青藏高原地區Lg波衰減成像及其對地殼流分布的約束

趙連鋒 謝小碧 范 娜 姚振興

1）中國科學院地質與地球物理研究所，地球深部研究重點實驗室，北京100029

2）美國加州大學圣克魯茲分校地球物理與行星物理研究所，圣克魯茲，CA 95064

（作者電子信箱，趙連鋒：zhaolf＠mail.iggcas.ac.cn）

在青藏高原地區地殼和上地幔中觀測到強烈的地震波衰減，特別是在青藏高原北部區域。理論研究和實驗觀測均表明，強地震衰減是高溫異常或部分熔融的指示因子。高溫異常或部分熔融可能導致地殼內物質粘度降低而使其發生流動。這樣，地震衰減的分布能夠約束可能存在的下地殼流。

在青藏高原及其周邊區域，分布有18個中國國家數字地震臺網的地震臺站，21個全球地震臺網的地震臺站，107個流動臺網的地震臺站，記錄了2000年以來的區域地震事件。我們挑選來自232個mb4.5左右的地殼內地震的高信噪比垂直分量波形記錄7 545條，提取0.05～10.0Hz的Lg波振幅譜，建立單臺和雙臺數據集。單臺資料具有較好的數據覆蓋，能夠獲得較高的成像分辨率。但可能引入源譜函數與Q 值分布之間系統偏差。雙臺資料能夠在成像反演之前移除源項的影響，有效地避免這種系統偏差。雙臺資料的數據覆蓋較差，成像分辨率較低。我們使用雙臺資料產生較低分辨率的初始模型，然后混合雙臺和單臺資料聯合反演，獲得高分辨率的寬頻帶Lg波衰減模型。給定頻率f，在第i個臺站記錄到的第k 個事件的Lg波譜振幅A 可以表示成源項Sk，幾何擴展項Gki，衰減項Гki，和臺基項Pi的乘積：

幾何擴展因子Gki＝（Δ0Δki）－1／2，其中Δ0為參考距離，且Δki≥Δ0。衰減項可以用品質因子Q來表示：

聯合反演系統可以描述為

其中H 和Hd分別是單臺和雙臺數據的觀測譜與合成譜的殘差矢量；δQ 為由Q 模型擾動構成的矢量；A 矩陣和Ad為微分系數矩陣；δU 為源項擾動量；矩陣E 表示源擾動量與觀測譜之間的關系。通過最小化觀測譜與合成譜的殘差矢量來計算Q 值與源函數的擾動量，修正模型后進入下一次迭代計算。

青藏高原的平均Q0值為280，低于華北克拉通的Q0＝374和中國東北的Q0＝414。對于青藏高原內部，Q0值由南到北呈減小的趨勢（喜馬拉雅：386，拉薩：284，羌塘：238，松潘—甘孜—可可西里地體：217），然后增加（東昆侖：289，西昆侖：330，祁連山地體：315）。高Q0值是青藏高原周邊區域地震衰減的主要特征（塔里木盆地：433，阿爾金山脈：517，柴達木盆地：385，阿拉善隆起：452，內蒙古地臺：444，鄂爾多斯：395，四川盆地：456）。唯有云貴高原表現為低Q0值（247）。根據青藏高原地區的低Q 值分布，結合其他地球物理觀測資料，推斷可能存在兩條地殼通道流。第一條從高原北部向東部擴展，沿剛性的四川盆地西緣向南；第二條始于青藏高原南部并跨越喜馬拉雅東部構造結。