4.1 两种计算方法的对比讨论
用两种方法计算得到的云南地区地壳厚度和泊松比结果显示,59个地震台站中有11个台站结果差异大于4 km。
对于两种方法所得结果差别较大的台站,我们归纳其原因为:(1)台站下方结构复杂(存在倾斜界面或双地壳等),造成接收函数震相多且相互干扰的现象。台站下方Moho面真实的PS转换波和多次波震相不易区分或被削弱,因此对振幅敏感的H-k扫描方法容易误判。人工读取震相到时方法可以克服这种缺点,PsPs震相与直达P波之间的到时差应该是Ps转换波与直达P波到时差的3~3.7倍,PsPs+PsSs震相与直达P波之间的到时差是Ps转换波与直达P波到时差的4~4.7倍。通过这样的约束关系,我们可以不被震相的强弱迷惑,而是根据接收函数走时曲线在一定时间范围内确定相应的震相;(2)尽管受到倍数关系的约束,但是如果接收函数在相应的时间范围内,出现多个符合约束关系的多次波震相,或者多次波震相的位置已经超出了倍数关系,都对人工判定震相到时有一定的难度;(3)在已读取到转换波、多次波到时的前提下,我们利用公式计算地壳厚度和泊松比时发现,tPpPs-tP与tPs-tP之间的倍数关系如果接近3倍或小于3倍时,所得地壳厚度较小,地壳泊松比较高; 反之倍数接近或者大于3.7,则得到地壳厚度的值较大,对应的地壳泊松较低; 同理适用于tPsPs-tP。这就会造成两种方法的结果相差很多。
以黑龙潭(hlt)地震台为例,H-k扫描结果振幅最大处的地壳厚度为47.5 km和48.5 km,对应的波速比分别为1.61和1.63(图7),计算得到泊松比值为0.185和0.199。
图6 黑龙潭地震台H-k扫描结果
Fig.6 The H-k scanning result of Heilongtan Station
而用人工读取震相到时方法得到的Ps到时为5.12 s,根据3~3.7的倍数关系,对应的PpPs到时应该在15.36~18.944 s之间。从
图6我们可以看到P
S震相后10~20 s范围内出现3个相邻的正震相,其到时分别为13.2 s,16.72 s和19.68 s,故在计算中选取PpPs到时为16.72 s,计算得到地壳厚度为42.5 km,对应的波速比为1.78,泊松比为0.271。
H-k扫描结果得到黑龙潭地震台下方地壳厚度与人工读取震相到时方法获得的结果相差5~6 km,而H-k扫描法得到的泊松比人工读取震相到时方法的结果低并且相差较多。胡家富等(2003)、李永华等(2009)用接收函数方法计算黑龙潭台站下方地壳泊松比皆为高值(分别为0.326和0.26),与人工读取震相到时的结果较为符合。同时从图6中可以看出,尽管H-k扫描出来的最优解为(47.5,1.63),但是在(40,1.75)处也存在一个振幅值较大的点,且其地壳厚度与人工读取震相到时结果(42 km)更为相符。通过接收函数叠加图(图4)可以看出,PpPs波附近出现多个相邻震相,可能是由于台站下方介质构造复杂或者观测环境影响所致,这很容易使H-k扫描时对于震相的选择造成偏差。
我们将两种方法得到的地壳厚度进行一致性分
析,如图7所示。图中,纵坐标为H-k扫描结果,横坐标为人工读取震相到时结果。蓝线表示Y=X方程。红线代表两组数据的线性拟合直线,方程为Y=0.863X+4.794, R-sq为复相关系数,是衡量样本内用回归来预测被解释变量的好坏程度。该系数越大,越接近1,说明回归拟合得越完美。这里R-sq=0.883,说明两种方法所得结果一致性较好。
图7 地壳厚度一致性分析
Fig.7 Consistency analysis of crust thickness
4.2 地壳厚度
图8是通过接收函数的两种方法得到的云南地区Moho面埋深等值线图。从图中可以看出,云南
图8 两种方法获得的云南地区地壳厚度等值线图(a)H-k扫描方法结果;(b)读取震相到时方法结果
Fig.8 The contour map of crust thickness in Yunnan region by two methods (a)the result of H-k scanning;(b)the result of direct picking of the time delays of phases
地区地壳厚度呈南北趋势,从北向南逐渐减小,与人工地震测深以及以往的研究结果一致。最南端的勐腊地区地壳厚度不足32 km,而位于青藏高原的中甸(zod)、泸沽湖(lgh)、乡城(xic)台下方地壳厚度接近或超过60 km。红河断裂以西,台站主要集中在26°N以南,地壳厚度不超过44 km。红河断裂以东,地壳埋深轮廓以东南突出舌形趋势逐渐从东南向西北增加。地壳厚度等值线图均在28°N附近水平自西向东逐渐减小,呈水平突出。
4.3 地壳泊松比
采用接收函数两种方法获得59个地震台站下方地壳平均波速比,经过计算并且插值得到了云南及其邻区的泊松比等值线图(图9)。对比图9发现,除个别台站存在较大差异(楚雄、黑龙潭、攀枝花和华坪),两种方法得到的云南及其邻区泊松比分布特征基本吻合。从图中可以看出,云南地区地壳的泊松比总体上呈现出了块体分布特征,断裂两侧存在显著差异。利用人工读取震相到时方法获得的泊松比(图9a),小江断裂带地壳泊松比出现高值(>0.26),断裂附近的台站(qij、doc、toh、mil、gej等)地壳泊松比明显高于断裂两侧。
川滇菱形块体内地壳泊松比较高:丽江—小金河断裂两侧地壳泊松比在0.26~0.32之间。滇中块体内泊松比南北分布明显:丽江—盐源坳陷与滇中坳陷之间的区域泊松比分布出现低值的集中,但两种方法获得低值范围不太一样。H-k扫描得到的楚雄台(cux)泊松比要明显很高(>0.32),这与胡家富等(2003)得到的接收函数结果(0.351)接近,但与李永华等(2009)用H-k扫描方法得到的结果(0.232)相差较多。接收函数事件来自不同震中距和方位角范围以及选取地震数不同,都会对震相造成影响,使结果出现偏差。人工地震测深表明,楚雄地区存在壳幔上隆区,上地幔S波速度较低,我们的结果更偏向于这一观点。
红河断裂以西地区低泊松比值主要出现在澜沧江断裂南段景谷(jig)—澜沧(lac)—勐腊(mla)一带。滇缅泰块体大部分台站下方地壳泊松比都较高,最高值出现在腾冲台(tec)(>0.32)。
本文用不同方法得到的云南地区地壳泊松比,虽然个别台站存在明显差异,但分布趋势大致相同。计算结果与大地热流值、Qβ值等其他相关地震参数研究也具有较好的一致性(汪辑安等,
图9 云南地区地壳平均泊松比等值线图(a)H-k搜索扫描结果;(b)人工读取震相到时方法结果
Fig.9 The contour map of average poisson ratio in the crust of Yunnan region(a)the result of H-k scanning;(b)the result of direct picking of the time delays of phases
1990; 徐青,1992; 陈佳,2010)。将两种方法得到的结果进行对比,我们发现地壳厚度和泊松比分布差异明显的台站主要集中在丽江—小金河断裂两侧,分布于川滇菱形块体之上。丽江—小金河断裂是一条在第四纪以来有强烈活动的逆走滑活动断裂,该区域附近也是滇中到川西高原方向地壳厚度急剧增加的地带,因此地壳结构比较复杂,地壳各向异性或者倾斜界面的存在,使得接收函数径向和切向分量极性和振幅随方位角的变化而变化,会造成接收函数中震相多且不突出的特点,为H-k扫描和人工辨别震相都造成了一定障碍,如果在符合理论要求的范围内,人为选取的震相与H-k扫描选取震相不一致,两种方法得到的结果会有所区别。