青藏高原地区Lg波衰减成像及其对地壳流分布的约束

赵连锋 谢小碧 范 娜 姚振兴

1）中国科学院地质与地球物理研究所，地球深部研究重点实验室，北京100029

2）美国加州大学圣克鲁兹分校地球物理与行星物理研究所，圣克鲁兹，CA 95064

（作者电子信箱，赵连锋：zhaolf＠mail.iggcas.ac.cn）

在青藏高原地区地壳和上地幔中观测到强烈的地震波衰减，特别是在青藏高原北部区域。理论研究和实验观测均表明，强地震衰减是高温异常或部分熔融的指示因子。高温异常或部分熔融可能导致地壳内物质粘度降低而使其发生流动。这样，地震衰减的分布能够约束可能存在的下地壳流。

在青藏高原及其周边区域，分布有18个中国国家数字地震台网的地震台站，21个全球地震台网的地震台站，107个流动台网的地震台站，记录了2000年以来的区域地震事件。我们挑选来自232个mb4.5左右的地壳内地震的高信噪比垂直分量波形记录7 545条，提取0.05～10.0Hz的Lg波振幅谱，建立单台和双台数据集。单台资料具有较好的数据覆盖，能够获得较高的成像分辨率。但可能引入源谱函数与Q 值分布之间系统偏差。双台资料能够在成像反演之前移除源项的影响，有效地避免这种系统偏差。双台资料的数据覆盖较差，成像分辨率较低。我们使用双台资料产生较低分辨率的初始模型，然后混合双台和单台资料联合反演，获得高分辨率的宽频带Lg波衰减模型。给定频率f，在第i个台站记录到的第k 个事件的Lg波谱振幅A 可以表示成源项Sk，几何扩展项Gki，衰减项Гki，和台基项Pi的乘积：

几何扩展因子Gki＝（Δ0Δki）－1／2，其中Δ0为参考距离，且Δki≥Δ0。衰减项可以用品质因子Q来表示：

联合反演系统可以描述为

其中H 和Hd分别是单台和双台数据的观测谱与合成谱的残差矢量；δQ 为由Q 模型扰动构成的矢量；A 矩阵和Ad为微分系数矩阵；δU 为源项扰动量；矩阵E 表示源扰动量与观测谱之间的关系。通过最小化观测谱与合成谱的残差矢量来计算Q 值与源函数的扰动量，修正模型后进入下一次迭代计算。

青藏高原的平均Q0值为280，低于华北克拉通的Q0＝374和中国东北的Q0＝414。对于青藏高原内部，Q0值由南到北呈减小的趋势（喜马拉雅：386，拉萨：284，羌塘：238，松潘—甘孜—可可西里地体：217），然后增加（东昆仑：289，西昆仑：330，祁连山地体：315）。高Q0值是青藏高原周边区域地震衰减的主要特征（塔里木盆地：433，阿尔金山脉：517，柴达木盆地：385，阿拉善隆起：452，内蒙古地台：444，鄂尔多斯：395，四川盆地：456）。唯有云贵高原表现为低Q0值（247）。根据青藏高原地区的低Q 值分布，结合其他地球物理观测资料，推断可能存在两条地壳通道流。第一条从高原北部向东部扩展，沿刚性的四川盆地西缘向南；第二条始于青藏高原南部并跨越喜马拉雅东部构造结。