陳佳 金明培 葉泵 鄧嘉美 高瓊 王軍

摘要：利用騰沖及其鄰區(qū)架設(shè)的23個(gè)臺(tái)站的遠(yuǎn)震波形資料，應(yīng)用接收函數(shù)及時(shí)間域的線性反演方法反演了各臺(tái)站下方的S波速度結(jié)構(gòu)，分析該區(qū)域的地殼速度結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明：騰沖及其鄰區(qū)莫霍面深度為39km左右，整個(gè)研究區(qū)域地殼厚度從南（32km）到北（42km）逐漸增加。不同深度的S波速度結(jié)構(gòu)顯示，騰沖附近的中下地殼（30km附近）呈現(xiàn)為明顯低速區(qū)，該低速區(qū)以騰沖為中心展布，范圍約為30km。低速異常區(qū)域與地殼內(nèi)的巖漿活動(dòng)和部分熔融物質(zhì)有關(guān)，探茍砂容融物質(zhì)為騰沖地區(qū)帶來(lái)了豐富的地?zé)豳Y源。

關(guān)鍵詞：騰沖；接收函數(shù)；S波速度結(jié)構(gòu)；地殼厚度

中圖分類號(hào)：P315.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2018）01-0.125-07

0 引言

騰沖及其鄰區(qū)（24°～25.6°N，97.5°～99.3°E）位于印度板塊與歐亞板塊碰撞帶的東北側(cè)，其西部是緬甸中深源地震帶，東鄰我國(guó)南北地震帶的南延部分。自1929年有儀器記錄以來(lái)，該區(qū)域共發(fā)生5級(jí)以上地震72次，其中7級(jí)以上地震2次（1976年龍陵7.3、7.4級(jí)地震），M6.0～6.9地震10次，M5.0～5.9地震60次，這些強(qiáng)地震絕大多數(shù)屬淺源地震，在世界其他地區(qū)并不多見(jiàn)。同時(shí)該區(qū)內(nèi)火山、地?zé)豳Y源豐富，深大斷裂縱橫交錯(cuò)，主要有怒江斷裂、大盈江斷裂、龍陵斷裂、騰沖斷裂等。騰沖及其鄰區(qū)具有如此特殊的構(gòu)造環(huán)境和頻繁的地震災(zāi)害，歷來(lái)是地震學(xué)家研究的熱點(diǎn)。

中外科學(xué)家在騰沖及其鄰區(qū)開(kāi)展了豐富的地質(zhì)、地球物理等研究。如1982年、1987年和1999年開(kāi)展的人工地震測(cè)深工程（胡鴻翔等，1986；林中洋等，1993；皇甫崗，姜朝松，2000；王椿鏞等，2000；樓海等，2002）；利用地震層析成像方法重建騰沖地區(qū)地殼、上地幔分層結(jié)構(gòu)（秦嘉政等，2000；楊曉濤等，2011）；利用接收函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)方法得到騰沖地區(qū)地殼厚度及S波速度特征（高星等，2008；馮靜等，2012；張龍等，2015）。

2011年，中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)項(xiàng)目一期工程在騰沖及其鄰區(qū)布設(shè)了密集的觀測(cè)臺(tái)站，新的臺(tái)站布設(shè)為了解該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)提供了有利手段。本文利用2011年9月至2014年1月原有固定臺(tái)和新架設(shè)臺(tái)的寬頻帶地震波形資料，應(yīng)用接收函數(shù)和時(shí)間域線性反演方法，對(duì)騰沖及其鄰區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行更精細(xì)的研究，更全面認(rèn)識(shí)騰沖火山區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地球動(dòng)力學(xué)特征。

1 數(shù)據(jù)選取

本研究使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱：臺(tái)陣項(xiàng)目）一期工程布設(shè)的20個(gè)臺(tái)站和云南原有的3個(gè)固定臺(tái)站自2011年9月2日至2014年1月16日記錄到的地震，從中選取了P波初動(dòng)清晰、信噪比高的238個(gè)MS≥5.8、震中距在30°～90°之間的遠(yuǎn)震來(lái)計(jì)算接收函數(shù)。圖1a給出了使用臺(tái)站分布圖，將臺(tái)陣項(xiàng)目和固定臺(tái)站相結(jié)合，提高了臺(tái)站密度，臺(tái)間距約為26km，分辨率相比于以往研究更高。圖1b給出了本文所使用的遠(yuǎn)震事件分布，地震主要來(lái)自臺(tái)網(wǎng)東北、東、東南、南、西南、西6個(gè)方位（反方位角31°～300°），符合條件的北部、西南區(qū)域少震，資料稀少。

2 接收函數(shù)的提取、反演

震中距在30°～95°的遠(yuǎn)震P波到達(dá)地震臺(tái)站下方時(shí)，可近似為垂直入射的波，垂直分量以P波為主，水平分量以S波為主。在遠(yuǎn)震記錄圖上，P波之后會(huì)呈現(xiàn)出一系列的散射波，水平分量的散射波系列被稱為臺(tái)站的接收函數(shù)，它描述了地震波通過(guò)臺(tái)站下方地層向上傳播的過(guò)程中，直達(dá)P波與Ps轉(zhuǎn)換波以及多次散射波之間的分布趨勢(shì)。提取接收函數(shù)過(guò)程為：首先利用反方位角將去均值之后的ZNE三分量地震記錄旋轉(zhuǎn)到ZRT（垂向、徑向和切向）坐標(biāo)系；然后根據(jù)Langston（1979）給出的震源等效方法，將R分量對(duì)Z分量在頻域反褶積，變換到時(shí)間域得到徑向接收函數(shù)；再用系數(shù)1.0的高斯濾波器對(duì)接收函數(shù)進(jìn)行低通濾波，消除高頻信號(hào)，保留遠(yuǎn)震波形有效成分，得到此臺(tái)站相對(duì)于每個(gè)事件的接收函數(shù)。在計(jì)算接收函數(shù)時(shí)，由于垂直分量可能含有近零值振幅，會(huì)造成頻率域除法不穩(wěn)定，所以在計(jì)算時(shí)加入了“水準(zhǔn)量”來(lái)保證頻率域除法的穩(wěn)定。本文中每個(gè)臺(tái)站提取到接收函數(shù)數(shù)量不等，最多的有88個(gè)，最少的有20個(gè)。

本文使用時(shí)間域線性反演方法（Ammon，Randall，1990）得到臺(tái)站下方的S波速度結(jié)構(gòu)特征，此方法計(jì)算速度快，反演結(jié)果穩(wěn)定。首先根據(jù)對(duì)研究區(qū)域的現(xiàn)有研究結(jié)果（王椿鏞等，2002；張中杰等，2005；張曉曼等，2011；胥頤等，2012）給出初始模型，在很大程度上減少反演的非唯一性（Ammon，Randall，1990）。在初始模型中，將速度結(jié)構(gòu)分成2～3km的薄層，P波速度VP與S波速度VS之間用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系VP=1.73VS來(lái)約束，介質(zhì)密度ρ采用ρ=0.32VP+0.77確定，同時(shí)通過(guò)增加模型的光滑約束壓制速度結(jié)構(gòu)的急劇變化，得到臺(tái)站下方合理的S波速度結(jié)構(gòu)。

為了保證反演結(jié)果的可靠性，每個(gè)臺(tái)站對(duì)不同方位、不同震中距和震級(jí)的地震事件得到的接收函數(shù)進(jìn)行反演，將所有反演得到的s波速度的平均結(jié)果（擬合率大于90%）作為本臺(tái)最終結(jié)果。每個(gè)臺(tái)站都有8～15個(gè)反演結(jié)果進(jìn)行平均，大多數(shù)臺(tái)站進(jìn)行平均的s波速度結(jié)構(gòu)為10個(gè)反演結(jié)果，極少數(shù)臺(tái)站為8個(gè)。每個(gè)臺(tái)站所有反演的S波速度的結(jié)果與均值之間的誤差在0.14～0.51之間，多數(shù)臺(tái)站s波速度的誤差小于0.44，極少數(shù)臺(tái)站超過(guò)0.45。圖2是53069和53080臺(tái)站初始速度模型，以及使用接收函數(shù)反演所得到的S波速度結(jié)構(gòu)和其平均的結(jié)果。在所得到的速度結(jié)構(gòu)中，一般以有明顯間斷面的第一個(gè)穩(wěn)定深度確定莫霍面位置。

3 結(jié)果與分析

3.1 各臺(tái)s波速度結(jié)構(gòu)

將每個(gè)臺(tái)站所使用的接收函數(shù)反演得到的S波速度進(jìn)行平均后，得到每個(gè)臺(tái)站最終的S波速度結(jié)構(gòu)結(jié)果，這樣得到的結(jié)果穩(wěn)定性及可信度高。圖3給出了騰沖及其鄰區(qū)23個(gè)臺(tái)站的S波速度結(jié)果，從圖中可以看出，各臺(tái)站莫霍界面非常明顯，地殼厚度最小為34km，大部分臺(tái)站下方地殼厚度集中在34～40km，所以該區(qū)地殼厚度總體變化不是很大，從南到北逐漸增厚。從圖3可以看出，23個(gè)臺(tái)站中有18個(gè)臺(tái)站下方地殼中存在S波速度減小情況，即低速區(qū)，占比為78%。多數(shù)臺(tái)站低速層的深度集中在20～40km，低速層的發(fā)育厚度為10～20km。