面元科学仪器丨四川石棉密集台阵地震剪切波分裂分析

四川石棉地区位于青藏高原东南缘，构造环境复杂，地壳变形剧烈，历史上地震频发。中国地震局地球物理研究所的科学家们利用密集台阵探测技术对四川石棉地区多个断层交叉的上地壳的进行地震数据采集研究。这项研究结果成功揭示了巴颜喀拉地块、川滇地块和扬子地块交界处的应力条件和构造变形模式的重要信息。

探测区简介

图 1  石棉地区构造背景、密集阵分布及震中分布 

四川石棉地区位于青藏高原东南缘，构造环境复杂，地壳变形剧烈，历史上地震频发。从构造上看，该地区是巴颜喀拉地块、川滇菱形地块和扬子地块的交界处，其边界以龙门山断裂带和鲜水河-小江断裂系为界。石棉地区正好位于鲜水河断裂带向安宁河断裂和大凉山断裂转化、鲜水河—小江断裂系与龙门山断裂相交的断裂弯曲带。

地震资料

图 2.  地震波形和极化分析示例

中国地震局地球物理研究所沿安宁河断裂布设密集阵临时地震台，加强对危险性活动断裂的地震监测，深入研究其形态结构。四川石棉地区周边部署临时密集台阵，覆盖安宁河断裂带北段。整个短周期地震监测系统由密集线阵和密集面阵组成。阵列中使用的仪器是SmartSolo短周期地震仪（IGU-16HR EB 3C三分量地震数据采集系统），采样率为250和500 Hz，固有频率为5 Hz。共记录了359次当地地震事件。

根据偏振图中粒子运动的变化确定了快剪切波的偏振方向以及快慢剪切波之间的延迟时间。为了保证剪切波剖面选取的完整性，科学家在人工确定的剪切波到达时间之前选取了25个采样点，之后选取了50个采样点，用于后续的剪切波偏振分析（图2）。通过分析两个水平剪切波分量的偏振图，我们可以识别与显示线性偏振粒子运动的波近似正交的任何波。

研究成果

左图. 不同台站平均快波偏振方向的空间分布

右图.  石棉地区快慢横波延迟时间空间分布

地震各向异性是地球介质的一个重要特征。剪切波对各向异性介质非常敏感，这使得剪切波分裂成为研究地球内部地震各向异性的合适方法。

NW-SE主导的快剪切波偏振方向与GPS速度场显示的地表运动方向、Pms波分裂揭示的下地壳各向异性方向、上地幔各向异性方向相对一致。这表明石棉地区地下各层变形的耦合性质。石棉地区快、慢剪切波平均延迟时间为3.83 ms/km。该值略高于四川其他地区的地壳各向异性，表明石棉地区上地壳具有较高的各向异性。应力集中在断层交叉处，结果也揭示了复杂的构造环境对地壳各向异性强度的影响。

介质的各向异性通常与地壳运动密切相关，并受地质结构、断层分布和应力场的影响。石棉地区位于青藏高原东南缘，巴颜喀拉地块、川滇菱形地块和扬子地块的交界处。鲜水河、丽江-小金河、安宁河、大凉山断裂带交汇，构造环境复杂。青藏高原深层物质向东运移受到东部四川盆地坚硬基底的阻碍。因此，物质向青藏高原东南缘的东南方向移动。石棉地区NW-SE快剪切波偏振主导方向反映了青藏高原东南缘的动力特征。石棉地区剪切波分裂参数的空间分布表明，该地区上地壳各向异性方向平行于主压应力，这与地表运动测量揭示的变形特征相符。地震各向异性特征保存了区域地下构造和介质变形的特征信息。

引用文献：《四川石棉密集台阵地震剪切波分裂分析》Sha Liu, , Baofeng Tian 中国地震局地球物理研究所, 北京 100081