龍 鋒,倪四道,聞學(xué)澤

1)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院,安徽合肥 230026;

2)四川省地震局,四川成都 610041;

3)中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所,大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430077;

4)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036

用遠(yuǎn)震接收函數(shù)研究龍門山斷裂帶與其鄰區(qū)的莫霍面深度及波速比分布

龍 鋒1,2),倪四道1,3),聞學(xué)澤2,4)

1)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院,安徽合肥 230026;

2)四川省地震局,四川成都 610041;

3)中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所,大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430077;

4)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036

利用龍門山斷裂帶及其鄰近地區(qū)地震臺(tái)站的遠(yuǎn)震波形記錄,采用時(shí)間域迭代反褶積技術(shù)求取接收函數(shù),并用H-Kappa疊加方法計(jì)算出各臺(tái)站下方的莫霍面深度和波速比及其相應(yīng)的誤差。結(jié)果除了獲得與前人研究大體相同的莫霍面深度分布輪廓外,還獲得一些新的細(xì)節(jié)與認(rèn)識(shí):(1)莫霍面深度在四川盆地內(nèi)為41～48km,在四川盆地西緣存在一個(gè)NNE向的“舌狀”莫霍面隆起帶,對(duì)應(yīng)了龍門山逆沖構(gòu)造帶的前陸拗陷地帶。(2)莫霍面深度從龍門山斷裂帶東緣的約42km向西很快增加到56km以上,形成一個(gè)總體展布為NE-NNE向的莫霍面深度的梯度帶;該梯度帶在龍門山斷裂帶北段和中段的走向大體與斷裂帶平行;然而,在龍門山斷裂帶南段地區(qū),莫霍面深度梯度帶展布轉(zhuǎn)為NNE向,與斷裂帶走向呈15°～20°的交角,且梯度顯著增高。(3)龍門山斷裂帶及青藏高原一側(cè)各臺(tái)站之下的莫霍面深度誤差較大,可能與那里較復(fù)雜的地殼-幔結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有關(guān)。(4)波速比的空間差異不明顯,初步認(rèn)為四川盆地一側(cè)和青藏高原一側(cè)的中-高波速比異?？赡芊謩e與臺(tái)站下方存在含水沉積層以及殼內(nèi)低速層(或通道流)有關(guān)。

龍門山斷裂帶;接收函數(shù);H-Kappa疊加方法;莫霍面深度;波速比

作為2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造,NE向龍門山斷裂帶是巴顏喀拉塊體與華南塊體接觸的Ⅰ級(jí)活動(dòng)塊體邊界(張培震等,2003),即活躍的青藏高原塊體東緣與穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通的結(jié)合帶,其兩側(cè)的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、深部結(jié)構(gòu)以及它地球物理場(chǎng)等都存在顯著差異(Burchfiel et a1.,1995;王椿鏞等,2002;宋鴻彪,1994)。在區(qū)域地震構(gòu)造上,龍門山斷裂帶處于我國(guó)南北地震帶的中段。因此,在已有研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究龍門山斷裂帶及其附近地區(qū)的深部結(jié)構(gòu),將有助于認(rèn)識(shí)這里兩大地體之間相互作用的長(zhǎng)期效應(yīng),進(jìn)而認(rèn)識(shí)汶川大地震發(fā)生的深部結(jié)構(gòu)條件。

在前人的研究中,已有根據(jù)層析成像(王椿鏞等,2002;胥頤等,2009;雷建設(shè)等,2009;吳建平等,2009)、遠(yuǎn)震接收函數(shù)(劉啟元等,2009)、震源位置和速度結(jié)構(gòu)聯(lián)合反演(周龍泉,2009)等不同的方法研究龍門山斷裂帶及其鄰區(qū)速度結(jié)構(gòu)的成果。盡管這些結(jié)果總體上差別不大,但由于所采用的方法和數(shù)據(jù)的不同,這些結(jié)果在細(xì)節(jié)上依然存在差異。本文擬利用“十?五”期間布設(shè)在龍門山斷裂帶及其附近的四川寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)記錄的遠(yuǎn)震波形資料,采用遠(yuǎn)震接收函數(shù)的H-Kappa疊加法反演該區(qū)域的莫霍面深度和波速比,進(jìn)而研究它們的分布特征。

1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景

龍門山斷裂帶南起四川瀘定,向北東經(jīng)都江堰、汶川、北川、青川、陜西寧強(qiáng),至陜西勉縣一帶,總體呈 NE-SW 向展布,長(zhǎng)約 600km,寬 30～50km(圖1)。該斷裂帶是一個(gè)巨大的推覆構(gòu)造帶,由多條擠壓逆沖斷裂和多個(gè)推覆體組成,自NW向SE依次為后山斷裂、中央斷裂、前山斷裂和山前隱伏斷裂。地質(zhì)學(xué)研究表明,現(xiàn)今的龍門山斷裂帶大致與中生代時(shí)的華北—昆侖—柴達(dá)木和華南地塊/板塊碰撞帶的位置一致,構(gòu)造變形開始于晚三疊紀(jì)的印支造山運(yùn)動(dòng),一直延續(xù)到晚白堊紀(jì)(Li et a1.,2003),使得含有三疊紀(jì)海相沉積的巴顏喀拉地塊沿龍門山斷裂帶向SE逆沖到華南地塊之上,并在龍門山復(fù)雜褶皺沖斷帶以東形成晚三疊紀(jì)以來(lái)的前陸盆地(四川盆地中-西部)(Chen et a1.,1994;Burchfiel et a1.,1995;Li et a1.,2003),該沖斷帶的地殼縮短率約42%～43%(Li et a1.,2003)。

重力布格異常資料顯示:龍門山斷裂帶兩側(cè)重力異常變化幅度較大,最大的重力差可達(dá)125 mGal以上,反映屬于深大斷裂帶;航磁異常則顯示龍門山斷裂帶為磁異常線性陡變帶。地殼測(cè)深表明龍門山斷裂帶分層結(jié)構(gòu)明顯,從上至下分別為結(jié)晶基底、花崗巖層、殼內(nèi)低速層、玄武巖層、高速層、莫霍面;其中,殼內(nèi)低速層深度約為20～30km,四川盆地地殼厚度為40km,川西高原為50km(宋鴻彪,1994)。

2 數(shù)據(jù)和方法

“十?五”期間建成的四川數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)采用了寬頻帶記錄,整體從2007年開始觀測(cè)。圖1展示了龍門山斷裂帶及其鄰近地區(qū)的數(shù)字地震臺(tái)站分布,可以看出這些臺(tái)站對(duì)研究區(qū)有較好的覆蓋。我們選取了自 2007年至2008年期間、震中距在 30°～90°之間、震級(jí)M6.0以上、M7.0以下、具有清晰P波震相和高信噪比的遠(yuǎn)震波形記錄共 90次(見(jiàn)圖2),供本研究的接收函數(shù)提取和反演分析使用。從圖2可以看到,本文選取的遠(yuǎn)震事件基本涵蓋了研究區(qū)的各個(gè)方位角,雖然來(lái)自西北方向的地震事件較少。

接收函數(shù)是從地震記錄三分量中分離出來(lái)的、反映接收點(diǎn)下方地球結(jié)構(gòu)相應(yīng)響應(yīng)的地震時(shí)間序列(Langston,1979)。它主要由Ps轉(zhuǎn)換波與接收臺(tái)站下方構(gòu)造對(duì)Ps轉(zhuǎn)換波的擾動(dòng)組成,這些轉(zhuǎn)換波包括入射P波在各個(gè)界面上的透射轉(zhuǎn)換成的S波,也有多次反射、透射形成的S波,攜帶了豐富的地下結(jié)構(gòu)信息。因此,提取接收函數(shù)是了解地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)的重要方法之一,也在全球、區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)研究中得到了廣泛的應(yīng)用(Zandt et al.,1994;Zhu et al.,2000;李永華等,2006)。接收函數(shù)提取的核心在于反褶積的計(jì)算,經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,已形成了一系列在頻率域(Clayton et al.,1976;Owens et al.,1987;劉啟元等,1996)和時(shí)間域(Gurrola et al.,1995;Sheehan et al.,1995;Ligorrfia et al.,1999;吳慶舉等,2003)進(jìn)行反褶積的方法。一般來(lái)講,當(dāng)波形數(shù)據(jù)擁有足夠帶寬,并具備高信噪比的時(shí)候,大部分反褶積方法都能得到較好的接收函數(shù)結(jié)果(Ligorrfia et al.,1999)?？紤]到觀測(cè)數(shù)據(jù)往往是受限且含有各種噪聲,使用頻率域反褶積得到的結(jié)果往往不穩(wěn)定(吳慶舉等,2003),因此,本文采取了時(shí)間域的“迭代反褶積法”(Kikuchi et al.,1982;Ligorria et al.,1999)來(lái)提取接收函數(shù)。

圖1 龍門山斷裂帶及本研究使用的地震臺(tái)站分布Fig.1 Map of the Longmenshan fault zone showing the distribution of seismic stations used in this study

圖2 本研究所使用的遠(yuǎn)震震中分布Fig.2 Locations of the teleseismic events used in this study

本研究采用Zhu et al.于2000年提出的接收函數(shù)的H-Kappa疊加方法(Zhu et al.,2000)。該方法引入 P波在莫霍界面的多次反射轉(zhuǎn)換波 PpPs,PsPs,PpSs等震相的信息,同時(shí)對(duì)地殼厚度和泊松比進(jìn)行約束,可用于有效獲取莫霍面的深度信息:

式中tPs,tPpPs,tPsPs,tPpSs分別表示Ps,PpPs,PsPs,PpSs震相與直達(dá) P波的到時(shí)差,p為入射波的射線參數(shù),VP,VS分別為地殼介質(zhì)中P波和S波的平均速度。H-Kappa域內(nèi)對(duì)多個(gè)接收函數(shù)的疊加可定義為:

其中,R(t)為徑向接收函數(shù),tPs,tPpPs,tPsPs+PpSs分別為所預(yù)測(cè)的Ps,PpPs,PsPs+PpSs震相到時(shí),ωi為這三個(gè)震相的權(quán)重,Σωi=1。掃描H,K域,當(dāng)H,K對(duì)應(yīng)真實(shí)的地殼厚度和泊松比時(shí),S(H,K)達(dá)到極大值。這個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)在于避免了對(duì)Ps,PpPs,PsPs+PpSs等震相的人工識(shí)別,且通過(guò)對(duì)不同方位的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,壓制了部分的三維結(jié)構(gòu)引起的接收函數(shù)波形的復(fù)雜性,從而可以到較好的平均地殼厚度。

3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)于挑選出的遠(yuǎn)震P波波形,截取前20 s、后80 s的數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)去均值、去傾斜等基本的數(shù)據(jù)處理后,將兩個(gè)水平分量旋轉(zhuǎn)至徑向和切向分量,利用時(shí)間域迭代反褶積法(Kikuchi et al.,1982;Ligorria et al.,1999)求取接收函數(shù)。為了評(píng)估該方法的優(yōu)劣,我們將常用的頻率域水準(zhǔn)反褶積法獲得的接收函數(shù)與之進(jìn)行比較(圖3)。可以看出由迭代反褶積法獲得的接收函數(shù)波形更尖銳,且在零時(shí)刻之前基本沒(méi)有信號(hào),表明該方法具有良好的因果特性。我們選取了對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)周期的高斯因子α,以使得數(shù)值更穩(wěn)定。在H-K疊加過(guò)程中,結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際狀況,我們選取該區(qū)P波平均速度為6.3km/s,同時(shí)給定三個(gè)震相(Ps,PpPs,PsPs+PpSs)的權(quán)重分別為0.7,0.2和0.1。Zhu et al.(2000)也采取了類似的權(quán)重,Ps的權(quán)重最大是因?yàn)槟裘娴囊淮无D(zhuǎn)換波最強(qiáng),而 PpPs和PsPs+PpSs等后繼震相受到自由表面附近結(jié)構(gòu)的改造,波形一般不明確,所以給予較低的權(quán)重。

圖4顯示經(jīng)過(guò)上述處理后得到的安縣臺(tái)(AXI)的接收函數(shù)圖像。從圖中可以看出,初至P波部分清晰尖銳,能量最強(qiáng),緊隨其后能量次強(qiáng)的為Ps轉(zhuǎn)換震相,后繼震相顯得模糊。由于遠(yuǎn)震射線的近垂直向入射,使得接收函數(shù)中的P和Ps震相的到時(shí)差即可粗略反映從臺(tái)站下方莫霍界面處出發(fā)的P波和S波的到時(shí)差,進(jìn)而可計(jì)算出臺(tái)站下方的莫霍面深度。從圖4可以看出,安縣臺(tái)接收到的P和Ps震相的到時(shí)差略多于5 s,若按照地殼中s－p=1 s時(shí)折合震中距約為8km計(jì)算,可知安縣臺(tái)下方莫霍面深度略深于40km;同時(shí)Ps－P與PpPs－Ps的時(shí)間比例與Vp/Vs直接相關(guān)(Zandt et al.,1995)。粗略測(cè)量可得PpPs與Ps震相的到時(shí)差約13 s,據(jù)其關(guān)系計(jì)算可知Vp/Vs約為1.76。這與利用接收函數(shù)的H-Kappa疊加得到的較精確結(jié)果很接近(圖5顏色最深處)。疊加的結(jié)果顯示該臺(tái)站下方地殼厚度約為42.9±0.8km,地殼平均波速比約為1.73±0.01(圖5)。

此外,從圖4可以清楚地看到三維地殼結(jié)構(gòu)在安縣臺(tái)(AXI)接收函數(shù)上有明顯的影響。對(duì)于此臺(tái)站東側(cè)地震的接收函數(shù)上,P和Ps之間有一個(gè)較強(qiáng)的正極性的波,而對(duì)于西側(cè)的地震,此波不明顯。這個(gè)正極性的波有可能是四川盆地沉積層內(nèi)界面或者沉積層與結(jié)晶基底的界面引起的。H-K疊加方法在一定程度上得到的是各個(gè)方位結(jié)構(gòu)的平均值,因此對(duì)于具有一定波形復(fù)雜性的接收函數(shù)仍然適用。經(jīng)過(guò)測(cè)試,在 Ps清晰的情形下,調(diào)整 Ps,PpPs,PsPs+PpSs震相的權(quán)重(保持Ps權(quán)重＞0.5)對(duì)地殼厚度的估算影響不大。

圖3 頻率域“水準(zhǔn)”反褶積(上)與時(shí)間域迭代反褶積(下)獲得的接收函數(shù)圖像(AXI臺(tái),遠(yuǎn)震事件為2008-02-14,10:09,希臘南部 M6.7,△=66.54°)Fig.3 Receiver functions from “water-level”deconvolution in frequency domain (top)and iterative deconvolution in time domain (bottom)(station AXI,the earthquake occurred on 2008-02-14,10:09,M6.7,Southern Greece,△=66.54°)

4 結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)對(duì)圖1中所有臺(tái)站的接收函數(shù)進(jìn)行H-Kappa疊加并扣除臺(tái)站高程,我們得到了各臺(tái)站下方的莫霍面深度和波速比結(jié)果(表1)。進(jìn)一步通過(guò)插值我們還得到了龍門山斷裂帶及其兩側(cè)地區(qū)各臺(tái)站下方的莫霍面深度分布(圖6)。表1和圖6顯示,本研究獲得的莫霍面深度分布的整體輪廓與前人的研究結(jié)果基本一致(黃建平等,2006;樓海等,2008;高銳等,2009;Zhang et al.,2009),總體反映研究區(qū)的莫霍面深度均在 40km以上,而且,大體以龍門山斷裂帶中—南段為界,兩側(cè)的莫霍面深度存在顯著的差異。此外,本研究結(jié)果還顯示出研究區(qū)莫霍面深度分布的一些新的細(xì)節(jié):

圖4 安縣臺(tái)(AXI)接收函數(shù)圖像(左圖按震中矩進(jìn)行排列,右圖按反方位角進(jìn)行排列)和H-Kappa疊加結(jié)果(右圖)Fig.4 The receiver function (the left one,in order of distances;the right one,in order of back azimuths)and the results of H-Kappa stacking (the right one)of station AXI

表1 由H-K疊加法獲得的各臺(tái)站下方莫霍面深度(H)、波速比(K)及相應(yīng)的誤差(dH和dK)Table 1 Moho depths (H),velocity ratios (K)of P-wave and S-wave and their errors (dH and dK)beneath each station from the H-K stacking technique

研究區(qū)東部四川盆地的莫霍面深度在41～48km之間,盆地內(nèi)由西向東莫霍面深度緩慢逐漸加深。例如,由金雞寺臺(tái)(JJS)至巴中臺(tái)(BZH)附近,在平距225km的范圍內(nèi)莫霍面由42km深緩慢增加為48km深。龍門山斷裂帶東側(cè)的四川盆地西部存在一個(gè)NNE向的“舌狀”莫霍面隆起,展布上與其西側(cè)的NNE向莫霍面深度梯度帶相一致(圖6)。該莫霍面隆起帶屬于四川盆地西緣的地殼厚度減薄地帶,可能與四川盆地西緣作為龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶前陸地帶(Li et al.,2003)的長(zhǎng)期拗陷作用引起的重力均衡作用(負(fù)山根補(bǔ)償)有關(guān)。

研究區(qū)西部,龍門山斷裂帶中-南段及其以西地區(qū),莫霍面深度向西迅速增加,從龍門山斷裂帶東緣的約42km向西很快增加到56km以上,形成一個(gè)總體展布為NE-NNE向的莫霍面深度分布梯度帶(圖6)。其中,在四川平武以東明顯存在展布與龍門山斷裂帶北段走向平行的莫霍面深度梯度帶,在橫跨該段龍門山斷裂帶的方向上,在平距98km的范圍內(nèi)莫霍面深度從42km增加到48km;然而,在前人的研究結(jié)果中(劉光夏等,1989;江為為等,2001),平武以東地區(qū)的莫霍面深度的梯度帶似乎并不明顯。在龍門山斷裂帶中段地區(qū),該梯度帶的走向與斷裂帶大體平行,在橫跨龍門山斷裂帶中段的JJS-WCH-HSH臺(tái)南側(cè)的NW 方向上,在平距187km的范圍內(nèi)莫霍面深度從龍門山前山斷裂附近的42km增加到黑水以南的52km。在龍門山斷裂帶南段地區(qū),莫霍面深度分布的梯度帶展布轉(zhuǎn)為NNE向,與該段斷裂帶的走向呈15°～20°的交角,但梯度顯著增高,在大致橫跨龍門山斷裂帶南段的MDS-GZA臺(tái)的NWW方向上,在平距80km的范圍內(nèi)莫霍面深度從42km增加到58km。

圖5 安縣臺(tái)(AXI)H-K疊加結(jié)果Fig.5 The result of H-Kappa stacking of AXI station

圖6 本文獲得的龍門山斷裂帶及其鄰近地區(qū)莫霍面深度分布(數(shù)字地形DEM圖像來(lái)自GTOPO30)Fig.6 A map of the Moho depth from this study for the region along and surrounding the Longmenshan fault zone(DEM data from GTOPO30)

表1中的dH數(shù)據(jù)顯示,龍門山斷裂帶及其以西的青藏高原東邊緣的若干臺(tái)站(GZA,HSH,SPA,WCH,YZP)下方的Moho面深度普遍具有相對(duì)較大的誤差,特別是 GZA臺(tái),Moho面深度的誤差達(dá)到3km。由于H-K疊加方法得到的結(jié)果是綜合各個(gè)方向的平均效果,因此,由該方法得到的Moho面深度的誤差可能與臺(tái)站下方莫霍面深度起伏的程度有關(guān)。

本文研究區(qū)波速比的空間分區(qū)特征并不明顯,誤差大部分在0.01～0.03之間(表1)。由H-K疊加法獲得的波速比是地殼不同深度物性的平均效果。已有研究指出,0～10km深度的高波速比與巨厚的松散沉積層及其空隙含水有關(guān)(Li et al.,2009;Eberhart-Phillips,1990);中下地殼及其以下區(qū)域的高波速比,則可能與其局部熔融有關(guān)(Rau et al.,1995;Kim et al.,2005;Wu et al.,1997)。除此之外,波速比還與巖石的礦物組分有關(guān)(Zandt et al.,1995;Christensen et al.,1975;徐鳴潔等,2005)。在我們的研究中,位于青藏高原(巴顏喀拉塊體)一側(cè)的GZA 和XJI臺(tái)的高波速比異常(表1)可能與其下方的粘滯性低速層(通道流)有關(guān)(Zhang et al.,2009),而位于四川盆地內(nèi)部及其周邊的MDS、XCO、YZP等臺(tái)站的高波速比則有可能與淺層沉積物中富含水有關(guān)。

5 結(jié)論和討論

收集了龍門山斷裂帶及其兩側(cè)臺(tái)站對(duì) 90次遠(yuǎn)震的寬頻帶波形記錄,通過(guò)時(shí)間域迭代反褶積獲得了各臺(tái)站的接收函數(shù),進(jìn)而利用 H-Kappa疊加方法求取各臺(tái)站下方的莫霍面深度和波速比及其誤差,并利用插值獲得了研究區(qū)莫霍面深度分布。結(jié)果除了整體輪廓與前人的基本一致外,還顯示出一些新的細(xì)節(jié):

(1)四川盆地一側(cè)的莫霍面深度在 41～48km之間,盆地西部存在一個(gè)NNE向的“舌狀”莫霍面隆起,屬于四川盆地西緣的地殼厚度減薄地帶,其成因可能與龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶前陸地帶長(zhǎng)期拗陷作用引起的重力均衡有關(guān)。莫霍面深度從龍門山斷裂帶東緣的約42km向西很快增加到56km以上,形成一個(gè)總體展布為NE-NNE向的莫霍面深度的梯度帶。其中,在沿龍門山斷裂帶北段和中段均存在與斷裂帶走向平行的莫霍面深度梯度帶,而在龍門山斷裂帶南段地區(qū),莫霍面深度分布的梯度帶展布轉(zhuǎn)為NNE向,與該段斷裂帶的走向呈 15°～20°的交角,但梯度顯著增高。

(2)龍門山斷裂帶及青藏高原一側(cè)的臺(tái)站普遍具有較大的莫霍面深度誤差,這可能與那里的強(qiáng)烈構(gòu)造變形造成莫霍面復(fù)雜結(jié)構(gòu)有關(guān)。

(3)波速比的空間分區(qū)特征不明顯,龍門山斷裂帶兩側(cè)各有相對(duì)較高和較低的波速比。初步認(rèn)為四川盆地內(nèi)相對(duì)較高波速比的臺(tái)站主要與其下方的含水沉積層有關(guān),而高原一側(cè)高波速比臺(tái)站則可能是那里粘滯性低速層(通道流)有關(guān)。

(4)與以往各種利用震相獲取地殼厚度的方法相比,H-Kappa疊加方法不需要在地殼厚度和殼內(nèi)速度之間進(jìn)行權(quán)衡,同時(shí),由于引入 P波在莫霍界面的一次和多次反射轉(zhuǎn)換波等震相,該方法可對(duì)地殼厚度和泊松比同時(shí)進(jìn)行約束,因此可獲取各臺(tái)站下方的地殼結(jié)構(gòu)信息。此外,應(yīng)用 H-Kappa疊加方法時(shí)無(wú)須識(shí)別震相,可以對(duì)大批量記錄進(jìn)行處理;而且,該方法通過(guò)對(duì)不同震中距、不同方位角的接收函數(shù)進(jìn)行疊加,抑制了橫向不均勻性的影響,可以得到平均的地殼模型。

本文得到的地殼深度是基于地殼水平分層情形下的接收函數(shù)得出的,由于龍門山斷裂帶兩側(cè)地殼結(jié)構(gòu)差異較大,本文的結(jié)果僅僅是初步的。鑒于龍門山兩側(cè)地形的巨大差異,為了克服一維接收函數(shù)的局限性,進(jìn)一步的工作需要開展基于三維接收函數(shù)的地殼結(jié)構(gòu)研究。

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Variations of Moho Depth and Velocity Ratio along and surrounding the Longmenshan Fault Zone from Tele-seismic Receiver Functions

LONG Feng1,2),NI Si-dao1,3),WEN Xue-ze2,4)
1)School of Earth and Space,University of Science and Technology of China,Hefei,Anhui230026;
2)Earthquake Administration of Sichuan Province,Chengdu,Sichuan610041;
3)State Key Laboratory of Dynamic Geodesy,Institute of Geodesy and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Wuhan,Hubei430077;
4)Institute of Earthquake Science,China Earthquake Administration,Beijing100036

Using tele-seismograms from stations in the region along and surrounding the Longmenshan fault zone,the authors stacked receiver functions by means of time-domain iterative deconvolution,further estimated Moho depths beneath the stations through the H-Kappa stacking method,and finally derived the distribution of both the Moho depth and the wave-to-velocity ratio (Vp/Vs),and their errors for the region.The result suggests that the Moho depth distribution has an outline similar to that from previous studies.Some new details and understanding of the Moho depth distribution are as follows:(1)The Moho depth is between 41 and 48km in the Sichuan basin,and a NNE-trending“tongue-shaped” uplift of Moho exists beneath the western Sichuan basin,which corresponds to the foreland depression of the Longmenshan thrust zone.(2)The Moho depth is about 42km along the eastern edge of the Longmenshan fault zone,but increases rapidly to more than 56km further westward,resulting in a NE- to NNE-trending gradient belt of Moho depth.The gradient belt is NE-SW-trending along the northern and middle segments of the Longmenshan fault zone and is roughly parallel with the two segments of the fault zone.However,the gradient belt trends in NNE-SSW direction in the southern segment of the fault zone,being oblique to the strike of the southern segment at an angle of 15°to 20°,with higher gradient existent there.(3)Relatively big errors exist in the estimated Moho depths for the stations on the side of the Tibetan plateau and the Longmenshan fault zone,which is probably attributed to the relatively complicated crustal-mantle structure and deformation there.(4)The difference in the spatial distribution of the wave-to-velocity ratios Vp/Vsis not significant.A preliminary explanation is that the abnormalities of the medium to high Vp/Vsratios on the Sichuan basin side and on the Tibetan plateau side are related to the water-bearing stratigraphic formations beneath the basin and to the low-velocity layers (or the channel flow)in the crust of the plateau,respectively.

Longmenshan fault zone;receiver function;H-Kappa stacking method;Moho depth;wave-velocity ratio

P315.2;P315.63

A

10.3975/cagsb.2011.04.07

本文由地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(編號(hào):LED2008B01)和中國(guó)地震局M7工作專項(xiàng)聯(lián)合資助。

2011-05-20;改回日期:2011-06-12。責(zé)任編輯:魏樂(lè)軍。

龍鋒,男,1981年生。碩士,工程師。主要從事地震活動(dòng)性分析及數(shù)字地震學(xué)研究。通訊地址:610041,四川省成都市人民南路三段29號(hào)210。電話:028-85454542。E-mail:icy1111@163.com。

致謝:本研究使用了美國(guó)圣路易斯大學(xué)朱露培教授提供的程序,研究中得到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)崇家軍和劉淵源博士的幫助,四川省地震局監(jiān)測(cè)研究所提供了波形數(shù)據(jù),在此一并致謝。