利用区域台网记录的直达反射和折射波反演宁夏及邻区地壳P波三维速度结构.docx

第21卷 第4期地震学报V o l. 21, N o.41999 年 7 月 (394～402)ACTA SEISMOLOGICA SIN ICAJu l. ,1998利用区域台网记录的直达、反射和折射波Ξ反演宁夏及邻区地壳 P波三维速度结构金延龙1)杨明芝1)赵卫明1)施行觉2)许文俊1)李光泉2)1) 中国银川 750001宁夏回族自治区地震局2) 中国合肥 230062中国科学技术大学摘要 选取宁夏测震台网自 70 年代以来记录的 1 107 次地方震, 共 11 816 条直达 P波、莫霍面反射及折射波PM和Pn资料,应用DLSQR算法同时反演震源参数和地壳三维速度结构. 在迭代计算进程的不同阶段, 针对地震和射线空间分布不均匀的特点,分别对地震和射线进行加权.多种参数和迭代控制的反演结果表明:在一定的残差水平下,走时残差的分配,在介质参数和震源参数(尤其是发震时间和震源深度)之间存在明显的折衷,所求得的解与所选取介质参数的初值在一定程度上相关联,且显示出在大致相同的区域,不同的结果有基本相同的变化特征;表层解同地层地貌关系密切,且在银川盆地与穿过盆地的人工地震剖面结果相吻合; 在中下地壳存在多处速度低值区, 历史强震的位置与低速区或速度梯度异常变化有一定的联系.关键词 地壳速度层析成像 反演 DL SQ R 方法 非均匀性宁夏地区引言用观测地震波走时推测地球内部的地震波速度结构是固体地球物理学的一个基础课题. 早先的经典方法已取得了一些重要的结果 (Jeffreys, Bu llen, 1940; H addon, Bu llen,1969;Mizutani,Abe,1972),这些结果至今仍是我们认识地球的基础知识.近20年来,由于台阵观测和反演理论的发展及计算机的应用,对地球内部速度结构的研究在方法和资 料使用上都有所突破.如70年代中后期,Aki和Lee(1976)以及Aki等(1977)先后提出了 用台阵的近震记录同时确定震源和三维速度结构,以及用远震P波残差反演台阵下地壳和 上地幔三维结构的方法 地震层析成像 ( seism ic tom ography, 简称 ST ). Hirahara( 1977) 用这种方法研究了日本群岛和日本海以下直到 650 km深的大尺度的三维速度结构, 进一步证实了这一地区岩石层板块消减的特性.他的结果与其它地球物理研究结果的 相互印证, 在一定程度上也说明了这种方法的有效性. 之后,中国学者将这一方法及改进 后的方法应用于中国 (金安蜀等, 1980; 朱天飞, 刘福田, 1982; 朱露培等, 1990; 郭贵安,冯锐, 1992; 胥颐等,1994).Ξ 1998208231 收到初稿, 1999201226 收到修改稿, 1999203226决定采用.4 期 金延龙等: 利用区域台网记录的直达、反射和折射波反演宁夏及邻区地壳 P 波三维速度结构395宁夏地处青藏块体、阿拉善块体和鄂 尔多斯块体的交汇地带,地质结构复杂、 断裂发育、新构造活动强烈、地震活动频 繁, 曾发生过1739年平罗810及1920年海原815级地震(图1). 此区域呈南北狭长状, 测震台站密度小,东西两侧基本上 无测震台站,至今缺乏有关地壳三维速度 结构的研究.本研究利用宁夏区域测震台 网自 70 年代以来的地震波走时资料,采 用直达P波、莫霍面的反射波PM及折射 波 Pn同时反演震源及宁夏和邻区速度结构,以探讨该区域三维速度结构和发生地 震的深部构造背景.1 反演方法除个别研究 (N ercessian et a l. , 1984;Grand,1987;VanderHilst,Engdahl, 1991; Zhao et a l. , 1992; Koch, 1993a,b) 外, 绝大多数地震层析成像结果使用的都是单一的直达波. 但后续震相,由于其 路径不同于直达波, 因此不仅含有非常重图 1 宁夏和邻区新构造图要的地球内部结构信息, 且进入反演后可明显地改善震源定位尤其是深度的精度.本研究 同时使用直达P波、莫霍面的反射波PM 及折射波Pn进行震源和速度结构的联合反演.在利用地震波走时重建速度图象时, 取地震波的高频近似解, 则由震源 i 至接收点j的走时可写成∫Ltij =ij1ds(1)v式中, v 为介质的地震波速度, L ij 为射线路径, tij 是一个明显的沿射线路径的非线性函数,L ij 和 tij 可用三维射线追踪方法求出 (Um , T hu rber,1987).经线性、离散化, 最终可形成一条件线性方程组d = Gm