利用剪切波分裂方法研究玉樹和冰島地區各向異性

劉 莎

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

（作者電子信箱，劉莎：liusha＠cea－igp.ac.cn）

地震波各向異性反映了地球內部的結構、構造變形、應力狀態等方面的信息，在巖石圈演化、殼幔耦合變形以及地幔對流等研究中發揮著重要的作用。剪切波分裂現象是地震各向異性最直觀的表現形式，在各向異性研究中扮演著重要的角色。本文回顧了地震各向異性研究的進展和意義，特別介紹了剪切波分裂的原理、方法，以及近年來剪切波分裂研究的進展和現狀。

利用剪切波分裂分析方法，可以獲得地殼和上地幔各向異性的空間分布特征，分析各向異性分布與構造背景之間的關系，進而探討殼幔變形機制、地幔物質流動等地球動力學過程。此外，通過對剪切波分裂參數在時間上的變化分析，可以獲得地震、火山等自然災害發生前后地殼應力及地殼中微裂隙的變化特征等。本論文圍繞剪切波分裂方法在地震各向異性研究中的應用，開展了以下工作。

（1）利用玉樹地震震源區密集流動觀測臺站數據，研究了該地區地殼各向異性分布特征。研究結果表明，玉樹地區的快波偏振方向為南東向，與該區域的水平主壓應力方向及斷裂帶的走向一致，揭示了此次玉樹地震斷裂走滑性質的特征。研究區內平均慢波延遲時間是5.68ms／km。通過對比其他地區的慢波延遲時間結果，可知玉樹地區各向異性強度高于首都圈西北部地區和四川紫平鋪水庫地區。慢波延遲時間的空間分布顯示慢波延遲時間在玉樹臺周圍最大，而且也揭示了研究區內各向異性強度的空間分布特征。

（2）針對青藏高原東部以往各向異性研究結果的稀缺，我們利用青藏高原東部固定臺站、玉樹地震應急流動觀測臺站及玉樹科考流動臺站的資料，研究了青藏高原東部地區上地幔各向異性特征。研究結果表明，快波偏振方向在金沙江縫合帶及羌塘地塊為南東向，在巴顏喀拉地塊表現為北東向和南東向。結合研究區域地殼各向異性結果，我們推斷青藏高原東部地區殼幔變形類型屬于垂直連貫變形。研究區域內上地幔慢波延遲時間普遍較長，而且變化范圍較大。我們推斷上地幔各向異性多源于上地幔礦物的晶格優選方位和熔體的定向分布，這些進一步表明了青藏高原東部是地幔流活動較強烈的地區。

（3）冰島作為天然的地球物理實驗室，為與火山噴發活動有關的剪切波分裂研究提供了實驗場所。基于冰島Eyjafjallaj?kull火山周圍的地震事件數據，通過剪切波分裂研究獲得了火山噴發前后剪切波分裂參數在時間上的變化，從各向異性的角度分析并討論了冰島火山噴發前后地殼應力的變化。該研究區域快波偏振方向為北東向，這與臺站周圍斷裂帶的走向以及區域主壓應力的方向一致。在火山噴發前后快剪切波偏振方向并沒有發生明顯變化。慢波延遲時間在Eyjafjallaj?kull火山噴發前表現出長期的增大和突然降低。我們推斷在火山噴發之前地殼應力長期的積累和突然地釋放，使得地殼中微裂隙的幾何形態發生變化。Eyjafjallaj?kull火山噴發之后，位于鄰區的Katla火山周圍地震活動性增強，但是，慢波延遲時間的結果表明，地殼中并沒有積累足夠的應力引起下一次可能的噴發。然而，我們也并不能排除慢波延遲時間突然增大這一可能性。

最后，基于剪切波分裂方法在玉樹震源區、青藏高原東部及冰島南部火山地區開展的研究，本論文討論并總結了剪切波分裂在地殼和地幔各向異性研究中的意義以及在火山地區地殼應力變化監測中的應用。通過以上的分析討論，一方面使得我們對研究區域的各向異性特征有了更為全面、深刻的認識，另一方面我們的結果可為之前的各向異性結果進行補充，同時也能為后續的各向異性研究提供相關的參考。