接收函數(shù)和面波頻散聯(lián)合反演廣西北流MS5.2級(jí)地震震源區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)

范 盼, 沈旭章*, 黃強(qiáng)強(qiáng)

接收函數(shù)和面波頻散聯(lián)合反演廣西北流M5.2級(jí)地震震源區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)

范 盼1, 2, 沈旭章1, 2*, 黃強(qiáng)強(qiáng)1, 2

(1. 中山大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 珠海 519082; 2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海), 廣東 珠海 519082)

華南陸塊屬于比較穩(wěn)定的陸塊, 地震活動(dòng)不論是強(qiáng)度還是頻度都比西部和華北地區(qū)弱很多, 2019年在廣西北流與廣東化州交界處發(fā)生的M5.2中強(qiáng)地震為探討華南板內(nèi)中強(qiáng)地震成因提供了理想場(chǎng)所。本文計(jì)算了北流地震震源區(qū)布設(shè)的7個(gè)寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站、120個(gè)短周期流動(dòng)臺(tái)站和4個(gè)固定臺(tái)站的遠(yuǎn)震P波接收函數(shù), 結(jié)合前人在該區(qū)域的面波頻散曲線, 采用線性阻尼最小二乘反演算法聯(lián)合反演了研究區(qū)地殼三維S波速度結(jié)構(gòu)。得到如下結(jié)果: ①研究區(qū)S波速度具有明顯橫向不均勻性, 上下地殼速度在斷裂附近存在明顯差異性, 新豐斷裂南側(cè)及東側(cè)上地殼整體S波速度較高; ②石窩斷裂附近存在一條NW向連續(xù)性較好的低速帶, 震中區(qū)位置10 km深處存在明顯局部高速異常, 并隨著深度減小異常逐漸增加, 在淺處其與焦林?jǐn)嗔押托仑S斷裂附近的高速異常匯聚成一條NNE向連續(xù)異常帶; ③結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和余震分布, 震中區(qū)的局部高速異?？赡苁荖W向石窩斷裂南西盤發(fā)生右行走滑, 并受到新豐斷裂高速體的限制和互相作用發(fā)生了應(yīng)力積累, 從而引發(fā)此次中強(qiáng)地震; ④地殼厚度泊松比反演結(jié)果顯示研究區(qū)存在NE向明顯地殼增厚(26～30 km), 結(jié)合華南地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)分析, 地殼增厚可能與中下地殼局部的NE向擠壓作用相關(guān)。

北流地震; 密集臺(tái)陣; 接收函數(shù); 面波頻散; 聯(lián)合反演; 三維S波速度結(jié)構(gòu)

0 引 言

華南陸塊主要由揚(yáng)子地塊與華夏地塊組成, 鄰近印度洋板塊和太平洋板塊, 屬于太平洋西岸活動(dòng)陸緣的重要組成部分。新元古代早期, 北西側(cè)的揚(yáng)子地塊與南東側(cè)的華夏地塊碰撞拼合形成江南造山帶, 奠定了華南陸塊的基本構(gòu)造格局。此后, 華南陸塊經(jīng)過(guò)了諸多復(fù)雜演化過(guò)程。新元古代中期, 華南陸塊經(jīng)歷了大洋俯沖作用, 伴隨著大規(guī)模巖漿活動(dòng)并導(dǎo)致?lián)P子地塊沉降, 形成大量裂谷盆地(Shu et al., 2021)。中生代時(shí)期, 在西太平洋板塊俯沖作用下華南東南緣地區(qū)經(jīng)歷強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng), 發(fā)育大量花崗巖(Huang et al., 2002)。造山運(yùn)動(dòng)完成后, 華南陸塊整體上處于伸展構(gòu)造環(huán)境。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中, 華南陸塊相對(duì)較穩(wěn)定, 地震活動(dòng)不論是強(qiáng)度還是頻度都比西部和華北地區(qū)弱很多。2017年蒼梧S5.4級(jí)地震和2019年廣西北流S5.2級(jí)地震是近年來(lái)華南地區(qū)較為少見(jiàn)的中強(qiáng)地震, 此類板內(nèi)地震發(fā)生為華南板內(nèi)中強(qiáng)地震成因機(jī)制研究提供了理想場(chǎng)所, 同時(shí)也對(duì)華南地區(qū)未來(lái)地震活動(dòng)趨勢(shì)和抗震設(shè)防提供重要參考意義。

北流地處于華南沿海斷塊差異隆起區(qū), 隆起區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的構(gòu)造特征線為NE向斷裂, 此外還有NW向斷裂(王小娜等, 2020)。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NW向石窩斷裂和NE向新豐斷裂及焦林?jǐn)嗔?圖1), 北流S5.2地震發(fā)生于這三條斷裂帶交匯處。震后野外調(diào)查顯示, 北流地震顯現(xiàn)出橢圓形的地震烈度分布, 以NW向?yàn)橹鞯牧叶鹊日鹁€長(zhǎng)軸分布于石窩斷裂南西盤。新豐斷裂的最新活動(dòng)性質(zhì)為逆斷, 而石窩斷裂則顯示具有正斷分量的左行走滑活動(dòng)性質(zhì), 但南西盤NWW向節(jié)面同震運(yùn)動(dòng)方向卻為右行走滑(李冰溯等, 2019)。閻春恒等(2019)認(rèn)為北流地震震源機(jī)制解為走滑型, 結(jié)合NWW向和NEE向的兩組節(jié)面, 推測(cè)地震與NW向石窩斷裂和NE向新豐斷裂有關(guān)。王小娜等(2020)則指出走滑型是主震和位于主震北西約1 km處4.2級(jí)前震的共同震源機(jī)制解, 主震節(jié)面與NW向石窩斷裂走向一致, NEE向?yàn)榍罢鹫鹪礄C(jī)制解節(jié)面, 4.2級(jí)前震對(duì)主震存在觸發(fā)作用。He et al. (2021)發(fā)現(xiàn)4.2級(jí)前震向西北偏北方向破裂約1 km, 而5.2級(jí)主震向東南偏東方向破裂約1.5 km, 提出該區(qū)域具有共軛走滑斷層模式。黃強(qiáng)強(qiáng)等(2022)基于背景噪聲得到的深度4 km之內(nèi)S波速度結(jié)構(gòu)反演結(jié)果顯示, 石窩斷裂北西盤存在一條近NNW-SSE向的高速異常, 且震中區(qū)至新豐斷裂北西盤下方存在上凸的高速異常, 該研究彌補(bǔ)了北流地區(qū)淺層地下速度結(jié)構(gòu)的空白。前人的一系列工作對(duì)深入了解北流地震提供了重要參考, 但受觀測(cè)資料限制, 北流地震震源區(qū)精細(xì)地下結(jié)構(gòu)的研究仍然相對(duì)較少, 缺乏詳盡的深部和淺部構(gòu)造資料。高分辨精細(xì)地下速度結(jié)構(gòu)為了解北流發(fā)震構(gòu)造提供重要信息, 同時(shí)也可為發(fā)震機(jī)制的研究提供重要參考。

圖1 北流地震震源區(qū)地形及臺(tái)站分布圖

接收函數(shù)和面波是目前研究地殼速度結(jié)構(gòu)最為廣泛的有效手段。接收函數(shù)對(duì)于速度間斷面具有較強(qiáng)敏感度, 被廣泛應(yīng)用于地殼和上地幔間斷面結(jié)構(gòu)探測(cè)(Chen et al., 2006; 許衛(wèi)衛(wèi)等, 2011)、地殼厚度與地殼平均泊松比估計(jì)(Zhu and Kanamori, 2000)、殼幔剪切波速度結(jié)構(gòu)反演等(Owens et al., 1984; Ammon and Zandt, 1993; Vinnik et al., 2004; 李永華等, 2006)研究。雖然可以利用接收函數(shù)反演地下S波速度結(jié)構(gòu)得到研究區(qū)殼幔間斷面和地下速度變化信息, 但接收函數(shù)對(duì)地下介質(zhì)的絕對(duì)S波速度敏感性差, 反演結(jié)果非唯一性較強(qiáng)。面波頻散方法主要利用面波頻散特性研究S波速度結(jié)構(gòu)(Yao et al., 2006; Brenguier et al., 2007; Zheng et al., 2008; Lin et al., 2014; Shen et al., 2016), 對(duì)一定范圍內(nèi)介質(zhì)平均速度敏感, 它可為絕對(duì)速度提供較為準(zhǔn)確的約束, 但對(duì)速度間斷面深度約束較弱。Ammon et al. (1990)基于數(shù)值實(shí)驗(yàn)提出了接收函數(shù)和面波頻散聯(lián)合反演地殼速度結(jié)構(gòu)的方法; Julià et al. (2000)基于線性阻尼最小二乘方法, 聯(lián)合接收函數(shù)、面波群速度和相速度進(jìn)行S波速度反演。近年來(lái)隨著地震學(xué)迅速發(fā)展, 寬頻帶地震儀在野外地質(zhì)工作中被大量布設(shè), 聯(lián)合反演在研究地下速度結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用并取得重要成果(Horspool et al., 2006; Chen and Niu, 2013; Shen et al., 2013; Wang et al., 2014; Sun et al., 2014; 鄭現(xiàn), 2016; Chen et al., 2021; 檀玉娟等, 2021; 高天揚(yáng)等, 2021)。

本文運(yùn)用架設(shè)于北流地震震源區(qū)及附近的短周期、寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站及固定臺(tái)站記錄到的遠(yuǎn)震體波資料計(jì)算接收函數(shù), 聯(lián)合前人瑞雷面波相速度頻散曲線(Chen et al., 2021), 對(duì)震源區(qū)地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演。為了抑制反演結(jié)果的不唯一性, 我們利用徑向接收函數(shù)波形中來(lái)自莫霍面的Ps轉(zhuǎn)換波及多次波震相與直達(dá)波的到時(shí)差對(duì)地殼厚度及波速比(P/S)進(jìn)行網(wǎng)格疊加搜索, 得到的地殼厚度作為聯(lián)合反演的約束條件。通過(guò)接收函數(shù)與面波頻散曲線聯(lián)合反演獲取區(qū)域內(nèi)不同網(wǎng)格地殼和上地幔一維S波速度結(jié)構(gòu)?；谝痪SS波速度結(jié)構(gòu), 通過(guò)線性插值得到研究區(qū)三維S波速度結(jié)構(gòu)。最后結(jié)合余震分布和前人在研究區(qū)內(nèi)所得結(jié)果探討北流地震的發(fā)震構(gòu)造與孕震機(jī)理。

1 資料與數(shù)據(jù)處理

1.1 接收函數(shù)

本研究觀測(cè)資料主要包括三部分: ①2019年10月～11月廣西北流震源區(qū)架設(shè)的120臺(tái)密集短周期流動(dòng)臺(tái)站23天觀測(cè)波形; ②2019年10月～2020年10月廣西北流震源區(qū)架設(shè)的7臺(tái)寬頻帶地震儀近一年觀測(cè)波形; ③2007～2011年記錄將近5年的4個(gè)固定臺(tái)站波形資料, 臺(tái)站分布如圖1所示。這些臺(tái)站共記錄到的震中距在30°～90°、震級(jí)M≥5.5的遠(yuǎn)震事件1649個(gè), 且遠(yuǎn)震事件具有較好的方位覆蓋范圍(圖2)。首選截取P波到時(shí)前20 s、后100 s的三分量波形, 剔除無(wú)清晰P波初至的記錄, 再進(jìn)行去儀器響應(yīng)、去均值和去線性趨勢(shì)等預(yù)處理。通過(guò)不同濾波參數(shù)測(cè)試, 最后選取0.02～2 Hz的帶通濾波器對(duì)波形進(jìn)行濾波, 以壓制信號(hào)中的噪聲干擾。參考地震后方位角, 將三分量波形中的南北和東西分量旋轉(zhuǎn)到徑向分量(R)和切向分量, 后選用系數(shù)為3.0的高斯因子使用時(shí)間域迭代反褶積算法進(jìn)行接收函數(shù)計(jì)算(Liggro and Ammon, 1999)。保留P波零時(shí)刻振幅為正, 且PmS波到時(shí)清晰的接收函數(shù), 最后共得到2885條高質(zhì)量遠(yuǎn)震體波接收函數(shù), 其中固定臺(tái)計(jì)算得到2231條, 短周期流動(dòng)臺(tái)站共294條, 寬頻帶流動(dòng)臺(tái)站共360條。按照震中距排列和接收函數(shù)疊加的結(jié)果中可清晰看到來(lái)自Moho面的一次轉(zhuǎn)換波和多次波(圖3), 說(shuō)明觀測(cè)結(jié)果研究地殼結(jié)構(gòu)的可靠性。根據(jù)在Moho面透射轉(zhuǎn)換點(diǎn)分布, 我們將研究區(qū)所有接收函數(shù)劃分到圖4所示網(wǎng)格中, 其中有接收函數(shù)分布的網(wǎng)格總計(jì)18個(gè), 后續(xù)將對(duì)這18個(gè)網(wǎng)格內(nèi)速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演。

圖2 遠(yuǎn)震事件震中分布圖

(a) 流動(dòng)臺(tái)站(短周期和寬頻帶臺(tái)站)所有接收函數(shù); (b) 固定臺(tái)站所有接收函數(shù)。

1.2 瑞雷面波相速度頻散曲線

Chen et al. (2021)利用地震波形資料, 得到了南海及鄰區(qū)0.5°×0.5°的瑞雷面波相速度頻散曲線, 并據(jù)此對(duì)整個(gè)南海區(qū)域地殼及上地幔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了反演。我們選取該資料中21.5°～23°N, 110°～111.5°E區(qū)域內(nèi)的面波頻散曲線(圖5a), 根據(jù)前面劃分的網(wǎng)格對(duì)瑞雷面波相速度頻散曲線進(jìn)行線性插值, 得到了研究區(qū)域內(nèi)0.25°×0.25°的瑞雷面波相速度頻散曲線(16～120 s)。剔除無(wú)接收函數(shù)分布和頻散曲線異常的網(wǎng)格, 最后得到17個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)下方瑞雷面波相速度頻散曲線用于后續(xù)聯(lián)合反演。

1.3 地殼厚度與波速比

線性反演對(duì)初始模型的依賴性較高, 因此構(gòu)建合理初始模型對(duì)于反演結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性非常重要。本研究大部分接收函數(shù)波形上可以看到清晰的Moho面一次轉(zhuǎn)換波PS和兩個(gè)多次波, 這些信息對(duì)地殼厚度和波速比起到較好的約束作用, 進(jìn)而用于初始模型的構(gòu)建。我們進(jìn)一步選取了接收函數(shù)中PS震相和PPPS及PSPS多次波震相的清晰資料, 通過(guò)搜索疊加確定了不同網(wǎng)格內(nèi)地殼厚度和波速比(圖6)。由于部分網(wǎng)格內(nèi)接收函數(shù)多次波不清晰, 不能得到可靠地殼厚度和波速比, 最后挑選了11個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的接收函數(shù)分別進(jìn)行地殼厚度和波速比的計(jì)算, 通過(guò)線性插值得到了研究區(qū)的地殼厚度分布和波速比分布(圖7)。研究區(qū)的地殼厚度在NE方向上出現(xiàn)了明顯的地殼厚度增厚, 地殼厚度和地形之間呈現(xiàn)了一定相關(guān)性, 地表起伏大的區(qū)域地殼更厚。在石窩斷裂附近存在較高的波速比。同時(shí), 圖7也顯示了余震的時(shí)空分布, 余震主要集中在新豐斷裂西側(cè), 石窩斷裂南側(cè), 震源深度以3～9 km為主。

藍(lán)色數(shù)字代表網(wǎng)格名稱, 紅色數(shù)字代表網(wǎng)格內(nèi)接收函數(shù)數(shù)量。

Fig.4 The grid division diagram of the study area

2 聯(lián)合反演

Julià et al. (2000)的聯(lián)合反演方法表明, 在面波的約束下, 有利于降低接收函數(shù)單獨(dú)反演的非唯一性問(wèn)題。利用面波頻散曲線和P波接收函數(shù)反演地殼及上地幔S波速度的問(wèn)題都可以轉(zhuǎn)換為對(duì)方程求解的問(wèn)題, 即

式中:表示觀測(cè)數(shù)據(jù);表示反演待求量;[]表示對(duì)作非線性運(yùn)算。在聯(lián)合反演時(shí),表示待求地下S波速度; 當(dāng)確定層厚的數(shù)值時(shí), 非線性方程(1)可迭代轉(zhuǎn)換成線性問(wèn)題進(jìn)行求解。

圖5插值前(a)和插值后(b)的頻散曲線

圖6 網(wǎng)格2內(nèi)的地殼厚度及波速比疊加搜索結(jié)果(a)和接收函數(shù)及預(yù)測(cè)的Moho面轉(zhuǎn)換波及多次到時(shí)(b)

顏色深淺大小不同的圓圈表示余震, 顏色由藍(lán)到紅, 震源深度越深, 對(duì)應(yīng)圖內(nèi)部的色標(biāo); 圓的直徑越大, 震級(jí)越大。

式中:2表示分辨與穩(wěn)定性之間的折衷系數(shù);·δλ表示相鄰兩層間的S波速擾動(dòng)的一階差矢量。在聯(lián)合反演過(guò)程中, 由于接收函數(shù)和面波頻散曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)對(duì)反演結(jié)果存在影響, 因此Julià et al. (2000)給出了聯(lián)合反演誤差:

式中:y和z分別表示面波頻散和接收函數(shù)的殘差;Y和Z分別表示面波頻散和接收函數(shù)對(duì)應(yīng)的偏微分矩陣;N和N分別表示與兩者分別對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù);σ2和σ2分別表示與兩者對(duì)應(yīng)的協(xié)方差;表示面波頻散和接收函數(shù)之間的相對(duì)影響系數(shù), 取值范圍為0～1。為了使面波頻散和接收函數(shù)對(duì)聯(lián)合反演誤差均等, Julià et al. (2000)引入權(quán)重系統(tǒng)方程:

為了使得聯(lián)合反演誤差實(shí)現(xiàn)最小化, 反演過(guò)程中的線性迭代首先應(yīng)滿足(4)式極小化, 再根據(jù)(6)式實(shí)現(xiàn)誤差最小, 其中a2=/Nσ2,β2=(1?)/Nσ2。

本文聯(lián)合接收函數(shù)和面波資料, 采用線性阻尼最小二乘反演方法, 反演研究區(qū)不同網(wǎng)格地殼和上地幔S波速度結(jié)構(gòu)。反演程序采用Herrmann and Ammon (2002)編寫的CPS330軟件包。聯(lián)合反演時(shí)每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行反演。初始模型設(shè)置為地殼和上地幔兩部分, 初始模型中的地殼厚度參考地殼和波速比結(jié)果, 地幔速度設(shè)置為4.4 km/s, 每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)選取以地殼和地幔速度均為3.5 m/s, 反演得到的地殼速度作為地殼初始速度模型, 速度模型中每層層厚為1 km?；诿總€(gè)網(wǎng)格內(nèi)的層狀速度模型, 聯(lián)合接收函數(shù)和面波頻散曲線反演每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)下方地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)。通過(guò)測(cè)試, 在反演中接收函數(shù)和面波頻散曲線的權(quán)重分別為0.5和0.5。

3 結(jié)果與討論

本文利用接收函數(shù)和面波頻散, 對(duì)研究區(qū)16個(gè)網(wǎng)格分別進(jìn)行了一維S波速度結(jié)構(gòu)聯(lián)合反演, 舍棄了接收數(shù)量極少且波形中Moho面一次波不清晰和頻散曲線異常的兩個(gè)網(wǎng)格。圖8展示了網(wǎng)格1內(nèi)聯(lián)合反演結(jié)果。

(a) 紅色實(shí)線表示聯(lián)合反演獲得的S波速度結(jié)構(gòu), 黑色虛線為反演所選用的初始模型; (b) 小圓圈表示實(shí)際面波頻散數(shù)據(jù), 紅色實(shí)線為聯(lián)合反演擬合的面波頻散曲線; (c) 黑色實(shí)線代表實(shí)際接收函數(shù), 紅色實(shí)線為聯(lián)合反演擬合的接收函數(shù)。

在得到研究區(qū)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的一維剪切波速度結(jié)構(gòu)后, 對(duì)一維剪切波速度通過(guò)線性插值獲得了整個(gè)研究區(qū)的殼幔三維剪切波速度結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步探討S波速度結(jié)構(gòu)揭示的構(gòu)造意義, 將地殼分為上部地殼和中下部地殼(以12 km為界)兩部分進(jìn)行展示。

在上地殼不同深處S波速度水平切片上, 可以看出S波速度具有明顯的橫向不均勻性, 且在不同深度表現(xiàn)出不同的特征。新豐斷裂南側(cè)及東側(cè)剪切波速度整體偏高; 在2～8 km深處, 石窩斷裂周圍存在一條NW向低速異常帶, 這條低速帶主要集中分布于石窩斷裂北端, 隨著深度變淺低速異常分布區(qū)域增大; 此外, 在地震發(fā)生位置(三條斷裂的交匯處)出現(xiàn)局部高速異常, 而12 km的S波水平速度切片上并無(wú)這種高速異常(圖9)。這種局部高速異常在10 km處出現(xiàn), 并隨著深度的減小異常逐漸增加, 在淺處其與焦林?jǐn)嗔押托仑S斷裂南側(cè)的高速異常匯聚成一條NNE向連續(xù)高速異常帶。12 km以下不同深度S波水平速度切片結(jié)果(圖10)顯示, 石窩斷裂附近存在著往深處延伸的高速異常, 而上地殼內(nèi)石窩斷裂附近存在低速異常, 同時(shí), 新豐斷裂南側(cè)及東側(cè)S波速度在淺層表現(xiàn)的高速特征也隨深度的增加逐漸消失, 由此我們推測(cè)斷裂主要存在于上地殼。

此外本文分別沿著平行于石窩斷裂和新豐斷裂的方向各選取了三條剖面(圖11), 來(lái)探討研究區(qū)存在的高低速異常與構(gòu)造的關(guān)系。其中AA′、BB′、CC′剖面平行于新豐斷裂。三條剖面左端由北向南在0～10 km深度S波速度逐漸增加; AA′和BB′剖面上地殼高低速交界部位分布較多余震, BB′較AA′剖面存在數(shù)量更多深度更深的余震事件, 這些余震主要集中于剖面左側(cè)的焦林?jǐn)嗔迅浇? 其中BB′剖面中部是震源區(qū)所在位置, 表現(xiàn)出了延伸至10 km深度的明顯高速異常; CC′剖面貼近新豐斷裂, 整個(gè)剖面左側(cè)形成高速區(qū), 對(duì)應(yīng)著新豐斷裂南側(cè)位置。DD′、EE′、FF′剖面平行于石窩斷裂切過(guò)新豐斷裂。EE′和FF′剖面顯示在石窩斷裂南西盤, 新豐斷裂西側(cè)的上地殼存在大量余震, 這些余震同樣分布在高低速交界部位。這三條剖面左側(cè)位于石窩斷裂附近, 存在明顯的低速異常, 延伸深度達(dá)7～8 km, 長(zhǎng)度與剖面經(jīng)過(guò)的石窩斷裂長(zhǎng)度基本一致。此外, 在DD′和EE′兩個(gè)剖面上, 震源區(qū)附近也存在著凸起的相對(duì)高速異常, 其中DD′剖面靠近震源區(qū), 高速異常更明顯。

圖9 淺層S波速度結(jié)構(gòu)不同深度水平切片

圖10 深層S波速度結(jié)構(gòu)不同深度水平切片

水平速度剖面和垂向速度剖面結(jié)果揭示, 石窩斷裂附近存在延伸深度約7～8 km處低速異常, 新豐斷裂南側(cè)深度約10 km處存在高速異常。結(jié)合石窩斷裂右行走滑性質(zhì)、震源機(jī)制解節(jié)面近NW向展布(閆春恒等, 2019; 李冰溯等, 2019; 王小娜等, 2020)、新豐斷裂西側(cè)沿著焦林?jǐn)嗔褍杀P和石窩斷裂南西盤分布的余震分布, 以及位于三條斷裂中間震中區(qū)的地表隆起地形(剖面BB′和剖面EE′), 我們推測(cè)此次北流地震可能是由石窩斷裂南西盤發(fā)生右行走滑且受到新豐斷裂高速體的阻擋及相互作用, 發(fā)生應(yīng)力積累與快速釋放導(dǎo)致, 震中受擠壓應(yīng)力積累作用的區(qū)域表現(xiàn)局部高速異常。由于NEE前震走向與焦林?jǐn)嗔炎呦蛳嘟?王小娜等, 2020; He et al., 2021), 焦林?jǐn)嗔迅浇鼫\層出現(xiàn)高速異常且兩側(cè)分布著大量余震, 我們推測(cè)焦林?jǐn)嗔岩才c此次地震發(fā)生有關(guān), 但由于缺乏焦林?jǐn)嗔训臄鄬有再|(zhì)與斷裂參數(shù)等信息, 因此對(duì)于焦林?jǐn)嗔言诖舜蔚卣鹬械膮⑴c形式暫不明朗。

北流地震屬于發(fā)震頻度較低的華南板內(nèi)地震, 華南陸塊位于歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊交匯處, 川滇板塊地塊和印支塊體對(duì)華南陸塊的側(cè)向擠壓和剪切作用為NW向斷裂活動(dòng)提供動(dòng)力, 而NE向斷裂活動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源于菲律賓板塊與歐亞板塊的擠壓(徐和趙, 2006; 徐杰等, 2012; Tian and Luo, 2019)。這兩種主要應(yīng)力共同作用構(gòu)成了華南地區(qū)的孕震環(huán)境, 但是華南在更早期的形成和拼合過(guò)程中, 各種陸相微地塊可能會(huì)沿若干薄弱帶拼合且不同單元的構(gòu)造被拆離斷層分割(Li et al., 2007), 這種構(gòu)造過(guò)程可能也會(huì)導(dǎo)致一些微地塊以高速異常的方式零散存在于華南陸塊中, 這種介質(zhì)性質(zhì)不均勻區(qū)域也更容易積累應(yīng)力, 但由于其規(guī)模和尺度較小, 因此孕育的地震震級(jí)也不會(huì)太大。此外, 局部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力狀態(tài)和構(gòu)造背景應(yīng)力狀態(tài)的不一致, 研究區(qū)NE向存在明顯地殼增厚(26～30 km)現(xiàn)象, 且主要集中在石窩斷裂北側(cè)與東側(cè), 石窩斷裂附近存在較高平均P/S值(1.75～1.80), 表明此處易于發(fā)生橫向形變?；诖宋覀兺茰y(cè)震源區(qū)在中下地殼可能存在局部NE向的擠壓環(huán)境, 這種深淺部不一致的構(gòu)造特征可能也是該次地震發(fā)生的一個(gè)誘導(dǎo)因素。

紅色圓圈為余震; SWF. 石窩斷裂; XFF. 新豐斷裂; JLF. 焦林?jǐn)嗔选?/p>

4 結(jié) 論

本研究利用廣西北流震源區(qū)架設(shè)的120臺(tái)密集短周期流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站、7臺(tái)寬頻帶地震儀和4臺(tái)固定臺(tái), 得到了研究區(qū)精細(xì)地下三維剪切波速度結(jié)構(gòu)?；谘芯拷Y(jié)果得到如下主要結(jié)論:

(1) 研究區(qū)上部地殼剪切波速度具有強(qiáng)烈的橫向不均勻性, 高低速異常與地表地形相關(guān)性強(qiáng), 大致沿?cái)嗔炎呦蚍植?。石窩斷裂附近存在一條連續(xù)的NW-SE向低速異常帶, 延伸深度約7～8 km; 震中附近約在10 km處存在延伸至地表的局部高速異常, 異常隨深度減小異常逐漸增加, 在淺處其與焦林?jǐn)嗔押托仑S斷裂南側(cè)的高速異常匯聚成一條連續(xù)高速異常帶。

(2) 新豐斷裂附近上地殼高速異常在中下地殼逐漸消失, 石窩斷裂在上地殼的低速異常在中下地殼變成高速異常, 推測(cè)上地殼和中下地殼內(nèi)斷裂附近處的速度差異性與斷裂的延伸深度有關(guān), 斷裂可能在地下速度差異界面上產(chǎn)生。

(3) 此次北流地震的余震沿著高低速分界面分布, 主要位于新豐斷裂西側(cè)的新豐焦林?jǐn)嗔褍杀P和石窩斷裂南西盤, 焦林?jǐn)嗔褜?duì)地震可能有一定作用。結(jié)合S波速度結(jié)構(gòu)和前人震源機(jī)制解和地質(zhì)調(diào)查結(jié)果, 我們認(rèn)為此次地震的發(fā)震構(gòu)造為NW走向的石窩斷裂, 石窩斷裂南西盤在應(yīng)力場(chǎng)作用下發(fā)生右行走滑且受到新豐斷裂限制和相互作用而引發(fā)此次中強(qiáng)地震。

(4) 結(jié)合研究區(qū)地殼厚度與華南大尺度構(gòu)造應(yīng)力背景分析, 北流中強(qiáng)地震的發(fā)生不僅與北流區(qū)域性斷裂的相互作用下產(chǎn)生應(yīng)力積累有關(guān), 也可能與華南陸塊受到的擠壓作用增強(qiáng)有關(guān)。

致謝:廣東工業(yè)大學(xué)陳浩朋博士提供了面波頻散曲線, 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所郭鋒研究員和兩位匿名審稿人對(duì)本文提出了建設(shè)性修改意見(jiàn), 在此一并表示感謝。

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本地區(qū)番茄無(wú)公害栽培中，春季栽培采用蔬菜大棚栽培，大概在12月到第二年3月期間播種；播種期間，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件選擇播種時(shí)間，番茄開(kāi)花期間避免高溫和雨季天氣。秋季番茄在8月份播種，也可以在6月份提前播種，以此來(lái)提升經(jīng)濟(jì)效益。番茄植株生長(zhǎng)期間，需要充足的水分，而番茄枝葉繁茂，蒸騰作用強(qiáng)，所以無(wú)論是莖葉還是果實(shí)都需要充足的水分，如果水分不足將影響果實(shí)膨大，嚴(yán)重情況下會(huì)降低番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。除了水分以外，養(yǎng)分的支持同樣十分關(guān)鍵，番茄是一種耐肥作物，所以生長(zhǎng)期間需要保證充足的肥料支持，實(shí)現(xiàn)氮、磷、鉀肥合理搭配。

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Crust Structures BeneathS5.2 Beiliu Earthquake Focal Region in Guangxi Province Constrained by Receiver Functions and Surface Wave Dispersion

FAN Pan1, 2, SHEN Xuzhang1, 2*, HUANG Qianqiang1, 2

(1. Guangdong Provincial Key Lab of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, Guangdong, China)

The South China block is one of the most stable blocks in China, however, its seismic activity is much weaker than those of the west and north China in terms of intensity and frequency. A moderate strong earthquake withS5.2 that occurred at the border of Beiliu, Guangxi and Huazhou, Guangdong in 2019 has important significance for the exploration of the earthquake genesis in South China. Here, we isolated the teleseismic P wave receiver functions beneath 7 broadband temporary seismic stations, 120 short-period nodal seismometers and 4 permanent stations in the earthquake focal region. Combining with the surface wave dispersion from previous results and receiver functions, we perform a joint inversion by means of the linear damped least—squares method to get the 3D S-wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath the earthquake focal region. The results are as follows: (1) The S-wave velocity has lateral inhomogeneity. The velocity distribution in the upper and lower crust is different near the fault. The S-wave velocity in the south and east sides of the Xinfeng fault is higher in the upper crust. (2) A continuous low velocity zone along the NW direction exists near the Shiwo fault, and a local high-velocity anomaly is at a depth of 10 km near the epicenter of the Beiliu earthquake, which gradually merged with the high velocity anomaly near the surface beneath the Jiaolin and Xinfeng faults, forming a NNE trend continuous high velocity anomaly zone. (3) In combination with the current geological investigations and aftershock distribution in the study area, we deduced that the local high velocity anomaly may be from the blocked southeast wall of the NW-trending Shiwo fault with dextral strike-slip by the Xinfeng fault, which triggered the medium-strong earthquake by accumulation of stress. (4) Study of the crustal thickness and Possion ratio shows an obvious crustal thickening (26–30 km) along NE direction, which may be related to the compression process during the tectonic evolution in South China.

Beliu earthquake; dense seismic array; receiver function; surface wave dispersion; joint inversion; 3D S-wave velocity structure

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.016

2021-12-10;

2022-2-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1701641、41730212、41874052)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC1500103)、廣東省引進(jìn)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2017ZT07Z066、2016ZT06N331)、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究項(xiàng)目(2019QZKK0701)和廣東省防震減災(zāi)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目(2018B020207011)聯(lián)合資助。

范盼(1998–), 女, 碩士研究生, 資源與環(huán)境專業(yè)。E-mail: fanp6@mail2.sysu.edu.cn

沈旭章(1976–), 男, 教授, 從事地球深部結(jié)構(gòu)和地震學(xué)研究工作。E-mail: shenxzh5@mail.sysu.edu.cn

P67

A

1001-1552(2022)03-0633-012