利用远震接收函数探测襄樊台下方地壳厚度及泊松比＊

2021-05-21刘迁赵瑞栗宁

地震科学进展 2021年5期

刘迁赵瑞栗宁

1)中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），武汉 430071

2)湖北省地震局，武汉 430071

引言

地壳厚度作为地壳结构的重要参数之一，指示了所在区域的大地构造特征，波速比、泊松比也反映了地下物质组分、介质特性的变化。接收函数作为研究地壳结构的方法之一，对速度梯度较为敏感[1]。远震P波在穿过台站下方速度间断面时产生的Ps转换波及多次转换波（PpPs、PpSs）能够在接收函数上明显显示[2-4]。通过分析远震接收函数可获得精细的地壳结构，物质组分、演化等信息[5-7]。

襄樊地震台地处南秦岭造山带南襄断陷盆地与上扬子台缘褶带过渡部位，NW-SE走向的襄樊—广济断裂带由台站西南方向通过，距离该断裂约6 km；南面则分布NNW向南漳、钟祥断裂，周边断层构造分布广泛（图1）。2018年9月8日17时35分湖北襄阳发生M2.5地震，该地震震中距襄樊地震台仅4 km，该地震发生后，陆续又发生过多次余震，地震活动趋于活跃。本文利用襄樊地震台2015—2018年间记录的112个高信噪比远震波形，提取了P波接收函数，用H-k叠加方法获得了台站下方地壳厚度、波速比及泊松比，为该地区精细的地壳结构探测奠定了基础。

图1 台站周边断层分布图Fig.1 Distribution of faults around Xiangfan seismic station

1 数据资料处理

本文收集了2015—2018年襄樊地震台记录的112个远震波形事件，这些地震事件震中距30°—90°，震级5.5级以上（含5.5级），三分量齐全，震相清晰，信噪比较高（图2）。在提取接收函数之前，对波形数据进行了以下预处理：①截取P波到时前50 s，后100 s地震波形数据；②对截取的数据进行去仪器响应、去倾斜、去均值、重采样、0.05—2 Hz带通滤波；③将三分量记录ENZ旋转到ZRT坐标系下；④用垂直分量分别对径向分量和切向分量在时间域作最大熵谱反褶积，得到了消除路径和震源影响后的垂向和径向接收函数。

2 H-k叠加原理

由反褶积获得的径向接收函数有直达P波，Ps波，多次反射波PpPs，PsPs+PpSs等震相，这些震相的到时与莫霍面的深度H，P波和S波的速度vP,vS是相关联的，采用公式（1）来计算地壳厚度H[8]。tPs、tPpPs、tPsPs分别为Ps、PpPs、PsPs（PpSs）震相与P波的到时差。

式中，vP,vS分别为P、S波的平均速度，p为射线参数，远震P波到达接收区以近乎垂直入射。在已知地球半径及地壳平均P波速度的前提下，根据p=r·sinλ/V可以求得射线参数p。然后就可以求出莫霍面深度H，波速比k=vP/vS。

图2 远震事件分布图Fig.2 Locations of the teleseismic events

在进行H-k叠加时，每个H和k都会对应一个到时，根据到时可以获得其在接收函数中对应的振幅，这些振幅按照公式（2）进行叠加，对在一定范围内的H和k进行扫描，得到最大振幅的位置，即是求得的地壳厚度和波速比，这种方法便是H-k叠加。

其中，r表示不同震相到时下的振幅，ωi(i=1,2,3)为权重系数且满足ω1+ω2+ω3=1。然后，用式（3）根据波速比k可得到地壳平均泊松比

3 结果分析

图3显示了襄樊台接收函数及H-k叠加扫描结果。由图可以看出，有效远震事件主要分布在反方位角30°—60°、120°—210°和285°—300°之间，不同方位角的Ps转换波清晰，Ps震相几乎在一条线上，叠加清晰。Ps后续震相如PpPs等显得略微模糊，主要与波形噪声干扰有关。研究结果显示，襄樊台下方地壳厚度为35 km、波速比为1.66、泊松比为0.22。其地壳厚度低于十堰台44.8 km及房县台42.5 km，高于荆门台34.5 km及钟祥台34.6 km[9]，由此可知，襄樊台处于西部山区厚地壳与中东部薄地壳的过渡地带，周边台站地壳厚度变化较大。波速比略低于大陆地壳平均波速比1.76[10]。高泊松比往往对应地壳内部铁镁质含量增多或者壳幔物质上涌造成地壳部分熔融，而低泊松比多对应于脆性石英质介质，这意味着在外力作用下，壳内应力积累会更多地集中于低泊松比区[11]。襄樊台泊松比略微偏低，存在因区域内地壳应力积累发生微小地震的可能性。