郭桂紅, 張智, 程建武, 董治平, 閆建萍, 馬亞維

1 西部災害與環(huán)境力學教育部重點實驗室&蘭州大學, 蘭州 730000 2 蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站， 蘭州 730000 3 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室, 桂林理工大學地球科學學院, 桂林 541004 4 中國地震局蘭州地震研究所, 蘭州 730000 5 地質(zhì)科學與礦產(chǎn)資源學院&蘭州大學, 蘭州 730000

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青藏高原東北緣地殼各向異性的構造含義

郭桂紅1，2, 張智3, 程建武4, 董治平4, 閆建萍5, 馬亞維1

1 西部災害與環(huán)境力學教育部重點實驗室&蘭州大學, 蘭州 730000 2 蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站， 蘭州 730000 3 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室, 桂林理工大學地球科學學院, 桂林 541004 4 中國地震局蘭州地震研究所, 蘭州 730000 5 地質(zhì)科學與礦產(chǎn)資源學院&蘭州大學, 蘭州 730000

青藏高原東北緣記錄了印度—歐亞大陸板塊碰撞和匯聚的遠場效應，且仍正處于側向生長階段.而地殼各向異性則反映了高原地殼的形變特征.為此，本文主要利用甘肅數(shù)字地震臺網(wǎng)(2001年1月—2010年10月)波形記錄資料，采用SAM方法進行剪切波分裂研究，得到青藏高原東北緣地殼各向異性的平均剪切波分裂參數(shù)及剩余地震各向異性參數(shù)，兩個參數(shù)分別反映了區(qū)域構造和應力場特征及局部構造和局部斷裂特征.研究結果表明：快剪切波2個優(yōu)勢偏振方向分別為NE47.72°±21.83°和121.65°±22.07°，慢剪切波平均時間延遲為2.63±1.31 ms·km-1.快剪切波平均偏振方向反映了該區(qū)域的水平主壓應力方向，快剪切波偏振方向的第二優(yōu)勢取向揭示了NWW的局部構造意義，表明應力環(huán)境受本區(qū)NWW深大斷裂帶的影響.各個臺站的剩余快剪切波偏振方向的優(yōu)勢取向與斷裂走向一致，表明活動斷裂控制著剩余快剪切波偏振方向.剩余慢剪切波時間延遲變化反映了斷裂引起地震各向異性程度，形變具有區(qū)域特征.

青藏高原東北緣; 地殼各向異性; 剪切波分裂; 區(qū)域應力; 局部斷裂

1 引言

地殼中廣泛存在著各向異性(Crampin, 1978; Zhang et al., 2009)，介質(zhì)的各向異性特征與地殼運動特征密切相關，并受到地質(zhì)結構、巖相、斷裂分布和應力環(huán)境等因素的多重影響(Crampin, et al., 2008; Gao et al., 2011).剪切波分裂是研究地殼各向異性介質(zhì)特征的有效手段，快剪切波的偏振方向反映了地震臺站下方地殼的原地主壓應力的方向(Crampin, et al., 1981)，因此可用于研究地殼應力場特征(吳晶等，2007a)，慢剪切波時間延遲反映局部構造各向異性程度的強弱(Margheriti et al., 2006; Crampin et al., 2002; Gao et al.,1998; Gao et al., 2004).慢剪切波的時間延遲的動態(tài)變化可用于解析應力積累和應力釋放(Gao et al., 2004).研究表明，復雜地質(zhì)構造會造成剪切波偏振方向不同(高原等，1995；1999；雷軍等，1997； 吳晶等，2007a,2007b，2010)；慢剪切波的時間延遲能反映介質(zhì)的各向異性程度，與應力的變化相關(Gao et al., 2004).

在印度與歐亞陸-陸匯聚的遠程作用下，晚中新世以來青藏高原東北緣迅速抬升.相對于高原內(nèi)部，東北緣仍處于地表抬升和側向生長階段，因此它是研究高原變形機制和演化過程的理想實驗室.青藏高原東北緣是青藏高原塊體與鄂爾多斯塊體、阿拉善塊體的交匯區(qū)，作為北部變形邊界青藏高原東北緣是研究印度—歐亞板塊碰撞遠場效應的重要地區(qū)(Yin et al.，2007,2008a,2008b; Xiao et al., 2009；Tian et al., 2013).各種地震學方法已經(jīng)對東北緣殼幔結構以及形變模式進行了大量研究(Xu et al., 2014; Deng et al., 2015; Wu et al., 2015a; Wu et al., 2015c)，地殼各向異性的研究則較少.地殼介質(zhì)各向異性與塊體的運動方式以及塊體間的相互作用等科學問題密切相關，對地表運動觀測結果和地殼形變的探討具有重要的科學參考價值，在這一地區(qū)開展各向異性研究，對于理解地殼內(nèi)部構造特征和區(qū)域應力分布具有重要意義(Zhang et al., 2005).本研究利用剪切波分裂分析青藏高原東北緣的地殼各向異性及空間分布，進而對區(qū)域各向異性特征與應力分布以及內(nèi)部構造之間的關聯(lián)進行探討.

2 構造背景與資料

2.1 區(qū)域構造背景

本研究的區(qū)域范圍為32°N—40°N, 99°E—108°E.青藏高原東北緣屬于柴達木—祁連活動地塊(Zhang et al.，2003；鄧起東等，2002)，是青藏高原向大陸內(nèi)部擴展的前緣部位，東北部毗鄰基底隆起、沉積層很薄的阿拉善地塊,東部連接完整而穩(wěn)定的鄂爾多斯地塊(圖1).青藏高原東北緣長期受印度與歐亞板塊碰撞擠壓作用，晚新生代到現(xiàn)今的構造變形十分強烈(鄧起東等，2002).被深大斷裂交錯切割,地貌反差強烈,是地殼物質(zhì)最易變形和流動、構造運動極其強烈的地區(qū).塊體內(nèi)主要發(fā)育有兩組方向的活動斷裂, 一組為NWW向主斷裂帶, 另一組為發(fā)育時代較新的NNW向斷裂帶.祁連山—海原斷裂以北的祁連—河西走廊活動構造區(qū)主要發(fā)育NWW向斷裂.西秦嶺北緣斷裂以南和東昆侖斷裂東段以北的甘東南活動構造區(qū)，主要發(fā)育了NNW向和NEE向的弧形斷裂帶；隴中盆地是這兩個構造區(qū)的過渡區(qū)，發(fā)育了一些中等規(guī)模的走滑或逆沖斷裂帶(江在森等，2001).研究區(qū)內(nèi)的地震活動頻度高、強度大，地震災害嚴重.據(jù)記載，區(qū)內(nèi)發(fā)生了1654年天水8.0級、1879年武都8.0級、1920年海原8.5級和1927年古浪8.0級等4次8級大地震，還有多次7級以上地震發(fā)生，最后一次為青海共和7.0級地震.

圖1 研究區(qū)域地質(zhì)構造和臺站分布，紅色三角代表地震臺站，白色箭頭表示主壓應力方向，淺藍色曲線代表塊體分界線

根據(jù)現(xiàn)今GPS的研究結果，青藏地塊的區(qū)域主壓應力方向在北東20°—40°( 王雙緒等，2005；徐紀人等，2008).基于GPS資料，青藏高原東北緣的最大壓應力軸方向為北東32°(Chen et al.,2004), 這個方向與地表觀測構造方向一致.中強地震震源機制解給出的平均最大主壓應力方向為北東向(許忠淮，2001)，GPS觀測本區(qū)的壓應變方向為北東—北北東向(江在森等，2001)，GPS結果給出的青藏地塊最大主應變方向是北東24.9°，震源機制解給出的最大壓應力方向是北東33.7°(張國民等，2004).根據(jù)GPS這些結果表明本區(qū)的應力場與應變場具有較好一致性.

2.2 地震臺站與資料

甘肅省數(shù)字地震臺網(wǎng)經(jīng)過“九五”數(shù)字化改造，建成由1個臺網(wǎng)中心和21個臺站構成的數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)，于2001年正式運行.2008年6月臺網(wǎng)進行“十五”建設升級，該臺網(wǎng)共有21個數(shù)字地震臺站，其中有11個臺站配有寬頻帶地震計，10個臺站配有短周期地震計.對省內(nèi)監(jiān)控能力達到ML≥2.5，周邊地區(qū)ML≥3.0.

根據(jù)甘肅數(shù)字地震臺網(wǎng)提供的地震目錄，本文收集并整理了甘肅地區(qū)2001年01月—2010年10月和寧夏地區(qū)2001年01月—2008年05月記錄到的有震源深度的地震共5145個，約占全部地震事件的7%，震源深度平均約為14.5 km.根據(jù)剪切波窗口條件，挑選觀測質(zhì)量較好的三分向波形記錄，得到剪切波窗口內(nèi)有震源深度的地震記錄共737個.在此基礎上，挑選觀測質(zhì)量較好的三分向波形記錄，最后可用于剪切波分裂計算的有震源深度的地震記錄為104條.本研究中用于剪切波分裂計算的地震個數(shù)為101，震源深度分布在5～35 km，其中在10～20 km范圍內(nèi)的地震個數(shù)為63，占全部被選用地震個數(shù)的62.38%.鑒于有震源深度的剪切波窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)比較少，根據(jù)石玉濤(石玉濤等，2006)的研究，對無震源深度參數(shù)的地震事件，震中距小于一定范圍的地震記錄可用于剪切波分裂研究.依據(jù)剪切波窗口條件，并考慮擴大可用數(shù)據(jù)量，本文增加了無震深的地震記錄.

本研究采用SAM方法(高原等，2004)對每條記錄進行分析，在19個臺站獲取A類記錄104條，B類記錄148條，共252條，其中2個臺站為3條記錄，1個臺站為2條記錄，其余均為多條記錄.本文選擇至少有3條可靠記錄的臺站進行分析，滿足這個條件的臺站共有18個,對于A類記錄至少有3條記錄的臺站共有8個.最后獲得19個臺站的剪切波分裂結果，圖1為19個臺站的位置分布，表1為各臺站參數(shù)及其獲取剪切波分裂參數(shù).

3 原理與方法

3.1 計算方法

剪切波穿過各向異性結構傳播會分裂產(chǎn)生兩列傳播速度不同的波：一列波的偏振方向與直立排列的裂隙走向平行，速度較快，為快剪切波；另一列波的偏振方向則垂直于裂隙走向，速度較慢，為慢剪切波.常用的剪切波分裂參數(shù)主要指的是快剪切波偏振方向和慢剪切波時間延遲.本研究采用SAM方法(高原等，2004)對直達剪切波進行剪切波分裂參數(shù)提取.

為了避免剪切波窗外及臨界角附近問題的復雜性，和許多研究者的通常做法一樣，我們限于在剪切波窗口內(nèi)討論剪切波的偏振特性.剪切波窗口是由地殼介質(zhì)性質(zhì)確定的垂直椎體，其頂角為arcsin(Vs/Vp),Vp與Vs分別是射線路徑所經(jīng)過地殼介質(zhì)的P波、S波速度.對于泊松比為0.25的地殼介質(zhì)，頂角約為35°，即入射角≤35°范圍內(nèi)的剪切波記錄才能被使用.但是由于低速的地表沉積層的影響，簡單地按單層介質(zhì)計算，選擇入射角≤45°范圍內(nèi)的地震射線，即可滿足剪切波窗口的要求.該頂角可放寬至45°～55°左右(Crampin and Peacock，2005).

利用剪切波分裂分析方法可以獲取快剪切波偏振方向和慢剪切波延遲時間兩個參數(shù).為了獲得剪切波分裂參數(shù)，根據(jù)剪切波到時，截取兩水平分向(N-S與E-W)的剪切波波形，改變旋轉角度和時間延遲，計算兩個剪切波波形的相關系數(shù)，選取最大相關系數(shù)所對應的旋轉角度和相對時間移動即為快剪切波偏振角度與慢剪切波時間延遲，從而獲得剪切波分裂參數(shù)(高原等，1995，1996，2004).

表1 青藏高原東北緣19個臺站基本參數(shù)與剪切波分裂參數(shù)Table 1 Stations parameters and results of shear-wave splittings of 19 stations in the northeast margin of Tibetan Plateau

本區(qū)臺網(wǎng)地震資料有些不完善，很多地震事件的定位無震源深度，這種情況影響可用數(shù)據(jù)的數(shù)量.依據(jù)剪切波窗口原理，并考慮增加可用數(shù)據(jù)量(石玉濤等，2006) ，本文將可用數(shù)據(jù)根據(jù)以下兩種方法歸類：對有震源深度的地震事件，震中距小于震源深度的為窗口內(nèi)記錄(A類)；對無震源深度的地震事件，震中距小于10 km的為窗口內(nèi)記錄(B類)，B類事件中，震中距的主要分布區(qū)間為5～8 km.

3.2 計算結果檢驗

由于受到臺基巖性、觀測環(huán)境、波形特性和相關系數(shù)計算方法的局限等各種復雜因素的影響，有些較復雜的波形，經(jīng)過相關系數(shù)計算后得到的分裂參數(shù)并不準確，這時需要通過偏振分析對結果進行修正(高原等，1995, 1996；Crampin and Gao, 2006).

圖2為文縣臺(WXT)帶通濾波后的地震三分向記錄，其中包括A類(圖2a)地震事件與B類(圖2b)地震事件,圖3顯示剪切波分裂結果校正前后，剪切波質(zhì)點運動軌跡，校正前質(zhì)點運動軌跡較為復雜，接近橢圓狀，校正后，呈現(xiàn)較好的線性偏振.通過分量旋轉、時間延遲校正和偏振圖檢驗，可以得到剪切波分裂結果，這是SAM方法的基本步驟(高原等，2004).3.3 結果可靠性

采用剪切波SAM 分析方法，共獲得青藏高原東北緣地區(qū)19個臺站的剪切波分裂參數(shù)，其中1個臺站(HZT臺)僅有1條有震深記錄和1條無震深記錄結果，其余18個臺站有3條及3條以上有震深和無震深記錄的結果.

4 青藏高原東北緣地殼介質(zhì)各向異性特征

根據(jù)甘肅和寧夏地區(qū)19個臺站2001—2010年記錄得到的剪切波分裂綜合結果(圖4)可看出，其中13個臺站的A類與B類的結果表現(xiàn)出相當?shù)囊恢滦裕袃蓚€臺站(SNT臺和DXT臺)A類與B類結果不太一致，主要是A類記錄只有1條，B類記錄有多條，采用多條B類記錄作為最終結果.這種擴大數(shù)據(jù)量的處理技術對于地震活動性較弱的地區(qū)具有重要的現(xiàn)實意義.

圖2 帶通濾波后地震事件三分向波形記錄

圖3 剪切波分裂分析

圖4 研究區(qū)內(nèi)19個臺站單臺快剪切波偏振方向等面積投影玫瑰圖

圖5給出青藏高原東北緣地區(qū)快剪切波偏振方向等面積投影玫瑰圖，圖中顯示快剪切波偏振方向的優(yōu)勢取向主要有三個：一個是NEE向，另一個為NWW，第三個近似EW向.說明區(qū)域應力對本區(qū)各向異性有著控制作用，其中NEE向的優(yōu)勢取向與本區(qū)的主壓應力方向比較一致.

計算18個臺站的快剪切波偏振方向的平均值得知，NEE向為NE47.72°±21.83°，NWW向為121.65°±22.07°.EW向的為95.25°±14.16°.此研究結果與張輝(2012)的基本一致(表2)，只有TSS臺和HXP臺快剪切波偏振方向差異比較大，可能與該臺站處于斷裂附近有關.根據(jù)圖4可知，大多數(shù)臺站快剪切波偏振方向的優(yōu)勢方向為NE或近E-W向，比如DBT、DXT、JTT、MXT、WXT、HXP、HYS、SDT、TSS、SGT、TXN、HYT臺；少部分臺站快剪切波偏振方向的優(yōu)勢方向為NWW向，顯示出這種結果的臺站主要是ANT、CXT等；臺站W(wǎng)DT顯示出兩個方向：一個為近NE向，另一個近NW向.

使用SAM分析方法，同時還計算出有震深的臺站的慢剪切波時間延遲，結果見表 1.將各個臺站慢剪切波時間延遲標準化到單位距離的時間值(ms·km-1)，計算得到臺站的慢剪切波時間延遲，從12個臺站的結果來看，慢剪切波時間延遲分布在1.53～5.94 ms·km-1之間(表1)，而12個臺站的平均慢剪切波時間延遲為2.63±1.31 ms·km-1.時間延遲比較大的臺站主要位于祁連—河西走廊活動構造區(qū)的HJT、HXP和SGT臺和位于羅山東麓斷裂附近的TXN臺.從慢剪切波時間延遲的均值來看，本區(qū)慢剪切波延遲均較青藏高原東部塊體的大(石玉濤等, 2013),這似乎表明，青藏高原東北緣地區(qū)上地殼介質(zhì)各向異性程度較東部偏強.

5 剪切波分裂特征及其與區(qū)域構造之間的關系

5.1 快剪切波偏振方向的空間分布特征及其與構造之間的關系

青藏高原東北緣位于青藏高原的東北部， 基于GPS速度觀測數(shù)據(jù)，Chen等(2004)給出該區(qū)的最大主壓應力方向為N32°E.從斷層分布來看，該區(qū)斷層祁連—河西走廊活動構造區(qū)主要發(fā)育NWW向斷裂，甘東南活動地區(qū)則發(fā)育NWW向和NEE向弧形斷裂(圖1)，主要的斷裂為NWW走向，表現(xiàn)出與本區(qū)構造應力場特征相似的特征(江在森等, 2001).然而，由于該區(qū)內(nèi)部不同位置的構造差異，應力場會呈現(xiàn)局部特征，使得該區(qū)地殼介質(zhì)各向異性表現(xiàn)出明顯差異.

本研究結果表明，快剪切波平均偏振方向呈現(xiàn)明顯的局部差異(圖6a). 盡管很多結果顯示，快剪切波平均偏振方向與區(qū)域水平主壓應力方向一致，但依然有些臺站的快剪切波平均偏振方向與主壓應力方向不一致，這是由于對近垂直入射的快剪切波其偏振方向的優(yōu)勢取向可能平行于臺站所在位置的最大水平主壓應力方向,也與微裂隙的走向一致(Gao et al., 2011).而區(qū)域主壓應力是主要的應力背景，局部的構造和斷裂分布會造成應力的復雜化(高原等, 1999；賴院根等, 2006).當臺站位于活動斷裂上或者活動斷裂附近，快剪切波的偏振方向可能平行于活動斷裂走向(Gao et al., 2011)，而不平行于區(qū)域壓應力方向(Crampin, 2004).

表2 本文與張輝等(2012)結果對比Table 2 The comparision between results (Zhang et al.，2012) and our results

圖1顯示，祁連—河西走廊活動區(qū)和甘東南活動構造區(qū)斷裂走向分布有所差異.同樣，快剪切波平均偏振方向在這兩個構造區(qū)亦表現(xiàn)出較大差異.祁連—河西走廊構造區(qū)主要分布NWW走向的斷裂(圖1)，分布在河西走廊的SGT、HXP、HYT、SNT、HYT、SDT和HYS臺快剪切波平均偏振方向分別為40.35°、25.11°、45.16°、56.6°、43.58°和54.83°111.28°，與區(qū)域主壓應力方向一致.而HJT和JTT臺的快剪切波平均偏振方向為111.28°和114.6°與區(qū)域斷裂走向一致.祁連—河西走廊區(qū)域主要分布NWW向斷裂(圖1)，JTT臺分布于海原斷裂帶附近，HJT臺分布于祁連山北緣斷裂帶附近.

通過臺站的快剪切波平均偏振方向分布圖(圖6a)與快剪切波偏振方向玫瑰分布圖(圖5)發(fā)現(xiàn)，快剪切波偏振方向的優(yōu)勢取向與區(qū)域主壓應力方向一致，位于活動斷層附近的臺站快剪切波的優(yōu)勢取向與活動斷層的走向一致.

分布在甘東南活動構造區(qū)域的ANT、CXT、DBT、MXT、WXT臺的快剪切波平均偏振方向依次為142.5°、141.75°、117.31°、107.07°、105.98°(表1和圖4)，快剪切波優(yōu)勢偏振方向基本一致(圖4)，且都與該區(qū)主要活動斷裂較為一致.位于西秦嶺北緣斷裂帶的東南端WDT臺快剪切波平均偏振方向為70.38°，受到區(qū)域主壓應力和局部斷裂共同影響.臺站TSS位于禮縣—羅家堡斷裂附近，快剪切波平均偏振方向為41.4°，與此局部斷裂走向較為一致.

圖5 研究區(qū)域內(nèi)多個臺站快剪切波偏振方向等面積投影玫瑰圖

分布在隴中盆地的ANT、JNT和DXT臺快剪切波平均偏振方向分別為142.5°、40.66°和92°，ANT和DXT位于祁連—河西走廊活動斷裂與隴東盆地的交界部位，與此處的斷裂的走向基本一致，JNT臺快剪切波平均偏振方位與區(qū)域應力方向一致.5.2 慢剪切波時間延遲分布特征

慢剪切波時間延遲是表征原地速度各向異性程度大小的一個參數(shù)，慢剪切波時間延遲可以提供沿射線方向裂隙密度的信息.12個臺站的所有有效記錄的平均慢剪切波時間延遲為2.63±1.31 ms·km-1.表1給出12個有震源深度有效記錄超過3條的臺站的平均慢剪切波時間延遲，平均慢剪切波時間延遲最大的是TXN臺(5.94 ms·km-1)，最小的臺站是DBT臺(1.53 ms·km-1).

圖6b顯示青藏高原東北緣地區(qū)慢剪切波時間延遲的等值線空間分布.從西南向東北方向慢剪切波時間延遲增大，在祁連—河西走廊東南方向慢剪切波時間延遲變化梯度較西北方向大，在甘東南活動構造區(qū)，慢剪切波時間延遲變化平緩.注意到由于東北方向和西南方向無臺站，因此這兩個區(qū)域不具有分辨性.

5.3 剩余各向異性的空間分布特征

Zhang等(2009)認為受大尺度的區(qū)域殼幔形變場誘導，地震探測的各向異性信息可能是區(qū)域與局部地震各向異性聯(lián)合貢獻的結果.平均各向異性與區(qū)域應力場有關，而剩余各向異性則與局部斷裂有關，從而為研究層間耦合/解耦效應以及形變場特征等動力學問題提出重要約束.本文把平均快剪切波偏振方向(平均計算類似于從很多應力觀測值計算區(qū)域應力值)和慢剪切波時間延遲看作區(qū)域各向異性，剩余各向異性被認為是與局部斷裂有關的各向異性.平均快剪切波偏振和慢剪切波時間延遲是由于區(qū)域各向異性引起的，而剩余各向異性包括剩余快剪切波偏振和慢剪切波時間延遲，解釋為局部斷裂引起的.特別的，剩余各向異性可以用于檢測活動斷裂的活動性.

圖6c表明剩余快剪切波的偏振方向與區(qū)域斷裂走向一致，反映了斷裂對局部各向異性的主導作用，臺站W(wǎng)DT剩余快剪切波偏振方向與局部斷裂之間有一個夾角，反映了此處為多條斷裂的交匯區(qū)域.剩余慢剪切波時間延遲比區(qū)域慢剪切波時間延遲要小，暗示區(qū)域應力場引起的各向異性更重要，局部斷裂對剩余慢剪切波時間延遲影響很大，在祁連—河西走廊有一個高值區(qū)，甘東南活動構造區(qū)有一個低值區(qū)，向著東北方向，剩余慢剪切波時間延遲在增大.

剪切波分裂分析(圖6a，6b，6c和6d)表明平均快剪切偏振方向具有分塊性的特點，祁連—河西走廊活動構造區(qū)平均快剪切波偏振方向與區(qū)域主壓應力方向相近，剩余快剪切波偏振方向與該區(qū)斷裂走向一致.甘東南活動構造區(qū)平均快剪切波偏振方向則與該區(qū)斷裂走向較為一致，剩余快剪切波偏振方向與斷裂走向基本一致.祁連—河西走廊活動構造區(qū)與甘東南活動構造區(qū)慢剪切波延遲相比，變化不大，而剩余慢剪切波延遲在祁連—河西走廊活動構造區(qū)有一高值區(qū)，甘東南活動構造區(qū)有一低值區(qū)，說明甘東南活動構造區(qū)和祁連—河西走廊活動區(qū)二者變形不同,向著東北方向形變可能有變強的趨勢.

5.4 殼幔各向異性簡單討論

王瓊等(2013)依據(jù)甘肅區(qū)域地震臺網(wǎng)遠震資料，通過PKS、SKS和SKKS震相，得到該地區(qū)上地幔各向異性分布圖像.分析表明在祁連—河西走廊活動構造區(qū)地殼和上地?？旒羟胁ㄆ穹较虼嬖谝粋€夾角，近似為90°；而在甘東南活動構造區(qū)，二者之間的夾角變小，近似趨于一致.推測在祁連—河西走廊活動構造區(qū)殼幔的各向異性快波偏振方向差異明顯，表明殼幔各向異性機制可能不同，地殼各向異性主要反映了該區(qū)最大主壓應力方向.而在甘東南活動構造區(qū)殼幔的快剪切波偏振方向趨于一致，殼?？旒羟胁ㄖg的夾角變小，表明殼幔變形相近，而地殼各向異性受到該區(qū)主壓應力和局部構造的共同影響.

6 結論

通過對研究區(qū)域18個地震臺的地殼各向異性分析，得到如下主要結論.

(1) 青藏高原東北緣快剪切波有兩個優(yōu)勢方向，一個是NEE,一個是NWW,為NE47.72°±21.83°和121.65°±22.07°.次優(yōu)勢方向是EW向，為95.25°±14.16°. 快剪切波偏振的第一優(yōu)勢取向為NEE，揭示了原地水平主壓應力的構造意義， NWW方向的第二優(yōu)勢取向表明復雜斷裂分布和局部構造引起了偏振方向的復雜性. 慢剪切波平均時間延遲為2.63±1.31 ms·km-1，其等值線沿著東北方向增大.

圖6 區(qū)域快剪切波偏振方向空間分布特征

圖6c 剩余快剪切波偏振方向分布

(2) 從空間上看，各向異性存在明顯的分區(qū)特征，與構造背景特征吻合.祁連山—海原斷裂構造區(qū)的快波偏振方向變化特征有別于甘東南活動構造區(qū)的．祁連—河西走廊活動構造區(qū)殼幔變形機制可能不同，而甘東南活動構造區(qū)殼幔變形機制可能是相近的．

(3) 剩余各向異性歸因于局部斷裂的作用．剩余快剪切波偏振方向與局部斷裂走向一致，反映了局部斷裂引起了剩余各向異性．用此結果可以作為判斷斷層活動性的一個潛在應用.

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(本文編輯 胡素芳)

Seismic anisotropy in the crust in northeast margin of Tibetan Plateau and tectonic implication

GUO Gui-Hong1,2, ZHANG Zhi3, CHENG Jian-Wu4, DONG Zhi-Ping4,YAN Jian-Ping5, MA Ya-Wei1

1TheKeyLaboratoryofMechanicsonDisasterandEnvironmentalinWesternChina&LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China2LanzhouNationalObservatoryofGeophysics,Lanzhou730000,China3GuangxiKeyLaboratoryofHiddenMetallicOreDepositsExploration,CollegeofEarthSciences&GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004,China4LanzhouInstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Lanzhou730000,China5SchoolofEarthSciences&LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China

The northeastern margin of Tibetan plateau is surrounded by the Alashan block to the north, the Tarim basin to the northwest, the Ordos block to the east, and Songpan-Garzê terrane to the south. As the northern terminus of contiguous deformation, it records far field effects of collision and convergence occurring between the Indian and Eurasian, it is still in the stages of uplift and deformation, so it is an ideal region for studying the far field effects of collision and convergence between the India and Eurasian plate. Seismic anisotropy is one of the main specialities of the Earth, which can be interpreted with the Lattice Preferred Orientation (LPO) of minerals and shape Preferred Orientation of cracks or melts caused by tectonic stress.

In this study, we use the seismic data recorded by the Gansu and Ningxia Province Seismic Network from Jan. 2001 to Oct. 2010. And seismic anisotropy is obtained by using the SAM technique. The average time delay and polarization are caused by the regional structure and stress field, whereas the residual values of the splitting parameters are considered to be related to local structures such as local faults. The residual polarization of fast shear-waves suggests the strike direction of local fault. The residual delay of slow shear-waves suggests the contribution extent induced by local fault. During our data process, we take the posterior choice on earthquakes with small epicenters that is a makeshift for the regions lacking earthquakes, but is useful to increase the credibility of the analysis for fast-wave polarization.

The results show that the crustal seismic anisotropy in the northeastern margin of Tibetan vary in different tectonic blocks. There are the two average polarization of fast shear-waves, which are individually at NE47.72°±21.83°and 121.65°±22.07°, and the average time delay of slow shear-waves is 2.63±1.03 ms·km-1. The first dominant polarization of fast shear-waves is almost consistent with the regional principal compressive stress due to collision between Indian and Asian plate. The second predominant polarization direction of fast shear-waves is in the NWW direction which indicates the influence by the deep fault. The delay time of slow shear-waves increases from southweastern to north eastern in the study area. The residual polarization of fast shear-waves are almost consistent with the strike of local fault, and the residual delay indicates the contribution extent induced by the local faults that means which part has a higher effect.

Compared with the upper mantle anisotropy results, crust-mantle anisotropy are different in Qilian-Hexi Corrider, while they have some consistence in the southeast of Gansu.

Northeastern margin of Tibetan plateau; Seismic anisotropy in the crust; Shear-wave splitting; Regional stress; Local faulting

10.6038/cjg20151117.

國家自然科學基金(40904010，41274070，41440030, 41202230)，蘭州大學中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金(lzujbky-2015-175)聯(lián)合資助.

郭桂紅，女，1975年生，2007年中國地震局地質(zhì)研究所博士畢業(yè)，副教授，研究方向為地震學. E-mail: ggh7941@126.com

10.6038/cjg20151117

P315

2015-05-16，2015-07-22收修定稿

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