中国西部地壳上地幔速度和Qβ结构.pdf

2 0 0 0年l _ j 地 质 与 勘 探 GEt L OGY AND J ROS P EC TI N 中国西部地壳上地幔速度和 Q p 结构 三 皇 果明 Vo I 3 6 No． 6 oy e mbL． 2 0 00 j 摘要] 从穿越 中国西部地 区所 有般台圆路径 [ } 1 ． 选 出 P a y l e i 渡记录 比较清晰且焦散效应 相对 较埘 f 3条双台圆路径 计算出双 台问地震面渡相速度频散 ． 群 速度 频散和随周期 变化的衰减 因子 ， 进 l m 演出 3 条路往下地壳 f 地幔 的平均 S 波 速度和 结 构 对应于兰州 高台路径 ． 在 约 7 2 k m探 腰 的 j 一 地幔中开始f b 现低 速和低 屠 ． 在深度 为 6 k m一2 0 k m的地壳 中 ， 存在 一低 层 ， 而在其 下 2 0 k m一3 4 k m深度 的地壳 中存在高 夹 层 ； 对应十成都一 乌鲁木 齐路径 ． 在 约 8 6 k n 深度 的上地幔 中开 始 地低谴 层 ， 在 I 2 1 k m深度 开始 出现 明显的低 层 ， 在深度 为 I 9 k m一3 4 k m的地壳 中． 存在 一显 善的l 层 ； 对应 于高 台拉 萨路径 ． 在 约 8 4 k m深度 的 上地幔中开始 出现低速和低 u H 层 ， 在 1 5 k m一 2 9 k n 谍度 的地壳 叶 - ， 存在 一高 Q 夹层。 莠 键词J 中国西部 耍望 型 中图分类号 ] I ； 3 1 3 ． 2 [ 文献标 识码] A[ 文 1 资料的选取 中国西 酃地厦双台 R a y l e i g h波 | 己 录 的使用 ， 主 要面临以下刚难 1 相对来说， 西部地 区的 7 6 3台站 分布较少 ． 记求的质量也有待提高， 而我们所用的是 与震中位于 一大网路衽的双 台记录 ． 这样选择的 余地更小。 带地 区的地形起伏大 ， 横 向结构的 差异强， 因而 m 『 波的传播过程中． 其振幅受散射和 聚焦等因素的影响相对较强 。我们采用类似于 R o ． n m n o w i c z 1 9 9 5 对于资料 的选 取方式 ． 舍 去那 些 焦散效 应强 烈 的路 径 ， 以 削弱 焦 散 效应 对 结 果 的 影 响。首先从穿越 西部地 区所有双 台太圆路径 1 9 8 3 ～ 1 9 8 6 ， 1 9 8 8 ～1 9 9 2 中， 选出双台 R a y l e i g h波记录都 比较清晰的 8条大圆路径 ． 提取 出相应 震中到台站 的振幅谱 ， 再 地震 波到达两台的先后次序以及 振幅谱的相对 衰减， 估计相应大圆路径的焦散效应 ． d c 1 f 『 ⋯船 、 c 4 k 2 Uc l lj l 1 ，】， 2 其中S 1 k r l p a ； s 【 一 誓 - _ 4 k r ． 】 ； 波 数 ； ￡ 群速 度 ； r ． 水平 方 向的位移振 幅 ； t - 2 垂 直 ⋯的位 移振 幅 ； 圆频 率。 B r u n e 等 人的研究表明 ， 瑞利面波的相速度频散 对于纵波速度 横波速度 以及密度p变化的敏感 程度不一样 ， 瑞利波相速度对横波速度的变化比较 敏感． 而对纵破速度和密度的变化敏感程度响较弱 。 井以此为依据， 确定资料的取 舍， 最终选取出满足要 求的 3条双台大圆路径 表 1 。 表 1 双 台大圆路径 及相应的地 震事 件 时间 1 l T I l m I o N GH n 烈 台路程 日期 _l 1 M F f N D E G ED E G CT t U 一 l M 0 1 9 8 3． I 5 0 4 2 8 l 0． 2 9 7 1 2 2． 3 I S I 9 9I ． 2 2 I 0 2 3 5 3 4 0 5 8 4 I 7 5． 5 1 ZH G T 1 9 8 6 6． 3 I 4 1 4 0 0 5 6 1 0 3 1 2 6． I 2资料 的处理及反 演公式 我们采用窄带通滤 波一 相关函数 的方法 ， 得 到 r双台之间大圆路径上的不 同周期瑞利面波的走 时 ． 由此 可计算 出双 台之 间地 震 面波 的相速度 频 散 。把上述相速度频散作为输入资 料． 借 助于反 演理论 ， 并可求得各点下方地壳上地幔的横波速度 结构． 这样我们就可以获得研究区域地壳上地幔的 横波速度结构。反演中要用到瑞利面波相速度 c的 频散的变化与地下体波速度变化的关系【 ⋯】 刘 d 由于分辨率的有限性 ， 在反 演中我们将地壳上地幔 分为 l 0层 ， 在每一层内假设介质是均匀的。与 以往 的一些研究不同． 我们不但将每一层 内的横渡速度 作为反演参数 ， 而且将每一层的层厚 h作为反演 参数 ， 各层的纵波速度 a和密度 p则 由它们与横波 速度的以下经验关系求得 。 a √ 3 2 p 0． 7 6 80 3 0 1 ,c t 3 利 用 2 式 和 3 式 可 以消 去 1 式 中的 n和 D 。 这样得到瑞利面波相速度 c的频散的变化与地下横 波速 度 变 化 的关 系。 l 收稿日期 1 I I I 1 8 ． 【 责任编辑 E延忠 [ 基金项 目] 『 采r 1 然科学 基 项 日 4 9 9 4 帅8 ； 中国科技大学青年基金 资助课题 5 8 维普资讯 第 6期 李光品 中国西部地 壳上 地幔速 度和 结构 在对长川期面渡记录进行处理 ， 以提取相应路 径群速度频散 l 振 幅谱过程 中， 主要采用 多重滤波 和 H i l b n变换 法 ， 同时为提高对高频段信号的额 ， 爱 争 喜 { 再将 q ‘ T ， 姐 ㈩ 率分辨， 取高斯参数随周期而变化 。 R a y 曲 面波品质因子和成层介质 中各层 固有 Q存在 下列关 系 ⋯“ T 啬 3 ct ㈩ ㈩ c ， J J ⋯ ⋯ 1 7 3 fl 代人上式得 c ， 窖 且 c { 杀 i 【 】 c c s 其 中 ． ， Q 。 ， ， ． 分 别表 示 第 l 层的纵波速度和相廊 Q值 ， 横波速度和相应 的 Q值 是纵波和横渡的品质因子之 比； T是周期 ； u T， ． c T ． ， y T ， 分别是 R a y l e l g h波的相 速度， 群速度和衰减因子。 3 地 壳、 上地 慢平均速度和 Q 结构及讨论 S c b l u e＆H o s t e t t l e r 1 9 8 7 。 采用有限元的方法 ， 分析了两个通过 R io G r a n d e 断裂的横 向不均匀模型 的相速度频 散 对于具有垂直侧壁的峡谷 ， 其相速 度比根据平 1 甚状结构估计的相速度仅高 0 ． 0 4 k m ／ s ～ 0 0 5 k in／ l e v a n d e r 1 9 9 3 的研 究 表 明 R a y l e i 渡频散对波 导的不规则性不是很敏感 除非波导有很 剧烈的变化， - f j { j I { a y l e i 曲 波频散来代替观测台阵下 的平均地球 崖状 结 构 的频散 。对 于穿 越西 部地 区 的 双台路经 ， 我们根据 其观测的相速度频散 ， 反演 出相 应路径下 的地壳 、 上地幔 的平均速度 结构。 W i n k I e r＆ N u r 1 9 8 2 。 。 、 Mi t c h e l l 1 9 8 0 。 。 副 和 C h e n g ＆ M i t c h e l l 】 9 8 1 1 6 J 的研究结果显示 衰减对 地球介质结构利性质 的变化 比波速更为敏感 ， 而且 一 般来说 ， 地质构造活动地区， 散射和吸收都相对较 强 ， 因而根据 1 , 1 y l e i g h波记录所得到的 结构也更 容易反映出构造活动性的差异 。由于中国西部地区 的地形起伏 大， 横向不 均匀强 ， 特别是在浅层 ， 因而 相应 于面波高频段的散射不可避免 ， 所 以根据双台 R a y l e i g h波记录所反演出的相应路径地壳平均 结 构 ， 应该是散射和本征衰减的总体效应 ， 但随着深度 的增加 介质的 完全弹性对波的衰减作用也许更 为重要 J a c k s o n A n d e r s o n 1 9 7 0 1 8的研究认 为 在 上地幔低速带 、 部分熔 融对衰减起主要作用 。由于 受所使用资料的频宽限制， 反演所得 的 结构在深 度上的分辨刮 l 3 0 k m开始变得模糊 ， 因而也只能 比 较好地反映 地幔顶部 的衰减结构。 图 l 、 图 2是相应 于兰州一高台路径 地壳和 上 地幔平均速度 和 Q 。 结构的反演结果。其结果显示 图 I 兰州一 高台路 径地 壳和上地 幔波速 结构 图 2 兰州一高 台路 径地 壳和上 地幔结构 1 莫霍 面的平均深 度约为 5 3 k m， 上地幔低 速 层埋深浅 ， 约在 7 2 k m的深度上开始 出现， 上述结果 基本上和陈立华 、 宋仲和 1 9 9 2 结果相一致。 2 从平均 Q B 结构图可 以看出 地壳中 的平 均值为 1 5 4 ， 在深度为 6 k m～2 0 k m的地壳中， 存在 一 低 ， 值约为 6 0 ， 而在其下 2 0 k m一 3 4 k m深度内， 存 在一高 Q B ， Q 0 值约为 3 O 0 。上地幔中 的平均值为 5 3 小于 1 5 0 k m深度 ， 上地幔中的低 层 和低速 层相对应 ， 约在 7 2 k m的深度上开始 出现上地幔低 Q B 层 ， 层中 Q 自 值 约为 4 8 。本剖面上地 幔低和低速 层埋探较浅可能与青藏 高原沿东北 向的挤压 、 逆冲 有关 ， 同时该 剖面横越祁连山一河西走廊地震带 ， 该 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 0疰 地震带内 M ≥7的地震绝大多数位于 1 2 k m～ 2 2 k m 之间 ， 地壳 巾 低值层 正好处于这一深度范围内。 图 3 、 图 4足相 应成 都一 乌 鲁 木 齐 路 径 地 壳 和 上地 幔平均 速 度 和 Q 结 构 的 反演 结 果 。其 结 果 显 示 1 奠 霍 面 的 平均 深 度 约 为 5 6 k m。上地 幔 中 在 8 6 k m～1 2 1 k r n 、 I 2 1 ～1 5 6 k m分别对应速度值为 4 ． 3 k r a ／ s 、 4 ． 0 k m Js的低 速层 ， 但 对于 1 2 1 k m～1 5 6 k m 深度上低速层的分辨较差。2 从平均 结构 图可 以看出 地壳中 Q 的平均值 为 1 2 8 ， 在深度为 1 9 k m ～ 3 4 k m的地壳中， 存在一显著 的高 Q B 层 ， Q B约为 3 0 0 ， 其高 Q D 层 } 2 下层 Q 值分别为 6 6和 6 0 。上地 幔中的平均值为 6 3 ， 上地幔中 Q e 在 8 6 k m～1 2 1 k m、 1 2 1 k m ～1 5 6 k m分别对应 Q B 为 5 6、 4 5的低 Q B 层 ， 但 1 2 1 k m～1 5 6 k m深度上分辨较 差 圈 3 威 都一乌鲁术齐路径地壳和上地幢波速结构 图 4 成都一乌喜术齐路径地壳和上地 幢结构 图 5 、 图 6是相应于高 台一拉 萨路 径地 壳和上 地幔平均速度和 Q 结构的反演结果 。其结果显示 1 莫霍面的平均深度 约为 6 6 k m。上地幔低速层 的 埋深约为 8 4 k m， 与周兵、 朱介寿等 1 9 9 1 所给出的 相应 于高台到拉德 满都剖面上 的结果相 比， 莫霍面 的平均埋深相当 ， L地幔低速层 的埋深稍浅。2 从 60 平均 Q 。 结构图可以看出 地壳中 Q 口 的平均值为 8 8 ， 在深度 为 1 5 k m～2 9 k m的地壳 中， 存在一高 Q B区 域 ， Q 值约为 2 0 0 ， 而在其下 2 9 k m～ 4 6 k m深度内， 存在一低 Q B 层 ， Q 日 值约为 5 0 。地幔中 Q 目 的平均值 为 4 8 ， 在深 度 为 8 4 k m 一1 0 4 k m、 1 0 4 k m～1 4 4 k m 的 地幔中， 存在 Q 。值分别 为 加 和 3 5的低 Q B 层 ， 但 1 0 4 k m～1 4 4 k m深度上分辨较差。与兰州一高台路 径地壳 、 上地幔中低 Q 层相比埋深加深。 圈 5 高台一 拉萨路径地壳和上地幔波速结构 圈 6 高台一拉萨路径地壳和上地 幔结构 由于受资料数量 、 质量的限制 ， 加之双台路径下 Q e 反演对资料的苛刻要求 以及西部结构 的复杂性 ， 相应于 3条大圆路径地壳 、 上地幔速度和 Q 平均结 构只能反映西部地壳、 上地幔顶部结构的大致轮廓 ， 但我们希望通过上述工作能为将来的进一步研究打 下一 个基础 。 4 结 论 与 3条双台大圆路径相对应的莫霍 面深度 ， 高 台一拉萨路径莫霍面最深约为 6 6 k m， 其次是 成都 一 乌鲁木齐路 径为 5 6 k m， 兰州一高台路径莫霍 面 深度最浅， 为 5 3 k m。基本 反映 了西部地 区莫霍面 维普资讯 第 6 期 李光 品 中国西部地壳上地幔速度和 Q 结构 深度的上地幔 【 f 开始 出现低速层 ， 但 9 1 k m～1 3 1 k m 【 镣果明， 李 跃， 车 品， ． 于K域性的 地震 面渡 层析反演 方 深度范 围内的低速层最明显； Ii 寸 应于成都一乌鲁木 ,L } 】1 9 9 目 4 女 ,9 深删Jl _ 地 内 的 低 速 层 比 较 明 显 。 对 应 于 兰 州 一 高 台 路 径 ， 在 ； 地 震 渡 的 敲 射 与 衰 深度为 6 k m～2 0 k m的地壳 中， 存在一低 层 ， 而 减， ，昊如山 、 安艺敬一主编 ， 李 触 、 卢寿德 等译 [ c ]北京 地 k m的地壳中 ． 存在显 著的高 Q B 层 ， 而其高 层 E l i ] 洲。 ’ e n M 锄 ’ h 盯 “ _ 加 的 上 下 壳 层 ， 均 为 低 层 ， 上 地 中 在 1 2 l k m 度 。 廿 。e p 盯 删 k R 嘲 ‘’ ％ 5 而在其下 2 9 k m～ 4 6 k m深度内， 存在一低 Q 日 层 ， 在 唧 。 ‘ 。啪 b y R w a 硼【 l 吣 “ 把 m 佣 c e _ 条 路 径 相 应 的 地 壳 、上 地 幔 结 构 进 行 比 较 ，不 难 。。 立 。 路径 ， 但相 间的差异较小。与中国东部地区地壳 、 ⋯ - 由 。 ’ 。 9 a 0 上地幔平均 值相 比， 穿越西部 3 条剖面地壳平均 [ 1 6 】0 c c ．Mi h e u B J c l o { t h e № 】 】 李党 l l l l 、 豁的 【 被屡析戚像及蚵部部丹 剖面的平均结构 ～0 b d 。 曲[ J ] _ 1唧 b J R_ ～ 。 9 s 7 f 9 0 5 7 5 [ 2 ] 陈立华 ． 术 啊 ． 安昌强， 等中国南北带地壳 上地幔 三维面渡 [ 1 8 Z 。。。， 。 0 n。 。 P } 魄 帅 0 f B e i 哪 。 舰n 一 [ 3 】 阵国薨． 鼬． - -I 川地震 面披频散研 究喜马拉 雅山与西藏 高原 【 1 9 ] K, R ie h a x ．． p G F 枷 ㈣ 乜d v e 删 d。 一T 一 d e i ‘ 叽 臧 ，t }一i s a】 一 l a e r b 船 H 6 a n d 2 0 E m d o e p ．a I ld a h 一 l a y e r r 一2 0 a n d 3 4 k m d e e p ． 椰 叩 蛳 曲 协 t h e c h e 目 d I l w“ 】 川 q ‘ p a t h t h e rei s 蛐 0 b 0 u B h i 一Q L a T e r 1 n c n 吼 b e 廿 Ie p 山0 f 1 9蛐d E mw i th b o t hl o wQ 白 a d j 1 曲 Il l r y e m；i t h p p e r m mt l e 。 b ⋯ k 一 ‘ j 】 一 。 时 l a ir p p 岫 m d e o f 1 2 1 E m c 呐 吨 廿 I e c 一I 料p 吐 h ， th e c 雎 l a 曲 一Q 日 幽b 瞳 惝廿 I e d e p l b l 5帅 d 2 9 k I t t h ⋯ i】 一Q 日 一廿 I e d 印山0 f 2 9 a Il d 4 6 ， 】 一Q 日 L y e r 丑 l】 dl 一 时 b I ． B t o叩p i n p p e r ． fi em a b l川1 8 4 k m l l⋯ 维普资讯 第 6期 孙 宏志 陆地声纳静校正方 法 图 8 拜城 小折射 法静校正后的单炮记录 图 9 拜城陆地声纳 法静 校正后的单炮记录 LANDS0NAR M咂THoD oF STA即 C CoRREC玎o N S UN Ha ngz h i ． NI NC -S h un i a n． LI Yi Alma -a c t H h H_l t | 【 唧 s e i s mic p n p o e fi n g O n t h e h i l l 铝 h b ‘ p u l ⋯n e a s i lT o fp r o v id i n g e x -t s ta t i r ． 1 _啪T h i a m i l le i s r e hi t e d a]d n d o f th e m e t lm d u s i n gt h ehi a d ma r ， u 曲 鲫m e p m j t a ， h a T g o ． d p I i l m 脚 T d m a r ，s t a t ic o o I T ti h 1 ] l 0 n ， j 。p r a e． p a e t i n g ■ 第一作者简介． 孙安志1959幸一，男。1982年毕业于中国 业大学地质系地球物理勘探专业，1987年在中国矿业大 学北京研究生部计算机应用专业获硕士学位。现任中国矿业走学北京计算中心副教授，主要从事应用地 球物理和计算机专业的科研和教学工作。现为中国矿业太学应用地球精理专业博士研究生在职。 通讯地址北京学院路丁Il号 中国矿韭太学北京枝区计算中心 邮箱100083 上接第 6 1 页 第一作 者简介 李光 品 1 9 6 6年 一 ， 男。1 9 8 7年 毕业干安截 师范太学物理 系． 1 9 9 7年获 中目科技太学地 球物理博 士学 位 ， 1 9 9 7留枝任教 ， 1 9 9 9年赴瑞典 u p p s 山 太学作博士后研 究工作。主要从 事地 球 动力学 、 地震 面玻层 析戚 像厦地震 资料处理教 学和 研究工作工作。 通讯地 址 安徽省台肥 市盘寨路 9 6号 中国科技 大学七 幂 邮政箱码 2 3 0 0 2 6 。 瑚 啪 | i 栅 舌 耋 湖 瑚 咖 啪 啪 啪 看 i 蛳 蓦 耋 湖 瑚 咖 著 啪 。 啪 瑚 瑚 伽 瑚 啪 啪 m 咖 邶 伽 啪 种 瑚 啪 咖 脚 维普资讯