裴順平（中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

發(fā)震層二維成像方法及其在大地震精細(xì)結(jié)構(gòu)成像中的應(yīng)用

裴順平
（中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

大陸地震主要發(fā)生在上地殼脆性層（發(fā)震層），大部分地震都是中小地震且震源深度集中在20 km以上，因此，大量走時(shí)數(shù)據(jù)的震中距主要集中在100～200 km以內(nèi)，同時(shí)這一層的垂向速度梯度較小，所以，我們可以利用簡化的水平二維成像方法來獲得高分辨率的淺部結(jié)構(gòu)。主要介紹該方法的原理及其在玉樹、汶川、蘆山地震震源區(qū)和青藏高原東北緣地區(qū)的應(yīng)用。

發(fā)震層二維成像假設(shè)Pg波在震中距不大時(shí)近似為直線傳播。此時(shí)Pg波的走時(shí)方程可以寫為：

式中，tobs為震源深度為h、震中距為Δ時(shí)的觀測走時(shí)，同時(shí)引入臺(tái)站項(xiàng)tsta和事件項(xiàng)tevt，臺(tái)站項(xiàng)代表臺(tái)基地質(zhì)狀況的差異和到時(shí)鐘差等因素造成的走時(shí)差，事件項(xiàng)代表震源深度誤差和發(fā)震時(shí)刻的誤差。式（1）的左側(cè)表示震源深度校正后的走時(shí)。如果將上地殼脆性層劃分成二維網(wǎng)格，同時(shí)考慮速度的方位各向異性變化，則校正后的走時(shí)方程可以寫成

式中，tij為地震j到臺(tái)站i的深度校正后的走時(shí)；ai為第i個(gè)臺(tái)站的臺(tái)站項(xiàng)；bj為第j個(gè)地震的事件項(xiàng)；dijk是射線ij在第k個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的旅行距離；sk為網(wǎng)格k的慢度（速度的倒數(shù)）；φ為射線ij的方位角；網(wǎng)格k的波速各向異性大小為，波速最快方向方位角為 1/2 arc tan（Bk/Ak）+90°。公式（2）可以采用經(jīng)典LSQR方法求解，即可獲得Pg波速度的橫向變化和各向異性。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)就是：利用優(yōu)勢數(shù)據(jù)解決發(fā)震層的焦點(diǎn)問題；有效降低震源深度的誤差對(duì)速度結(jié)構(gòu)的影響；能夠獲得指示微裂隙分布的各向異性。

該方法先后應(yīng)用于玉樹、汶川和蘆山地震，以及青藏高原東北緣地區(qū)，不僅獲得了上地殼發(fā)震層的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且獲得了方位各向異性的分布。研究結(jié)果表明，大地震的發(fā)生都與高速異常體所代表的障礙體有關(guān)，玉樹地震切穿高速異常體，汶川地震和蘆山地震都是發(fā)生在高速的雜巖體邊界，但二者之間的空斷區(qū)比較軟弱，存在明顯的韌性變形。因此，通過層析成像方法獲得的發(fā)震層高速異常的分布可以進(jìn)一步縮小強(qiáng)震區(qū)的預(yù)測范圍。