曹穎 付虹 錢佳威

摘要：利用2008—2021年云南地震臺網(wǎng)記錄到的M≤5.1地震走時數(shù)據(jù)，采用VP/VS模型一致性約束的雙差層析成像方法，獲得了滇東南弧形構(gòu)造區(qū)的地殼三維VP、VS和VP/VS模型及地震重定位結(jié)果。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)發(fā)生的2018年8月13日通海MS5.0地震和2021年6月10日雙柏MS5.1地震的震源深度主要位于VP，VS的高、低速異常的交界處或低速異常體的邊緣，及低VP/VS異常體內(nèi)。這可能意味著這2個地震所處深度范圍內(nèi)的流體或熔融對地震的發(fā)生沒有直接作用，而是因為震源位置介于脆、韌性巖體之間，當能量積累到一定程度后該位置更易發(fā)生脆性破裂。小江斷裂、曲江斷裂和石屏—建水斷裂下方深處存在高VP/VS異常體，結(jié)合區(qū)內(nèi)溫泉地球化學研究，推測高VP/VS異常體可能是地熱流體而非熔融物質(zhì)，地熱流體的存在可能會削弱已表現(xiàn)為強閉鎖的小江斷裂帶與曲江斷裂和石屏—建水斷裂相交處的閉鎖體，從而降低斷層破壞的構(gòu)造應(yīng)力閾值并加速地震孕育過程，應(yīng)重點關(guān)注地熱流體的影響。

關(guān)鍵詞：滇東南；弧形構(gòu)造區(qū)；地殼三維速度結(jié)構(gòu)；VP/VS

中圖分類號：P315.2?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2023）02-0245-16

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0024

0 引言

地殼速度結(jié)構(gòu)可以反映地震深部孕育環(huán)境等重要信息，同時，經(jīng)過精定位后的地震空間展布可以提供斷層的深部特征等基本信息。雙差地震層析成像算法可以聯(lián)合反演地震位置、VP和VS模型，被廣泛用于探索斷層、俯沖板塊、火山等結(jié)構(gòu)。地震波速比模型VP/VS對于探索地下結(jié)構(gòu)同樣具有很重要的意義，其原因為：①VP/VS可以直接轉(zhuǎn)換為巖石的泊松比參數(shù)，而不受彈性模量等參數(shù)的影響，因此可以更好地判斷地下巖石的巖性；②理論計算以及巖石物理實驗表明，VP/VS對于巖石的孔隙率、孔隙中的流體和熔體等有很好的敏感度，有助于判斷地下是否存在裂縫、流體、熔融等（郭浩，2019）。因此Guo等（2018）發(fā)展了VP/VS模型一致性約束的雙差地震成像方法，被應(yīng)用于Gofar轉(zhuǎn)換斷層（Guo et al，2018）、南加州板塊邊界（Share et al，2018）、四川的長寧—興文地區(qū)（Zuo et al，2020）及唐山斷裂（Ma et al，2020）等不同的構(gòu)造區(qū)的研究，均取得了高分辨率的速度模型，為研究不同地區(qū)的地下物性特征提供了基礎(chǔ)。

滇東南弧形構(gòu)造區(qū)內(nèi)不同類型、不同運動性質(zhì)的活動斷裂密集分布。自1970年通海M7.8大地震發(fā)生后，許多學者對該構(gòu)造區(qū)內(nèi)斷裂活動特征與強震活動特點進行了廣泛的研究，其中對小江斷裂和紅河斷裂的研究最廣泛。對滇東南弧形構(gòu)造區(qū)的研究主要集中在對其活動性質(zhì)的研究（Wang et al，1998；Shen et al，2005；Schoenbohm et al，2006；聞學澤等，2011；呼楠，韓竹軍，2013；韓竹軍等，2017），并對其形成機理提出了不同的觀點。關(guān)于該地區(qū)的深部地球物理研究，無論是走時層析成像、面波層析成像、背景噪聲成像還是接收函數(shù)反演或其它的聯(lián)合反演，大部分研究主要圍繞青藏高原東南緣或整個云南地區(qū)來開展（吳建平等，2001；胡家富等，2003；Yao et al，2006，2008；Li et al，2008；李永華等，2009；Bai et al，2010；Chen et al，2014；Bao et al，2015；Li et al，2016；Chen et al，2016；高家乙等，2016；Li et al，2018；鄧山泉等，2020），對于更小的研究范圍，吳建平等（2013）對小江斷裂及其附近區(qū)域進行了走時層析成像反演。前人的研究成果對深入研究該地區(qū)的動力學機制和大震機理提供了很好的基礎(chǔ)。但由于地震數(shù)據(jù)有限以及臺站的分布不均勻和成像方法的局限性等，這些研究均未能獲得滇東南地區(qū)的精細地殼速度結(jié)構(gòu)。鑒于此，本文利用2008—2021年云南地震臺網(wǎng)記錄的地震到時資料，使用VP/VS模型一致性約束的雙差層析成像方法（TomoDDMC，Guo et al，2018）聯(lián)合地??? 震到時數(shù)據(jù)反演得到滇東南弧形構(gòu)造地區(qū)的地殼三維VP、VS和VP/VS模型及地震震源參數(shù)，為進一步研究滇東南弧形構(gòu)造區(qū)深部介質(zhì)性質(zhì)和強震發(fā)生機理提供參考。

1 構(gòu)造背景

滇東南弧形構(gòu)造區(qū)包含滇東南地區(qū)的3條弧頂向東南突出的弧形斷裂（闞榮舉等，1977），何宏林等（1992，1993）也稱其為楔形構(gòu)造區(qū)。這3條弧形斷裂分別為曲江斷裂、石屏—建水斷裂和紅河斷裂南段，3條斷裂在平面上展布形態(tài)十分相似，總體上由西向東自NNW向近EW過渡，3條斷裂之間平均距離不超過40 km，近NS向的小江斷裂南段與這3條斷裂的東側(cè)相交（圖1）。GPS觀測資料已經(jīng)證實了青藏高原東南緣地殼物質(zhì)圍繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)的順時針轉(zhuǎn)動（Zhang et al，2004；王閻昭等，2008），而川滇菱形塊體受青藏高原地殼物質(zhì)的擠壓運動向SE和SSE向逃逸。小江斷裂與紅河斷裂作為川滇活動塊體的東南部邊界，滇東南弧形構(gòu)造帶位于其東南部，在青藏高原地殼物質(zhì)逃逸過程中起到了重要的作用（Allen et al，1984；許志琴等，2011），因此構(gòu)造帶內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動頻繁，自1900年以來在小江斷裂與曲江斷裂的交匯處先后發(fā)生了1913年峨山M7.0地震和1970年通海M7.8大地震（圖1a）。近年來先后發(fā)生了2018年8月13日通海MS5.0地震和2021年6月10日雙柏MS5.1地震（圖1b）。因此對該地區(qū)地殼介質(zhì)性質(zhì)的研究有助于了解川滇地區(qū)地殼變形動力學過程，對于認識大陸強震機理也具有重要意義。

2 方法和資料

2.1 VP/VS模型一致性約束的雙差層析成像方法

Zhang和Thurber（2003，2006）提出了雙差層析成像方法，該方法聯(lián)合絕對到時和相對到時數(shù)據(jù)同時反演地震位置和三維速度結(jié)構(gòu)。與標準層析成像相比，該方法對于反演源區(qū)精細速度結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢，已被應(yīng)用于不同的構(gòu)造區(qū)并得到了一些成果。Zhang等（2009）擴展了原始的雙差層析成像方法并進一步反演得到2個VP/VS模型：一是VP模型直接除以VS模型得到的VP/VS，但是通常因為S波數(shù)據(jù)誤差較大且數(shù)量較少，VS模型的分辨率通常比VP模型更低，導(dǎo)致VP/VS模型不確定性更高；二是在Thurber（1993）的基礎(chǔ)上使用S-P數(shù)據(jù)直接反演得到的VP/VS，但為了滿足P波和S波射線路徑相似性的要求，會剔除一部分S-P數(shù)據(jù)，因此VP/VS模型非?？煽康直媛氏鄬档?。通常，由于這2個VP/VS模型的計算方式不同，其結(jié)果必然會有差異。Guo等（2018）開發(fā)了一種新的VP/VS模型一致性約束的雙差層析成像方法（TomoDDMC），可以提高模型的分辨率和可靠性。該方法在上述兩種VP/VS模型之間建立了一致的約束關(guān)系，表示為：

Δ=κ1-κ2=uSuP-κ2（1）

式中：κ1=uSuP=vPvS表示單獨的VP除以VS得到的VP/VS模型；uP和uS分別表示P波和S波的慢度；κ2表示由S-P數(shù)據(jù)直接反演得到的VP/VS模型。真實的Δture和計算的Δcal之間的差（dΔ）可以 用截斷的泰勒展開式轉(zhuǎn)換為uP、uS和κ2的線性相關(guān)，表示為：

dΔ=Δture-Δcal=κ2-uSuP=ΔuPδuP+ΔuSδuS+Δκ2δκ2=

-uSu2PδuP+1uPδuS-δκ2（2）

通過最小化dΔ，就可以確定可靠的VP/VS模型，該模型具有與單獨VP和VS模型相似的分辨率，反演后得到的VP、VS和VP/VS模型結(jié)構(gòu)也更加一致。

2.2 數(shù)據(jù)

滇東南地區(qū)地震分布較多，但臺站分布相對稀疏，地震定位所使用的臺站較少。本文收集了2008—2021年云南地震臺網(wǎng)所記錄到的（23°N～25°N，101.5°E～103.5°E）范圍內(nèi)的地震目錄和地震報告數(shù)據(jù)。為了保證原始到時數(shù)據(jù)的可靠性并兼顧數(shù)據(jù)量，選取由4個以上震中距小于200 km的臺站所記錄到的地震事件。最終選取47個臺站所記錄到的10 407個M≤5.1地震（圖1b），涉及37個固定臺站和10個流動臺站，共獲得52 006條P波絕對走時、37 794條S波絕對走時及35 307個S-P絕對到時數(shù)據(jù)。S波絕對走時數(shù)據(jù)要少于P波數(shù)據(jù)，但這些射線路徑基本可以覆蓋研究區(qū)域（圖2a、b）。為了檢查震相數(shù)據(jù)的可靠性繪制了震相走時曲線（圖2c），可看出P波和S波走時均呈現(xiàn)出明確的線性趨勢，并且震相分布很集中，表明原始震相走時數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。然后基于P波和S波絕對到時數(shù)據(jù)構(gòu)建地震對數(shù)據(jù)，要求地震對最大間距不超過20 km，每個事件最多可與20個事件組成事件對，最終構(gòu)建了相對到時數(shù)據(jù)，包括515 102條P波到時差數(shù)據(jù)、349 467條S波到時差數(shù)據(jù)和352 921條S-P到時差數(shù)據(jù)，地震對的平均間距為5.36 km。

2.3 模型參數(shù)化

本文選取研究區(qū)中心（24°N，102.5°E）為坐標原點，X軸指向東，Y軸指向北。水平方向上的網(wǎng)格節(jié)點間隔為20 km（圖1b），垂直方向上的網(wǎng)格節(jié)點位于0、2、5、7、10、12、15、20、30和45 km深度處。初始模型會對反演結(jié)果的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此，本文綜合了王光明等（2018）對2018年通海MS5.0地震序列重定位采用的初始模型、呼楠和韓竹軍（2013）對滇東南地震進行重定位所使用的初始模型以及陳飛（2017）利用重力、面波和體波聯(lián)合反演得到的中國大陸S波速度結(jié)構(gòu)結(jié)果來確定初始一維速度模型（圖2d），平均VP/VS設(shè)置為1.73。改進雙差層析成像方法同樣使用最小二乘分解（Least Square QR factorization，LSQR）算法求解反演方程，在LSQR求解過程中阻尼因子和平滑權(quán)重共同約束反演結(jié)果，從而影響反演結(jié)果的穩(wěn)定性和模型的泛化能力。進一步地采用L曲線方法（Hansen，OLeary，1993）來選取最佳阻尼因子和平滑權(quán)重，并保證條件數(shù)在150～200。這是因為保持條件數(shù)的數(shù)值范圍較低且不太窄是很重要的，真實的條件數(shù)與使用LSQR所計算的條件數(shù)不同，可能更?。╖hang，Thurber，2007）。如圖3a、b所示，最終選取的阻尼因子和平滑權(quán)重分別為500和20。采用分層加權(quán)進行反演，反演中使用了16次迭代以確保最終的結(jié)果能夠達到令人滿意的收斂。前8次迭代的重點放在擬合絕對數(shù)據(jù)上，而后8次迭代的重點放在到時差數(shù)據(jù)上，兩組迭代均由5個速度與地震位置的聯(lián)合反演和3個重定位反演組成。反演后的均方根走時殘差從1.54 s降低到0.36 s。P、S波反演后的走時殘差相比反演前更加集中（圖3c、d），說明最終模型更加穩(wěn)定，相比初始模型能更好地擬合數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果可靠性分析

3.1 重定位結(jié)果誤差分析

本文采用自舉重采樣法（Efron，Gong，1983；Efron，Tibshirani，1991）來評估重定位結(jié)果的不確定性。首先對到時數(shù)據(jù)進行隨機重采樣，然后使用與實際反演相同的策略對新的重采樣數(shù)據(jù)進行反演以獲得重定位結(jié)果。重復(fù)上述過程100次，將其視為地震重定位結(jié)果的誤差分析。重定位結(jié)果誤差的統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示，X和Y方向上的誤差相較Z方向更小，大多數(shù)地震的定位誤差小于2 km。重定位后的X、Y和Z方向上的誤差中位數(shù)分別為0.33 km、0.42 km和0.98 km。

3.2 棋盤測試結(jié)果

棋盤分辨率測試（Zhao et al，1992）被廣泛用來估計模型的分辨率和可靠性。首先分別向初始VP和VP/VS模型中添加±5%和±10%的擾動和來構(gòu)建合成模型，由于初始VS模型是由VP模型和VP/VS模型計算得到的，因此合成的VS模型的擾動為+5.5%和-4.5%交替。然后根據(jù)合成模型，利用實際地震及臺站數(shù)據(jù)，通過偽彎曲射線追蹤算法（Um，Thurber，1987）生成理論的走時數(shù)據(jù)，最后使用與實際反演相同的反演策略對合成數(shù)據(jù)進行反演。圖5顯示了0～20 km深度內(nèi)的棋盤測試結(jié)果，由圖可見，VP模型的分辨率結(jié)果要好于VS模型，雖然VS模型的分辨率不算很高，但是并沒有對VP/VS模型的分辨率造成太大的影響， VP/VS模型分辨率甚至要高于VS模型，這表明VP/VS模型一致性約束的雙差地震層析成像算法對提高VP/VS模型可靠性是有效的。同時，圖5還顯示7 km和10 km深度的分辨率最高，5 km和15 km深度處的中心區(qū)域的分辨率基本恢復(fù)，0 km和20 km深度處由于射線穿過較少，分辨率相對較差。

除了棋盤測試，本文還加入了可以與其結(jié)果互補的DWS值。Thurber和Eberhart-Phillips（1999）研究表明DWS值是對每一段射線路徑進行了距離加權(quán)，其反映的模型節(jié)點周圍的相對射線總和比不加權(quán)的射線總和更具可靠性。Thurber等（2007）也發(fā)現(xiàn)當DWS＞100時，反演結(jié)果具有較高的可靠性。為了直觀地表現(xiàn)可接受分辨率的區(qū)域，筆者在圖5的棋盤測試結(jié)果和后文的圖7的速度結(jié)構(gòu)結(jié)果中加入了表示DWS=100的白色實線（圖5中DWS=100的白色實線包圍的區(qū)域與分辨率相對較好的區(qū)域基本對應(yīng)，因此本文主要討論圖7中DWS=100的白色實線所包圍的區(qū)域）。

4 反演結(jié)果

4.1 重定位結(jié)果

使用TomoDDMC方法進行聯(lián)合反演共得到9 683個地震的重定位結(jié)果，由圖6可見，重定位后的地震分布更加集中。重定位后的2018年8月13日通海MS5.0雙震的震中位置分別為（24.182°N，102.726°E）和（24.187°N，102.729°E），震源深度分別為11.01 km和8.32 km，與王光明等（2018）重定位后得到的震源深度11.08 km和9.24 km相差不大。重定位后的2021年6月10日雙柏MS5.1地震的震中位置為（24.337°N，101.892°E），震源深度為12.27 km，比廖詩榮等（2021）所得到的深度更深。

由圖6a可看出，研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要斷裂、斷裂相交處以及斷裂與斷裂之間均密集分布地震，而這些地震分布或與已知斷裂相交，或與其相平行，一些小地震組成的地震叢位于已知斷裂的附近。由圖6b～d可看出，研究區(qū)內(nèi)的地震在0～30 km深度內(nèi)均有分布，其中大部分分布于0～15 km。雙柏MS5.1地震序列和通海MS5.0地震序列主要分布于15 km內(nèi)。

4.2 地殼三維速度結(jié)構(gòu)

圖7展示了不同深度處的VP、VS和VP/VS模型的速度結(jié)構(gòu)水平切片分布，同時分別投影了相鄰深度層上下距離一半深度范圍內(nèi)的地震。由圖7可以看出，研究區(qū)內(nèi)地殼速度結(jié)構(gòu)存在明顯的橫向不均勻性。

0 km深度主要表現(xiàn)地表地形和地質(zhì)環(huán)境特征，區(qū)內(nèi)異常體大多表現(xiàn)為條帶狀。研究區(qū)中部的新平—通海盆地為低VP異常，新平—建水一帶顯示低VS異常。通海盆地東部是面積約36 km2的杞麓湖，湖面呈NE展布，屬于斷層陷落湖泊。韓慕康等（1981）認為充填于盆地中的湖積物全屬第四系，因此低VP異常對應(yīng)該盆地下方的沉積層。大多數(shù)城市位于低速與高速異常的交界處，表明研究區(qū)復(fù)雜的地形地貌。小江斷裂與曲江斷裂及石屏—建水斷裂相交處呈現(xiàn)出低VP和低VS異常。普渡河斷裂與小江斷裂之間主要為低速異常，與吳建平等（2013）的研究結(jié)果一致。

在5 km深度處，玉溪—石林一帶為低VP和低VS異常。新平以北區(qū)域為高VP和高VS異常，小江斷裂與曲江斷裂交匯處為條帶狀高VS異常區(qū)。

在7 km深度處，小江斷裂與曲江斷裂交匯處變?yōu)榈蚔P和低VS異常區(qū)，小江斷裂與石屏—建水斷裂交匯處表現(xiàn)為低VP和高VS異常，新平以北仍表現(xiàn)為高VP和高VS異常。

10 km和15 km深度的速度結(jié)構(gòu)分布反映了研究區(qū)上地殼的結(jié)構(gòu)特征。在10 km深度處，研究區(qū)的東北部表現(xiàn)為低VP異常，玉溪和通海位于該低速體的邊緣，這與吳建平等（2013）的結(jié)果相符。重定位后的通海MS5.0地震和雙柏MS5.1地震的震源深度分別為11.08 km和12.27 km，通海MS5.0地震和雙柏MS5.1地震基本位于10 km深度處，高速異常與低速異常之間。小江斷裂與曲江斷裂及石屏—建水斷裂交匯處均表現(xiàn)為高VP和低VS異常。在15 km深度處，研究區(qū)內(nèi)低VP異常分布統(tǒng)一，墨江—紅河—建水—蒙自處于低VP和低VS異常帶內(nèi)，玉溪—通海均處于低VP異常和高VS異常帶內(nèi)。

20 km深度層的速度結(jié)構(gòu)分布反映了研究區(qū)中上地殼的結(jié)構(gòu)特征。在該深度處，研究區(qū)內(nèi)低VP異常分布統(tǒng)一，其中部的曲江斷裂和石屏—建水斷裂之間存在明顯的低VP和VS異常條帶，吳建平等（2013）研究結(jié)果顯示20 km也為低VP異常。

對于VP/VS模型，在0 km深度處小江斷裂與曲江斷裂交匯處存在明顯的低VP/VS，小江斷裂與石屏—建水斷裂交匯處向NW延伸至石屏—建水斷裂上存在明顯的高VP/VS條帶。在5 km深度處，以小江斷裂為界，其東邊為高VP/VS區(qū)域，西邊為低VP/VS區(qū)域。研究區(qū)北部存在大范圍的高VP/VS，并與小江斷裂以東的高VP/VS區(qū)域相連。在7 km深度處，研究區(qū)內(nèi)大多區(qū)域為低VP/VS異常，小江斷裂與曲江斷裂交匯處和新平以北區(qū)域基本為高VP/VS區(qū)域，玉溪—通?！ㄋ嬖诟遃P/VS條帶，該條帶在10 km深度處仍然存在，并且范圍有所擴大。但在10 km深度處，通海MS5.0地震位于高VP/VS異常內(nèi)，雙柏MS5.1地震位于低VP/VS異常內(nèi)。在15 km深度處，中高VP/VS異常范圍擴大，小江斷裂與曲江斷裂及石屏—建水斷裂交匯處均表現(xiàn)為低VP/VS異常，小江斷裂與曲江斷裂交匯處主要為高、低VP/VS異常交界。在20 km深度處，研究區(qū)中部的石屏—建水斷裂上的高VP/VS條帶非常明顯，紅河斷裂上主要為低VP/VS異常，小江斷裂上的VP/VS值約為1.8～1.9。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的斷裂和地震分布，筆者沿著不同位置橫跨斷裂給出了4條垂直剖面（圖6）的速度分布結(jié)果（圖8）。其中AA剖面沿著小江斷裂的走向并分別穿過曲江斷裂、石屏—建水斷裂和紅河斷裂；BB剖面穿過雙柏MS5.1地震和通海MS5.0地震并與曲江斷裂和小江斷裂相交；CC剖面大體沿著石屏—建水斷裂并與AA剖面相交；DD剖面大體沿著紅河斷裂并與AA剖面相交（圖6a）。

為了進一步分析地震活動性與速度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，在圖8中還將沿著剖面兩側(cè)各20 km范圍內(nèi)重定位后的地震投影到剖面上。由圖8可看出，研究區(qū)深部速度結(jié)構(gòu)具有橫向不均勻性，地殼具有明顯的分層結(jié)構(gòu)。AA剖面的10～15 km深度內(nèi)存在一個位于與曲江斷裂相交處的低VS（黑色虛線圈）和高VP/VS異常（白色虛線圈）區(qū)域，并且這個高VP/VS異常區(qū)似乎與淺層和更深層的高VP/VS有所連接，而通海MS5.0地震位于該區(qū)域的邊緣（圖8a）。BB剖面上的雙柏MS5.1和通海MS5.0地震序列均位于低VP（黑色虛線圈）和低VP/VS（黑色虛線圈）帶內(nèi)，且在15～20 km深度范圍內(nèi)存在高VP/VS異常區(qū)域（圖8b）。CC和DD剖面均呈現(xiàn)出了強烈的橫向不均勻性，沿斷層分布的小震較多，說明地震活動較活躍，2個剖面10～15 km深度內(nèi)均存在一個較窄的低VP條帶（圖8c、d）。對于CC′剖面，與小江斷裂交匯處表現(xiàn)為低VP、高VS和低VP/VS異常，5～12 km深度內(nèi)有不規(guī)則形狀的低VP/VS異常區(qū)域，而這個深度以下則是高VP/VS異常分布，VP/VS高低轉(zhuǎn)換較明顯。5～12 km深度內(nèi)的低VP/VS異常對應(yīng)于不是很低的VP和不是很高的VS，表明該深度范圍內(nèi)的巖石性質(zhì)偏向脆性，但強度并不是很強，因此推測這可能是小震密集發(fā)生而大震缺乏的原因。

5 討論

根據(jù)地震重定位結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)的地震在0～30 km深度均有分布，說明這些地震主要為構(gòu)造成因。研究區(qū)內(nèi)地震分布密集，已知的斷裂上、斷裂與斷裂之間均分布有大量的地震，特別是石屏—建水斷裂與紅河斷裂、普渡河斷裂與小江斷裂之間。呼楠和韓竹軍（2013）發(fā)現(xiàn)研究區(qū)斷層之間的地震密集分布，并從小震分布特征和震源機制解類型2方面分析發(fā)現(xiàn)這些斷層系統(tǒng)分布相近，在向深部延伸的過程中有可能匯聚為一個斷裂系統(tǒng)，小震在水平面上的投影并沒有沿某一條斷裂成線性分布，因此在地表上表現(xiàn)為密集分布。白志明和王椿鏞（2003）發(fā)現(xiàn)曲江斷裂、石屏—建水斷裂和紅河斷裂均屬于深大斷裂構(gòu)造帶在近地表的分支構(gòu)造。綜上，我們推測小江斷裂與普渡河斷裂之間可能也存在類似的深部交匯關(guān)系。造成該地區(qū)斷層系統(tǒng)之間在深部緊密聯(lián)系的原因可能是這些斷裂同樣受青藏高原東南向擠出運動的影響。除了斷裂上及斷裂之間，斷裂以外同樣有密集地震分布，由王光明等（2018）和廖詩榮等（2021）的研究可知通海MS5.0地震和雙柏MS5.1地震均發(fā)生在未知的隱伏斷裂上。說明研究區(qū)內(nèi)除了已知斷裂，還存在未知的隱伏斷裂，滇東南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比已知情況要復(fù)雜很多。

本文研究得出紅河斷裂上的地震分布少于其以北的斷裂，研究區(qū)內(nèi)的其它斷裂的地震活動性明顯要強于紅河斷裂。歷史上的紅河斷裂南段也罕有大震發(fā)生，而紅河斷裂以北的斷裂卻大震頻發(fā)。紅河斷裂一般分為北段、中段和南段，每段無論在滑動速率還是斷層類型上都表現(xiàn)出不同的特征。王君毅等（2022）基于GPS資料反演發(fā)現(xiàn)紅河斷裂帶北段地表以下16 km深度為完全閉鎖狀態(tài)，中段地表以下8 km深度為完全閉鎖狀態(tài)，南段閉鎖程度顯著弱于北段和中段。因此推測作為川滇活動塊體南邊界的紅河斷裂南段雖然也承受著川滇活動塊體向SSE向逃逸的影響，但其較弱的地震活動性可能說明紅河斷裂南段在該區(qū)域并不是應(yīng)力加載的主要斷裂，青藏高原SE向擠出運動對紅河斷裂南段影響較小，或者是能量發(fā)生了轉(zhuǎn)移。聞學澤等（2011）認為小江斷裂西盤（川滇塊體）的主動向南運動被曲江—石屏斷裂帶以右旋走滑、逆沖變形的方式吸收與轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致紅河斷裂帶上的地震活動性較弱。

將通海MS5.0地震和雙柏MS5.1地震的重定位結(jié)果與速度結(jié)構(gòu)結(jié)果相結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)，重定位后的2次地震的震源深度分別為11.01和12.27 km，在10 km和15 km深度切片上，地震主要位于VP、VS高低速異常的交界處，或低速異常體的邊緣，再結(jié)合垂直剖面發(fā)現(xiàn)這2次地震主要位于低VS和VP/VS異常體內(nèi)或其邊緣。通常由于VS是剪切模量的測量值，它隨流體裂隙的增加而減小，流體或熔融的存在會導(dǎo)致VS比VP下降得更快，從而導(dǎo)致VP/VS較高，因此，低VS和高VP/VS表明流體裂隙增加及流體或熔融的存在。而這2次地震均位于低VP/VS異常體內(nèi)，說明在地震所處深度內(nèi)不存在流體或熔融，流體或熔融對地震沒有直接影響（但不排除來自地殼深處的流體或熔融對其產(chǎn)生的影響）。同時，這2次地震介于高低速體之間還意味著其介于脆、韌性巖體之間，當能量積累到一定程度后這個位置更易發(fā)生脆性破裂，并且低速體旁邊的高速異常體的存在則可能阻礙余震的發(fā)展方向。

在沿小江斷裂的剖面上存在與曲江斷裂交匯處的低VS和高VP/VS異常區(qū)，且沿小江斷裂和曲江斷裂剖面上發(fā)現(xiàn)15 km以下存在廣泛的高VP/VS異常區(qū)，石屏—建水斷裂在20 km深度處的切片上存在低VS和高VP/VS異常區(qū)。結(jié)合已有的地球化學研究成果，滇東南地區(qū)內(nèi)的溫泉大部分沿小江斷裂帶出露，尤其在小江斷裂、曲江斷裂及石屏—建水斷裂的交匯處形成集中出露。且小江斷裂上的溫泉水溫普遍較高，說明其切割深度較深和熱水循環(huán)深度大（王云等，2014），表明這3條斷裂具備地熱流體的存在條件。王云等（2014）對溫泉溶解或溢出CO2的碳同位素和氦同位素的研究發(fā)現(xiàn)小江斷裂帶南段的殼幔連通程度較低，地殼閉合程度較高。由此可以推測小江斷裂、曲江斷裂和石屏—建水斷裂下方存在的高VP/VS異常體可能是地熱流體而非熔融物質(zhì)。除了已知斷裂，研究區(qū)內(nèi)存在可作為流體通道的未知的隱伏斷層或裂縫，來自地殼深處的流體持續(xù)積累會增加周圍的孔隙壓力，如果斷層剛好處于閉鎖狀態(tài)，就會削弱閉鎖體，從而降低斷層破裂的構(gòu)造應(yīng)力閾值而加速地震的孕育過程（Sun et al，2022）。而小江斷裂帶在該區(qū)域與曲江斷裂和石屏—建水斷裂相交位置已表現(xiàn)出強閉鎖現(xiàn)象（王君毅等，2022），因此未來應(yīng)該注意地熱流體對小江斷裂、曲江斷裂和石屏—建水斷裂的影響。

6 結(jié)論

本文利用VP/VS模型一致性約束的雙差層析成像方法反演了2008—2021年的滇東南地區(qū)的地震走時數(shù)據(jù)，得到了滇東南弧形構(gòu)造區(qū)的地殼三維VP、VS和VP/VS速度模型及地震重定位結(jié)果，得出研究區(qū)地震活動性特征和速度結(jié)構(gòu)特征如下：

（1）在地面上不相交的斷層在深部交匯為一個斷層系統(tǒng)可能是造成斷層與斷層之間密集小震分布的原因。斷層以外也存在密集地震分布，表明除了已知的斷裂構(gòu)造，可能還存在未知的、具有風險的斷層和裂縫。紅河斷裂帶南段地震活動性低，說明其并不是該地區(qū)內(nèi)應(yīng)力加載的主要斷裂。

（2）通海MS5.0地震和雙柏MS5.1地震主要位于VP，VS高、低速異常交界處或低速異常體的邊緣，以及低VP/VS異常體內(nèi)，表明流體和熔融對這2個地震的發(fā)生沒有直接影響（但不排除來自地殼深處的流體或熔融對其產(chǎn)生的影響）。同時，這2次地震震中介于高低速體之間，更易發(fā)生破裂，這有可能是其發(fā)生的原因。

（3）小江斷裂、曲江斷裂和石屏—建水斷裂下方存在高VP/VS異常體可能與地熱流體有關(guān)。研究區(qū)內(nèi)存在的未知斷裂可作為深部地熱流體的通道，地熱流體的積累可能會削弱閉鎖體而加速地震孕育過程。小江斷裂與曲江斷裂和石屏—建水斷裂相交處已表現(xiàn)為強閉鎖，因此應(yīng)注意地熱流體可能會對該相交區(qū)域產(chǎn)生的削弱作用。

本文主要圖件由GMT軟件繪制而成，TomoDDMC軟件包由中國科學技術(shù)大學張海江教授提供，在此表示感謝。

參考文獻：

白志明，王椿鏞.2003.云南地區(qū)上部地殼結(jié)構(gòu)和地震構(gòu)造環(huán)境的層析成像研究［J］.地震學報，25（2）：117-127.

陳飛.2017.利用面波與重力的聯(lián)合反演確定中國大陸三維巖石圈速度結(jié)構(gòu)［D］.合肥：中國科學技術(shù)大學.

鄧山泉，章文波，于湘?zhèn)?，?2020.利用區(qū)域雙差層析成像方法研究川滇南部地殼結(jié)構(gòu)特征［J］.地球物理學報，63（10）：3653-3668.

高家乙，李永華，徐小明，等.2016.云南地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)和地震活動性研究［J］.地球物理學進展，31（2）：508-516.

郭浩.2019.板塊邊界斷層區(qū)高精度地震定位和層析成像研究［D］.合肥：中國科學技術(shù)大學，43-155.

韓慕康，柴天俊，董興權(quán).1981.云南南部杞麓湖的全新世變遷及其與通海震區(qū)新構(gòu)造運動的關(guān)系［J］.地質(zhì)論評，27（6）：491-496.

韓竹軍，董紹鵬，毛澤斌，等.2017.小江斷裂帶南段全新世活動的地質(zhì)地貌證據(jù)與滑動速率［J］.地震地質(zhì)，39（1）：1-19.

何宏林，方仲景，李玶.1993.小江斷裂帶西支斷裂南段新活動初探［J］.地震研究，16（3）：291-298.

何宏林，李玶，方仲景.1992.滇東南楔形構(gòu)造區(qū)發(fā)震構(gòu)造背景探討［J］.地震地質(zhì)，14（3）：217-226.

呼楠，韓竹軍.2013.滇東南弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今活動性質(zhì)的地震學研究［J］.地震地質(zhì)，35（1）：1-21.

胡家富，蘇有錦，朱雄關(guān)，等.2003.云南的地殼S波速度與泊松比結(jié)構(gòu)及其意義［J］.中國科學：地球科學，33（8）：714-722.

闞榮舉，張四昌，晏鳳桐，等.1977.中國西南地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與現(xiàn)代構(gòu)造活動特征的探討［J］.地球物理學報，20（2）：96-109.

李永華，吳慶舉，田小波，等.2009.用接收函數(shù)方法研究云南及其鄰區(qū)地殼上地幔結(jié)構(gòu)［J］.地球物理學報，52（1）：67-80.

廖詩榮，楊 婷，張紅才，等.2021.2021年云南雙柏MS5.1地震序列的快速檢測與精定位研究［J］.地震研究，44（4）：515-520.

王光明，劉自鳳，趙小艷，等.2018.2018 年云南通海MS5.0地震序列重定位及發(fā)震構(gòu)造討論［J］.地震研究，41（4）：503-510.

王君毅，許才軍，溫揚茂，等.2022.基于GPS觀測的紅河斷裂帶現(xiàn)今分段及閉鎖特征［J］.地球物理學報，65（4）：1240-1254.

王閻昭，王恩寧，沈正康，等.2008.基于GPS資料約束反演川滇地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今活動速率［J］.中國科學：地球科學，38（5）：582-597.

王云，趙慈平，劉峰，等.2014.小江斷裂帶及鄰近地區(qū)溫泉地球化學特征與地震活動關(guān)系研究［J］.地震研究，37（2）：228-243.

聞學澤，杜方，龍鋒，等.2011.小江和曲江—石屏兩斷裂系統(tǒng)的構(gòu)造動力學與強震序列的關(guān)聯(lián)性［J］.中國科學：地球科學，41（5）：713-724.

吳建平，明躍紅，王椿鏞.2001.云南數(shù)字地震臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)研究［J］.地球物理學報，44（2）：228-230.

吳建平，楊婷，王未來，等.2013.小江斷裂帶周邊地區(qū)三維P波速度結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造意義［J］.地球物理學報，56（7）：2257-2267.

許志琴，楊經(jīng)綏，李海兵，等.2011.印度—亞洲碰撞大地構(gòu)造［J］.地質(zhì)學報，85（1）：1-33.

Allen C R，Gillespie A R，Han Y，et al.1984.Red river fault and associated faults，Yunnan Province，China：Quaternary geology，slip rates，and seismic hazard［J］.Geological Society of America Bulletin，95（6）：686-700.

Bai D H，Unsworth M J，Meju M A，et al. 2010.Crustal deformation of the eastern Tibetan plateau revealed by magnetotelluric imaging［J］.Nature Geoscience，3（5）：358-362.

Bao X W，Sun X X，Xu M J，et al. 2015.Two crustal low-velocity channels beneath SE Tibet revealed by joint inversion of Rayleigh wave dispersion and receiver functions［J］.Earth and Planetary Science Letters，415：16-24.

Chen H P，Zhu L B，Su Y J.2016.Low velocity crustal flow and crust-mantle coupling mechanism in Yunnan，SE Tibet，revealed by 3D S-wave velocity and azimuthal anisotropy［J］.Tectonophysics，685：8-20.

Chen M，Huang H，Yao H J，et al.2014.Low wave speed zones in the crust beneath SE Tibet revealed by ambient noise adjoint tomography［J］.Geophysical Research Letters，41（2）：334-340.

Efron B，Gong G.1983.A leisurely look at the bootstrap，the jackknife，and cross validation［J］.The American Statistician，37（1）：36-48.

Efron B，Tibshirani R.1991.Statistical data analysis in the computer age［J］.Science，253（5018）：390-395.

Guo H，Zhang H J，F(xiàn)roment B.2018.Structural control on earthquake behaviors revealed by high-resolution VP/VS imaging along the Gofar transform fault，East Pacific Rise［J］.Earth and Planetary Science Letters，499：243-255.

Hansen P C，OLeary D P.1993.The use of the L-curve in the regularization of discrete ill-posed problems［J］.SIAM Journal on Scientific Computing，14（6）：1487-1507.

Li D H，Liao D H，Ding Z F，et al.2018.Joint inversion of the 3D P wave velocity structure of the crust and upper mantle under the southeastern margin of the Tibetan Plateau using regional earthquake and teleseismic data［J］.Acta Geologica Sinica（English Edition），92（1）：16-33.

Li M K，Zhang S X，Wang F，et al.2016.Cructal and upper-mantle structure of the southeastern Tibetan Plateau from joint analysis of surface wave dispersion and receiver functions［J］.Journal of Asian Earth Sciences，17：52-63.

Li Y H，Wu Q J，Zhang R Q，et al.2008.The crust and upper mantle structure beneath Yunnan from joint inversion of receiver functions and Rayleigh wave dispersion data［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，170（1-2）：134-146.

Ma Y，Gao J，Bi J M.2020.Three-dimensional high-resolution velocity structure imaging and seismicity study of the Tangshan fault［J］.Geosciences Journal，25（4）：1-12.

Schoenbohm L M，Burchfiel B C，Chen L Z.2006.Propagation of surface uplift，lower crustal flow，and Cenozoic tectonics of the southeast margin of the Tibetan plateau［J］.Geology，34（10）：813-816.

Share P E，Guo H，Thurber C H，et al.2018.Seismic imaging of the Southern California plate boundary around the South-Central transverse ranges using double-difference tomography［J］.Pure and Applied Geophysics，176（3）：1117-1143.

Shen J，Wang Y P，Song F M.2003.Characteristics of the active Xiaojiang fault zone in Yunnan，China：A slip boundary for the southeastward escaping Sichuan-Yunnan block of the Tibetan plateau［J］.Journal of Asian Earth Sciences，21（10）：1085-1096.

Sun Q，Guo Z，Pei S P.et al.2022.Fluids triggered the 2021 MW6.1 Yangbi earthquake at an unmapped fault：Implications for the tectonics at the northern end of the Red River fault［J］.Seismol Res Lett，93：666-679.

Thurber C H，Brocher T M，Zhang H J，et al.2007.Three-dimensional P wave velocity model for the San Franciso Bay region，California［J］.Journal of geophysical Research：Solid Earth，112（B7）：B07313.

Thurber C H.1993.Local earthquake tomography：Velocities and VP/VS theory，in Seismic Tomography：Theory and Practise［M］.New York：Chapman and Hal：edited by H M Iyer and K Hirahara，563-583.

Thurber C，Eberhart-Phillips D.1999.Local earthquake tomography with flexible gridding［J］.Computers & Geosciences，25（7）：809-818.

Um J，Thurber C.1987.A fast algorithm for two-point seismic ray tracing［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，77（3）：972-986.

Wang E，Burchfiel B C，Royden L H，et al.1998.Late Cenozoic Xianshuihe-Xiaojiang，Red River，and Dali fault systems of southwestern Sichuan and central Yunnan，China［J］.Special Paper of the Geological Society of America，327：1-108.

Yao H J，Beghein C，Van Der Hilst R D.2008.Surface wave array tomography in SE Tibet from ambient seismic noise and two station analysis-II［J］.Crustal and upper mantle structure.Geophysical Journal International，173（1）：205-219.

Yao H J，Van Der Hilst R D，De Hoop M V.2006.Surface wave arrar tomography in SE Tibet from ambient seismic noise and two station analysis-I.Phase velocity maps［J］.Geophysical Journal International，166（2）：732-744.

Zhang H J，Thurber C H，Bedrosian P.2009.Joint inversion for VP，VS and VP/VS at SAFOD，Parkfield，California［J］.Geochemistry Geophysics Geosystems，10（11）：Q11002.

Zhang H，Thurber C H.2003.Double-difference tomography：The method and its application to the Hayward fault，California［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，93（5）：1875-1889.

Zhang H，Thurber C H.2006.Development and applications of double-difference seismic tomography［J］.Pure and Applied Geophysics，163：373-403.

Zhang H，Thurber C H.2007.Estimating the model resolution matrix for large seismic tomography problems based on Lanczos bidiagonalization with partial reorthogonalization［J］.Geophysical Journal International，170：337-345.

Zhang P Z，Shen Z K，Wang M，et al.2004.Continuous deformation of the Tibetan plateau from global positioning system data［J］.Geology，32（9）：809-812.

Zhao D P，Hasegawa A，Horiuchi S.1992.Tomographic imaging of P and S wave velocity structure beneath northeastern Japan［J］.Journal of Geophysical Research：Solid Easrth，97（B13）：19909-19928.

Zuo K Z，Zhao Z P，Zhang H J.2020.3D crustal structure and seismicity characteristics of Changning-Xingwen area in the southwestern Sichuan Basin，China［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，110（5）：2154-2167.

Characteristics of 3D Velocity Structure in the ArcuateTectonic Belt of Southeastern Yunnan

CAO Ying1，F(xiàn)U Hong1，QIAN Jiawei2

（1.Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

（2.School of Earth and Space Sciences，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，Anhui，China）

Abstract

This paper used the seismic travel-time data from January 2008 to December 2021 recorded by the Yunnan Seismic Network，and adopted a new TomoDDMC method that can improve the resolution and reliability of the VP/VS model to obtain the three-dimensional crustal VP，VS and VP/VS models，as well as the seismic relocation results in southeastern Yunnan.The results show that the 2018 Tonghai MS5.0 earthquake and the 2021 Shuangbai MS5.1 earthquake occurring in the study area are mainly located at the junction of the areas with high- and low-velocity anomalies，or at the edge of the area with low-velocity but low VP/VS anomaly.It is possible that the fluid or melting material within the depth range of these two earthquakes has no direct effect on the occurrence of them，but because they are between brittle and ductile rock mass，brittle fracture easily occurs when the energy is accumulated to a certain level.We also find that there are high VP/VS anomalies under the Xiaojiang fault，the Qujiang fault and the Shiping-Jianshui fault.By the help of the geochemical study of hot springs，we speculate that the high VP/VS anomaly bodies are geothermal fluid rather than molten material.The existence of geothermal fluid may weaken the locking body at the intersection of the Xiaojiang fault，the Qujiang fault and the Shiping-Jianshui fault，which has shown strong locking，so as to reduce the tectonic stress threshold of fault failure.Therefore，the influence of geothermal fluid on the Xiaojiang fault，the Qujiang fault and the Shiping-Jianshui fault deserves special attention.

Keywords：southeastern Yunnan；arcuate tectonic belt；3D crustal velocity structure；VP/VS

收稿日期：2022-06-14.

基金項目：云南省地震局科技專項（2020ZX04）.

第一作者簡介：曹 穎（1988-），高級工程師，主要從事地震監(jiān)測工作和地震層析成像研究.E-mail：976242105@qq.com.

曹穎，付虹，錢佳威.2023.滇東南弧形構(gòu)造區(qū)三維速度結(jié)構(gòu)特征［J］.地震研究，46（2）：245-260，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0024.