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腾冲及其邻区地壳S波速度结构*

更新时间:2016-07-05

0 引言

腾冲及其邻区(24°~25.6°N,97.5°~99.3°E)位于印度板块与欧亚板块碰撞带的东北侧,其西部是缅甸中深源地震带,东邻我国南北地震带的南延部分。自1929年有仪器记录以来,该区域共发生5级以上地震72次,其中7级以上地震2次(1976年龙陵7.3、7.4级地震),M6.0~6.9地震10次,M5.0~5.9地震60次,这些强地震绝大多数属浅源地震,在世界其他地区并不多见。同时该区内火山、地热资源丰富,深大断裂纵横交错,主要有怒江断裂、大盈江断裂、龙陵断裂、腾冲断裂等。腾冲及其邻区具有如此特殊的构造环境和频繁的地震灾害,历来是地震学家研究的热点。

中外科学家在腾冲及其邻区开展了丰富的地质、地球物理等研究。如1982年、1987年和1999年开展的人工地震测深工程(胡鸿翔等,1986;林中洋等,1993;皇甫岗,姜朝松,2000;王椿镛等,2000;楼海等,2002);利用地震层析成像方法重建腾冲地区地壳、上地幔分层结构(秦嘉政等,2000;杨晓涛等,2011);利用接收函数、转换函数方法得到腾冲地区地壳厚度及S波速度特征(高星等,2008;冯静等,2012;张龙等,2015)。

2011年,中国地震科学台阵探测项目一期工程在腾冲及其邻区布设了密集的观测台站,新的台站布设为了解该区地壳结构提供了有利手段。本文利用2011年9月至2014年1月原有固定台和新架设台的宽频带地震波形资料,应用接收函数和时间域线性反演方法,对腾冲及其邻区地壳速度结构进行更精细的研究,更全面认识腾冲火山区地质结构及地球动力学特征。

1 数据选取

本研究使用的数据来源于中国地震科学台阵探测项目(简称:台阵项目)一期工程布设的20个台站和云南原有的3个固定台站自2011年9月2日至2014年1月16日记录到的地震,从中选取了P波初动清晰、信噪比高的238个MS≥5.8、震中距在30°~90°之间的远震来计算接收函数。图1a给出了使用台站分布图,将台阵项目和固定台站相结合,提高了台站密度,台间距约为26 km,分辨率相比于以往研究更高。图1b给出了本文所使用的远震事件分布,地震主要来自台网东北、东、东南、南、西南、西6个方位(反方位角31°~300°),符合条件的北部、西南区域少震,资料稀少。

图1 本文使用台站及断裂图(a)和远震事件分布图(b)

Fig.1 Distribution of stations and faults(a)and teleseismic events(b)in this study

2 接收函数的提取、反演

震中距在30°~95°的远震P波到达地震台站下方时,可近似为垂直入射的波,垂直分量以P波为主,水平分量以S波为主。在远震记录图上,P波之后会呈现出一系列的散射波,水平分量的散射波系列被称为台站的接收函数,它描述了地震波通过台站下方地层向上传播的过程中,直达P波与Ps转换波以及多次散射波之间的分布趋势。提取接收函数过程为:首先利用反方位角将去均值之后的ZNE三分量地震记录旋转到ZRT(垂向、径向和切向)坐标系;然后根据Langston(1979)给出的震源等效方法,将R分量对Z分量在频域反褶积,变换到时间域得到径向接收函数;再用系数1.0的高斯滤波器对接收函数进行低通滤波,消除高频信号,保留远震波形有效成分,得到此台站相对于每个事件的接收函数。在计算接收函数时,由于垂直分量可能含有近零值振幅,会造成频率域除法不稳定,所以在计算时加入了“水准量”来保证频率域除法的稳定。本文中每个台站提取到接收函数数量不等,最多的有88个,最少的有20个。

本文使用时间域线性反演方法(Ammon,Randall,1990)得到台站下方的S波速度结构特征,此方法计算速度快,反演结果稳定。首先根据对研究区域的现有研究结果(王椿镛等,2002;张中杰等,2005;张晓曼等,2011;胥颐等,2012)给出初始模型,在很大程度上减少反演的非唯一性(Ammon,Randall,1990)。在初始模型中,将速度结构分成2~3 km的薄层,P波速度VP与S波速度VS之间用经验关系VP=1.73VS来约束,介质密度ρ采用ρ=0.32VP+0.77确定,同时通过增加模型的光滑约束压制速度结构的急剧变化,得到台站下方合理的S波速度结构。

图2 53069台(a)、53080台(b)初始速度 模型和使用接收函数反演获得的S波 速度结构及其平均结果 Fig.2 The initial velocity model and the S wave velocity structure and average velocity structure inversed by receive function of 53069 (a)and 53080(b)stations

的S波速度结构和其平均的结果。在所得到的速度结构中,一般以有明显间断面的第一个稳定深度确定莫霍面位置。

为了保证反演结果的可靠性,每个台站对不同方位、不同震中距和震级的地震事件得到的接收函数进行反演,将所有反演得到的S波速度的平均结果(拟合率大于90%)作为本台最终结果。每个台站都有8~15个反演结果进行平均,大多数台站进行平均的S波速度结构为10个反演结果,极少数台站为8个。每个台站所有反演的S波速度的结果与均值之间的误差在0.14~0.51之间,多数台站S波速度的误差小于0.44,极少数台站超过0.45。图2是53069和53080台站初始速度模型,以及使用接收函数反演所得到

3 结果与分析

3.1 各台S波速度结构

将每个台站所使用的接收函数反演得到的S波速度进行平均后,得到每个台站最终的S波速度结构结果,这样得到的结果稳定性及可信度高。图3给出了腾冲及其邻区23个台站的S波速度结果,从图中可以看出,各台站莫霍界面非常明显,地壳厚度最小为34 km,大部分台站下方地壳厚度集中在34~40 km,所以该区地壳厚度总体变化不是很大,从南到北逐渐增厚。

图3 23个台站反演得到的S波速度结构图 Fig.3 The inversion S-wave velocity structure of 23 stations

从图3可以看出,23个台站中有18个台站下方地壳中存在S波速度减小情况,即低速区,占比为78%。多数台站低速层的深度集中在20~40 km,低速层的发育厚度为10~20 km。

3.2 莫霍面深度特征

腾冲及其邻区(24~25.6°N,97.4~99.3°E)莫霍面深度总体呈现北深南浅的特征,从南部的34 km增至北部42 km,在腾冲县城附近为39 km左右,与前人使用接收函数方法(胡家富等,2005;冯静等,2012;邓嘉美等,2014)和层析成像方法(杨晓涛等,2011;楼海等,2002)得到结果一致,与王椿镛等(2000)、姜朝松等(2004)、张中杰等(2005)人工地震测深所得到结果相差较小。

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(4)本文反演的结果结合了原有固定台及台阵项目共23个台站的数据,与以往结果对比,台站密度得到很大提高,速度结构的横向变化特征得到了很好的展现,进一步认识了腾冲地区现今的火山区岩浆的运移和地壳结构。

从腾冲及其邻区莫霍面深度图(图4)可以看出,大致以腾冲断裂为界,其东部地区地壳厚度相对一致,其西南地区的地壳厚度变化剧烈,且相对于东部要薄。东部厚西部薄的特征是因为腾冲断裂东部为哀牢山山根,而其西部是腾冲火山区,同时也显示腾冲断裂西部的腾冲地块和与东部的保山地块地质结构不同,可能预示着它们来源于不同的大陆块体。腾冲断裂西北部地壳厚度变化平缓,其东南部从腾冲至龙陵地区地壳厚度则相对变化剧烈,这一地区是腾冲断裂、怒江断裂和龙陵断裂交汇处,1976年在该交汇处发生了龙陵7.3、7.4级双震。从10 km深度处S波速度结构(图5a)可以看出,龙陵地震震源深度附近是低速体和高速体交界地区,该地区断裂交汇,且位于高速体与低速体边界附近,活动剧烈,为龙陵双震的发生提供了动力条件。张龙等(2015)得到腾冲地区9个火山台站下方莫霍面深度,其结果显示出南北两端厚而中间薄的上隆状态,最薄地区在腾冲断裂和盈江—陇川断裂交汇处。而本文结果显示莫霍面在腾冲断裂东部深度浅,在西部相对较深,且东部莫霍面深度梯度变化较大。

图4 腾冲及其邻区莫霍面深度图 Fig.4 The depth of Moho surface in Tengchong and its adjacent area

3.3 不同深度S波速度结构特征

将不同深度的S波速度绘制成等值线图(图5),显示S波速度的横向变化特征。虽然研究区域有限,但各个深度处横波速度差异明显,这种横向速度结构的差异可能说明腾冲及其邻区长期以来具有强烈的地壳变形和复杂的深部动力学过程。

从10 km深度水平剖面看,腾冲县城附近为高速区(图5a),高速区从腾冲西南向东北方向延伸;固东西南、潞西和保山地区为低速区。腾冲地区浅部的高速层可能与早期火山喷发难以挥发的高密度残留物质有关,而潞西盆地和保山盆地的低速可能与盆地内的沉积层较厚有关。

从20 km深度水平剖面(图5b)上看,整个研究区域内S波速度分布差异不大,保山地区仍为低速区,潞西以南地区为高速区,但相比于10 km处的速度结构,腾冲地区S波速度相对较小,而潞西地区的S波速度较大。

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30 km深度(图5c)剖面显示,腾冲附近地区为明显的低速区,从固东的南部延伸至梁河地区,此低速区主要以南北向展布,长约30 km。潞西和保山地区S波速度结构则比较一致。秦嘉政等(2000)、贺传松等(2004)、阚荣举和赵晋明(1994)等有直接的证据证明腾冲地区存在岩浆囊。腾冲地区分布了近70座火山,温泉139处,地热资源丰富。可见腾冲及其邻区低速异常代表了处于熔融和半熔融状态的局部熔融体或岩浆囊,这些熔融体主要分布在大盈江断裂和腾冲断裂的交汇地区,深度在25~35 km。

40 km深度剖面(图5d)显示,固东、腾冲、盈江、潞西、保山等大部分地区为低速区,而怒江断裂的北部地区则为相对高速区。这一深度已经接近上地幔软流层,低速特征也显示了腾冲地区岩浆的来源。

贺传松,王椿镛,吴建平.2004.腾冲火山区S波速度结构接收函数反演[J].地震学报,26(1):11-18.

低速区;杨婷等(2014)和胥颐等(2012)分别对滇西地区地壳速度结构进行研究,结果都表明腾冲地区的中下地壳表现为明显的大范围低速异常。本文得到的腾冲及其邻区下地壳的低速异常与杨文采等(2015)利用密度反演得到的地壳低密度异常区一致,主要以腾冲为中心向南北方向展布,如此大范围低速区,说明腾冲断裂是超壳断裂,它是上地幔岩浆上升的通道。因腾冲地区地热资源丰富,地表热流值高达91 mW/m2,地幔热流为56.39 mW/m2,远远高于全球大陆地区的地幔热流平均值,可见30 km深度处的岩浆囊像一个火炉一样烤着浅部的高速岩体而带来了丰富的地热资源。与以往研究不同的是,在地壳浅层20 km深度处,本文研究结果中的S波速度没有显示出明显的低速异常,属于正常的地壳波速变化。而秦嘉政等(2000)、杨晓涛等(2011)的结果显示:腾冲火山区下方10~20 km深度为低速区,此低速区显示了地壳深部岩浆囊向浅表延伸的一个低速通道。

楼海,王椿镛,皇甫岗.2002.云南腾冲火山区上部地壳三维地震速度层析成像[J].地震学报,24(3):243-251.

图5 腾冲及其邻区10 km(a),20 km(b),30 km(c),40 km (d)深度水平剖面S波速度等值线图 Fig.5 S-wave velocity contour map of different depth in 10 km(a),20 km(b), 30 km(c),40 km(d)in Tengchong and its adjacent area

4 结论

姜朝松,周真恒,赵慈平.2004.腾冲火山区地壳及上地幔结构特征[J].地震研究,27(增刊1),1-6.

(1)从反演结果看,腾冲及其邻区莫霍面深度在39 km左右,地壳厚度从南到北逐渐增加,从南部的34 km增加至北部的42 km。

(2)腾冲及其邻区0~40 km深度内的S波速度结构显示,10 km以上为高速异常区,随深度增加S波速度逐渐减小,在30 km处,低速区范围达到最大,整个低速区的范围以腾冲为中心展布,长度约30 km。低速异常对应了腾冲地区的岩浆或熔融物质,而炙热的岩浆囊或者熔融物质像一个火炉一样烤着浅部的高速岩体,同时也给腾冲地区带来了丰富的地热资源,从构造上看,此岩浆囊主要分布在大盈江断裂和腾冲断裂交汇地区。

(3)龙陵地震老震区,处于腾冲断裂、怒江断裂和龙陵断裂交汇处附近。本文结果显示此地区地壳厚度变化相对剧烈,10 km深度处S波速度结构显示,震源深度附近是低速体和高速体交界地区。可见莫霍面深度变化梯度大、断裂交汇并处于高速体与低速体边界,为1976年龙陵双震的发生提供了动力及地质条件。

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参考文献

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在塘坝上太阳能板的间隙种植的苜蓿一年收割4~5次,供应本县奶牛养殖场和养驴场,提供了优质饲草。种植效益远远高于种植粮棉作物。

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腾冲及其邻区0~40 km深度的S波速度经历了降低-升高的过程,从10 km的3.6 km/s降至30 km的2.8 km/s,又逐步升至40 km处的4.0 km/s。图5b、c显示15~35 km即中下地壳为低速区,整个低速区的范围在30 km深度最大,从腾冲经过热海到梁河北部,速度小于3.0 km/s的区域呈南北向展布,长度约30 km。王椿镛等(2002)使用人工地震测深资料进行有限差分和正向走时拟合得到腾冲地区30~50 km存在负速度异常,认为主要与热物质有关;同样高星等(2008)使用转换函数方法分析得到腾冲地区30~40 km存在S波

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管世铭的诗歌还记录了清朝统治者为笼络臣民举行大型千叟宴(宴请六十岁以上的老人来京师为皇帝祝寿)之事。清朝举办千叟宴始于康熙年间。乾隆皇帝举行过两次千叟宴:一次是乾隆五十年(1785年)举办的;另一次是乾隆在退位之后以太上皇的身份举办的。管世铭创作了《千叟宴恭纪六首》和《丙辰年重举千叟宴恭纪二首》反映这两次盛宴。《千叟宴恭纪六首》其二云:

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漳河水库为湖北省直管最大水库,所辖漳河灌区为全省最大灌区。漳河水库位于江汉平原西部,地处荆门、宜昌、襄阳三市交界处,于1958年动工兴建,1966年基本建成并全面发挥效益。漳河水库是跨流域引水的大型水利骨干工程,以防洪、灌溉为主,兼有城镇供水,水力发电、旅游、水产、航运等综合功能,发挥了巨大的社会效益和经济效益。漳河水利发展从公益二类到公益一类,水利经济为单位发展和稳定上起到了重要作用。

通过对腾冲及其邻区23个台站所记录的大量的远震(震中距在30°~90°之间)波形进行计算得到的接收函数反演结果可以看出,即便是在腾冲有限区域内,其地壳和上地幔的S波速度结构仍存在强烈的三维非均匀性,预示着青藏高原东南缘地壳变形的剧烈,深部动力学过程的复杂。

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阿波罗尼斯,又称“阿波罗尼奥斯”,与阿基米德、欧几里德被称为亚历山大时期数学三巨匠.“阿波罗尼斯圆”是他的代表成果之一:平面上一点P到两定点A、B的距离之比满足且λ≠1)为常数,则P点的轨迹是圆[4].

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之所以在新的水权制度中规定政府的水权水质保证人角色,是因为只有地方政府才能担当起这一角色。而且,只有地方政府担当起这一角色,地方政府的政绩观才能真正改变,其环境质量责任才能真正落实,水生态文明才能实现。

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马克思认为,在不同的经济和社会环境中,人们生产不同的思想和文化,思想文化建设虽然决定于经济基础,但又对经济基础发生反作用。学习马克思主义这一思想就要巩固马克思主义在意识形态领域的指导地位,发展社会主义先进文化,加强社会主义精神文明建设,把社会主义核心价值观融入社会发展各方面,推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展,不断提高人民思想觉悟、道德水平、文明素养,不断铸就中华文化新辉煌。社会主义核心价值观和“推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展”命题的提出,是马克思主义这一思想在当今条件下的新境界。

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①层耕土(Q4ml):灰色~灰黄色,主要以耕作土为主,道路、河岸以杂填土为主,成分较杂,含植物根茎;沟塘处主要为河底淤泥,较薄,厚度不均,成分较杂。

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《地震研究》 2018年第01期
《地震研究》2018年第01期文献

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