中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場位于青藏高原、華南塊體和印度板塊的交匯地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地殼變形強(qiáng)烈，是我國大陸強(qiáng)震最活躍的地區(qū)之一。高分辨率的殼幔三維速度結(jié)構(gòu)是認(rèn)識強(qiáng)震孕育環(huán)境、殼幔變形機(jī)制和深部動(dòng)力學(xué)過程的重要基礎(chǔ)。吳建平研究員等人通過接收函數(shù)與面波頻散聯(lián)合反演方法構(gòu)建了高垂向分辨率三維初始速度模型，采用雙差層析成像方法獲得了中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場橫向分辨率0.25°×0.25°的三維P波和S波速度結(jié)構(gòu)（CSES-VM1.0，圖1）。與已有的走時(shí)層析成像研究不同，本研究的初始速度模型和待反演的擾動(dòng)速度模型采用了兩種網(wǎng)格間距，可以較好地描述具有不同過渡帶性質(zhì)的速度界面和淺層低速結(jié)構(gòu)，揭示了一些以往區(qū)域尺度成像結(jié)果中難以分辨的小尺度速度異常。人工地震爆破的走時(shí)觀測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)表明，與已有的速度模型相比，基于新模型計(jì)算的P波理論走時(shí)誤差更?。▓D2）。

  

圖1 不同深度的P波和S波速度分布圖。各子圖中的灰線為活動(dòng)斷裂，（c）圖中紫色實(shí)線為康定雜巖的分布邊界。

圖2 不同速模型的理論走時(shí)與人工爆破觀測走時(shí)的比較圖

（a）為絕對走時(shí)差分布圖，縱坐標(biāo)為震相數(shù)量；（b）為相對走時(shí)差；（c）人工地震觀測布設(shè)的炮點(diǎn)（*號）和臺站位置（黑點(diǎn)）。

基于新的速度模型，給出了2022年蘆山6.1級地震和瀘定6.8級地震震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)（圖3）。發(fā)現(xiàn)2022年蘆山6.1級地震和2013年蘆山7.0級地震均發(fā)生在青藏高原與四川盆地相接觸的西北傾向軟弱帶內(nèi)。2013年蘆山7.0級地震北西傾向的主破裂面向上終止于其上方的低速沉積層底部附近。蘆山6.1級地震東南傾向的斷裂面在深部始于軟弱帶內(nèi)，淺部終止于局部高速異常體底部。瀘定6.8級地震震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)剖面揭示，地震的破裂范圍主要受該地區(qū)的花崗巖體所控制，深部受基性巖的限制,西北側(cè)淺部存在的力學(xué)強(qiáng)度較高的中基性巖阻止了地震進(jìn)一步向西北方向破裂。

圖3 2022年蘆山地震和瀘定地震震源區(qū)附近的殼幔速度結(jié)構(gòu)

（a-c）分別為橫跨蘆山地震的速度剖面（AA’），紅色五角星和黑點(diǎn)分別為2013年蘆山7.0級地震的主震和余震，黃色五角星和紫色點(diǎn)分別為2022年蘆山6.1級地震的主震和余震；（d）沿2022年瀘定6.8級地震余震帶走向的P波速度剖面；（e）剖面位置。

研究發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)子板塊西緣存在一系列不連續(xù)分布的高速異常帶（圖1），它們大多分布在新元古代雜巖體出露區(qū)以及峨眉山火成巖省的超基性巖分布區(qū)附近。不同深度的高速異常揭示了新元古代雜巖體和峨眉山火成巖省基性/超基性巖的空間分布形態(tài)。龍門山斷裂帶、安寧河斷裂帶附近的高速異常體在很大程度上控制了斷裂帶的分布形態(tài)，甚至影響了大地震的破裂過程。

圖4 滇西地區(qū)中上地殼速度分布圖

(a) - (c)為P波速度, (d)和(e)為S波速度；紫色實(shí)心圓為有歷史記錄以來發(fā)生的6.0級以上地震，黑點(diǎn)為1970年以來發(fā)生的3.5級以上的地震；(f)為構(gòu)造簡圖。

在實(shí)驗(yàn)場的西南地區(qū)，新模型清晰地揭示出臨滄花崗巖帶、思茅盆地中軸斷裂帶隆起區(qū)以及哀牢山雜巖帶附近的高速異常帶及其深部形態(tài)（圖4）。與已有模型相比，新模型展現(xiàn)出更高的空間分辨率能力，這一模型將為該地區(qū)的地震構(gòu)造、殼幔變形和地質(zhì)演化研究，以及高精度地震定位和強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬等提供重要基礎(chǔ)。

研究成果2024年6月發(fā)表于知名學(xué)術(shù)期刊Science China Earth Sciences。論文鏈接如下：

Wu J, Cai Y, Wang W, Wang W, Wang C, Fang L, Liu Y, Liu J. 2024. Three dimensional velocity model and its tectonic implications at China Seismic Experimental Site, eastern margin of the Tibetan Plateau. https://doi.org/10.1007/s11430-023-1293-4.

吳建平,蔡妍,王薇,王未來,王長在,房立華,劉雅寧,劉靖. 2024.青藏高原東緣中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場三維速度模型及其構(gòu)造意義. 中國科學(xué):地球科學(xué), 54, doi:10.1360/SSTe-2023-0182.

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFF0800601）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U2039204）和基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目（DQJB21Z03）共同資助。

【作者簡介】

吳建平，中國地震局地球物理研究所研究員，主要從事地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)等方面的研究。