利用环境噪声中体波和面波信息反演龙门山断裂带地震空区地壳精细结构

Located in the eastern margin of the Tibetan Plateau, Longmenshan is an important thrust fault belt with active seismicity, including the powerful Wenchuan earthquake in 2008 and Lushan earthquake in 2013. Along the fault belt there is an unruptured segment, called seismic gap, with a length of 60 km between these two epicenters. The scientific causes of the absence of seismicity and the potential hazard evaluation along this segment have been paid much attention by the researchers. The crustal structure beneath the seismic gap plays a significant role to shed lights on these questions. The surface wave tomography based on the cross-correlation of seismic ambient noise has been developed and widely used in the exploration of the earth’s structure. The dispersion curves of surface wave generally yield crustal shear-wave velocities. Recently, a developing technique attracts more interest, which derives the reflected seismic waves via auto-correlation of seismic ambient noise. The auto-correlation of ambient noise data at one station yields a zero-offset reflection response beneath this station. Using waveform modeling to transfer this time-domain sequences to a depth section. Combining the reflection interfaces, surface wave dispersions with receiver functions can provide better information of the crustal structure beneath the study area, which is very helpful to understand the dynamic mechanism and evolution of eastern Tibetan Plateau and evaluate the seismic activity of the seismic gap.

龙门山断裂带是青藏高原东缘边界和重要的地震活动带，孕育了2008年汶川地震和2013年芦山地震。在汶川和芦山的震中之间，存在长达60多公里的未破裂段，即地震空区。为何存在地震空区及潜在的地震危险性评估，是当前地震活动研究的热点之一。地震空区深部结构特征的研究对此有重要意义。地震波干涉法从环境噪声中提取面波和体波信息是21世纪地震学研究的重要进展。面波成像主要利用台站对同时段记录的噪声数据，通过互相关技术提取射线路径上的短周期面波信号，基于其频散特性进行深部速度结构成像。体波成像主要利用单个台站的连续噪声记录，通过自相关技术提取壳内及壳幔界面的自激自收反射震相，基于波形拟合获得深部反射界面结构。本项目拟利用龙门山断裂带及邻区的固定台阵和流动台网数据，通过环境噪声干涉法提取面波和体波信息并开展联合成像，提升地壳结构的成像精度，为认识青藏高原东缘构造演化及地震空区的危险性评估提供深部结构约束。

龙门山断裂带是青藏高原东缘边界和重要的地震活动带，孕育了2008年汶川地震和2013年芦山地震。2017年Ms 7.0九寨沟地震发生在虎牙断裂的西北段，该断裂与岷江断裂及龙门山断裂等共同构成了分割松潘甘孜块体与稳定四川盆地之间的边界断裂带。此复杂边界断裂带系统近年来地震灾害频发，引发学界和社会各界广泛关注。然而，在汶川和芦山震中之间，存在长达60多公里的地表未破裂段，称为地震空区。关于该空区的现有研究，主要有两种观点：一种认为该空区的库伦应力显著增加，有潜在的高风险地震灾害；而另一种观点则从空区下方的地壳结构及地形变化特征出发，认为该地区发生大地震的可能性不大。因此，本项目关注于进一步深化理解青藏高原东界与四川盆地的深浅接触关系以及评价该区域的大地震风险。项目团队收集了近年来龙门山断裂带及邻区的固定台阵和流动台网记录的地震波形数据，通过环境噪声干涉法提取面波和体波信息，以及利用接收函数方法提取转换波信息，开展联合成像，获得了空区下方及邻区的高精度地壳结构图。同时，结合最新的针对地震空区开展的其他研究，包括区域应力分布、各向异性分布、微地震监测与定位等，综合以上多方面信息对地震空区的地震活动性进行评估，获得的主要认识如下：地震空区两端应力状态差异显著，且存在沿断裂带的横向应力差；地震空区以下，上地壳速度相对偏低，在下地壳存在明显的部分熔融体，这可能是地震能量不能积累的原因之一；地震空区完整性震级分析显示出空区的地震活动不高；基于密集监测台阵的走时定位也初步显示了龙门山断裂带地震空区段比较平静，反而是其东边的断裂带（包括大邑断裂以及一些隐伏断裂）上地震活动比较活跃，可能该区域的应力应变能主要在这些断裂带上积累，值得进一步深入关注。