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川滇地区Lg波Q值横向不均匀性的研究

周连庆  
【摘要】: Q值是描述地球介质特性的主要参数,通过研究天然地震的地震波衰减Q值,以进一步了解地球内部介质的特性、推断其热力学状态、了解地球内部结构组成及其变化等,是地震学的主要研究方向之一。从研究方法来讲,主要有单台-单源法、多台-单源法、多台-多源法等。从研究所用的地震波资料来看,有自由振荡、体波、面波、尾波、Lg波等。由于Q值与频率有关,通常在频率域根据观测波形衰减研究介质的Q值。要特别指出的是,由于Lg波是区域范围地震波形中强度最为突出、能量最大的震相,可在大陆地壳内部长距离传播,其振幅对地壳构造及地壳物理参数的变化非常敏感。因此,Lg波的Q_(Lg)值是反映区域地壳结构特征的重要参数之一,也是研究区域范围地震波传播特征,进而进行强地面运动模拟的重要参数。随着观测资料的积累和层析技术的发展, Q_(Lg)研究由获取单个台-源路径上的平均值发展为二维成像,以更加精确地研究介质的横向不均匀性分布特征。 川滇地区位于青藏高原东南部,欧亚板块和印度板块汇聚、消减、相互作用的边缘地带。特殊的构造部位和强烈的地壳运动,使得该地区地震频度高、强度大、分布广,成为中国大陆内部地震活动最显著的区域之一。不同走向,不同规模的断裂带纵横交错,地壳介质横向不均匀性显著,尤其是西部与东部的差异更加显著。川滇地区地壳厚度变化也非常显著,由东南部的35km变化至西北部的70km,尤其在青藏高原及其边缘,地壳厚度迅速变化。近年来,随着云南地震台网和四川地震台网的建立,积累了大量的宽频带数字化地震资料。由于上述特殊的地理位置和足够的数据记录,本论文选择川滇地区进行Lg波Q值横向不均匀性研究。 本研究区域范围经度范围从97°到108°,纬度范围从21°到35°,从中选取了云南的22个台站和四川的14个台站,其中云南的22个台全部为宽频带台站,四川的台站有5个是宽频带台站,其他为短周期台站。为了保证参加反演的每条记录上都能记录到清晰的Lg波,采用了在反演的每一个频点Lg的谱和Pn的谱相比的方法。通过观察Lg波的传播特征,确定以2.8km/s-3.6km/s的速度窗限定Lg波,以6.5km/s-8.0km/s的速度窗限定Pn,选择在反演的每一个频点Lg的谱大于Pn的谱的记录。最终,频率在1.5Hz及以下时,利用云南的22个宽频带台和四川的5个宽频带台记录的535个地震共5146条射线进行反演;而频率在1.5Hz以上时,利用了云南的22个宽频带台和四川的14个台记录的644个地震共7468条射线进行反演。为了获得稳定的观测信号的傅立叶谱,本研究采用平移窗谱方法求取Lg波的观测位移谱,运用两段几何扩散模型,构建了反演矩阵。采用奇异值分解法反演得到了各个频点的Q_(Lg)平均值。根据分辨率测试,最终将研究区划分为0.5°×0.5°的网格。将Q_(Lg)平均值结果作为初始值反演得到了每个网格的Q_(Lg)值,进而得到了川滇地区分辨率小于100km的Q_(Lg)层析成像结果。相对于其它研究,结果具有较高的精度和分辨率。反演过程同时得到了川滇地区36个地震台站的场地效应和所用地震的震源谱参数。鉴于Q_(Lg)平均值对成像结果有一定的影响,本研究还采用了Atkinson方法计算Q_(Lg)平均值,并和本研究所得结果比较,比较结果显示二者基本一致。 研究结果表明, Q_(Lg)~(-1)分布存在强烈的横向不均匀性。各个频点Q_(Lg)~(-1)分布图像基本一致,且由低频至高频, Q_(Lg)~(-1)的局部性变化更加显著,空间分辨率结果也表明高频信号的分辨率相对较高。2HZ时,介于150至650之间。研究区内最为显著的高衰减区是川滇菱形块体的东北和东南部边界,该高衰减区沿川滇菱形块体北部NW向的鲜水河断裂向南延伸至近NS向的安宁河-则木河-小江断裂(东川-昆明-玉溪地区),并与沿NE向穿过澜沧江断裂南段及红河断裂南段的高衰减区(澜沧—思茅—普洱区)相连接,总体上形成大尺度的弧形高衰减带。鲜水河断裂至小江断裂是云南地区最重要的6、7级强震活跃区,小江断裂南部曾发生过8级大震。南部的思茅-普洱低值区区域断裂也非常发育,NE和NW向破裂面交错出现,NW向的断裂被北东-北北东向断层横断切成数段,形成棋盘式构造,是云南地区的6级地震活跃区。云南地区的另一个Lg波高衰减区是滇西块体,此高衰减区由沿NE向的锦屏山一玉龙雪山推覆构造带、近南北向的程海断裂、北东向的丽江一剑川断裂,以及金沙江断裂南段及红河断裂北段等构成,这里也是川滇地区6、7级地震强烈活动的主体地区。其它的高衰减区还有龙门山断裂以西的松潘附近地区,巴塘周围也呈现出相对较高的衰减特征。研究区显著的Lg波低衰减区包括构造稳定的川东盆地、滇东南地区以及金沙江、怒江断裂的中段区域,2Hz时Q_(Lg)最大达650左右。金沙江、怒江断裂带的中段区域历史上几乎没有发生过6级以上大震,川东盆地及滇东块体的构造活动也相对稳定,没有强震活动。另外,位于2个显著NW向低值区中间的滇中块体内部呈现出相对较低的衰减特征。 川滇地区Lg波高衰减区的分布与强震及其破裂区的分布、高地热活动等有关。构造活动强烈,强震活动或大震破裂造成的介质破碎、热物质上涌、低速区等可能是川滇地区低Q_(Lg)的主要成因。本文的结果与川滇菱形块体西南边界的新构造运动强度比东北边界弱的结论相吻合。川滇地区的高衰减区与构造稳定、构造活动性弱、速度正异常区域相关,反应了上述区域介质较完整,较稳定。 本研究还得到了川滇地区台站场地响应。在1-5HZ范围,云南台站场地响应的频率依赖较为平坦,数值在2以下。位于盆地与青藏高原东边界接触部位台站的场地放大达在2HZ以上时达14,可能与盆地边缘地形地貌发生急剧变化有关。


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