中国西南地区的接收函数和面波层析成像研究

王未来

（中国地震局地球物理研究所，北京100081）

了对地震频发的滇西地区，特别是位于其中的红河和程海两大断裂带地下的波速变化进行监测，利用水库大容量非调制气枪阵列，我们实验室于2011年4月在云南省大理州宾川县的大银甸水库建立了世界上第一个气枪地震信号发射台站。由于水库大容量非调制气枪阵列的优越性能，宾川气枪地震信号发射台站可以连续不断地向地下发射传播距离远、重复性高的地震信号。利用宾川气枪地震信号发射台站激发的地震信号，我们就可以对滇西地区的地下波速变化进行监测。虽然目前我们尚处于数据积累的阶段，我们利用在宾川气枪地震信号发射台站进行的6次激发试验，研究了激发条件（激发压力、沉放深度和水库水位）对水库大容量非调制气枪阵列激发地震信号的影响。这对于以后我们提高这类气枪地震信号发射台站的性能以及进行波速变化研究都具有重要意义。

接下来我们介绍了水库大容量非调制气枪阵列在区域尺度地下结构探测中的应用。利用2006年我们实验室在河北省遵化市上关湖水库进行的大容量非调制气枪阵列产生的地震数据，我们采用波形拟合的方法，研究了燕山隆起带南部地区地下的一维P波、S波、泊松比以及波速比结构。我们发现该地区的地壳厚度约为33km，上中地壳的泊松比值偏低，可能以长英质的酸性岩石为主，下地壳以及上地幔顶部泊松比值稍高，可能以铁镁质的基性岩石或中性岩石为主。并且在该地区的上下地壳各存在一个P波和S波的低速层，并且这两个低速层还对应着泊松比和波速比的高值区。上地壳的低速层可能是流体作用的结果，而下地壳的低速层则可能是由于部分熔融造成的。

最后我们介绍利用尾波理论进行地下波速变化成像研究。尾波是多重散射波，相比于直达波，它对地下介质变化更为敏感。利用尾波可以测量地下微弱的波速变化。水库地区，水库水位的变化会引起地表载荷的变化，进而引起地下应力和应变的变化，是定量研究地下应力和应变变化与地下波速变化关系的理想区域。由于进行本研究时，我们的气枪地震信号发射台站连续激发的时间还比较短。我们利用由架设在云南省大理州宾川县大银甸水库周围的16个流动地震台站记录到的背景噪声相关得到的连续经验格林函数的尾波部分，测量了这些台站间的波速变化，并且利用敏感核的方法反演了这个地区的波速变化的分布。我们发现可能只有距离水库很近的地区的地下波速变化是由于水库水位的变化造成的，而其它地区的波速变化则可能是由于地下水位的变化导致的。

关键词区域尺度；主动探测；水库大容量非调制气枪阵列；地下波速变化监测；地震背景噪声

中图分类号：P315.3；

文献标识码：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.03.008

（作者电子信箱，陈蒙：eamonustc@163.com）

中国西南地区的接收函数和面波层析成像研究

王未来

（中国地震局地球物理研究所，北京100081）

中国西南地区是由不同地质历史时期的许多微小板块拼贴而成，是特提斯构造发育的重要区段；同时，该地区在西藏高原物质向东挤出、地壳增厚和下地壳流模型中，都扮演了极为重要的角色。因此，研究中国西南地区壳幔特征对于深入理解特提斯构造特征和青藏高原构造活动机制具有重要意义。区内分布有大量深大断裂带，自20世纪70年代以来，该区域相继发生了一系列M＞7.0强震，强震活动给当地造成了巨大经济损失和人员伤亡。开展中国西南地区深部构造特征的详细研究，对于认识该区大地构造、地壳演化和地震成因乃至强震活动趋势都具有非常重要的意义。

近年来，中国地震局利用“地震科学探测台阵系统”的观测设备在中国西南地区开展了多个大规模流动地震台阵观测，研究区流动和固定宽频带地震台站数量超过900个，平均台间距小于40km。本文将充分利用流动地震台站和固定台站的观测资料，采用P波接收函数H-κ叠加技术获得地壳厚度和泊松比的分布图像；采用P波接收函数三维偏移成像获得上地幔过渡带速度间断面的空间分布图像；采用S接收函数偏移成像研究岩石圈底界面的横向变化；利用面波层析成像获得周期达100s以上瑞利波相速度分布图像；采用接收函数和面波联合反演技术，揭示横跨重要构造边界200km深度范围的S波速度结构。

总体而言，中国西南地区地壳厚度变化与构造背景具有一致性。地壳厚度从西北部的约60km向东北、东南、西南向呈弧形状减薄，其中东南部和西南部最薄约30km。松潘甘孜地块的平均地壳厚度为60km，向东剧烈减薄到四川盆地的45km，向东南方向减薄相对缓慢，显示出青藏高原东向物质逃逸被四川盆地阻止后，进一步向东南逃逸的特征。中、高泊松比（σ≥0.26）主要分布在松潘甘孜地块、攀枝花—峨眉山一带、四川盆地、腾冲地块。这些区域断裂带分布密集交错，呈现出较强的地壳活动特征。四川盆地西南部和攀枝花—峨眉山一带存在高密度、较高的P波速度。高密度、高波速与高泊松比说明地壳存在较多的镁铁质成分，这可能与峨眉山玄武岩分布有关。而鲜水河南段—小江断裂穿过攀枝花—峨眉山地区北部，下地壳局部熔融引起的高泊松比与中上地壳镁铁质引起的高泊松比叠加，在此区域出现了研究区内最高值泊松比的分布。腾冲地块分布有活动火山，TNC.YN高达0.32的高泊松比表示，地下有熔融或半熔融的岩浆囊存在，这与该区域下方的低波速相一致。低泊松比（σ≤0.26）主要分布在研究区的东南部：扬子克拉通、华夏地块、滇缅泰地块。在排除沉积层影响的情况下，位于红河断裂附近台站相对周围台站具有相对较高的泊松比（部分台站泊松比达0.28～0.30），而上地幔顶部速度偏低并且速度结构具有壳幔过渡带特征，暗示着红河断裂为超壳断裂，高泊松比可能与下地壳底部局部熔融有关。

四川盆地下方西南部岩石圈厚度达250km，逐渐减薄到中部和南部岩石圈的200km厚度，进一步减薄到东部边缘的约100km厚度，向北进一步减薄到北部边缘的约130km厚度。滇缅泰地块上地幔顶部100km范围内存在双层低速界面，同时也足以确认这一区域岩石圈厚度小于100km。华夏地块下方上地幔顶部存在双层低速界面，而且与扬子克拉通岩石圈接触关系在北部和西部有所不同，西部可能有相互融合的现象，而北部可能还存在深浅部断离的情况。秦岭大别构造带西段和渭河平原地区在100km深度处存在明显的大范围低速界面。

中国西南地区的上地幔过渡带厚度在扬子克拉通（主要包括四川盆地地区和峨眉山—攀枝花等地区）地区基本大于250km，在华夏地块基本都小于250km，在松潘甘孜地区接近扬子克拉通的地区厚度较厚，再往西过渡带厚度则小于250km。上地幔过渡带较厚区域与