郑定昌;王俊
【摘 要】本文选取了川滇地区98个固定台站记录到的三分量地震背景噪声数据,采用互相关方法提取了勒夫波互相关函数,并利用自适应时频分析方法获取了勒夫波速度频散曲线,经反演得到周期为8-30 s的勒夫波速度分布图像.层析成像结果显示:短周期的勒夫波速度分布图像呈明显的横向不均匀性,且与地表地质和构造特征基本一致,其中四川盆地呈不均匀的低速异常,盆地内成都平原地区的速度相对低于盆地中部的丘陵地区,速度分界线为遂宁与峨眉山之间的连线,四川盆地内的速度变化反映出沉积层厚度的变化情况;攀枝花地区呈高速异常,可能与古地幔活动有关,幔源物质以侵入岩和底侵岩浆的形式停留在地壳的不同深度,从而形成高速异常的特征.本文结果为了解川滇地区的构造运动提供了地震学线索,并为下一步研究地壳径向各向异性奠定了基础.%We collected seismic ambient noise data recorded at 98 permanent seismic stations in Sichuan-Yunnan area to image crustal structure.The Love wave cross-correlation functions are obtained by cross-correlation of ambient noise.The group velocity dispersion curves for Love wave are measured by automated time- 干花工艺品frequency analysis.Love wave group velocity is mapped in the periods between 8 s and 30 s.The tomographies show seismic images at short periods exhibit apparent horizontal heterogeneities,which is largely consistent with geological features and geophysical studies.The Sichuan basin appears as low group velocity anomaly,and the Chengdu plain shows lower group velocity relative to the hilly area in Sichuan basin,with the line connecting Suining with Emeishan being the boundary between higher velocity and lower one.The variation of group velocity anomalies in Sichuan basin reflects variable sedimentary thicknesses.The Panzhihua area appears as high velocity anomaly,which is associated with an ancient mantle plume.The materials from mantle is remained at the different depth in crust in the form of intrusive rocks and magmatic underplating,resulting in the characteristics of high velocity anomaly.These seismic images provide necessary information for the research on crustal radial anisotropy and understanding of tectonic process.
【期刊名称】《地震学报》
【年(卷),期】2017(039)005广东电大
铁锰结核
【总页数】15页(P633-647)
【关键词】背景噪声;层析成像;勒夫波;地壳结构;川滇地区
【作 者】郑定昌;王俊
【作者单位】中国昆明650224 云南省地震局;中国南京210014 江苏省地震局
【正文语种】中 文
【中图分类】P315.3+1
玩命关头3
被誉为“世界屋脊”的青藏高原是地球科学界最为关注的活动碰撞造山带， 其形成与印度板块和欧亚板块的碰撞有关． 在过去几十年里， 为了解释青藏高原的隆升与演化机制， 不同研究人员根据所获得的观测数据提出了多个板块碰撞模式, 其中下地壳流模型(Royden et al, 1997, 2008; Clark, Royden, 2000)和刚性块体挤出模型(Tapponnier et al, 2001)最具代表性, 这两个模型均认为青藏高原东南缘(川滇地区)是青藏高原地壳物质运移的重要场所和通道． 青藏高原的隆升效应使川滇地区形成极其复杂且特殊的地质构造， 而四川盆地作为
扬子地台的一部分， 是发育在青藏高原东缘的大型构造沉积盆地， 对青藏高原东缘的构造模式和高原内部物质的运移起着重要的作用． 四川盆地西南侧为峨眉山大火成岩省， 其形成与古地幔柱有关． 大火成岩省记录了地球某一特定时期巨量物质和能量由地球内部向外迁移的过程， 其形成与地球表面的形态变化及矿产资源的形成有密切关系 (徐义刚等, 2013)． 峨眉山大火成岩省所涉及的成矿作用和古地幔柱作用遗迹等的研究(如位置规模、 组分来源等)仍需地球物理探测结果的进一步约束． 此外， 川滇地区内有大量的活动构造带(如龙门山断裂带、 红河断裂带和小江断裂带等)活动强烈、 地震频发， 同样需要来自地球物理方面的约束和研究， 而高分辨率地壳层析成像研究恰巧能够为探讨川滇地区的构造演化及动力学研究提供重要信息．
背景噪声层析成像已成为目前探测地球深部结构的有效手段之一(Shapiro et al, 2005; Yao et al, 2006; Yang et al, 2007; Fang et al, 2010; 唐有彩等, 2011; Saygin， Kennett, 2012; 房立华等, 2013; Tang et al, 2013; 付媛媛， 高原, 2016)． 利用互相关方法可以从地震背景噪声数据中提取出瑞雷波和勒夫波互相关函数(Lin et al, 2008; Moschetti et al, 2010)． 一般认为, 由于噪声源形成机制的复杂性和水平向地震记录干扰较大， 从噪声中提取高信噪比勒夫波较瑞雷波提取更为困难． 因此， 在背景噪声层析成像中， 利用垂直向背景噪
声记录提取瑞雷波的研究相对较多， 而利用水平向背景噪声记录提取勒夫波的研究相对较少． 相较于瑞雷波， 同周期勒夫波的敏感深度更浅， 有利于改善浅部地层的分辨率(付媛媛， 高原, 2016)． 此外， 利用勒夫波可以反演出SH波速度结构， 结合由瑞雷波反演得到的SV波速度结构， 可对壳幔介质的径向各向异性(Moschetti et al, 2010)进行深入研究．
Yao等(2006, 2008)首次将背景噪声层析成像方法引入到川滇地区的地壳结构和动力学模式研究中， 利用垂直向的噪声记录提取了瑞雷波互相关函数， 并结合天然地震资料构建了周期为10—150 s的相速度分布图， 进而反演得到了SV波速度结构， 其结果显示川滇地区低速层主要位于中地壳或下地壳， 而且低速层的分布形态十分复杂． Yang等(2010, 2012)利用垂直向背景噪声数据构建了青藏高原及其周边地区的瑞雷波相速度分布图和SV波速度结构， 分析了青藏地区低速层的分布范围及可能成因． Xie等(2013)利用位于青藏高原东侧326个台站的背景记录资料， 构建了三维SH波和SV波速度结构． Zheng等(2015)收集了青藏高原东南缘170个台站的背景噪声数据， 提取了瑞雷波互相关函数， 最终构建了三维SV波速度结构模型， 其结果表明， 青藏高原东南缘地区的低速层埋深在20—35 km中下地壳内， 厚度为5—20 km, 速度降幅为5.4%—10.8%． 范莉苹等(2015)利用青藏高原东南缘地区557个台站的背景噪声资料， 反演获得了瑞雷波速度图像， 并进一步分析探讨其
分布特征和构造意义． Zheng等(2017)利用川滇地区121个台站的背景噪声数据, 采用贝叶斯方法反演获取了川滇地区8—40 s周期的相速度分布图， 并对该地区的地壳流空间分布和动力学过程进行了深入分析． 这些成果为川滇地区地震活动背景研究奠定了基础， 促进和加深了对川滇地区壳幔结构及其动力学的认识．
鉴于目前利用背景噪声层析成像构建瑞雷波和SV波速度结构对川滇地区地壳结构和动力学模型开展的研究较多， 而利用勒夫波相速度和速度分布图进行详细分析解释的研究鲜有报道. 鉴于此， 本文拟基于川滇地区地震台站记录的三分量连续记录数据， 构建勒夫波速度分布图， 并结合已有的地质与地球物理研究成果， 对其速度分布及其可能存在的地球动力学及地质含义进行探讨， 以期对川滇地区速度结构研究提供新的约束， 更好地获取该地区地壳内部的深浅构造形态．
本文使用2008年1月—2009年12月云南省和四川省区域地震台网的98个台站所记录的背景噪声连续波形， 台站分布如图1所示． 由于固定台站存在时钟误差、 极性相反及定位误差等问题， 本文参考前人研究成果， 剔除其中有问题台站的数据(Niu， Li, 2011; Zhou et al, 2012; Xie et al, 2013)， 然后参照Bensen等(2007)和Lin等(2008)的数据处理流程， 对连续
波形三分量数据进行处理， 从而提取瑞雷波和勒夫波互相关函数． 数据处理流程主要分为5步： 单台数据预处理、 互相关函数计算和叠加、 频散曲线测量、 质量控制和误差分析、 面波层析成像． 在单台预处理阶段， 首先将数据去除直流分量及线性趋势， 重采样到10 Hz， 截取成长度为6小时的数据单元， 然后进行1—50 s带通滤波、 时域归一化和谱白化等．
为了提高计算效率， 对于每一对台站对的三分量记录， 我们首先计算出多个方向的互相关函数(Z--Z， E--E， E--N， N--N， N--E)， 再根据台站间的方位角和反方位角计算出径向(R--R)和切向分量(T--T)(Lin et al, 2008)， 其中垂向分量(Z--Z)和径向分量(R--R)代表瑞雷波互相关函数， 切向分量(T--T)代表勒夫波互相关函数． 图2为台站JIH与其余各台站路径上的垂向分量和切向分量的互相关函数．
由于噪声源分布不均匀， 互相关函数正负时间经常出现不对称． 为了提高信噪比， 研究中将负信号反序后叠加于正信号． 在数据质量控制方面， 我们只保留信噪比高于20且台间距大于3个波长的互相关函数(Bensen et al, 2007; 郑定昌等, 2014)， 以得到可靠的频散曲线． 本文采用自适应时频分析技术计算勒夫波速度频散曲线(Levshin, Ritzwoller, 200
1; Bensen et al, 2007; Lin et al, 2008)， 图3给出了基于台站对JIH-PWU背景噪声数据得到的勒夫波互相关函数和由自适应时频分析技术求取的勒夫波速度频散曲线示意图．
本文将研究区划分为0.5°×0.5°的网格， 采用面波层析成像反演方法(Ditmar， Yanovskaya, 1987; Yanovskaya， Ditmar, 1990)分别对不同周期的频散曲线进行反演， 得到相应周期的速度分布图像． 该面波层析成像反演方法是传统Backus-Gilbert一维方法在面波二维反演情况下的推广． 该面波层析成像程序在反演速度的同时， 还根据射线密度和方向分布来计算每个格点的空间平均分辨率核函数， 以确定层析成像的空间分辨率． 目前， 该方法已成为面波层析成像研究中广泛应用的方法之一(Guo et al, 2009, 2013; 房立华等, 2009, 2013; Fang et al, 2010; 潘佳铁等, 2011, 2015; 郑定昌等, 2014)． 反演过程中， 正则化参数选取为0.2， 该值能够确保数据误差较小且结果比较光滑． 每次迭代完成， 将走时残差大于3倍均方根的频散曲线剔除后， 再进行下一次迭代反演．
图4和图5分别给出了川滇地区不同周期的射线分布和射线路径数量统计． 由图5可以看出， 在10—22 s的范围内， 各周期的射线均超过了3500条； 其余周期的射线数量也达到2000条以上． 密集均匀的射线分布(图4)为层析成像的可靠性提供了保证． 面波层析成像
的分辨率主要受到射线数量和射线方位覆盖的影响， 地震射线的数量越多、 交叉越好， 分辨率则越高． 图6给出了不同周期勒夫波层析成像结果的横向分辨率， 可以看出， 中心区域的横向分辨率可达到40—50 km， 总体上可以保证川滇地区地壳结构较高的横向分辨率． 自20 s周期起， 随着周期的增大， 符合条件的射线数量逐渐减少， 研究区边缘的分辨率逐渐变低； 在高于30 s的频段内， 勒夫波互相关函数的信噪比显著降低， 符合质量控制条件的射线数量较小， 故未对其进行后续研究．
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