郯庐断裂带中段中上地壳介质非均匀性

杨从杰 李清河 王 俊 霍祝青

(中国南京210014江苏省地震局)



郯庐断裂带中段中上地壳介质非均匀性

(中国南京210014江苏省地震局)

利用山东省和江苏省数字地震台网24个台站的269个小震记录， 采用散射S波包络展宽法对郯庐断裂带中段中上地壳小尺度介质非均匀性进行了研究． 结果表明： 郯庐断裂带中段中上地壳介质呈现强烈的横向非均匀性， 该断裂带为不同强度、 不同尺度介质非均匀体分布的边界； 强弱介质非均匀性边界往往与深部构造发育具有较强的相关性； 中强震孕育与强弱非均匀体的分布有关， 地震多发生在强弱非均匀体的过渡带上. 郯庐断裂带中上地壳介质非均匀分布特征可能与苏鲁超高压变质带、 深部构造及岩浆活动有关．

郯庐断裂带 介质非均匀性 S波包络展宽

引言

NNE走向的郯庐断裂带是中国东部一条结构复杂、 规模巨大的深大断裂(方仲景等， 1986). 自1957年被航磁调查发现以来， 到目前已有50多年的研究历史． 按构造习性和地震活动性， 郯庐断裂带由北向南被分为北段(沈阳—渤海段)、 中段(山东段)和南段(苏皖段)， 其中中段为其主体， 也是地震活动性最强的地区． 1668年山东郯城M8.5地震就发生在郯庐断裂带中段， 且至少有3次全新世古地震(李家灵等， 1994)和8次破坏性历史地震发生在郯庐断裂带中段(晁洪太等， 1997； 施炜等， 2003； 徐溶等， 2014)．

研究人员对郯庐断裂带中段的深部介质结构进行了大量研究， 如人工地震测深剖面(国家地震局《地学断面》编委会， 1991， 1992; 董树文等， 1998； 杨文采等， 1999a， b)、 跨郯庐断裂带中段的壳幔结构(刘启元等， 2005; 刘因等， 2009)、 天然地震层析成像(Chenetal， 2006； 黄耘等， 2011)、 大地电磁测深(肖骑彬等， 2008； 张继红等， 2010)， 以及重、 磁、 热等地球物理场研究(王良书等， 1995； 郝天珧等， 2004； 李春峰等， 2009)． 上述研究在断裂带的延伸范围、 发育规模、 深部切割特征、 介质结构特征、 断裂分段性以及孕震环境等方面取得了新的成果和认识． 但受观测手段和研究方法所限， 前人研究结果主要揭示了大尺度介质结构特征， 而缺乏对小尺度介质结构特征及介质非均匀性精细结构的研究．

大量观测表明， 地震波在传播过程中， 岩石层中随机分布的非均匀体可引起地震波的散射(Sato， 1989； Satoetal， 1998； Saitoetal， 2002)， 这些散射携带了大量关于岩石层内部介质的非均匀性精细结构信息， 因此可以通过分析地震散射波信息来研究地壳介质的非均匀性(Sato， 1989)． 基于微扰思想的S波包络展宽法是定量研究岩石圈中随机速度非均匀性的有力工具(Sato， 1989)， 已被用于地壳介质(Scherbaum， Sato， 1991； Takahashietal， 2007)及火山区介质(范小平等， 2009a， b， 2011， 2013)非均匀性精细结构的研究中．

本文将利用山东省和江苏省数字地震台网24个台站的269个小震记录， 采用S波包络展宽法对郯庐断裂带中段中上地壳介质的非均匀性特征进行研究， 探讨深部断裂构造、 地震孕育与非均匀体之间的关系， 以期为该区深部断裂构造特征和地震孕育成因的研究提供新的思路和途径．

1 研究方法

1.1 S波包络展宽理论

高频(>1 Hz)S波随着传播距离的增加， 其均方根包络逐渐变宽， 这种现象被称为S波包络展宽(Sato， 1989)． S波包络宽度定义为S波初至与其均方根包络最大振幅衰减到一半时的时间差(Saitoetal， 2002)， 该宽度(本文记为tq)是量化S波包络展宽现象的时间变量． Saito等(2002)研究认为随机分布的非均匀体对地震波的多次前向散射和绕射是引起高频S波包络展宽的主要原因．

非均匀介质速度微扰动的功率谱服从幂律谱， von Kármán型自相关函数(Sato， 1989)在高波数范围内满足这一特征． von Kármán型随机介质中，tq与介质非均匀性参数的关系为(Sato， 1989； Satoetal， 1998)

(1)

其中，

由式(1)可以看出，tq为频率f、 传播距离r、 速度v0、 Hurst指数κ、 速度扰动率ε和自相关长度a的函数(Satoetal， 1998； Saitoetal， 2002)， 即

(2)

式中：f,r及v0与散射S波传播特征有关；κ，ε及a与介质结构有关， 是描述介质小尺度非均匀性特征的参数．tq将S波传播特征与描述介质小尺度非均匀性特征的参数联系在一起， 奠定了利用tq获取介质小尺度介质非均匀性的理论基础．

1.2 介质非均匀性谱结构

式(2)中与S波传播特征有关的参数由前人研究成果所定．f一般取倍频研究范围， 如2—4， 4—8， 8—16及16—32 Hz (Satoetal， 1998； Saitoetal， 2002)； S波传播距离r可由非均匀介质射线追踪法确定(高尔根等， 2002； 范小平等， 2009b， 2011)； 介质速度v0可由宽角反射折射资料(国家地震局《地学断面》编委会， 1991, 1992)和天然地震层析成像结果(黄耘等， 2011)综合确定．

确定f,r和v0后，tq则为κ，ε和a的函数， 即tq=tq(κ,ε,a)． 由于ε与a并不解耦(Satoetal， 1998； Saitoetal， 2002)， 所以tq为κ和ε2/[p(κ)-1]a-1的函数， 为简化表示， 本文令y=ε2/[p(κ)-1]a-1．κ值的高低反映了介质粗糙程度及非均匀体对地震波作用的强弱程度．κ值越小， 介质包含高频短波长成分越多， 介质散射强度越强， 介质非均性程度越高； 反之， 则介质散射强度及介质非均匀性程度相对较弱(Saitoetal， 2002)．y值高低则反映了非均匀体尺度信息．y值越小， 表明存在大尺度非均匀性介质， 介质较完整均匀； 反之则表明存在小尺度非均匀性介质， 介质较破碎、 非均匀性程度较高．

获取地壳介质非均匀性的谱结构分以下步骤进行： ① 对地震记录去除仪器响应； ② 分别计算2—4， 4—8， 8—16和16—32 Hz范围内的S波包络宽度； ③ 建立tq与f和r之间的关系； ④ 对参与计算的地震进行精确定位， 获取地震事件的准确位置； ⑤ 采用非均匀介质三维射线追踪法(高尔根等， 2002； 范小平等， 2009b， 2011)获取散射波传播路径； ⑥ 综合第②—⑤步， 采用遗传基因法获取研究区地壳介质速度非均匀性的谱结构．

2 资料及处理

2.1 资料选取

本文收集研究区域内(34°N—37°N， 116°E—120°E)山东省和江苏省数字地震台网24个观测台站记录到的数字地震观测波形， 筛选出S波记录清晰、 波形记录完整、 震级范围为ML1.5—4.5的269个地震记录． 对去除仪器响应后的每次地震事件逐台进行分析， 计算各观测台站的S波包络宽度．

图1为研究区主要断裂及观测台站分布图． NNE走向的郯庐断裂带(F1)是研究区内最重要的深部断裂， 该断裂控制并影响了该区地壳发育、 变形及地震活动． 沿郯庐断裂带发育了一系列NW向断裂(F2，F3，F4，F5，F6，F8)和NE向断裂(F7，F9，F10,F11)， 形成了错综复杂的断裂发育体系， 使得该区成为重要的中强震孕育区. 同时该断裂带也是一条重要的大地构造界线， 为华北地块与扬子地块的分界线．

图1 研究区主要断裂及观测台站分布

F1： 郯庐断裂带；F2： 韩庄断裂；F3： 苍尼断裂；F4： 郓城断裂；F5： 蒙山山前断裂；F6： 莱芜断裂；F7： 上五井断裂；F8： 益都断裂 ；F9： 邵店—桑墟断裂 ；F10： 海泗断裂；F11： 五莲—荣城断裂

Fig.1 Distribution of main faults and observation stations (triangles) in the studied area

F1： Tancheng-Lujiang fault zone；F2： Hanzhuang fault；F3： Cangni fault；F4： Yuncheng fault；F5： Mengshan piedmont fault；F6： Laiwu fault；F7： Shangwujing fault；F8： Yidu fault；F9： Shaodian-Sangxu fault；F10： Haisi fault；F11： Wulian-Rongcheng fault

2.2 S波包络展宽

以2001年4月14日发生在郯庐断裂带附近的莒县ML4.1地震为例分析S波包络展宽现象． 该地震震中为35.78°N， 119.01°E， 震源深度约为16 km． 分别对五莲台(WUL)、 潍坊台(WEF)、 青岛台(QID)、 济南台(JIN)、 烟台台(YAT)和荣城台(RCH)的地震波记录进行S波包络计算， 结果如图2所示． 各台站散射S波包络宽度列于表1． 可以看出， 随着震中距Δ增大， S波包络宽度tq逐渐变宽． 地震波在传播过程中， 由于受地壳介质中不同尺度非均匀体的散射作用， 造成了S波包络的展宽现象． 随着传播距离增加， S波受非均匀体作用的可能性和概率越高， 因此产生了较为明显的S波包络展宽现象．

表1 不同震中距的散射S波包络宽度

图2 不同震中距散射S波包络展宽

Fig.2 The envelope broadening of scattering S-wave of different epicentral distances

图3 典型散射S波包络展宽灰色实线为原始记录， 蓝色实线为散射S波包络 Fig.3 Typical examples for envelope broadening of scattering S-wave The grey and blue solid lines represent the original records and envelopes of scattering S-wave， respectively

图3给出了潍坊台(WEF)、 青岛台(QID)和苍山台(CSH)原始波形记录及其在4—8 Hz频带内的S波包络展度图． 表2给出了相近震中距的散射S波包络宽度. 可以看出： QID台震中距(Δ=142 km)大于WEF台震中距 (Δ=103 km)， 但QID台散射波包络宽度(tq=1.65 s)却小于WEF台(tq=1.95 s)； CSH台震中距与QID台震中距相同(Δ=142 km)， 但二者的原始波形记录和S波包络宽度均有明显差异， CSH台记录的波形信息比QID台明显丰富， 除S波以外， 在续至区还出现了其它震相．

表2 相近震中距散射S波包络宽度

由S波包络展宽理论可知， 地震波传播距离越长， S波包络越宽(Satoetal， 1998； Saitoetal， 2002). 如果地震波传播路径上介质非均匀性程度差异不大， 则相同震中距的S波包络宽度应该相近． 但实际观测并非如此. WEF台位于郯庐断裂带内， QID台和CSH台分别位于郯庐断裂带东侧和西侧． 因其所处的位置不同， S波包络宽度呈现出明显不同． 虽然WEF台震中距小于QID台， 但WEF台S波包络宽度却大于QID台， 这说明郯庐断裂带内介质对S波作用程度要比断裂带外强， 即郯庐断裂带内介质非均匀性程度要比断裂带外高． 对于CSH台和QID台而言， 其震中距相同， 但CSH台的S波波形远比QID台波形复杂， 包络宽度也比QID台宽得多， 表明地震波横穿郯庐断裂带传播， 受到郯庐断裂带的强烈作用， 产生了新的震相， 也进一步表明郯庐断裂带内与断裂带外的介质结构差异明显．

2.3 S波包络宽度与传播距离关系

不同频带内S波包络宽度tq与震中距Δ的拟合关系为

(3)

可以看出，tq不仅与Δ有关， 而且与f关系密切．tq与Δ呈线性关系， 随着Δ增大，tq随之变大；tq与f的关系较为复杂， 不同频段内lgΔ与lgtq的斜率变化并不十分明显， 说明tq与f具有一定相关性， 但这种相关性的强弱与非均匀体尺度有关(范小平等， 2013)， 反映了介质非均匀体的多尺度特性．tq与介质非均匀性参数κ,ε,a有关， 因此式(3)建立了用tq求取非均匀性参数κ,ε,a的观测基础和理论基础．

图4给出了研究区内不同频带S波包络宽度tq与震中距Δ在双对数坐标系下的关系． 可以看出： 尽管S波包络宽度在观测范围内比较离散， 但仍能明显看出tq与Δ的线性趋势关系； 且拟合标准差σ随着频率增大而减小， 说明tq离散程度也随着频率增大而逐渐减小．

3 非均匀体空间分布特征

本文分别对0—5， 5—10， 10—15及15—20 km深度范围内2—4， 4—8， 8—16及16—32 Hz频带内的非均匀性参数κ值和y值进行反演， 获取了不同频带、 不同深度范围内地壳介质非均匀性参数的空间分布图像(图5和图6)． 介质非均匀性虽具有多尺度特性， 不同研究频带内的介质非均匀性空间分布特征虽有所差异， 但在相同深度内， 总体上保持强者恒强， 弱者恒弱的分布特征(Saitoetal， 2002； 范小平等， 2009b， 2011)． 考虑到研究区内地震震源深度及成像分辨率， 本文以4—8 Hz频带内5—10， 10—15及15—20 km深度内非均匀性参数空间分布为例， 探讨研究区中上地壳介质非均匀性的分布特征．

图4 不同频带S波包络宽度与震中距关系红色圆圈为S波包络宽度， 蓝色实线为拟合线

Fig.4 Relationship between the time lag of S-wave envelope and epicentral distances in different frequency-bands Red circles represent the time lag of S-wave envelope， blue lines represent the fitting lines

图5为研究区中上地壳介质非均匀性参数κ值的空间分布图． 图中κ低值区(红色)表明介质散射强度和非均性较强， 反映介质较为破碎、 粗糙；κ高值区(蓝色)表明介质散射强度较弱、 较为均匀， 反映介质较为完整． 图6为研究区中上地壳介质非均匀性参数y值的空间分布图． 图中y低值区(红色)表明非均匀体尺度相对较大， 体现了大尺度非均匀性；y高值区(蓝色)则表明非均匀体尺度相对较小， 体现了小尺度非均匀性． 综合图5和图6总结研究区内的非均匀性空间分布特征如下：

1) 地壳介质呈现强烈的横向非均匀性， 郯庐断裂带为强弱介质非均匀性的分界线． 上地壳中， 郯庐断裂带东侧为κ高值区(图5a， b)，y值也基本为高值(图6a， b)， 表明郯庐断裂带上地壳介质呈小尺度弱非均匀性． 上地壳郯庐断裂带西侧κ值呈高低相间的分布特征， 莱芜断裂(F6)与韩庄断裂(F2)之间，κ值相对低， 莱芜断裂以北及韩庄断裂以南，κ值相对高， 且高、 低κ值分布与构造走向一致， 基本呈NW走向(图5a， b)． 韩庄断裂以南，y值基本以低值为主(图6a， b)， 但在莱芜断裂以北， 不同深部y值的变化特点有所不同． 根据κ值和y值的分布特征， 可以判断莱芜断裂与韩庄断裂之间地壳介质以小尺度弱非均匀性为主， 韩庄断裂以南以小尺度强非均匀性为主， 莱芜断裂以北以大尺度强非均匀性为主． 中地壳中， 郯庐断裂带东侧κ值和y值均呈现出高低相间的分布特征(图5c， 6c)； 郯庐断裂带西侧，κ值以低值为主，y值在莱芜断裂与韩庄断裂之间为高值(图6c)， 表明在莱芜断裂与韩庄断裂之间中地壳介质以大尺度强非均匀性为主．

图5 郯庐断裂带中段中上地壳不同深度的介质非均匀性参数κ值的空间分布(a) 5—10 km； (b) 10—15 km； (c) 15—20 km

Fig.5 Spatial distribution of inhomogeneity parameterκof mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone(a) 5—10 km； (b) 10—15 km； (c) 15—20 km

2) 介质非均匀性分布与断裂构造联系密切． 由图5和图6可以看出， 强弱非均匀体基本上伴随断裂而发育． 在上地壳(图5a， b和图6a， b)中， 苍尼断裂(F3)与蒙山山前断裂(F5)之间， 发育了规模较大的NW向小尺度弱非均匀体； 郯庐断裂带西侧， 苍尼断裂以南区域， 小尺度强非均匀体发育； 郯庐断裂带以西、 莱芜断裂以北地区， 大尺度强非均匀体发育． 在中地壳(图5c， 6c)中， 郯庐断裂带西侧地壳介质以大尺度强非均匀体为主， 东侧除莒县—五莲县之间以小尺度非均匀体为主外， 其余地区仍以大尺度强非均匀体为主．

3) 强弱非均匀体的分布与中强震孕育具有较强的相关性． 由图5和图6可以看出， 中强震除与断裂构造具有较强的相关性外， 还与强弱非均匀体的分布有关， 其多孕育在强弱非均匀体的过渡带上． 例如， 1668年郯城M8.5地震孕震区， 其中上地壳介质非均匀性程度差异明显， 孕震区北东侧介质以小尺度强非均匀性为主， 西南侧则以大尺度弱非均匀性为主． 孕震区两侧介质非均匀性程度的差异， 一方面说明强弱非均匀体的边界有助于应力集中， 同时也说明发震时断裂构造沿NE向破裂． 地壳介质强弱散射体空间分布位置的差异性， 可能揭示了地壳介质结构及地球动力学过程．

图6 郯庐断裂带中上地壳不同深度的介质非均匀性参数y值的空间分布(a) 5—10 km； (b) 10—15 km； (c) 15—20 km

Fig.6 Spatial distribution of inhomogeneity parameteryof mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone(a) 5—10 km； (b) 10—15 km； (c) 15—20 km

4 讨论与结论

本文采用S波包络展宽法对郯庐断裂带中段中上地壳介质的非均匀性进行了研究， 结果表明无论原始观测记录， 还是介质非均匀性参数的空间分布特征， 均揭示出中上地壳介质呈现明显的横向非均匀性． 郯庐断裂带为不同强度、 不同尺度介质非均匀性分布的边界， 强弱介质非均匀性的边界往往与深部断裂构造发育具有较强的相关性． 中强震的孕育与强弱非均匀体的分布有关， 地震多发生在强弱非均匀体的过渡带上．

郯庐断裂带为华北断块与苏鲁造山带的边界. 苏鲁造山带由北边的超高压变质带和南边的高压变质带组成， 且造山带内有大量100—150 Ma的花岗岩侵入体． 根据深部地球物理资料可知， 苏鲁超高压变质带的埋深不超过8 km(杨文采等， 2005)． 郯庐断裂带东侧区域中上地壳介质非均匀性分布特征可能与苏鲁超高压变质带的分布和形成有关． 郯庐断裂带西侧区域主要位于鲁西断块内， 鲁西断块的形成机制与华北断块形成机制相近， 但与苏鲁造山带差别明显， 这可能是造成郯庐断裂带两侧深部介质非均匀性发育特征及表现形式差异显著的主要原因之一．

郯庐断裂带经过多期复杂运动， 在中生代大规模平移运动基本结束后， 深部地幔物质开始上涌， 大量玄武岩浆沿断裂带呈裂隙式喷溢， 上部地壳拱起产生横向拉张， 断裂带内部产生强烈断陷， 并填充数千米的火山岩和火山碎屑岩等． 沿郯庐断裂带介质呈现出强弱不同、 尺度不同的非均匀性特征可能与郯庐断裂带早期活动和岩浆喷溢有关(李家灵等， 1994； 晁洪太等， 1997)．

强震区深部地球物理勘探资料(刘昌铨， 嘉世旭， 1986； 卢造勋等， 1990； 王椿镛等， 1993； 滕吉文等， 2009)表明， 强震孕育区地壳内部高、 低速体以及深部与浅部断裂之间的耦合作用导致了震源区介质的物理力学性质变化以及应力的不均匀分布和聚集. 在差异性力源作用下， 深部物质重新分异、 协调和运移， 深部热物质沿断裂带裂隙上涌， 上涌物质与围岩形成明显的介质结构非均匀性， 因此强弱非均匀性的边界往往与断裂构造活动有关．

中国地震局地球物理研究所“国家数字测震台网数据备份中心”为本研究提供地震波形数据， 审稿专家对本文提出宝贵意见， 作者在此一并表示衷心感谢．

晁洪太， 李家灵， 崔昭文， 赵清玉. 1997. 郯庐断裂带潍坊—嘉山段全新世活断层的活动方式与发震模式[J]. 地震研究， 20(2): 218--226.

Chao H T， Li J L， Cui Z W， Zhao Q Y. 1997. Mode of motion of the Holocene fault in Weifang-Jiashan segment of the Tanlu fault zone and earthquake generating model[J].JournalofSeismologicalResearch， 20(2): 218--226 (in Chinese).

董树文， 吴宣志， 高锐， 卢德源， 李英康， 何义权， 汤加富， 曹奋扬， 侯明金， 黄德志. 1998. 大别造山带地壳速度结构与动力学[J]. 地球物理学报， 41(3): 349--361.

Dong S W， Wu X Z， Gao R， Lu D Y， Li Y K， He Y Q， Tang J F， Cao F Y， Hou M J， Huang D Z. 1998. On the crust velocity levels and dynamics of the Dabieshan orogenic belt[J].ActaGeophysicaSinica， 41(3): 349--361 (in Chinese).

范小平， 李清河， 杨从杰. 2009a. S波包络时间差影响因素的数值分析[J]. 地震学报， 31(4): 367--376.

Fan X P， Li Q H， Yang C J. 2009a. Numerical simulation on the factors influencing duration time of S wave envelope[J].ActaSeismologicaSinica， 31(4): 367--376 (in Chinese).

范小平， 李清河， 杨从杰， 何海兵， 金淑梅. 2009b. 长白山天池火山区介质非均匀性[J]. 地球物理学报， 52(10): 2580--2587.

Fan X P， Li Q H， Yang C J， He H B， Jin S M. 2009b. Medium inhomogeneity of crust in Changbaishan Tianchi volcano[J].ChineseJournalofGeophysics， 52(10): 2580--2587 (in Chinese).

范小平， 李清河， 杨从杰， 金淑梅. 2011. 长白山天池火山区介质速度非均匀性谱结构[J]. 地球物理学报， 54(5): 1215--1221.

Fan X P， Li Q H， Yang C J， Jin S M. 2011. Spectral structure of velocity inhomogeneity of crust medium in Changbai-shan Tianchi volcano[J].ChineseJournalofGeophysics， 54(5): 1215--1221 (in Chinese).

范小平， 杨从杰， 李清河. 2013. 介质非均匀性参数对散射波包络的影响[J]. 地球物理学进展， 28(2): 687--694.

Fan X P， Yang C J， Li Q H. 2013. The effect of inhomogeneity parameters on scattering wave envelopes[J].ProgressinGeophysics， 28(2): 687--694 (in Chinese).

方仲景， 丁梦林， 向宏发， 计风桔， 李如成. 1986. 郯庐断裂带的基本特征[J]. 科学通报， 31(1): 52--55.

Fang Z J， Ding M L， Xiang H F， Ji F J， Li R C. 1986. Basic characteristics of the Tanlu fault zone[J].ChineseScienceBulletin， 31(1): 52--55 (in Chinese).

高尔根， 徐国明， 蒋先艺， 罗开云， 刘同庆， 谢瑞， 史进良. 2002. 三维结构下逐段迭代射线追踪方法[J]. 石油地球物理勘探， 37(1): 11--16.

Gao E G， Xu G M， Jiang X Y， Luo K Y， Liu T Q， Xie R， Shi J L. 2002. Iterative ray-tracing method segment by segment under 3-D construction[J].OilGeophysicalProspecting， 37(1): 11--16 (in Chinese).

国家地震局《地学断面》编委会. 1991. 江苏响水至内蒙古满都拉地学断面[M]. 北京: 地质出版社： 1--68.

Editorial Board ofGeoscienceTransect， State Seismological Bureau. 1991.TheGeoscienceTransectofXiangshui，JiangsutoMandula，InnerMongolia[M]. Beijing: Geological Publishing House: 1--68 (in Chinese).

国家地震局《地学断面》编委会. 1992. 上海奉贤至内蒙古阿拉善左旗地学断面[M]. 北京: 地震出版社: 1--66.

Editorial Board ofGeoscienceTransect， State Seismological Bureau. 1992.TheGeoscienceTransectofFengxian，ShanghaitoAlxaZuoqi，InnerMongolia[M]. Beijing: Seismological Press: 1--66 (in Chinese).

郝天珧， Suh M， 刘建华， 阎晓蔚， Choi S， 姚长利， 刘少华， 戴明刚， 徐亚. 2004. 黄海深部结构与中朝—扬子块体结合带在海区位置的地球物理研究[J]. 地学前缘， 11(3): 51--61.

Hao T Y， Suh M， Liu J H， Yan X W， Choi S， Yao C L， Liu S H， Dai M G， Xu Y. 2004. Deep structure and boundary belt position between Sino-Korean and Yangtze blocks in Yellow Sea[J].EarthScienceFrontiers， 11(3): 51--61 (in Chinese).

黄耘， 李清河， 张元生， 孙业君， 毕雪梅， 金淑梅， 王俊. 2011. 郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳速度结构[J]. 地球物理学报， 54(10): 2549--2559.

Huang Y， Li Q H， Zhang Y S， Sun Y J， Bi X M， Jin S M， Wang J. 2011. Crustal velocity structure beneath the Shandong-Jiangsu-Anhui segment of the Tancheng-Lujiang fault zone and adjacent areas[J].ChineseJournalofGeophy-sics， 54(10): 2549--2559 (in Chinese).

李春峰， 陈冰， 周祖翼. 2009. 中国东部及邻近海域磁异常数据所揭示的深部构造[J]. 中国科学: D辑， 39(12): 1770--1779.

Li C F， Chen B. Zhou Z Y. 2009. Deep crustal structures of eastern China and adjacent seas revealed by magnetic data[J].ScienceinChina:SeriesD， 52(7): 984--993.

李家灵， 晁洪太， 崔昭文， 赵清玉. 1994. 郯庐活断层的分段及其大震危险性分析[J]. 地震地质， 16(2): 121--126.

Li J L， Chao H T， Cui Z W， Zhao Q Y. 1994. Segmentation of active fault along the Tancheng-Lujiang fault zone and evaluation of strong earthquake risk[J].SeismologyandGeology， 16(2): 121--126 (in Chinese).

刘昌铨， 嘉世旭. 1986. 唐山地震区地壳上地幔结构特征： 二维非均匀介质中理论地震图计算和结果分析[J]. 地震学报， 8(4): 341--352.

Liu C Q， Jia S X. 1986. Structural property of the crust and the upper mantle in the Tangshan earthquake region： A method of computing body wave theoretical seismogram and the result of analysis of 2-D inhomogeneous media[J].ActaSeismologicaSinica， 8(4): 341--352 (in Chinese).

刘启元， Rainer K， 陈九辉， Yuan X H， 李顺成， 郭飚， Kur W， 赖院根. 2005. 大别造山带壳幔界面的断错结构和壳内低速体[J]. 中国科学: D辑， 35(4): 304--313.

Liu Q Y， Rainer K， Chen J H， Yuan X H， Li S C， Guo B， Kur W， Lai Y G. 2005. Dislocation structure of the crust-mantle boundary and low-velocity body within the crust beneath the Dabie Shan collision orogen[J].ScienceinChina:SeriesD， 48(7): 875--885.

刘因， 汪青， 姜枚， 王亚军. 2009. 苏鲁造山带深部构造的接收函数图象[J]. 岩石学报， 25(7): 1658--1662.

Liu Y， Wang Q， Jiang M， Wang Y J. 2009. The receiver function image of the deep structure in Sulu orogenic belt[J].ActaPetrologicaSinica， 25(7): 1658--1662 (in Chinese).

卢造勋， 刘国栋， 魏梦华， 孟朴在， 赵俊猛. 1990. 中国辽南地区地壳与上地幔介质的横向不均匀性与海城7.3级地震[J]. 地震学报， 12(4): 367--378.

Lu Z X， Liu G D， Wei M H， Meng P Z， Zhao J M. 1990. Lateral inhomogeneity of crust and upper mantle in south Liaoning， China and its relationship with theM7.3 Haicheng earthquake[J].ActaSeismologicaSinica， 12(4): 367--378 (in Chinese).

施炜， 张岳桥， 董树文. 2003. 郯庐断裂带中段第四纪活动及其分段特征[J]. 地球学报， 24(1): 11--18.

Shi W， Zhang Y Q， Dong S W. 2003. Quaternary activity and segmentation behavior of the middle portion of the Tan-Lu fault zone[J].ActaGeoscienticaSinica， 24(1): 11--18 (in Chinese).

滕吉文， 张中杰， 杨顶辉， 张永谦， 张雪梅， 杨辉， 阮小敏. 2009. 地震波传播理论与地震“孕育”、 发生和发展的深部介质和构造环境[J]. 地球物理学进展， 24(1): 1--19.

Teng J W， Zhang Z J， Yang D H， Zhang Y Q， Zhang X M， Yang H， Ruan X M. 2009. The seismic wave propagation theory and the deep medium and tectonic environment of the earthquake “pregnancy”， generation and development[J].ProgressinGeophysics， 24(1): 1--19 (in Chinese).

王椿镛， 王贵美， 林中洋， 张四维， 刘运生， 毛桐恩， 刘元生， 段以伟. 1993. 用深地震反射方法研究邢台地震区地壳细结构[J]. 地球物理学报， 36(4): 445--452.

Wang C Y， Wang G M， Lin Z Y， Zhang S W， Liu Y S， Mao T E， Liu Y S， Duan Y W. 1993. A study on fine crustal structure in Xingtai earthquake area based on deep seismic reflection profiling[J].ActaGeophysicaSinica， 36(4): 445--452 (in Chinese).

王良书， 李成， 施央申， 汪屹化. 1995. 下扬子区地温场和大地热流密度分布[J]. 地球物理学报， 38(4): 469--476.

Wang L S， Li C， Shi Y S， Wang Y H. 1995. Distributions of geotemperature and terrestrial heat flow density in lower Yangtze area[J].ActaGeophysicaSinica， 38(4): 469--476 (in Chinese).

肖骑彬， 赵国泽， 王继军， 詹艳， 陈小斌， 汤吉， 蔡军涛， 万战生， 王立风， 马为， 张继红. 2008. 苏鲁造山带及邻区深部电性结构研究[J]. 中国科学: D辑， 38(10): 1258--1267.

Xiao Q B， Zhao G Z， Wang J J， Zhan Y， Chen X B， Tang J， Cai J T， Wan Z S， Wang L F， Ma W， Zhang J H. 2009. Deep electrical structure of the Sulu orogen and neighboring areas[J].ScienceinChina:SeriesD， 52(3): 420--430.

徐溶， 陈时军， 王峰. 2014. 沂沭断裂带及其附近地区构造应力场研究概要[J]. 地震工程学报， 36(1): 158--169.

Xu R， Chen S J， Wang F. 2014. Study on tectonic stress field in Yishu fault zone and its adjacent areas[J].ChinaEarthquakeEngineeringJournal， 36(1): 158--169 (in Chinese).

杨文采， 程振炎， 陈国九， 胡振远， 白金. 1999a. 苏鲁超高压变质带北部地球物理调查(Ⅰ): 深反射地震[J]. 地球物理学报， 42(1): 41--52.

Yang W C， Cheng Z Y， Chen G J， Hu Z Y， Bai J. 1999a. Geophysical investigations in northern Sulu UHPM belt， part Ⅰ: Deep seismic reflection[J].ChineseJournalofGeophysics， 42(1): 41--52 (in Chinese).

杨文采， 胡振远， 程振炎， 倪诚昌， 方慧， 白金. 1999b. 郯城—涟水综合地球物理剖面[J]. 地球物理学报， 42(2): 206--217.

Yang W C， Hu Z Y， Cheng Z Y， Ni C C， Fang H， Bai J. 1999b. Long profile of geophysical investigation from Tanchen to Lianshui， east-central China[J].ChineseJournalofGeophysics， 42(2): 206--217 (in Chinese).

杨文采， 徐纪人， 程振炎， 侯遵泽. 2005. 苏鲁大别造山带地区物理与壳幔作用[M]. 北京: 地质出版社: 15--52.

Yang W C， Xu J R， Cheng Z Y， Hou Z Z. 2005.RegionalGeophysicsandCrust-MantleInterationinSulu-DabieOrogenicBelt[M]. Beijing: Geological Publishing House: 15--52 (in Chinese).

张继红， 赵国泽， 肖骑彬， 汤吉. 2010. 郯庐断裂带中段(沂沭断裂带)电性结构研究与孕震环境[J]. 地球物理学报， 53(3): 605--611.

Zhang J H， Zhao G Z， Xiao Q B， Tang J. 2010. Analysis of electric structure of the central Tan-Lu fault zone (Yi-Shu fault zone， 36°N) and seismogenic condition[J].ChineseJournalofGeophysics， 53(3): 605--611 (in Chinese).

Chen L， Zheng T Y， Xu W W. 2006. A thinned lithospheric image of the Tanlu fault zone， eastern China: Constructed from wave equation based receiver function migration[J].JGeophysRes， 111(B9): 1--15.

Saito T， Sato H， Ohtake M. 2002. Envelope broadening of spherically outgoing wave in three-dimensional media having power law spectra[J].JGeophysRes， 107(B5): 3-1--3-16.

Sato H. 1989. Broadening of seismogram envelops in the randomly inhomogeneous lithosphere based on the parabolic approximation: Southeast Honshu， Japan[J].JGeophysRes， 94(B12): 17735--17747.

Sato H， Fehler M C， Maeda T. 1998.SeismicWavePropagationandScatteringintheHeterogeneousEarth[M]. New York: Springer: 1--3.

Scherbaum F， Sato H. 1991. Inversion of full seismogram envelopes based on the parabolic approximation: Estimation of randomness and attenuation in southeast Honshu， Japan[J].JGeophysRes， 96(B2): 2223--2232.

Takahashi T， Sato H， Nishimura T， Obara K. 2007. Strong inhomogeneity beneath Quaternary volcanoes revealed from the peak delay analysis of S-wave seismograms of microearthquakes in northeastern Japan[J].GeophysJInt， 168(1): 90--99.

Medium inhomogeneity of mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone

(EarthquakeAdministrationofJiangsuProvince，Nanjing210014，China)

On the basis of 269 small earthquakes recorded by the 24 stations of Jiangsu and Shandong digital seismograph networks， this paper studies the small-scale medium inhomogeneity of mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone by using the scattering S-wave envelope broadening method. The results reveal that strong inhomogeneity exists in the mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone， and the Tancheng-Lujiang fault zone is the boundary of the medium with different inhomogeneity strength and different inhomogeneity scale. The deep structures are strongly correlative with the boundary of the strong and the weak inhomogeneity. The results also show that the developments of the moderate-strong earthquakes are related with the distribution of the strong and the weak inhomogeneity bodies， and moderate-strong earthquakes generally occur at the transitional zone of the strong and the weak inhomogeneity bodies. The distribution characteristics of medium inhomogeneity in the mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone maybe relate with ultra-high pressure metamorphic belt， deep structures and magma activity.

Tancheng-Lujiang fault zone; medium inhomogeneity; S-wave envelope broadening

国家自然科学基金(40974031)和江苏省自然科学基金(BK20131454, BRA2015440)共同资助.

2015-04-10收到初稿， 2015-08-21决定采用修改稿.

e-mail: bj_ycj@163.com

10.11939/jass.2016.01.003

P315.3+1

A

杨从杰, 李清河, 王俊, 霍祝青. 2016. 郯庐断裂带中段中上地壳介质非均匀性. 地震学报, 38(1): 29--40. doi:10.11939/jass.2016.01.003.

Yang C J, Li Q H, Wang J, Huo Z Q. 2016. Medium inhomogeneity of mid-upper crust beneath the middle segment of Tancheng-Lujiang fault zone.ActaSeismologicaSinica, 38(1): 29--40. doi:10.11939/jass.2016.01.003.