川滇地区基于背景噪声的三维剪切波速度成像

郑 现 赵翠萍 周连庆 郑斯华

（中国地震局地震预测研究所，北京100036）

（作者电子信箱，郑现：zhengx＠seis.ac.cn）

川滇地区位于中国大陆西南部，其西部是活跃的青藏高原，东部是稳定的扬子地台，地质构造活动与印度板块和欧亚板块的强烈碰撞作用密切相关，是世界上最复杂的构造区之一。由于复杂的地质构造，该地区也是中国大陆地震活动性最强的区域之一，历史上发生7.0级以上地震44次，8级以上地震4次。川滇地区作为青藏高原与扬子板块之间的过渡带一直是科学家研究的重点区域。剪切波对于地下流体、深部温度变化和介质性质十分敏感，因此，研究剪切波速度结构有助于研究区域介质物理状态，此外，中下地壳剪切波低速异常也是“通道流”假说成立的必要条件。近年来，利用背景噪声数据对介质进行面波层析成像的技术得到了快速的发展。该方法在短周期成像分辨率方面有着绝对的优势。因此，本研究使用背景噪声数据反演川滇地区瑞雷波群速度、相速度图像，并进一步反演三维剪切波速度结构。

本研究从川滇地区及其周边9个区域台网中挑选了171个分布均匀的宽频地震台，使用这些台站记录的18个月（2010年1月—2011年6月）垂直分量连续波形数据开展研究。其中地震计的主体类型是KS－2000、CMG－3ESPC等，全部仪器的低频段都在60s以上。首先对台站进行单台数据处理。然后对处理好的单台数据进行台站对间的互相关叠加。得到台站对间高信噪比的经验格林函数，并由时频分析法（FTAN）提取频散曲线。为了验证频散曲线的质量，对频散曲线基于信噪比和台间距进行筛选，只保留信噪比大于10和台间距大于3倍波长的记录。筛选后周期10～30s频散曲线最密集，均为10 000条以上。将研究区分成1°×1°的小网格，使用射线理论层析成像法反演6～80s瑞雷波群速度、相速度图像。在此基础上提取各网格点下方纯路径的频散曲线。最后使用最小二乘法反演了各台站下方的一维剪切波速度结构，并线性插值得到研究区深至70km 的三维剪切波速度结构。

根据各周期的群速度、相速度检测板测试结果，研究区的大部分区域分辨率都能达到1°，短周期（10～30s）大部分区域分辨率能达到0.5°。从深度7.5km 的剪切波速度图中可以看出，四川盆地呈现显著的低速异常，与盆地的沉积层分布一致性较好。与此对应的是，盆地南部的扬子地台、右江块体呈现相对高速。深度10km 时，四川盆地低速现象仍十分明显，表明该古老的中生代盆地内积累了较厚的沉积层，腾冲火山地区呈现相对低速，可能和火山下方岩浆活动导致地壳物质部分熔融相关，滇西南块体也呈现相对低速。而扬子地台、川滇块体和巴彦克拉块体呈相对高速。深度20km 时，速度分布模式与10km 时差别很大。此时，四川盆地呈现相对高速，而巴彦克拉块体、川滇块体西部及滇西南块体呈现相对低速，这一现象表明青藏高原东缘可能存在中地壳低速层。深度为30～70km 时，剪切波速度值以龙门山断裂带、小江断裂带为界，呈现明显的分区特征，速度值自东向西急剧减小。这表明在这一深度范围内，剪切波在分界线以东逐渐进入上地幔，而在分界线以西仍反应下地壳的速度特征，地壳厚度自东向西显著增加。为了进一步确定青藏高原东边界地壳低速层的深度和范围，截取研究区内沿24°～32°N 9条纬线及沿99°～109°E 10条经线的深度剖面，从这些图中可以看出，在25°～32°N，99°～105°E除四川盆地以外的区域内广泛分布着中下地壳（深度范围约20～30km）低速层。大范围中下地壳剪切波低速带是“通道流”学说成立的必要条件，因此，本研究的现象可为“通道流”学说提供支持。此外，本研究也将1970年至今的MS3.0以上地震投影在各深度剖面上，从结果可以看出，地震基本都分布在低速层的上方或下方，只有极少的地震分布在低速层中。从沿26°～32°N 纬线的深度剖面结果中可以清晰地看到，由高低速分界线勾画的莫霍面，该界面自西向东倾斜上升，与地壳厚度减薄趋势一致。在沿104°～108°E经线的深度剖面中，能观察到四川盆地的沉积层形态，从105°E、106°E 的深度剖面中可以看出，四川盆地基底不平整，在盆地中央上隆。