王宇航，唐 淋，黃春梅，傅 鶯，蔣 波，管 勇

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川省位于中國(guó)西南部，地跨青藏高原、橫斷山脈、秦巴山地、四川盆地等幾大地貌單元，地勢(shì)西高東低，由西北向東南傾斜，地形復(fù)雜多樣。以龍門山—大涼山一線為界，東部為四川盆地及盆緣山地，西部為川西高山高原及川西南山地。新生代以來(lái)，由于受青藏高原地殼物質(zhì)向東側(cè)運(yùn)移和阿薩姆構(gòu)造結(jié)頂點(diǎn)楔入的共同作用，使得這一地區(qū)的地殼變動(dòng)十分復(fù)雜，新構(gòu)造變形和地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈，是中國(guó)大陸最顯著的強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)域。本區(qū)大部分地震都分布在龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶與安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶組成的Y型地帶附近，川西高原的地震數(shù)量次之，川東地區(qū)的地震則相對(duì)較少?；诘刭|(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地震多、大震頻繁的特點(diǎn)，本區(qū)域一直是中外地學(xué)界的研究熱點(diǎn)，大家對(duì)該地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)、地震時(shí)空分布特征的研究從未停止過(guò)。1987年，趙珠等(1987)使用了10個(gè)工業(yè)爆破和154個(gè)天然地震，以及四川地震臺(tái)網(wǎng)50個(gè)臺(tái)站記錄的P波到時(shí)等資料，以龍門山斷裂和二級(jí)大地構(gòu)造單元分界線為界，將四川地區(qū)分為A、B兩個(gè)區(qū)，得出四川東部盆地和西部高原不同的地殼上地幔分層速度模型。2003年，王椿鏞等(2003)根據(jù)位于川西藏東地區(qū)的巴塘(竹巴龍)至四川資中深地震測(cè)深剖面沿線的爆破記錄截面圖中各震相走時(shí)資料，結(jié)合相關(guān)的振幅信息，確定了剖面二維P波地殼速度結(jié)構(gòu)模型(見圖1)。2008年，樓海等(2008)對(duì)龍門山及其鄰近地區(qū)20個(gè)寬頻帶地震臺(tái)站的記錄提取遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)，并應(yīng)用H-K疊加方法，求得每個(gè)地震臺(tái)站下方的地殼厚度和波速比。同時(shí)以此為約束，進(jìn)一步作接收函數(shù)反演，獲得各個(gè)地震臺(tái)站下方的S波速度結(jié)構(gòu)。2009年，劉啟元等(2009)利用中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在川西地區(qū)布設(shè)的大規(guī)模密集流動(dòng)寬頻帶地震臺(tái)陣記錄的遠(yuǎn)震P波波形數(shù)據(jù)和接收函數(shù)非線性反演方法，得到了沿北緯31°線的19個(gè)地震臺(tái)站下方100 km深度范圍內(nèi)的S波速度結(jié)構(gòu)；同年，胥頤等(2009)則利用四川地震臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)資料和體波地震層析成像方法反演了龍門山地區(qū)的S波速度結(jié)構(gòu)。2011年，李志偉等(2011)利用四川地震臺(tái)網(wǎng)2000年1月至2008年4月的地震數(shù)據(jù)，使用地震層析成像方法反演了龍門山及其鄰近地區(qū)的地殼P波速度結(jié)構(gòu)。2014年，鄧文澤等(2014)利用川西流動(dòng)地震臺(tái)陣、汶川地震震后應(yīng)急臺(tái)網(wǎng)記錄到的P波到時(shí)資料，對(duì)2008年5月至2008年10月期間發(fā)生的汶川地震余震序列應(yīng)用雙差層析成像方法進(jìn)行了地震震源和三維P波速度結(jié)構(gòu)的聯(lián)合反演。2013～2015年，蘆山“4·20”7.0級(jí)強(qiáng)烈地震科學(xué)考察項(xiàng)目采用人工源地震探測(cè)技術(shù)獲得了蘆山地區(qū)剖面速度結(jié)構(gòu)(王帥軍等，2015)。由上文可知，本區(qū)域地震資料豐富，速度模型多樣，既有簡(jiǎn)單的一維多層速度結(jié)構(gòu)模型，也有復(fù)雜的三維速度結(jié)構(gòu)模型。但是，這些一維模型或是針對(duì)某一個(gè)構(gòu)造帶，如龍門山構(gòu)造帶，或是對(duì)四川地區(qū)進(jìn)行了分區(qū)，而分區(qū)的速度模型又不能很好的適用于過(guò)渡帶上的地震，精細(xì)的三維速度模型又可能存在定位速度慢、計(jì)算復(fù)雜等問(wèn)題。因此，一個(gè)適合四川全區(qū)域且簡(jiǎn)單的一維平均速度模型對(duì)于快速定位地震具有十分重要的意義。

圖1 川西藏東地區(qū)人工剖面速度結(jié)構(gòu)(王椿鏞等，2003)

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)工作：(1)資料篩選：此次工作的基礎(chǔ)資料來(lái)源于四川地震臺(tái)網(wǎng)2009～2014年的編目報(bào)告，選擇的是定位精度為1且記錄臺(tái)站數(shù)大于30的地震，通過(guò)篩選，去除其中因定位深度誤差或者空隙角偏大而造成的異常結(jié)果，共得到了 4 529次共 211 189個(gè)震相的數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)分析：用經(jīng)篩選的數(shù)據(jù)擬合得到層速度，并選擇不同震中距的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行速度擬合，分析數(shù)據(jù)變化情況，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合理性和穩(wěn)定性。(3)精選地震：為了使模型能普遍適應(yīng)區(qū)域內(nèi)的地震，應(yīng)選擇均勻分布的地震，且射線能盡可能全面覆蓋整個(gè)四川區(qū)域。根據(jù)這一原則優(yōu)選出了47個(gè)地震，對(duì)其重新判讀，以保證到時(shí)讀取的準(zhǔn)確性，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果的檢驗(yàn)。(4)模型建立：根據(jù)優(yōu)選的47個(gè)地震擬合的速度以及前人研究中速度模型的深度確定本區(qū)域的初始速度模型，通過(guò)折合走時(shí)調(diào)整以及Hyposat批處理方法優(yōu)化初始模型，以得到最適應(yīng)本區(qū)域地震的速度模型。(5)模型驗(yàn)證：為了檢驗(yàn)最優(yōu)模型的適用性和準(zhǔn)確性，分別對(duì)人工爆破事件、PTD方法和Hyposat批處理方法的地震定位結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析使用不同模型的結(jié)果差異。

表1 分震級(jí)統(tǒng)計(jì)震相與地震數(shù)量

2 資料處理及模型建立

本文震相統(tǒng)計(jì)的基本原則和依據(jù)是：地震發(fā)生時(shí)間為2009年1月至2014年12月，記錄臺(tái)站數(shù)目達(dá)到30個(gè)以上(包括鄰省臺(tái)站)，地震震級(jí)ML≥1?；谏鲜鲆罁?jù)，本區(qū)共統(tǒng)計(jì)獲得符合條件的地震事件 4 529個(gè)(見圖2a)，震相 211 189個(gè)，其中Pg、Pn、Sg和Sn震相數(shù)量分別達(dá)到 96 584個(gè)、16 718個(gè)、97 618個(gè)和269個(gè)(見表1)?；谏鲜鼋y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提取每個(gè)地震中Pg、Pn、Sg和Sn震相的震中距及走時(shí)，以震中距為橫坐標(biāo)，走時(shí)為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖，并根據(jù)水平層狀介質(zhì)中的折射波時(shí)距曲線公式(1)，可計(jì)算出層速度：

T=Δ/V+b

(1)

式中：T—走時(shí)；Δ—震中距；V—層速度；b—擬合得到的常數(shù)。T對(duì)應(yīng)不同震相的走時(shí)，V分別代表不同的意義。Vp1表示Pg震相對(duì)應(yīng)的第一層縱波波速；VPn表示Pn震相對(duì)應(yīng)的Moho界面下層縱波波速；Vs1表示Sg震相對(duì)應(yīng)的第一層橫波波速；VSn表示Sn震相對(duì)應(yīng)的Moho界面下層橫波波速。利用公式(1)對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合可知，Pn震相時(shí)距曲線的斜率為0.1318，對(duì)應(yīng)的波速為VPn=7.59 km/s；Pg震相時(shí)距曲線的斜率為0.1695，對(duì)應(yīng)的波速為Vp1=5.90 km/s；Sn震相時(shí)距曲線的斜率為0.2196，對(duì)應(yīng)的波速為VSn=4.55 km/s；Sg震相時(shí)距曲線的斜率為0.2855，對(duì)應(yīng)的波速為Vs1=3.45km/s，上地殼和Moho下層縱橫波速度比分別為Vp1/Vs1=1.71，VPn/VSn=1.67。前述接收臺(tái)站數(shù)量超過(guò)30的 4 529次地震大部分集中在龍門山斷裂帶上，會(huì)對(duì)一維速度模型產(chǎn)生較大的權(quán)重，且由于沒(méi)有外省地震，射線不能很好的覆蓋四川全境，據(jù)此得到的平均一維速度模型難以適用全區(qū)。為了增強(qiáng)一維速度模型在全區(qū)的適用性，需進(jìn)一步對(duì)上述地震進(jìn)行了精細(xì)篩選，使得這些地震盡量在區(qū)域內(nèi)均勻分布，并增加了一些能被四川地震臺(tái)網(wǎng)大部分臺(tái)站記錄到的省外地震，保證射線能覆蓋全部區(qū)域，最終篩選出47個(gè)地震(見圖2b)，并重新進(jìn)行了地震震相的分析識(shí)別以及震相的檢驗(yàn)校核，得到Pg震相1836個(gè)，Pn震相1620個(gè)，Sg震相682個(gè)，Sn震相41個(gè)。

圖2 篩選前后的地震分布

基于川滇三維走時(shí)表的定位結(jié)果，通過(guò)速度擬合方法與折合走時(shí)方法得到四川地區(qū)上地殼速度Vp1，下地殼速度Vp2、上地幔速度VPn、以及上地殼與下地殼厚度H1、H2，以確立本區(qū)域初始速度模型。根據(jù)上述結(jié)果，并參考本區(qū)域其他速度模型，形成了四川區(qū)域初始模型：速度值使用擬合得到的速度值，Vp1為5.95 km/s，Vp2為6.35 km/s，VPn為8.05 km/s?？凳辖缑媾c莫霍界面的深度則參考分區(qū)速度模型，選取為AA模型和BB模型的中間值，為28 km和55 km，具體可見表2。為了建立最優(yōu)模型，需要在初始模型的基礎(chǔ)上，利用不同震源深度的理論走時(shí)、折合走時(shí)方法對(duì)初始模型進(jìn)行調(diào)整，分別得到上地殼速度Vp1，下地殼速度Vp2、莫霍面速度VPn，以及上地殼與下地殼厚度H1、H2的取值范圍，據(jù)此并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)選定的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Hyposat批處理。最后根據(jù)Hyposat處理結(jié)果的殘差大小以及與四川地區(qū)其他速度模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況確立整個(gè)四川區(qū)域最終的速度模型(見表3)。

表2 四川初始模型

表3 四川區(qū)域最優(yōu)模型

3 模型驗(yàn)證

2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震之后，中國(guó)地震局蘆山7.0級(jí)強(qiáng)烈地震科學(xué)考察項(xiàng)目于10月21～23日進(jìn)行了人工地震折射剖面探測(cè)。四川地震臺(tái)網(wǎng)記錄了此間的爆破信號(hào)，由于藥量有限，僅有部分近距離臺(tái)站記錄到了本次信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析，2次地震共識(shí)別到26個(gè)Pg震相，根據(jù)此震相的震中距—走時(shí)圖得到的Vp1=5.8 km/s，分析可能是因?yàn)樗幜可偈沟谜鸺?jí)偏小，接收到信號(hào)的臺(tái)站多為近臺(tái)且為地表臺(tái)，受風(fēng)化層影響較大，故而速度偏低。用各個(gè)不同速度模型分別定位，求得的定位結(jié)果見表4。

PTD方法是在震中位置已知的情況下，利用不同震中距上的初至震相，即初至Pn波到時(shí)減去直達(dá)Pg波到時(shí)來(lái)確定地震震源深度的方法(朱元清等，2003)。該方法相較于一般方法，克服了其他確定震源深度的定位方法震相讀取的誤差和不穩(wěn)定性。使用PTD方法進(jìn)行地震定位過(guò)程中，使用的Pg、Pn震相數(shù)量越多，且定位程序中圖形結(jié)果越符合高斯分布，說(shuō)明所使用的速度模型越符合實(shí)際情況。圖3選取了分布于四川不同區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)地震，利用PTD方法對(duì)其進(jìn)行處理，以驗(yàn)證最優(yōu)模型的有效性。在處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有效震相越多，分布圖更服從高斯分布特征，且最優(yōu)模型的震相分布更服從高斯分布。

表4 各速度模型定位結(jié)果

圖3 最優(yōu)模型及AA模型的PTD處理結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

本文得到了適應(yīng)四川地區(qū)的平均速度模型，經(jīng)計(jì)算分析比較具有如下特點(diǎn)：(1)利用蘆山地震科考人工爆破數(shù)據(jù)對(duì)最優(yōu)模型和其它模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示，使用三維速度模型的單純型定位方法獲得的震中位置與實(shí)際爆破位置的誤差最小。(2)利用PTD方法對(duì)各模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，使用最優(yōu)模型時(shí)的震相分布更服從高斯正態(tài)分布，表明一維速度模型更為符合實(shí)際情況。