青藏高原東北緣地殼介質(zhì)各向異性非均勻特征及其構(gòu)造意義

呂晉妤， 沈旭章*， 金睿智， 黃柳婷

1 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州 510275 2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)， 廣東珠海 519082

0 引言

新生代以來(lái)，在印度—?dú)W亞板塊持續(xù)碰撞擠壓作用下，巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈變形，形成“世界屋脊”青藏高原，高原平均海拔約4500 m，橫向縮短約2000 km(Zuza et al.，2016；Yuan et al.，2013).由高原隆升估算的物質(zhì)消耗量遠(yuǎn)小于高原縮短的物質(zhì)產(chǎn)生量，因此對(duì)其余物質(zhì)去向的追蹤是青藏高原動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題.根據(jù)早期野外地質(zhì)調(diào)查得到的斷層屬性，Tapponnier等(2001)提出了塊體側(cè)向擠出模型，認(rèn)為青藏高原由多個(gè)剛性塊體自南向北依次拼合形成，這些塊體沿深大斷裂發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)，向東擠出，是一種非連續(xù)變形；基于地形資料模擬，Royden等(1997)提出了下地殼流變模型；基于地表長(zhǎng)期GPS觀測(cè)及理論模擬，Zhang等(2004)認(rèn)為青藏高原的隆升和變形以地殼的縮短和增厚為特征，是一種連續(xù)變形.這些模型雖然在物質(zhì)移動(dòng)的方式上存在不同看法，但都表明物質(zhì)的東移是青藏高原在隆升過(guò)程中能夠保持基本均衡的主要原因.

青藏高原東北緣與阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊交匯區(qū)是現(xiàn)今高原向外擴(kuò)展的最前緣，印度和歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程響應(yīng)，造就了該區(qū)域復(fù)雜的地形地貌、獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致了該區(qū)域大型斷裂發(fā)育，中強(qiáng)地震頻發(fā)(鄧起東等，2002).研究該區(qū)域深淺部構(gòu)造，對(duì)于理解青藏高原隆升、演化歷史、中強(qiáng)地震孕育及板塊構(gòu)造理論都具有非常重要的科學(xué)意義(Houseman et al.，1981；Yin and Harrison，2000；Tapponnier et al.，2001； 徐震等，2006；Wang et al.，2017；Chang et al.，2011；郭慧麗等,2017；鄭文俊等，2016；Shi et al.，2020；王海燕等，2012).

基于地球物理方法確定的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是和深部物質(zhì)運(yùn)移、地殼巖石圈變形及深部動(dòng)力過(guò)程聯(lián)系最為密切的信息，而由地球演化過(guò)程中物質(zhì)運(yùn)移的方向，應(yīng)力的積累，裂隙或晶格的定向排列以及構(gòu)造形變歷史造成的地殼和地幔中的介質(zhì)各向異性(參數(shù))與地球動(dòng)力學(xué)特征直接相關(guān)(Silver，1996).地殼中的各向異性形成機(jī)制略有不同，對(duì)于中上地殼各向異性形成機(jī)制主要是沿應(yīng)力方向定向排列的微裂隙(Park and Levin，2000；Christensen and Lundquist，1982)，而下地殼與地幔各向異性形成機(jī)制是動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的礦物(如角閃石或橄欖石)的晶格定向排列(Barruol and Mainprice，1993；Karato，1998).因此，地球內(nèi)部各向異性研究對(duì)于深入理解板塊動(dòng)力作用過(guò)程具有重要指示意義.自1950年以來(lái)，Anderson等研究了地震面波的傳播規(guī)律并從中提取了關(guān)于地球各向異性介質(zhì)的信息，地震各向異性的研究就此展開(kāi)(Anderson，1961；Crampin and Booth，1985).

在青藏高原東北緣及鄰區(qū)地震觀測(cè)資料不斷積累增加過(guò)程中，不同研究者已經(jīng)開(kāi)展了利用多種方法進(jìn)行該區(qū)域地殼及上地幔各向異性的研究工作.常利軍等(2008)首先利用位于青藏高原東北緣的區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)30個(gè)臺(tái)站的遠(yuǎn)震SKS波形資料，確定了青藏高原東北緣的各向異性快波方向基本上呈NW-SE方向.張輝等(2012)利用SAM方法分析了青藏高原東北緣的上地殼介質(zhì)各向異性，結(jié)果顯示研究區(qū)的上地殼各向異性結(jié)果存在空間上的差異，祁連地塊與青藏高原主體的構(gòu)造應(yīng)力一致，具有局部構(gòu)造應(yīng)力的特征.Shen等(2015)利用接收函數(shù)方法研究了青藏高原東北緣地殼各向異性，結(jié)果表明青藏高原東北緣中下地殼存在各向異性的低速層，顯示了研究區(qū)中下地殼可能存在塑性變形.Wang等(2016)利用接收函數(shù)研究了青藏東北緣地殼各向異性特征的研究，并通過(guò)比較SKS、PKS和SKKS分裂參數(shù)討論了殼幔耦合、介質(zhì)垂直變形和地殼流問(wèn)題.太齡雪和高原(2017)利用固定臺(tái)站小震資料明確給出海原斷裂帶可能是上地殼各向異性南北分區(qū)的分解線.但是受臺(tái)站分布所限，利用固定臺(tái)站所得結(jié)果在空間的覆蓋較差，不能較好反映結(jié)果的橫向變化特征.

喜馬拉雅二期流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)資料是目前青藏高原東北緣覆蓋最好的寬頻帶地震資料，這些寶貴資料為該區(qū)域深部結(jié)構(gòu)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).基于這些資料，已有不同學(xué)者利用接收函數(shù)方法(Wang et al.，2016，2017；謝振新等，2017；許英才等，2019；黃柳婷等，2020；Zhang et al.，2020a)，背景噪聲成像方法(王瓊和高原，2018；付媛媛和肖卓，2020)，面波頻散反演方法(Wei et al.，2017)，體波層析成像方法(郭慧麗等，2017；Zhang et al.，2018)，遠(yuǎn)震XKS橫波分裂方法(Chang et al.，2017；王瓊等，2013)，近震確定上地殼各向異性研究(Shi et al.，2020)等對(duì)該區(qū)域地殼、巖石圈及上地幔速度結(jié)構(gòu)、各向異性和間斷面性質(zhì)進(jìn)行了深入研究.這些重要的工作揭示了青藏高原東北緣下方劇烈變化的地殼厚度和異常復(fù)雜的深部結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了青藏高原東北緣地塊相互作用的基本框架，勾畫(huà)出了東北緣地殼巖石圈的變形圖像，并據(jù)此提出了高原橫向生長(zhǎng)的不同模式.

在確定地殼各向異性工作中，謝振新等(2017)利用青藏高原東北緣喜馬拉雅二期臺(tái)陣53個(gè)臺(tái)站資料130對(duì)徑向和切向接收函數(shù)，基于剪切波分裂方法確定了各臺(tái)站下方地殼各向異性參數(shù).為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確穩(wěn)定性，該研究對(duì)資料進(jìn)行了較為嚴(yán)格篩選，每個(gè)臺(tái)站所用資料較少，平均每個(gè)臺(tái)站用到的資料不到三對(duì)，因此單臺(tái)資料對(duì)方位基本沒(méi)有覆蓋，該方法本質(zhì)上得到的是徑向各向異性信息.本研究將基于喜馬拉雅二期寬頻帶密集臺(tái)陣在海原斷裂帶及其鄰區(qū)附近的觀測(cè)資料，采用大量接收函數(shù)徑向分量Pms震相到時(shí)隨方位角變化信息和切向分量極性信息確定地殼方位各向異性參數(shù)，重點(diǎn)對(duì)地殼各向異性結(jié)果揭示的該區(qū)域構(gòu)造變形特征進(jìn)行探討.

1 數(shù)據(jù)與方法

本研究收集整理喜馬拉雅二期項(xiàng)目布設(shè)在青藏高原東北緣海原斷裂和西秦嶺北緣斷裂鄰近區(qū)域的遠(yuǎn)震波形記錄，對(duì)該區(qū)域地殼各向異性參數(shù)進(jìn)行了約束.研究區(qū)如圖1所示，臺(tái)站覆蓋祁連地塊、隴中盆地且橫跨多條斷裂，臺(tái)站分布相對(duì)均勻，覆蓋良好.喜馬拉雅二期臺(tái)陣觀測(cè)時(shí)間為2013年9月至2016年6月，大量遠(yuǎn)震記錄為獲取臺(tái)站下方高質(zhì)量的接收函數(shù)提供了可靠保證，為研究深部結(jié)構(gòu)提供良好約束.

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景及臺(tái)站分布圖三角形表示臺(tái)站位置(藍(lán)色為π周期性結(jié)果，橙色為2π周期性結(jié)果)，白色線條為塊體邊界. F1：西秦嶺北緣斷裂； F2：六盤山斷裂； F3：海原斷裂； F4：香山—天景山斷裂帶； F5：臨潭—宕昌斷裂； F6：馬銜山斷裂； F7：熱水—日月山斷裂； QNS：青海南山； LS：拉脊山； JS：積石山； GNS：共和南山.Fig.1 Geological background and station map of the study areaThe triangle indicates the station location(Blue is the result of π periodicity, and orange is the result of 2 π periodicity), and the white line is the block boundary.F1: North margin fault zone of west Qinling； F2: Liupan Shan fault； F3: Haiyuan fault； F4:Xiangshan-Tianjing Shan fault； F5: Lintan-Dangchang fault； F6: Maxian Shan falut； F7: Reshui-Riyue Shan fault； QNS: Qinghai Nanshan； LS: Laji Shan； JS: Jishi Shan； GNS: Gonghe Nanshan.

選取震中距為30°～90°范圍內(nèi)，臺(tái)站工作期間記錄的MS≥5.5的遠(yuǎn)震波形記錄，用到的地震事件分布如圖2所示.臺(tái)站記錄的原始資料需要進(jìn)行預(yù)處理.首先，將原始數(shù)據(jù)三分量經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)至垂直分量、徑向分量和切向分量，截取-2～80 s的數(shù)據(jù)時(shí)間窗；然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去毛刺、去均值、去線性趨勢(shì)和波形尖滅等預(yù)處理；最后，在時(shí)間域上通過(guò)迭代反褶積計(jì)算P波接收函數(shù)(Ligorría and Ammon，1999).計(jì)算過(guò)程中選取α=1的低通高斯濾波器對(duì)接收函數(shù)進(jìn)行濾波，手工剔除了幅度和極性明顯存在異常的接收函數(shù)，最終得到12981條高質(zhì)量接收函數(shù)用于本研究.由于本研究主要分析接收函數(shù)上不同方位角P-S透射轉(zhuǎn)換波到時(shí)和極性特征，但不同震中距P-S透射轉(zhuǎn)換波到時(shí)不同，為消除震中距對(duì)P-S透射轉(zhuǎn)換波到時(shí)影響，應(yīng)用參考慢度6.4 s/°對(duì)所有接收函數(shù)上P-S透射轉(zhuǎn)換波到時(shí)進(jìn)行校正.

圖2 遠(yuǎn)震事件分布圖黑色圓圈表示地震事件，黑色五角星為臺(tái)陣的中心位置.Fig.2 Map of teleseismic eventsThe black circle indicates the earthquake event, and the black five pointed star is the center of the array.

地球內(nèi)部地震波各向異性的參數(shù)可以用快波極化方向φ和快慢波到時(shí)差δt來(lái)表示(Crampin，1987；Silver and Chan，1991).利用徑向(RRF：Radial Receiver Functions)接收函數(shù)Pms震相到時(shí)隨方位角的變化特征以及切向接收函數(shù)(TRF：Tangential Receiver Functions)后方位角加權(quán)疊加(AWST：Azimuth-Weighted Stacking of Transverse RFs)信息(Shen et al.，2015)，來(lái)獲取地殼各向異性參數(shù).該方法的優(yōu)勢(shì)在于采用兩個(gè)分量來(lái)獲取各向異性參數(shù)，可以利用更多的接收函數(shù)數(shù)據(jù)，確保結(jié)果的可靠性.利用RRFs中Pms到達(dá)時(shí)間的變化來(lái)約束各向異性的強(qiáng)度(分裂時(shí)間)和快波方向.這對(duì)具有明顯時(shí)間變化的較強(qiáng)各向異性是可靠的.由于噪聲、非均質(zhì)性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜或原因不明，觀測(cè)到的接收函數(shù)往往很復(fù)雜.我們利用TRF結(jié)合AWST方法拾取Pms時(shí)間前后最大振幅的方位角作為快波極化方向，兩者結(jié)合可以獲取更具有可靠性的結(jié)果.對(duì)于各向同性介質(zhì)層而言，P波接收函數(shù)在通過(guò)時(shí)，僅存在R分量有能量，而T分量上無(wú)能量.當(dāng)P波穿過(guò)各向異性地殼時(shí)，會(huì)在接收函數(shù)R分量和T分量上都記錄到能量，各向異性最顯著的影響是R向接收函數(shù)上Pms震相到時(shí)隨方位角呈現(xiàn)周期性變化，而T向上信號(hào)的極性會(huì)產(chǎn)生周期性變化，特別是對(duì)無(wú)傾斜的各向異性層結(jié)構(gòu)，Pms震相到時(shí)隨方位角變化呈現(xiàn)π周期，而對(duì)于傾斜界面各向異性，Pms震相到時(shí)隨方位角變化呈現(xiàn)2π 周期(Frederiksen and Bostock，2000；任駿聲和沈旭章，2015).在前期工作中(Shen et al.，2015)，Shen等發(fā)展了利用接收函數(shù)R向到時(shí)信息和T向極性信息確定地殼各向異性的方法.本研究利用該方法對(duì)資料進(jìn)行了處理.

當(dāng)臺(tái)站下方為簡(jiǎn)單各向異性層時(shí)，我們可以通過(guò)觀察切向分量的極性反轉(zhuǎn)位置來(lái)確定快波偏振方向.但由于地下實(shí)際情況較為復(fù)雜，很難直接判斷極性反轉(zhuǎn)位置，因此我們可以通過(guò)T分量方位加權(quán)疊加的方法來(lái)確定振幅最大的極性反轉(zhuǎn)位置(Shen et al.，2015).在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中，T分量AWST疊加之后振幅最大值確定快波方向，之后通過(guò)R分量后方位角擬合到時(shí)來(lái)確定快慢波延遲時(shí)間.下面以兩個(gè)具體臺(tái)站(圖1所示臺(tái)站63028、63056位置)為例對(duì)數(shù)據(jù)處理詳情進(jìn)行說(shuō)明.

根據(jù)上述方法，處理實(shí)際觀測(cè)臺(tái)站63028數(shù)據(jù)，獲取有效RRF和TRF各為224條，數(shù)據(jù)對(duì)方位覆蓋率較好.以6°為間隔，對(duì)不同方位RRF和TRF進(jìn)行了疊加，如圖3a和3b所示.可以觀察到Pms到時(shí)(圖3a和3c中綠色加號(hào))具有清晰的π 周期，判定該臺(tái)站下方為水平各向異性層.圖3d為T向接收函數(shù)后方位角加權(quán)疊加結(jié)果，其Pms到時(shí)附近能量最大值對(duì)應(yīng)120°，據(jù)此確定各向異性快波方向.根據(jù)各向異性快波方向，通過(guò)最小二乘方法和π 周期對(duì)Pms到時(shí)進(jìn)行擬合，得到快慢波延遲時(shí)間為0.42 s.

圖3 臺(tái)站63028接收函數(shù)疊加圖(a) RRF疊加圖,+是拾取每條接收函數(shù)的Pms實(shí)際到時(shí), 黑色虛線是 Pms平均到時(shí)曲線； (b) TRF疊加圖,+表示T分量極性反轉(zhuǎn)點(diǎn)，即快波方向，黑色虛線是Pms平均到時(shí)； (c) 放大后的RRF時(shí)間窗，以突顯Pms的變化； (d) AWST疊加圖.+表示來(lái)自下界面的最大后方位角疊加振幅，該位置即為快波方向FD.黑色虛線是 Pms到達(dá)的平均值.臺(tái)站名稱、延遲時(shí)間(δt)和FD快波方向(φc).Fig.3 Observed receiver functions of Station 63028(a) RRFs. Thin green pluses mark the Pms arrivals. The black dashed line marks the arrival of the Pms phase predicted by the anisotropic model； (b) TRFs. The green plus marks the location of the azimuth related to the FD. The black-dashed line marks the average value of the Pms arrivals； (c) Zoomed-in RRFs in a narrow time window to highlight the variation of the Pms arrivals. The black-dashed line marks the arrival of the Pms phase predicted by the anisotropic model； (d) AWST section. The green plus marks the azimuth of the maximum stacking amplitude from the lower interface, which corresponds to the FD of the anisotropic layer. The black dashed line marks the average value of the Pms arrival. The station name, split time (δt), and FD (φc) are also marked.

臺(tái)站63056有效RRF和TRF各為115條，在方位角的分布上均勻性較差，但仍可以觀察到Pms到時(shí)(圖4a和4c中綠色加號(hào))具有清晰的2π周期，判定該臺(tái)站下方可能存在傾斜各向異性層.T向接收函數(shù)后方位角加權(quán)疊加結(jié)果(圖4d)顯示Pms到時(shí)附近能量最大值對(duì)應(yīng)30°.根據(jù)各向異性快波方向，通過(guò)最小二乘方法和2π 周期對(duì)Pms到時(shí)進(jìn)行擬合，得到快慢波延遲時(shí)間為0.45 s.

圖4 臺(tái)站63056 接收函數(shù)疊加圖(a) RRF疊加圖,+是拾取每條接收函數(shù)的Pms實(shí)際到時(shí), 黑色虛線是Pms平均到時(shí)曲線; (b) TRF疊加圖,+表示T分量極性反轉(zhuǎn)點(diǎn)，即快波方向，黑色虛線是Pms平均到時(shí)； (c) 放大后的RRF時(shí)間窗，以突顯Pms的變化； (d) AWST疊加圖.+表示來(lái)自下界面的最大后方位角疊加振幅，該位置即為快波方向FD.黑色虛線是 Pms到達(dá)的平均值.臺(tái)站名稱、延遲時(shí)間(δt)和 FD快波方向(φc).Fig.4 Observedreceiver functions of Station 63056(a) RRFs. Thin green pluses mark the Pms arrivals. The black dashed line marks the arrival of the Pms phase predicted by the anisotropic model； (b) TRFs. The green plus marks the location of the azimuth related to the FD，The black-dashed line marks the average value of the Pms arrivals； (c) Zoomed-in RRFs in a narrow time window to highlight the variation of the Pms arrivals； (d) AWST section. The green plus marks the azimuth of the maximum stacking amplitude from the lower interface, which corresponds to the FD of the anisotropic layer. The black dashed line marks the average value of the Pms arrival. The station name, split time (δt), and FD (φc) are also marked.

同樣的方法對(duì)所有臺(tái)站進(jìn)行了處理，得到了52個(gè)臺(tái)站下方地殼各向異性參數(shù)，其中4個(gè)臺(tái)站呈現(xiàn)2π 周期(圖1橙色三角形所示).每個(gè)臺(tái)站所用接收函數(shù)信息、快波方向及快慢波延遲時(shí)間見(jiàn)附件表S1，所有臺(tái)站接收函數(shù)處理結(jié)果見(jiàn)附件圖S1.

2 結(jié)果與討論

2.1 各向異性空間分布特征

圖5顯示了52個(gè)臺(tái)站地殼各向異性結(jié)果.結(jié)果顯示快波各向異性優(yōu)勢(shì)方向主要為NW-SE、NWW-SEE、E-W方向，各向異性造成的快慢波時(shí)間延遲為0.18～0.87 s.且該區(qū)域的地殼各向異性存在較明顯的分區(qū)特征，揭示出研究區(qū)內(nèi)地殼各向異性存在較強(qiáng)橫向非均勻性.Wang等(2016)基于接收函數(shù)聯(lián)合反演方法利用12個(gè)固定臺(tái)站資料獲取了青藏高原東北緣的地殼各向異性，其中有4個(gè)臺(tái)站位置處于我們研究區(qū)范圍，而另外8個(gè)臺(tái)站結(jié)果位于研究區(qū)南部，其結(jié)果顯示快極化方向均呈NWW-SEE或NW-SE，與該區(qū)域最大水平拉應(yīng)力方向一致，時(shí)間延遲在0.36～1.06 s,平均延遲時(shí)間為0.64 s，與本研究結(jié)果一致.謝振新等(2017)利用該區(qū)域內(nèi)喜馬拉雅二期資料，通過(guò)改進(jìn)的剪切波分裂計(jì)算方法獲取了北祁連至隴中盆地地區(qū)的地殼徑向各向異性結(jié)果，結(jié)果顯示時(shí)間延遲平均值為 0.27 s, 地殼各向異性的優(yōu)勢(shì)方向分布在 E-W、NEE-SWW 與 NWW-SEE.不同于前者的方法，我們主要利用P波接收函數(shù)R向Pms到時(shí)方位角信息和T向接收函數(shù)后方位角加權(quán)疊加方法，得到了地殼方位各向異性參數(shù)，各向異性快波方向和謝振新等(2017)結(jié)果一致性較好，而快慢波時(shí)間延遲存在一定差別，主要原因就在于謝振新等(2017)結(jié)果中主要反映的是徑向各向異性信息，而本文結(jié)果主要反映了方位各向異性信息，徑向各向異性對(duì)于晶體定向排列較為敏感，而方位各向異性對(duì)于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)、介質(zhì)流動(dòng)及變形方向更為敏感.本研究中各臺(tái)站所用到的平均地震事件數(shù)目為145條，大部分臺(tái)站用到的地震事件數(shù)目都超過(guò)了100，由于本文研究結(jié)果所用資料較多，特別是單臺(tái)資料都對(duì)不同方位的覆蓋較好，結(jié)果穩(wěn)定性和可靠性也更高.因此，本文對(duì)研究區(qū)的地殼各向異性結(jié)果提供了更多信息.

圖5 地殼各向異性結(jié)果(a) 藍(lán)色線條表示地殼各向異性快波方向； (b) 藍(lán)色線條為走滑斷裂附近的快波方向結(jié)果，綠色為其余結(jié)果.色標(biāo)表示各向異性快慢波時(shí)間延遲大小，延遲時(shí)間越大為紅色，反之為藍(lán)色.灰色玫瑰圖表示隴中盆地快剪切波偏振方向等面積投影結(jié)果.斷層信息如圖1.Fig.5 Map of anisotropy in the stuty area(a) Blue lines represent the direction of anisotropy fast wave； (b) The blue line is the result of fast wave direction near the strike slip fault, and the purple line is the rest. Color labels indicate the size of anisotropy fast and slow-wave time delay. The gray rose chart represents the projection results of area such as the direction of the fast shear wave polarization in the basin. Fault information is shown in Fig.1.

綜合地殼各向異性快波參數(shù)結(jié)果顯示(圖5)，絕大多數(shù)走滑斷裂附近臺(tái)站地殼各向異性快波方向平行于斷裂方向.逆沖斷裂附近大多數(shù)臺(tái)站地殼各向異性快波方向和斷裂方向垂直或呈現(xiàn)較大角度.為方便分析，根據(jù)走滑斷裂與逆沖斷裂附近臺(tái)站快波方向上的差異，我們將結(jié)果分為兩類(圖5b)：在走滑斷裂附近的結(jié)果用藍(lán)色短線表示，而在逆沖斷裂附近的臺(tái)站結(jié)果則用紫色短線表示.

本文結(jié)果顯示，位于海原斷裂帶附近的62417、62418、62407和62419臺(tái)站，地殼各向異性導(dǎo)致的快慢波延遲時(shí)間分別為0.48 s、0.54 s、0.25 s、0.35 s，它們的快波方向依次為北偏東120°、120°、100°和120°，各向異性快波方向在空間上具有很好的一致性，與海原斷裂帶的延伸方向一致，我們推斷這些斷裂附近臺(tái)站地殼各向異性主要受到海原斷裂帶影響.

在香山—天景山走滑斷裂帶附近，多個(gè)臺(tái)站各向異性快波方向主要表現(xiàn)為E-W、NEE-SWW，這與香山—天景山走滑斷裂的延伸方向一致，推測(cè)該區(qū)域的地殼各向異性可能受該斷層的應(yīng)力影響.熱水—日月山走滑斷裂帶附近有2個(gè)臺(tái)站，各向異性快波方向?yàn)?10°，也與呈NNW-SSE走向的斷層延伸方向一致.

西秦嶺走滑斷裂附近，臺(tái)站62357、62348、62339和62352的各向異性快波方向一致性也較好，均為110°，臺(tái)站62346的快波偏振方向?yàn)?0°，總體來(lái)看，地殼各向異性快波方向與走滑斷裂方向一致，呈NWW-SEE方向.在這些走滑斷裂的附近，有個(gè)別臺(tái)站與走滑斷裂的延伸方向并不一致，可能是由于局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)所致，對(duì)該種個(gè)別情況本文未做單獨(dú)討論.

除此之外走滑斷裂帶附近地殼各向異性快波方向和前人基于XKS得到的上地幔各向異性方向也呈現(xiàn)出良好一致性(常利軍等，2016；Li et al.，2011；Yu et al.，2016).前人研究認(rèn)為青藏高原東北緣存在大規(guī)模地幔物質(zhì)的東向運(yùn)移(Yu et al.，2016)，導(dǎo)致了XKS快波方向NW-SE向的分布及深大走滑斷裂的發(fā)育.本研究顯示的地殼各向異性結(jié)果也表明這些走滑斷裂為地殼尺度斷裂，地塊的側(cè)向擠出可能存在，但是伴隨側(cè)向擠出導(dǎo)致的變形只發(fā)生在走滑斷裂附近區(qū)域.

在祁連地塊內(nèi)，地殼各向異性快波方向從南至北隨著塊體邊界方向有旋轉(zhuǎn)趨勢(shì).祁連塊體內(nèi)其他臺(tái)站各向異性快波方向分別與青海南山、拉脊山、積石山、共和南山、臨潭-宕昌斷裂的走向大角度相交或垂直，與主壓應(yīng)力方向平行，主要表現(xiàn)為NW-SE、N-S方向.

在和華南地塊及鄂爾多斯接壤的隴中盆地內(nèi)，地殼各向異性快波方向呈現(xiàn)出極其復(fù)雜的特征，各向異性快波方向在該區(qū)域內(nèi)無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)方向，呈現(xiàn)較為發(fā)散的不均勻特征，如圖5b中玫瑰圖所示.前人研究表明(Tian et al.，2021)隴中盆地可能是青藏高原東北緣一個(gè)偏剛性的地塊，該地塊可能保留了構(gòu)造演化過(guò)程中較古老的多期次構(gòu)造作用疊加的信息，因而造成了目前看到地殼各向異性快波方向強(qiáng)烈的橫向不均勻特征.

2.2 快慢波延遲時(shí)間特征與斷裂帶形成過(guò)程討論

各向異性快慢波延遲時(shí)間表示了臺(tái)站下方各向異性強(qiáng)度，根據(jù)獲取的52個(gè)臺(tái)站快慢波延遲時(shí)間的大小繪制色標(biāo)結(jié)果圖(圖5b)，結(jié)果顯示平均延遲時(shí)間為0.44 s，最大值為0.87 s，最小值為0.18 s.整體來(lái)看，快慢波延遲時(shí)間也表現(xiàn)出明顯的橫向不均勻性，在隴中盆地及祁連塊體內(nèi)快慢波延遲時(shí)間較大.

前人利用SAM方法獲取了青藏高原東北緣較大區(qū)域地殼各向異性(郭桂紅等，2015)，結(jié)果顯示快波方向的優(yōu)勢(shì)取向與斷裂走向一致，平均延遲時(shí)間為2.63±1.31 ms·km-1.SAM方法主要測(cè)量了震源之上地殼介質(zhì)的各向異性，青藏高原東北緣地區(qū)絕大部分地震震源深度都在20 km以內(nèi).我們以20 km厚度的上地殼進(jìn)行估計(jì)，其各向異性造成的時(shí)間延遲約為0.05 s，遠(yuǎn)小于我們的研究結(jié)果.因此，推測(cè)本研究得到的各向異性可能主要集中于中下地殼.

根據(jù)本文研究結(jié)果顯示，在海原斷裂、香山—天景山斷裂、熱水—日月山斷裂以及西秦嶺北緣等走滑斷裂附近的各向異性導(dǎo)致的快慢波時(shí)間延遲較小(圖5b).野外地質(zhì)調(diào)查和滑動(dòng)速率估算結(jié)果顯示：海原斷裂在約5.4 Ma由逆沖轉(zhuǎn)換為左旋走滑(Wang et al.，2013)；香山—天景山斷裂于約2.6 Ma由逆沖轉(zhuǎn)化為左旋走滑(雷啟云等，2016；鄭文俊等，2016)；熱水—日月山斷裂約10 Ma開(kāi)始右旋走滑(Yuan et al.，2011).這些走滑斷裂在由逆沖斷裂演變形成過(guò)程中，改變了其附近和逆沖構(gòu)造相關(guān)的各向異性，因此導(dǎo)致該區(qū)域走滑斷裂附近各向異性強(qiáng)度相對(duì)較小.誠(chéng)然，本文只是基于我們觀測(cè)到的結(jié)果和該區(qū)域斷層演化歷史做了推測(cè)，其中暗含一個(gè)假設(shè)就是逆沖和走滑過(guò)程造成的介質(zhì)變形在同樣的深度范圍，由于本方法所得結(jié)果不能準(zhǔn)確確定各向異性深度分布，特別是存在多層各向異性介質(zhì)時(shí)，其總體表現(xiàn)可能不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是較為復(fù)雜的非線性關(guān)系，限于方法所限，我們對(duì)此未作深入探討.

2.3 深淺變形機(jī)制討論

GPS速度場(chǎng)代表了區(qū)域地殼的總體運(yùn)動(dòng)和變形狀態(tài)，XKS結(jié)果顯示的各向異性代表了整個(gè)巖石圈變形特征，本研究所得結(jié)果主要代表了中下地殼變形特征.對(duì)不同結(jié)果得到的不同深度范圍形變特征進(jìn)行對(duì)比分析，我們將前人所得GPS速度場(chǎng)，XKS及本研究所得結(jié)果都展示在圖6a中.為了直觀比較Pms和XKS獲取的快波方向差值，我們繪制了圖6b.快波方向差值由小到大，由藍(lán)到紅變化，可以清晰的觀察到殼幔耦合情況.GPS速度場(chǎng)主要呈NEE-SWW方向，和青藏高原在印度板塊俯沖作用下的橫向擴(kuò)展方向較為接近，特別是在走滑斷裂附近一致性較好，這一特征和本研究所得地殼各向異性快波方向較為一致.該區(qū)域XKS分裂波結(jié)果主要以NW-SE為主，這一特征可能反映了青藏高原上地幔物質(zhì)在俯沖的印度板塊推擠下的東向運(yùn)移(常利軍等，2016；Yu and Chen，2016).

Zhang等(2004)基于GPS速度場(chǎng)分布特征提出了高原形成和擴(kuò)展的連續(xù)流變模型，本研究所得結(jié)果展示出逆沖斷裂帶附近存在和斷裂帶方向角度較大的地殼各向異性快波方向，且各向異性幅度在逆沖斷裂帶附近相對(duì)較大，因此本研究所得結(jié)果表明該區(qū)域地殼各向異性主要受控于青藏高原北東向擴(kuò)展的擠壓作用.在走滑斷裂帶附近地殼各向異性和XKS得到的上地幔各向異性表現(xiàn)出良好的一致性(圖6b)，表明在隴中地塊存在側(cè)向擠出，但是側(cè)向擠出導(dǎo)致的變形特征主要集中于走滑斷裂帶附近區(qū)域.特別是早期形成走滑的海原斷裂和西秦嶺北緣斷裂(Clark et al.，2010；Zhang et al.，2020b)，其XKS快波方向和本研究所得地殼各向異性快波方向更為一致(圖6b)，而晚期形成走滑的香山—天景山斷裂區(qū)域地殼快波方向與XKS快波方向一致性較弱，也暗示了青藏高原東北緣走滑斷裂形成過(guò)程中地殼各向異性的變化特征.

隴中盆地地殼各向異性快波方向與XKS分裂波結(jié)果偏差較大(圖6b)，結(jié)果較為復(fù)雜，我們?cè)趫D6a中分別繪制了地殼及上地?？觳ǚ较虻拿倒鍒D，結(jié)果顯示地殼各向異性快波方向主要表現(xiàn)為NW-SE、NWW-SEE方向，而在上地?？觳ㄆ穹较蛑饕憩F(xiàn)為NW-SE方向.兩者不同的快波方向說(shuō)明該區(qū)域的動(dòng)力學(xué)機(jī)制不同于其他區(qū)域，變形機(jī)制較為復(fù)雜.基于短周期密集臺(tái)陣接收函數(shù)資料顯示的隴中盆地和鄂爾多斯地塊邊界附近地殼變形特征，Tian等(2021)提出隴中盆地是一個(gè)強(qiáng)度較大的不易變形的地塊.野外地質(zhì)調(diào)查和古地磁研究結(jié)果(Wang et al., 2013; Song et al., 2001)顯示隴中盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造過(guò)程，期間周邊斷層的性質(zhì)甚至發(fā)生過(guò)反轉(zhuǎn).殼幔各向異性可以長(zhǎng)時(shí)間留存構(gòu)造活動(dòng)的痕跡(Sliver and Chan, 1988)，并且以延遲時(shí)間大小顯現(xiàn)出來(lái).前人上地幔各向異性參數(shù)結(jié)果(常利軍等，2016；王瓊等，2013)表明該區(qū)域的各向異性可能是“化石”各向異性.因此，本文推測(cè)該地塊的各向異性結(jié)果可能是保留了新老構(gòu)造演化過(guò)程中不同階段的變形特征，形成了目前看到的快波方向無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)分布的各向異性結(jié)果.

圖6 研究區(qū)各向異性綜合分析(a) 臺(tái)站快波偏振方向及大小用藍(lán)色短線表示；棕色短線表示前人XKS分裂結(jié)果(常利軍等，2016)；綠色箭頭為歐亞參考系下的GPS速度(Wang et al., 2001; Gan et al., 2007； Niu et al., 2005)； (b) 地殼和XKS快波方向結(jié)果的差值圖，角度相差越大則顏色越紅.Fig.6 Comprehensive analysis of anisotropy in the study area(a) The direction and size of the station's fast wave polarization are indicated by a short blue line, a short brown line indicates the result of the previous XKS split (Chang et al., 2016), and the green arrow is GPS speed under the Eurasian reference system (Wang et al., 2001; Gan et al., 2007; Niu et al., 2005);black arrows indicate the direction of absolute plate movement in Eurasia (Gripp and Gordon, 2002); (b) Difference between the results of the crust and XKS fast wave directions. The larger the difference between the angles, the redder the color.

3 結(jié)論

本研究通過(guò)分析密集寬頻帶流動(dòng)臺(tái)站徑向接收函數(shù)上Pms震相到時(shí)的方位特征和切向接收函數(shù)極性特征，獲取了青藏高原東北緣地殼各向異性參數(shù).得到以下主要結(jié)果：

(1) 研究區(qū)地殼各向異性快波方向呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的橫向非均勻分布特征，分區(qū)特性明顯.總體上看走滑斷裂帶地殼各向異性快波方向與斷裂走向平行，逆沖斷裂帶附近，地殼各向異性快波方向與斷裂走向大角度相交或垂直，隴中盆地內(nèi)部地殼各向異性分布無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)方向.

(2) 海原斷裂、西秦嶺斷裂以及熱水—日月山斷裂等走滑斷裂帶附近地殼各向異性較弱，這些走滑斷裂在構(gòu)造歷史上經(jīng)歷了從逆沖向走滑轉(zhuǎn)換的過(guò)程，這種走滑斷裂帶附近相對(duì)較弱的各向異性可能和這種斷層屬性的轉(zhuǎn)換過(guò)程直接相關(guān).此外，走滑活動(dòng)越早的走滑斷裂帶附近，XKS快波方向和地殼各向異性快波方向一致性也越好，也代表了青藏高原東北緣走滑斷裂形成過(guò)程中地殼各向異性的變化特征.

(3) 本研究結(jié)果表明東北緣地區(qū)高原形成和擴(kuò)展主要以連續(xù)流變模式為主，在走滑斷裂帶附近存在局部側(cè)向擠出，但是側(cè)向擠出影響的地殼變形范圍較小.隴中盆地?zé)o明顯優(yōu)勢(shì)分布特征的各向異性可能顯示該地塊保留了新老構(gòu)造演化過(guò)程中不同階段的變形特征.

致謝三位審稿人對(duì)本文提出了重要的建設(shè)性意見(jiàn)，中國(guó)地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣數(shù)據(jù)中心(doi:10.12001/ChinArray.Data)為本研究提供了觀測(cè)波形數(shù)據(jù)，繪圖主要用到了 GMT軟件(Wessel et al.，1995)，在此一并表示感謝.