腾冲及其邻区地壳S波速度结构

陈佳 金明培 叶泵 邓嘉美 高琼 王军

摘要：利用腾冲及其邻区架设的23个台站的远震波形资料，应用接收函数及时间域的线性反演方法反演了各台站下方的S波速度结构，分析该区域的地壳速度结构特征，结果表明：腾冲及其邻区莫霍面深度为39km左右，整个研究区域地壳厚度从南（32km）到北（42km）逐渐增加。不同深度的S波速度结构显示，腾冲附近的中下地壳（30km附近）呈现为明显低速区，该低速区以腾冲为中心展布，范围约为30km。低速异常区域与地壳内的岩浆活动和部分熔融物质有关，探苟砂容融物质为腾冲地区带来了丰富的地热资源。

关键词：腾冲；接收函数；S波速度结构；地壳厚度

中图分类号：P315.21 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）01-0.125-07

0 引言

腾冲及其邻区（24°～25.6°N，97.5°～99.3°E）位于印度板块与欧亚板块碰撞带的东北侧，其西部是缅甸中深源地震带，东邻我国南北地震带的南延部分。自1929年有仪器记录以来，该区域共发生5级以上地震72次，其中7级以上地震2次（1976年龙陵7.3、7.4级地震），M6.0～6.9地震10次，M5.0～5.9地震60次，这些强地震绝大多数属浅源地震，在世界其他地区并不多见。同时该区内火山、地热资源丰富，深大断裂纵横交错，主要有怒江断裂、大盈江断裂、龙陵断裂、腾冲断裂等。腾冲及其邻区具有如此特殊的构造环境和频繁的地震灾害，历来是地震学家研究的热点。

中外科学家在腾冲及其邻区开展了丰富的地质、地球物理等研究。如1982年、1987年和1999年开展的人工地震测深工程（胡鸿翔等，1986；林中洋等，1993；皇甫岗，姜朝松，2000；王椿镛等，2000；楼海等，2002）；利用地震层析成像方法重建腾冲地区地壳、上地幔分层结构（秦嘉政等，2000；杨晓涛等，2011）；利用接收函数、转换函数方法得到腾冲地区地壳厚度及S波速度特征（高星等，2008；冯静等，2012；张龙等，2015）。

2011年，中国地震科学台阵探测项目一期工程在腾冲及其邻区布设了密集的观测台站，新的台站布设为了解该区地壳结构提供了有利手段。本文利用2011年9月至2014年1月原有固定臺和新架设台的宽频带地震波形资料，应用接收函数和时间域线性反演方法，对腾冲及其邻区地壳速度结构进行更精细的研究，更全面认识腾冲火山区地质结构及地球动力学特征。

1 数据选取

本研究使用的数据来源于中国地震科学台阵探测项目（简称：台阵项目）一期工程布设的20个台站和云南原有的3个固定台站自2011年9月2日至2014年1月16日记录到的地震，从中选取了P波初动清晰、信噪比高的238个MS≥5.8、震中距在30°～90°之间的远震来计算接收函数。图1a给出了使用台站分布图，将台阵项目和固定台站相结合，提高了台站密度，台间距约为26km，分辨率相比于以往研究更高。图1b给出了本文所使用的远震事件分布，地震主要来自台网东北、东、东南、南、西南、西6个方位（反方位角31°～300°），符合条件的北部、西南区域少震，资料稀少。

2 接收函数的提取、反演

震中距在30°～95°的远震P波到达地震台站下方时，可近似为垂直入射的波，垂直分量以P波为主，水平分量以S波为主。在远震记录图上，P波之后会呈现出一系列的散射波，水平分量的散射波系列被称为台站的接收函数，它描述了地震波通过台站下方地层向上传播的过程中，直达P波与Ps转换波以及多次散射波之间的分布趋势。提取接收函数过程为：首先利用反方位角将去均值之后的ZNE三分量地震记录旋转到ZRT（垂向、径向和切向）坐标系；然后根据Langston（1979）给出的震源等效方法，将R分量对Z分量在频域反褶积，变换到时间域得到径向接收函数；再用系数1.0的高斯滤波器对接收函数进行低通滤波，消除高频信号，保留远震波形有效成分，得到此台站相对于每个事件的接收函数。在计算接收函数时，由于垂直分量可能含有近零值振幅，会造成频率域除法不稳定，所以在计算时加入了“水准量”来保证频率域除法的稳定。本文中每个台站提取到接收函数数量不等，最多的有88个，最少的有20个。

本文使用时间域线性反演方法（Ammon，Randall，1990）得到台站下方的S波速度结构特征，此方法计算速度快，反演结果稳定。首先根据对研究区域的现有研究结果（王椿镛等，2002；张中杰等，2005；张晓曼等，2011；胥颐等，2012）给出初始模型，在很大程度上减少反演的非唯一性（Ammon，Randall，1990）。在初始模型中，将速度结构分成2～3km的薄层，P波速度VP与S波速度VS之间用经验关系VP=1.73VS来约束，介质密度ρ采用ρ=0.32VP+0.77确定，同时通过增加模型的光滑约束压制速度结构的急剧变化，得到台站下方合理的S波速度结构。

为了保证反演结果的可靠性，每个台站对不同方位、不同震中距和震级的地震事件得到的接收函数进行反演，将所有反演得到的s波速度的平均结果（拟合率大于90%）作为本台最终结果。每个台站都有8～15个反演结果进行平均，大多数台站进行平均的s波速度结构为10个反演结果，极少数台站为8个。每个台站所有反演的S波速度的结果与均值之间的误差在0.14～0.51之间，多数台站s波速度的误差小于0.44，极少数台站超过0.45。图2是53069和53080台站初始速度模型，以及使用接收函数反演所得到的S波速度结构和其平均的结果。在所得到的速度结构中，一般以有明显间断面的第一个稳定深度确定莫霍面位置。

3 结果与分析

3.1 各台s波速度结构

将每个台站所使用的接收函数反演得到的S波速度进行平均后，得到每个台站最终的S波速度结构结果，这样得到的结果稳定性及可信度高。图3给出了腾冲及其邻区23个台站的S波速度结果，从图中可以看出，各台站莫霍界面非常明显，地壳厚度最小为34km，大部分台站下方地壳厚度集中在34～40km，所以该区地壳厚度总体变化不是很大，从南到北逐渐增厚。从图3可以看出，23个台站中有18个台站下方地壳中存在S波速度减小情况，即低速区，占比为78%。多数台站低速层的深度集中在20～40km，低速层的发育厚度为10～20km。