高精度的地球物理公共速度模型，是開展地球動(dòng)力學(xué)研究、提升地震監(jiān)測能力的重要基礎(chǔ)，也是國家地震科技創(chuàng)新工程“透明地殼”計(jì)劃的重要科學(xué)產(chǎn)品。近年來，在國家地震科技創(chuàng)新工程總體部署下，依托中國地震科學(xué)臺(tái)陣探測系列項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等，“透明地殼”計(jì)劃牽頭單位中國地震局地球物理研究所不斷推進(jìn)高精度地球物理公共速度模型研發(fā)。

現(xiàn)就有關(guān)成果進(jìn)行系列化介紹，本期重點(diǎn)介紹“中國大陸及鄰區(qū)地殼厚度分布模型”、“東亞地區(qū)面波群速度模型”和“青藏高原東緣遠(yuǎn)震XKS波分裂特征模型”。

一、中國大陸及鄰區(qū)地殼厚度分布模型

地殼厚度是地球演化與動(dòng)力學(xué)、重力補(bǔ)償與模擬及地震波成像等研究必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)。中國地震局地球物理研究所李永華研究員團(tuán)隊(duì)，通過收集和編輯近2000個(gè)地震臺(tái)站下方的接收函數(shù)研究結(jié)果（圖1），編制了最新的中國大陸及鄰區(qū)地殼厚度圖（圖2）。新的地殼厚度圖包含了近20年來絕大多數(shù)接收函數(shù)研究結(jié)果，較已有地殼模型具有更多、更為均一的測點(diǎn)。該模型揭示了中大陸的地殼厚度橫向變化，其中中國東部地區(qū)地殼最?。?/span>~30km）, 青藏高原最厚（~80km），穩(wěn)定克拉通和部分造山帶地區(qū)具有正常到略厚的地殼（38-51km）。本研究也對(duì)已有地殼厚度模型的可靠性進(jìn)行了評(píng)估。對(duì)比研究顯示，不同方法得到的地殼厚度分布在測點(diǎn)覆蓋較好的中國東部多數(shù)地區(qū)具有相似的特征，但在地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜的青藏高原及其周緣地區(qū)，地殼厚度具有較大差異（高達(dá)±25km）。相關(guān)結(jié)果為不僅為認(rèn)識(shí)中國大陸地殼形成演化提供了依據(jù)，也為科研人員開展地震成像、地震模擬等研究提供了基礎(chǔ)參數(shù)。該結(jié)果被國內(nèi)外同行廣泛關(guān)注，截止到目前已被國內(nèi)外同行引用200余次。

圖1中國大陸地區(qū)地震臺(tái)站接收函數(shù)地殼厚度

圖2 中國大陸地區(qū)地殼厚度分布圖

二、東亞地區(qū)上地幔地震速度模型

東亞大陸是由眾多微陸塊及其間的褶皺帶或造山帶組合，經(jīng)長期演化而形成的復(fù)合大陸。受太平洋板塊、歐亞板塊、菲律賓板塊及印度板塊的相互作用與影響，中新生代以來東亞地區(qū)表現(xiàn)出復(fù)雜的構(gòu)造特征。上述地震過程導(dǎo)致了復(fù)雜的殼幔結(jié)構(gòu)，探測研究區(qū)的殼幔結(jié)構(gòu)，將對(duì)認(rèn)識(shí)和理解該區(qū)的地質(zhì)演化和可能地球動(dòng)力學(xué)模式提供重要的深部約束。中國地震局地球物理研究所李永華研究員團(tuán)隊(duì)，利用中國及周邊地區(qū)固定臺(tái)站的波形記錄，采用面波方法構(gòu)建了高分辨（橫向分辨率～200 km）的東亞3D地震S波速度模型（圖3）。結(jié)果表明，塔里木盆地、鄂爾多斯、揚(yáng)子克拉通西部等構(gòu)造上穩(wěn)定塊體下方的地幔表現(xiàn)為高速異常，其巖石圈厚度介于 120～160km；中國東部具有低速的上地幔特征，暗示中國東部大部分都發(fā)生了巖石圈減?。荒Ｐ?/span>揭示了西藏南、北緣下兩個(gè)俯沖相對(duì)的大陸板塊。圖像還揭示出貝加爾湖西南存在明顯的地幔低速異常，可能是貝加爾湖形成的深部動(dòng)力源。相關(guān)結(jié)果不僅為中國大陸精細(xì)結(jié)構(gòu)探測提供了重要的研究基礎(chǔ)，也為開展地球動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究提供了基礎(chǔ)參數(shù)。該結(jié)果被國內(nèi)外同行廣泛關(guān)注，截止到目前已被引用160余次。

圖3 東亞大陸上地幔S波速度分布

三、青藏高原東緣遠(yuǎn)震XKS波分裂特征模型

中國地震局地球物理研究所常利軍研究員團(tuán)隊(duì)，基于中國地震科學(xué)探測臺(tái)陣（ChinArray）和區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)，以及其它科研項(xiàng)目的地震觀測臺(tái)陣共1800余個(gè)寬頻帶固定和流動(dòng)地震臺(tái)記錄的遠(yuǎn)震SKS波形數(shù)據(jù)，通過橫波分裂測量，構(gòu)建了“青藏高原東緣遠(yuǎn)震橫波分裂特征模型”。該模型采用最小切向能量法和“疊加”分析獲得了各測點(diǎn)的各向異性參數(shù)（快波方向和時(shí)間延遲），繪制了青藏高原東緣高分辨率（～30km）的上地幔各向異性圖像（圖4）。該模型結(jié)果顯示了構(gòu)造穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體和四川盆地相對(duì)于其周緣和青藏東緣具有弱各向異性（平均時(shí)間延時(shí)約0.6 s）的變形特征，可能保留了古老克拉通的“化石”各向異性；而構(gòu)造活躍的青藏高原東緣的各向異性較強(qiáng)（平均時(shí)間延遲約1.2 s），其深淺變形一致，符合巖石圈垂直連貫變形模式，并且由于受到板塊驅(qū)動(dòng)作用，在秦嶺造山帶和云南南部巖石圈下分別產(chǎn)生了東向和東南向的軟流圈地幔流，反映了印度-歐亞板塊陸陸碰撞導(dǎo)致了青藏高原的不斷隆升和向外擴(kuò)展，物質(zhì)向東和南逃逸。

圖4 青藏高原東緣上地幔各向異性圖像（左圖為各臺(tái)站XKS波分裂測量結(jié)果，其中紅色為流動(dòng)臺(tái)站結(jié)果，綠色為固定臺(tái)站結(jié)果，右圖為快、慢波時(shí)間延遲分布。）