远震S波接收函数方法研究及其在喜马拉雅二期地震台阵中的应用

S receiver function (SRF) is the most effective way to study the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB). However, the limitation of data selection for the SRF has decreased the repeatability of the result. In addition, the precursors before S wave caused by the surface reflection and the side lobe of S-P conversion from Moho (SMp) might have been mistaken as the signals from the LAB. These factors introduce major difficulties understanding LAB with the SRF. In order to avoid above-mentioned potential problems in the SRF method, we plan to develop a method for constructing stable SRF to investigate the LAB base on the series of synthetic tests with real earthquake focal mechanism solutions. We then apply our improved method to seismological data from the Himalaya-II projection to construct the stable SRFs, which included more than 600 broadband seismometers with two years of observations, is the largest-scale seismic array in China. Unprecedented seismic-waveform data from this array has been acquired in about two years. We plan to use this high-quality data to better characterize seismic properties of the LAB. and ultimately investigate the interaction between Tibetan Plateau and Asian blocks, the deformation of the lithosphere and the lateral growth mode of Tibetan Plateau.

S波接收函数方法是研究岩石圈软流圈分界面（LAB）最为有效的地震学手段。在观测资料有限的条件下，可供挑选的资料较少，导致S波接收函数结果可重复性降低。此外，由地表引起的S波前驱震相和Moho面转换波（SMp）的旁瓣也会引起LAB信号的误识别。这些因素使S波接收函数结果在LAB研究中面临较大难度。本研究拟从全波场理论地震图出发，通过大量实际震源机制解和台站分布得到的理论S波接收函数，发展构建稳定S波接收函数方法及程序用于LAB研究。在此基础上，将改进的方法应用于目前中国大陆规模最大的密集流动宽频带喜马拉雅二期台阵600多台仪器在两年观测期积累的丰富地震波形资料，提取稳定S波接收函数，对青藏地块和亚洲地块交汇区LAB进行研究，进而对青藏高原在东北缘和亚洲地块的相互作用方式、岩石圈变形机制及高原扩展模式进行探讨。

本项目完成了计划书研究内容和研究目标的所有内容，主要包括两部分：（1）研究LAB的S波接收函数方法研制。和前人理论模拟研究方法不同，本项目执行过程中，我们以多年实际发生地震震源机制解出发，以韩国地震台站分布为理论观测点，计算了大量理论地震图。以和处理实际观测资料相同的方法，对大量理论地震图进行处理，得到了可以和实际观测具有直接可比性的理论接收函数。通过对大量理论S波接收函数分析，看到了和实际观测类似的非结构信号对LAB信号的干扰。基于波形分析，提出了两个根据波形进行接收函数排序挑选的定量化因子。通过该因子进行波形质量控制，得到的S波接收函数上有效地压制了非结构噪声对LAB信号的干扰，能够识别和有效确定和LAB相关的Slp震相。理论模拟和在韩国地震台网的应用都表明我们开发的方法在LAB结构研究中具有明显的稳定性和有效性。（2）将该研究方法应用于喜马拉雅二期宽频带流动台阵资料，研究了青藏高原东北缘岩石圈结构。基于本研究得到的S波接收函数成像结果表明在东北缘地区，高原内部LAB较模糊，周边阿拉善地块、鄂尔多斯地块和四川盆地下方LAB较为尖锐。特别是在青藏高原和周边地块的边界带，岩石圈存在明显增厚和内部分层。该结果可能展示了青藏高原在东北缘的拆沉。此外，基于本研究开发的方法和已有数据，在本项目资助下，课题组还进行了如下方面的研究；（1）在项目执行期间，利用布设在华南的短周期密集台阵资料，对珠海到连州地壳结构进行了高分辨率成像，发现了东西华夏在三水盆地下方的拼合痕迹；（2）在该项目收集到喜马拉雅二期大量观测资料基础上，对青藏高原东北缘地壳各向异性、上地幔间断面起伏进行了深入研究；（3）2019年北流5.2级地震是华南一次少见的中强破环性地震，在自然基金和单位平台支持下，课题组在北流地震震源区布设了短周期密集台阵，进行了为期一个月的连续观测。基于观测资料和机器学习方法，对北流地震余震序列进行了深入研究。同时利用背景噪声资料对震源区地壳结构进行了反演。