的不斷變化提供了可能的證據(jù)。

瀘州—瓊中GPS基線由縮短到反向伸長(zhǎng)的轉(zhuǎn)折變化并未與汶川地震同步發(fā)生，而是超前約8個(gè)月，可能與巖石圈板塊并不是純剛性的運(yùn)動(dòng)，而是接近于彈性體或黏彈性體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)(McCluskyetal.，2000；占偉等，2013)。

(3)本文反演的Qs與頻率無(wú)關(guān)，其初始平均Qs值數(shù)值上比與頻率相關(guān)的反演結(jié)果偏高(馬宏生，2007；周龍泉，2009；王惠琳，2012)。雖然與頻率無(wú)關(guān)的Q值數(shù)值上有所增大，但并不影響Q值的分布，因此依然能夠采用其來(lái)分析地殼介質(zhì)的物性分布特征(Eberhart-Phillipsetal.，2002)。

致謝感謝中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所江在森研究員、武艷強(qiáng)研究員，福建省地震局王紫燕工程師的指導(dǎo)與交流；感謝評(píng)審專家為本文提出的寶貴意見(jiàn)。

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CRUSTALQsTOMOGRAPHY IN HAINAN ISLAND AND ADJACENT REGIONS

WANG Hui-lin1)XU Xiao-feng1)ZHOU Long-quan2)ZHANG Xiao-dong3)SHEN Fan-luan1)LI Zhi-xiong1)ZHAN Wei4)

1)EarthquakeAdministrationofHainanProvince，Haikou570203，China2)ChinaEarthquakeNetworksCenter，Beijing100045，China3)InstituteofEarthquakeScience，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100036，China4)FirstCrustMonitoringandApplicationCenter，ChinaEarthquakeAdministration，Tianjin300180，China

Using double-difference precise location results of seismic S wave data from 2000 to 2012，distribution and variation of dynamic moving averageQsvalue are imaged in Hainan Island and adjacent regions through seismic attenuation tomography. We explore regional crustal S-wave attenuation characteristics of temporal and spatial variation combined with seismic activity，volcanoes and heat distribution，and GPS baseline changes. The results show that: (1)Attenuation imaging shows that there is a significant lateral heterogeneity inQsdistribution in the study area and theQsvalues are high in the central region and low in the north and south regions of Hainan Island. Low-Qsareas are baseically converged to the north of Wangwu-Wenjiao Fault，to the south of Jianfeng-Diaoluo Fault，and to the east of Puqian-Qinglan Fault. Earthquakes are basically converged to the edge of the transitional regions of high and lowQsvalues. Heat flow sites and volcanoes zones are located in low-Qsarea in the region. (2)There is a strong correlation between dynamic moving averageQsvalue，seismic activity and Luzhou-Qiongzhong GPS baseline. From 2000 to 2008，the averageQsvalue of the study area is relatively high，the seismic activity is strong，and Luzhou-Qiongzhong GPS baseline is decreasing. From 2008 to 2012，the averageQsvalue of the study area shows a downward trend，the seismic activity is weak，and the Luzhou-Qiongzhong GPS baseline displays an elongation trend.

Qstomography，seismic activity，volcanoes，heat flow，GPS baseline，Hainan Island and adjacent regions

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.010

2015-08-06收稿，2015-11-21改回。

地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH12037Y)資助。

P315.3

A

0253-4967(2016)03-0631-15

王惠琳，女，1982年生，2011年畢業(yè)于中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所固體地球物理專業(yè)，獲碩士學(xué)位，助理研究員，主要從事地震層析成像研究、地震活動(dòng)性工作，電話： 18889827682，E-mail: huilin95@163.com。