南北地震带南段地震各向异性与介质各向异性特征数值模拟初步研究

【摘要】地壳与上地幔的地震各向异性研究,关系到板块运动、地震活动、地球动力学和深部结构等众多地球物理基本问题。地壳介质的各向异性特征研究反映出地壳主压应力方向,可以研究地下应力变化,分析区域应力场与地质构造的关联性；上地幔介质的各向异性特征可以推测地球内部物质运动模式,探讨大陆岩石层等地球深部动力学问题。南北地震带南段位于青藏高原东南缘,是欧亚板块与印度板块碰撞强烈变形地带,地质构造错综复杂,地震活动强烈,也是我国最重要的强震活动地区之一。通过南北地震带南段的地震各向异性研究,可以讨论青藏高原地壳缩短和隆升作用背景下,青藏高原东南缘的地壳应力空间分布,及地质构造间与区域应力之间的关系；并且可以探讨在块体强烈碰撞作用下,青藏高原东南缘的岩石圈的形变特征。本研究采用四川、云南区域地震台网2000年1月至2010年4月期间记录到的近场地震波形资料,及2007年8月到2010年10月期间记录的远场地震波形资料,通过S波和XKS(SKS、SKKS、PKS)波的分裂特征,获得南北地震带南段地壳和上地幔介质各向异性空间分布特征。研究利用剪切波分裂系统分析方法,得到南北地震带南段77个台站下方地壳介质的剪切波分裂参数。结果显示,由于受到区域主压应力场和局部地质构造的影响,南北地震带南段地壳介质的快剪切波的偏振方向表现出分区特征。其中,松潘-甘孜块体东部的快剪切波偏振方向显示为北东向：川滇菱形地块西北部和东南部的快剪切波偏振方向分别显示近东西和北北西的优势方向。在研究区的块体内部,快剪切波偏振方向与区域主压应力的方向一致。但是,在研究内块体的边界带,复杂地质构造的属性及活动断裂的几何形态造成快剪切波分裂参数呈现的区域化分布的特征。其中,龙门山断裂带北东段和西南段的快剪切波偏振方向分别显示北东和北西的优势方向；青川断裂北侧和南侧地震的快剪切波偏振方向分别为近南北向和近东西向,在青川断裂的北侧,慢剪切波的时间延迟大于南侧的时间延迟。上地壳介质的各向异性机制可以分为应力各向异性和结构各向异性两种。区域主压应力场产生的应力各向异性是研究区各向异性的主导者,但是,地质构造的作用也会使研究区的各向异性产生局部变化。剪切波分裂观测结果表明,地壳各向异性特征与断裂带的构造、几何分布等因素有密切关系,位于走滑断裂上或活动断裂交汇部位的快剪切波偏振优势方向与起控制作用的活动断裂走向-致。为了讨论复杂各向异性结构对地震波传播特征的影响,本研究采用自相关函数的随机扰动建立水平方向的定向分布非均匀介质模型,通过数值模拟地震波在此模型中的传播特征,认为定向分布的非均匀介质可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质。介质的非均匀性建立各向异性介质的方法对裂隙形状、尺度度等没有限制,因此,可以数值模拟地震波在复杂定向排列的非均匀介质中传播的特征的表明。依此可以探讨,不同尺度、走向地质构造对地震各向异性的观测影响。此外,本研究还采用切向能量最小化法获得南北地震带南段的上地幔各向异性图像。研究结果显示,南北地震带南段下方的地幔介质各向异性特征复杂,整体显示为“南强北弱,西强东弱”特征。松潘—甘孜块体下方快剪切波偏振方向显示为北东向或者北北东方向；四川盆地下方的快剪切波的偏振方向为近东西向；在川滇地块,小金河断裂北部地区快剪切波的偏振方向为北西向或者北北西向,南部地区快剪切波偏振方向整体显示为近东西方向。慢剪切波的平均时间延迟约为1.0s,但是变化幅度较大。四川盆地下方的慢剪切波的时间延迟较小,研究区南部的时间延迟整体略大于北部的时间延迟。研究显示,青藏高原物质东向挤出过程中受到四川盆地的阻挡作用,川滇块体北部的中下地壳物质的流动围绕青藏高原东侧顺时针旋转。小金河断裂带对于青藏高原东向挤出的物质扩散具有调节作用,造成青藏高原东向挤出物质在川滇块体南部向东方向扩散。
【作者】石玉涛；
【导师】高原；
【作者基本信息】中国地震局地球物理研究所，固体地球物理学，2014，博士
【关键词】南北地震带南段；地震各向异性；剪切波分裂；地壳；上地幔；数值模拟；非均匀介质；

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