岷县漳县MS6．6地震震源区地壳速度结构特征初步研究①

李翠芹，沈旭章，2

（1．中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000；2．中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地，甘肃 兰州 730000）

0 引言

甘肃省定西市岷县、漳县交界于2013年7月22日7时45分发生MS6．6地震。此次地震位于南北地震带北端的甘肃东南部（简称甘东南）地区。该地区是中强地震多发区，也是青藏高原块体、鄂尔多斯块体和阿拉善块体的交汇区。由于活动的青藏高原块体不断隆升和推挤作用，造成该区域新构造活动强烈。该地区所处的青藏高原东北缘也是中国大陆东西与南北构造结合部位和重要的构造转换区域［1］。20世纪80年代以来，在该地区开展的几次主动源深地震测深研究揭示了地壳结构的区域变化特征［2－8］。已有很多研究者利用天然地震观测资料，对该地区地壳和上地幔进行了不同尺度的走时层析成像和接收函数反演［9－19］。这些研究成果主要是给出了青藏高原东北缘地区地壳中地震波速度结构的特征和Moho面形态，而没有具体对此次震区及临近区域小范围的速度结构进行研究。因此需要利用新的观测资料针对于此次地震进一步深入开展对孕震区地壳结构研究。

距离岷县漳县地震震群最近的断裂为临潭－宕昌断裂（图1），该断裂由多条规模不等、相互平行或斜列的次级断裂组合而成，断裂带影响宽度范围在5～10km，在岷县东南断裂归并为一体，延至宕昌以南。本次地震正是发生在该断裂北缘的其中一条次级断裂向东延伸的位置。2003年岷县5．2级地震和2004年岷县－卓尼5．0级地震等均说明该次级断裂有新活动的特征。本研究收集了甘肃省地震台网的岷县固定地震台站的资料，利用远震体波的接收函数方法对各台站下方不同方位的地壳速度结构进行深入研究，以揭示岷县漳县地震破裂带下方复杂的地壳速度结构。

图1 研究区和P波在Moho面上透射转化为S的点分布（黑线为临潭－宕昌断裂，圆圈表示透射转换点位置，红色五角星是岷县漳县地震震中位置，黑色三角为岷县台位置。整个研究区根据接收函数形态划分为三个区域（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ））Fig．1 The study area and distribution of the pierce pionts where teleseismic P wave converts to S wave（The black solid line represents Lintan－Tanchang fault．The circles represent the pierce points，the ren tacle represents the epicenter of Minxian－Zhangxian earthquake and the triangular represents the location of Minxian seismic station．The study area is divided into three regions by shape of receiver functions）．

1 资料及观测接收函数

本研究收集了岷县台2008－2009年的震中距为30°～90°，震级MS＞5．5的远震资料。将原始资料运用SAC软件去除仪器响应，将所有的波形记录还原为地面运动位移。由于接收函数上的“尖”都是由入射到间断面上的P转化而来，只有P比较清晰的资料才有较大的能量转化成其它震相，因此我们对资料进行了预选，只对原始波形初至P波清晰的资料进行选择。使用时间域反褶积方法计算R向（震中－台站连线）观测接收函数，共得234条。计算中使用滤波因子α为2．5的高斯低通滤波器对信号进行了滤波。图1显示了P波在该区域Moho面（根据前人研究成果，先近似取 Moho深度为45 km）上透射转换为PMs的位置分布，其中，在地震发生的东北区（Ⅰ区）资料有较好的覆盖。

图2显示了岷县台接收函数按不同震中距排列结果，在6s左右较为清晰的看到Moho面的投射转换震相PMs。为了进一步考察岷县台站下方不同方位Moho面的起伏及地壳结构，我们将台站接收函数按照方位角做了排列（图3）。由图3可以看出岷县台周围不同方位的接收函数有很大的差别，特别是不同方位PMs的到时差别比较明显，说明在岷县台下方地壳速度结构在不同方位的差别较大。

2 分区确定地壳厚度和波速比

为了利用大量接收函数资料确定地震台站下方的地壳厚度H和波速比k，Zhu和Kanamori［20］提出了一种通过叠加单台多震接收函数上的Ps、PpPs和PsPs＋PpSs三个震相的波形约束地壳厚度H和平均波速比k的方法，即H－k叠加搜索方法。该方法因可以快速处理大量的数据而被广泛应用于地壳和上地幔结构的研究，现已成为天然地震波资料处理的一种常规手段。但由于深度和波速比的折衷，会导致H－k叠加结果的不唯一性即不同的Vp会导致不同的地壳厚度。为了减少这种不唯一性，本文选取了人工地震［21］得到的平均地壳纵波速度6．2km／s。

图2 岷县台按照震中距排列的接收函数Fig．2 Receiver functions of MX station aligned by distance

本研究利用接收函数H－k搜索方法，首先确定岷县台下方地壳的平均厚度和波速比。由于岷县台不同方位的接收函数差别较大，我们将岷县台的接收函数根据PMs透射转换点的位置划分成三个不同区域：0°～90°为Ⅰ区（亦为该地震发生的区域），90°～270°为Ⅱ区，270°～360°为Ⅲ区，分别确定了不同区域的地壳厚度和波速比。

运用接收函数H－k方法，对岷县漳县地震震源区近临近区域的资料进行了分区处理，图4（a）～（c）分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域的地壳参数的计算结果：Ⅰ区即发震区，地壳厚度为45km，波速比为1．76；Ⅱ区地壳厚度47km，波速比为1．69；Ⅲ区地壳厚度47km，波速比为1．72。

由图3可以看出在Ⅰ区域接收函数在1．5s左右存在明显的一个正信号，该信号可能意味着该区域地壳中存在高速层。该高速间断面的多次波PpPs与可能在Moho反射的Ps波相重合，不能清晰地识别，但Ps波和PpSs／PsPs波能清晰地识别出。对此，选取波形反演［22］得到的上地壳纵波速度Vp为5．8km／s。运用接收函数H－k方法在地壳内部搜索速度间断面，图5（a）为该区域接收函数及壳内间断面处的一次波、多次波走时曲线；图5（b）为壳内间断面搜索结果，上地壳厚度为15km，波速比为1．62。根据Ⅰ区域的平均搜索结果，地壳厚度为45km，波速比为1．76，可以计算出中下地壳的厚度为30km，波速比约为1．84。

根据Ⅰ区域上地壳的厚度和波速比以及该区域整个地壳的厚度和平均波速比，构建了与Ⅰ区域接收函数相似的模型，该模型的地壳速度结构如图5（d），地壳中存在一个高速夹层，说明在震区（Ⅰ区域）的中下地壳中存在类似的一个高速夹层。

图3 岷县台按照方位角排列的接收函数Fig．3 Receiver functions of MX station aligned by azimuth

图4 根据接收函数H－k搜索叠加方法确定的地壳厚度和波速比（白色＇＋＇号表示搜索过程中得到的最优解的位置）Fig．4 Crustal thickness and Vp／Vsratio under MX station determined by receiver functions（＋ represents the best resolution of the H－k method）

3 结果和讨论

本文利用距离岷县漳县地震最近的固定台站岷县台的远震体波资料，研究了震源区和临近区域下方地壳速度结构。根据观测资料，在岷县台的接收函数上的一次波和多次转换波呈现出了较为明显的方位性，特别是震源区（Ⅰ区域）的接收函数与临近区域的有明显的区别。在1．5s左右，只有震源区为正信号，临近区域均为负信号，这一现象说明震源区与临近区域的地壳速度结构存在较大的差别。

图5 Ⅰ区（震源区）的接收函数和地壳结构模型Fig．5 The receiver functions and the crustal structures of modelⅠregion（seismic source area）

通过接收函数和H－k叠加搜索方法，按照不同方位分区确定了台站下方不同方位的地壳厚度、波速比。H－k叠加搜索结果显示，震源区与临近区域的Moho面深度差异最大为2km，波速比最大差异为0．07。震源区与Ⅱ区接收函数上PMs震相到时差1s左右，在波速比相同的情况下，这种到时差可由7km左右的Moho面深度差异引起，而现在由于波速比存在0．07的差异，最终导致的Moho面深度差异为2km。震源区的H－k搜索结果得到平均的波速比为1．76，而该区域上地壳的波速比仅为1．62。该地区地壳厚度45km内波速比变化0．14，是一个较为值得关注的对象。且岷县台位于临潭－宕昌断裂附近，该断裂由多条规模不等、相互平行或斜列的次级断裂组合而成，是一个动力学背景特别复杂的区域，这种复杂的动力作用机制可能是造成震源区下方地壳厚度、波速比与临近区域差异较大的重要原因。

接收函数结果表明，震源区中下地壳中存在明显的高速异常，由H－k搜索结果可知，该区域是坚硬的上地壳覆盖在比较软的下地壳上方，该高速层距地面15km左右，岷县漳县地震的震源位于高速层的上方。而在其临近区存在的是低速层。这种小范围内物质的不均匀性，可能是岷县漳县地震发生的一个重要的深部结构背景。

本研究只是在能收集到的资料的基础上对岷县漳县地震破裂带的地壳速度结构作了研究，虽然只有1个台站，但由于单台下方表现出的这种较强的方位性，使得该工作具有较大的意义，随着目前该区域地震台网的可加密观测，可以对破裂带的地壳速度结构作更为细致的研究。

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