騰沖及其鄰區(qū)地殼S波速度結(jié)構(gòu)

陳佳 金明培 葉泵 鄧嘉美 高瓊 王軍

摘要：利用騰沖及其鄰區(qū)架設(shè)的23個臺站的遠震波形資料，應(yīng)用接收函數(shù)及時間域的線性反演方法反演了各臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)，分析該區(qū)域的地殼速度結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明：騰沖及其鄰區(qū)莫霍面深度為39km左右，整個研究區(qū)域地殼厚度從南（32km）到北（42km）逐漸增加。不同深度的S波速度結(jié)構(gòu)顯示，騰沖附近的中下地殼（30km附近）呈現(xiàn)為明顯低速區(qū)，該低速區(qū)以騰沖為中心展布，范圍約為30km。低速異常區(qū)域與地殼內(nèi)的巖漿活動和部分熔融物質(zhì)有關(guān)，探茍砂容融物質(zhì)為騰沖地區(qū)帶來了豐富的地?zé)豳Y源。

關(guān)鍵詞：騰沖；接收函數(shù)；S波速度結(jié)構(gòu)；地殼厚度

中圖分類號：P315.21 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0.125-07

0 引言

騰沖及其鄰區(qū)（24°～25.6°N，97.5°～99.3°E）位于印度板塊與歐亞板塊碰撞帶的東北側(cè)，其西部是緬甸中深源地震帶，東鄰我國南北地震帶的南延部分。自1929年有儀器記錄以來，該區(qū)域共發(fā)生5級以上地震72次，其中7級以上地震2次（1976年龍陵7.3、7.4級地震），M6.0～6.9地震10次，M5.0～5.9地震60次，這些強地震絕大多數(shù)屬淺源地震，在世界其他地區(qū)并不多見。同時該區(qū)內(nèi)火山、地?zé)豳Y源豐富，深大斷裂縱橫交錯，主要有怒江斷裂、大盈江斷裂、龍陵斷裂、騰沖斷裂等。騰沖及其鄰區(qū)具有如此特殊的構(gòu)造環(huán)境和頻繁的地震災(zāi)害，歷來是地震學(xué)家研究的熱點。

中外科學(xué)家在騰沖及其鄰區(qū)開展了豐富的地質(zhì)、地球物理等研究。如1982年、1987年和1999年開展的人工地震測深工程（胡鴻翔等，1986；林中洋等，1993；皇甫崗，姜朝松，2000；王椿鏞等，2000；樓海等，2002）；利用地震層析成像方法重建騰沖地區(qū)地殼、上地幔分層結(jié)構(gòu)（秦嘉政等，2000；楊曉濤等，2011）；利用接收函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)方法得到騰沖地區(qū)地殼厚度及S波速度特征（高星等，2008；馮靜等，2012；張龍等，2015）。

2011年，中國地震科學(xué)臺陣探測項目一期工程在騰沖及其鄰區(qū)布設(shè)了密集的觀測臺站，新的臺站布設(shè)為了解該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)提供了有利手段。本文利用2011年9月至2014年1月原有固定臺和新架設(shè)臺的寬頻帶地震波形資料，應(yīng)用接收函數(shù)和時間域線性反演方法，對騰沖及其鄰區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)進行更精細的研究，更全面認識騰沖火山區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地球動力學(xué)特征。

1 數(shù)據(jù)選取

本研究使用的數(shù)據(jù)來源于中國地震科學(xué)臺陣探測項目（簡稱：臺陣項目）一期工程布設(shè)的20個臺站和云南原有的3個固定臺站自2011年9月2日至2014年1月16日記錄到的地震，從中選取了P波初動清晰、信噪比高的238個MS≥5.8、震中距在30°～90°之間的遠震來計算接收函數(shù)。圖1a給出了使用臺站分布圖，將臺陣項目和固定臺站相結(jié)合，提高了臺站密度，臺間距約為26km，分辨率相比于以往研究更高。圖1b給出了本文所使用的遠震事件分布，地震主要來自臺網(wǎng)東北、東、東南、南、西南、西6個方位（反方位角31°～300°），符合條件的北部、西南區(qū)域少震，資料稀少。

2 接收函數(shù)的提取、反演

震中距在30°～95°的遠震P波到達地震臺站下方時，可近似為垂直入射的波，垂直分量以P波為主，水平分量以S波為主。在遠震記錄圖上，P波之后會呈現(xiàn)出一系列的散射波，水平分量的散射波系列被稱為臺站的接收函數(shù)，它描述了地震波通過臺站下方地層向上傳播的過程中，直達P波與Ps轉(zhuǎn)換波以及多次散射波之間的分布趨勢。提取接收函數(shù)過程為：首先利用反方位角將去均值之后的ZNE三分量地震記錄旋轉(zhuǎn)到ZRT（垂向、徑向和切向）坐標系；然后根據(jù)Langston（1979）給出的震源等效方法，將R分量對Z分量在頻域反褶積，變換到時間域得到徑向接收函數(shù)；再用系數(shù)1.0的高斯濾波器對接收函數(shù)進行低通濾波，消除高頻信號，保留遠震波形有效成分，得到此臺站相對于每個事件的接收函數(shù)。在計算接收函數(shù)時，由于垂直分量可能含有近零值振幅，會造成頻率域除法不穩(wěn)定，所以在計算時加入了“水準量”來保證頻率域除法的穩(wěn)定。本文中每個臺站提取到接收函數(shù)數(shù)量不等，最多的有88個，最少的有20個。

本文使用時間域線性反演方法（Ammon，Randall，1990）得到臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)特征，此方法計算速度快，反演結(jié)果穩(wěn)定。首先根據(jù)對研究區(qū)域的現(xiàn)有研究結(jié)果（王椿鏞等，2002；張中杰等，2005；張曉曼等，2011；胥頤等，2012）給出初始模型，在很大程度上減少反演的非唯一性（Ammon，Randall，1990）。在初始模型中，將速度結(jié)構(gòu)分成2～3km的薄層，P波速度VP與S波速度VS之間用經(jīng)驗關(guān)系VP=1.73VS來約束，介質(zhì)密度ρ采用ρ=0.32VP+0.77確定，同時通過增加模型的光滑約束壓制速度結(jié)構(gòu)的急劇變化，得到臺站下方合理的S波速度結(jié)構(gòu)。

為了保證反演結(jié)果的可靠性，每個臺站對不同方位、不同震中距和震級的地震事件得到的接收函數(shù)進行反演，將所有反演得到的s波速度的平均結(jié)果（擬合率大于90%）作為本臺最終結(jié)果。每個臺站都有8～15個反演結(jié)果進行平均，大多數(shù)臺站進行平均的s波速度結(jié)構(gòu)為10個反演結(jié)果，極少數(shù)臺站為8個。每個臺站所有反演的S波速度的結(jié)果與均值之間的誤差在0.14～0.51之間，多數(shù)臺站s波速度的誤差小于0.44，極少數(shù)臺站超過0.45。圖2是53069和53080臺站初始速度模型，以及使用接收函數(shù)反演所得到的S波速度結(jié)構(gòu)和其平均的結(jié)果。在所得到的速度結(jié)構(gòu)中，一般以有明顯間斷面的第一個穩(wěn)定深度確定莫霍面位置。

3 結(jié)果與分析

3.1 各臺s波速度結(jié)構(gòu)

將每個臺站所使用的接收函數(shù)反演得到的S波速度進行平均后，得到每個臺站最終的S波速度結(jié)構(gòu)結(jié)果，這樣得到的結(jié)果穩(wěn)定性及可信度高。圖3給出了騰沖及其鄰區(qū)23個臺站的S波速度結(jié)果，從圖中可以看出，各臺站莫霍界面非常明顯，地殼厚度最小為34km，大部分臺站下方地殼厚度集中在34～40km，所以該區(qū)地殼厚度總體變化不是很大，從南到北逐漸增厚。從圖3可以看出，23個臺站中有18個臺站下方地殼中存在S波速度減小情況，即低速區(qū)，占比為78%。多數(shù)臺站低速層的深度集中在20～40km，低速層的發(fā)育厚度為10～20km。