纵波速度模型约束的首都圈地壳横波速度结构成像

第９卷第２期２０１２年３月

　

ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ　　　　

Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．２

，Ｍａｒ．２０１２

（）文章编号：１６７２—７９４０２０１２０２—０１７５—０９：／ｄｏｉ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１６７２－７９４０．２０１２．０２．０１０ｊ

纵波速度模型约束的首都圈地壳

横波速度结构成像

张　智１，李良杰１，张艳瑾１，熊　彬１，赵国敏２

（桂林理工大学地球科学学院，广西桂林５１．４１００４；）天津市地震局，天津２２．１０００３

摘　要：通过搜集首都圈地震台网记录到的６并从中挑选出２３４个地震事件的近三万条地震射线，７４条信

噪比高、发育良好的面波频散曲线，并将已有的纵波速度转换为横波速度，作为横波速度反演的初始模型，利得到了研究区地壳Ｓ波速度结构和地壳的厚度分布以及一些用最小二乘反演方法进行面波频散层析成像，

地壳可分为地表、基底、上地壳、中地壳、下地壳五层，中地壳整体横波速度表现为弱梯度，局部出现初步结论：

负速度梯度，下地壳横波速度均呈现不同程度的异常，证实了中地壳低速层的存在；研究区内速度存在明显横向不均匀性，这是复杂的地质构造特征在地球物理场中的响应；各构造单元表现明显不同的速度结构变化，中同一构造单元在不同深度的层位上速度变化明显，出现高低速异常交替现象，特地壳层位速度变化范围较小；

别是在张渤断裂带上地壳层位以上，高速和低速异常块体交替明显；地壳平均厚度２并且从东南向９～４０ｋｍ，西北逐渐变厚加深，其中张北地区地壳最厚达４华北裂陷盆地地壳厚度为２华北裂陷盆地中部０ｋｍ，９～３２ｋｍ，的深浅交叉的异常块体内的冀中坳陷构造最薄。

关键词：首都圈；面波反演；Ｓ波速度结构中图分类号：Ｐ６３１．４

文献标识码：Ａ

收稿日期：２０１２－０１－１０

ＣｒｕｓｔａｌＳ－ＷａｖｅＶｅｌｏｃｉｔＴｏｍｏｒａｈＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｂ　　　ｙｇｐｙｙ　　

Ｐ－ＷａｖｅＶｅｌｏｃｉｔＭｏｄｅｌｉｎｔｈｅＣａｉｔａｌＲｅｉｏｎ　　　　　ｙｐｇ　

１１１１２

，，，，ＺｈａｎＺｈｉＬｉＬｉａｎｉｅＺｈａｎＹａｎｉｎＸｉｏｎＢｉｎＺｈａｏＧｕｏｍｉｎ　　　ｇｇｊｇｊｇ　　　

（１．ＣｏｌｌｅｅｏＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏＴｅｃｈｎｏｌｏＧｕｉｌｉｎ　Ｇｕａｎｘｉ５４１００４，Ｃｈｉｎａ；　　　ｇｆ　ｙｆ　ｇｙ，ｇ　２．ＥａｒｔｈｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒｏＴｉａｎｉｎ　ＭｕｎｉｃｉａｌｉｔＴｉａｎｉｎ２１０００３，Ｃｈｉｎａ）　　ｑｆ　ｊｐｙ，ｊ

：ＷＡｂｓｔｒａｃｔｅｕ２７４ｗｅｌｌ－ｄｅｖｅｌｏｅｄａｎｄｈｉｈｓｉｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｓｕｒｆａｃｅｉｃｋｅｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　　　　　　　　　ｐｐｇｇｐｐ　ｗａｖｅｒａ－ｐａｔｈｓｒｅｃｏｒｄｅｄｂ３８ｓｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＣａｉｔａｌＳｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋａｎｄ　　　　　　　　　　　ｙｙｐ　ｓｔｕｄｔｈｅｃｒｕｓｔｏｆｔｈｅＣａｉｔａｌｒｅｉｏｎｂｓｕｒｆａｃｅｗａｖｅｔｏｍｏｒａｈｍｅｔｈｏｄｔｈｒｏｕｈｔｈｅｏｒｉｉ　　　　　　　　　　　－ｙｐｇｙｇｐｙｇｇ　　　

，ｎａｌｖｅｌｏｃｉｔｍｏｄｅｌｆｒｏｍＰｖｅｌｏｃｉｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｗｅｏｂｔａｉｎａｎａｌｚｅａｎｄｉｎｔｅｒｒｅｔ　　　　　　　　ｙｙｙｐ　　：，ｔｈｅｄｅｔｈｓｅｃｔｉｏｎａｎｄＳｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｒｅｌｉｍｉｎａｒｒｅｓｕｌｔｓｆｉｒｓｔｌ　　　　　　　　　ｐｙｐｙｙ　　

：，，，ｔｈｅａｒｅａｃｒｕｓｔｃｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｉｖｅｌａｅｒｓｓｕｒｆａｃｅｂａｓｅｍｅｎｔｕｅｒｃｒｕｓｔｍｉｄ－ｃｒｕｓｔ　　　　　　　　　ｙｐｐ，ａｎｄｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ．Ｔｈｅｍｉｄ－ｃｒｕｓｔＳｖｅｌｏｃｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈｏｗｓｌｏｗｒａｄｉｅｎｔｅｖｅｎｎｅａｔｉｖｅｖｅ　　　　　　　　　　－ｙｇｇ　

，ｌｏｃｉｔｒａｄｉｅｎｔａｒｔｌａｎｄＳｖｅｌｏｃｉｔｓｈｏｗｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｒｅｅａｎｏｍａｌｉｎｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ．Ｓｏｔｈｉｓ　　　　　　　　　ｙｇｐｙｙｇｙ　　　

）；）基金项目：国家自然科学基金（编号：国家科技专项项目（编号：联合资助。４０８０４０１７和４０９７４０７７及４１１６４００４ＳｉｎｏＰｒｏｂｅ－０２－０２－０２，：作者简介：张　智（男，湖南衡阳人，主要从事地震波层析成像技术研究。Ｅ－ｍ１９７５－）ａｉｌｚｈａｎｚｈｉｌｉｔｅ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｇｇ

，ｆｕｒｔｈｅｒｒｏｖｅｄｔｈｅｔｒｕｔｈｏｆｍｉｄ－ｃｒｕｓｔｅｘｉｓｔ．ＳｅｃｏｎｄｌＳｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｒｏｆｉｌｅｓｈｏｗｓｏｂｖｉ　　　　　　　　　　－ｐｙｙｐ　

，ｏｕｓｌａｔｅｒａｌｈｅｔｅｒｏｅｎｅｉｔｉｎｔｈｅＣａｉｔａｌｒｅｉｏｎｆｏｒｔｈｉｓｉｓｔｈｅｒｅｓｏｎｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｌｅｘｅｏ　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｐｇｐｐｇ　；ｅｏｈｓｉｃａｌｌｏｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄＥｖｅｒｔｅｃｔｏｎｉｃｕｎｉｔｓｈｏｗｓｏｂｖｉｏｕｓ　　　　　　　　　ｇｐｙｇｙ　

，；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｃｈａｎｅｓｌｅｓｓｉｎｍｉｄ－ｃｒｕｓｔｌａｅｒｔｈｅｓａｍｅ　　　　　　　　ｙｙｇｙ　　ｕｎｉｔｈａｓｃｌｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｃｈａｎｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｔｈ，ａｎｄｔｈｅｈｉｈｖｅｌｏｃｉｔｔｅｃｔｏｎｉｃ　　　　　　　　　　　ｙｇｐｇｙ　

，，ａｒｔｉｃｕｌａｒｌａｎｄｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔａｌｔｅｒｎａｔｅａｂｎｏｒｍａｌｌａｂｏｖｅｔｈｅｃｒｕｓｔｌａｅｒｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｚｏｎｅ．　　　　　　　　　　ｐｙｙｙｙ　，ＢｅｃａｕｓｅｏｆＺｈａｎｉａｋｏｕ－ｂｏｈａｉｓｅａｒｉｆｔｂｒｏｋｅｎｂｅｌｔｈｉｈｅｒｖｅｌｏｃｉｔａｎｄｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔａｂｎｏｒ　　　　　　　　　－ｇｊｇｙｙ　　，ｍａｌｂｌｏｃｋａｌｔｅｒｎａｔｅｏｂｖｉｏｕｓｌ．ｔｈｉｒｄｌｔｈｅｃｒｕｓｔａｖｅｒａｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｔｈｅＣａｉｔａｌｒｅｉｏｎｉｓ　　　　　　　　　　　ｙｙｇｐｇ，２９ｔｏ４０ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓａｎｄｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｄｉｓｔｉｎｕｉｓｈｉｎｆｅａｔｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｏｒｅｆｒｏｍ　　　　　　　　　ｐｇｇ　

，ｔｈｉｃｋｅｒａｎｄｄｅｅｅｒｆｒｏｍｓｏｕｔｈｅａｓｔｔｏｎｏｒｔｈｗｅｓｔｔｈｅｍｏｓｔｔｈｉｃｋａｒｅａｉｓＺｈａｎｂｅｉａｒｅａａ　　　　　　　　　　　　　－ｐｇ，，ｒｏｕｎｄＺｈａｎｉａｋｏｕｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａｒｉｆｔｄｅｒｅｓｓｉｏｎｂａｓｉｎｔｈｅｃｒｕｓｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓｆｒｏｍ２９　　　　　　　　　　　　ｇｊｐ

，３２ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｍｏｓｔｔｈｉｎｉｓｌｏｃａｔｅｄｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａｂａｓｉｎ．ｔｏｌａｃｅ　　　　　　　　　　　ｐ：；；ＫｅｗｏｒｄｓＣｈｉｎｅｓｅｃａｉｔａｌｒｅｉｏｎｓｕｒｆａｃｅ－ｗａｖｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎＳｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　　　　ｐｇｙｙ　　

综合利用，即纵横波速度比，以及拉梅阻抗等弹性

１　引　言

首都圈（位于我国３８°Ｎ－４１°Ｎ，１１４°Ｅ－１２０°Ｅ）华北北部，处于近东西向的燕山构造带和ＮＮＥ－它ＮＥ向的太行山构造带与华北平原带交接部位，

是我国最古老的陆台（中朝地台）的重要组成部分，也是地震灾害多发区，历史上曾发生多次７级以上

］１，２

。其中，破坏性地震［震级最大的是１６７９年三河

阻抗比对岩石组分分辨更为敏感，其分辨能力较之单独利用纵波或横波信息更为强烈。从地壳岩性结构模型向地壳岩石结构模型构建的转变要求我们从地震资料中提取出纵波和横波速度模型。近十余年来，国内外地震学家在地壳横波速度结构重建方面开展了大量有价值的科学探索，如西

２２，２３］

班牙［等通过对人工源和天然源地震资料分

人工源和天然源地震资料中均广泛发育析表明，

了瑞雷面波和勒夫面波信息，这些面波信息可以用来重建地壳横波速度结构。

本文拟结合人工源和天然源面波资料，将已作为横波速度反有的纵波速度转换为横波速度，

约束面波成像结果与Ｐ波解释速演的初始模型，

度结构不协调、地壳纵横波速度比空间分布产生为地壳岩石结构重建，壳内构造不合理异常现象，

及其动力学意义研究提供关键的横波信息。

－平谷８级地震，１９７６年唐山７．８级地震则是现今

我国在世界上影响非常大的一次地震。

多年来，人们曾采用不同方法研究了首都圈并且随着观测条件及其邻区的地壳上地幔结构，

的改善，其空间分辨率逐步提高，对首都圈地区深部构造背景及区内大地震成因的认识也在不断深

３～１８］

入。虽然大量的研究结果［表明首都圈地区

地震活动及大地震的成因与地壳上地幔速度结构密切有关，但已有结果的空间分辨率尚不足以了解大震区三维地壳结构的细节。例如，地震走时成像研究的结果，由于不可避免的平滑效应，难以给出不同构造块体的确切边界。不同作者给出的研究结果一直存在难以解释的差异。人工地震探测则基本上限于二维剖面观测，由此推断的三维地壳结构有待进一步证实。

自２人们先后利用纵波０世纪９０年代以来，速度、密度或者纵横波速度比（泊松比）进行地壳上地幔岩性结构的推测，可以说综合利用地球物理资料、地质构造、地球化学等相关信息重建地壳岩石组成模型已成为国内外地球科学界关注的热

１９～２１］

。现有研究表明，地壳内纵横波速度点问题［

２　研究区地质概况

首都圈南至容城、霸县，北抵赤城、万全，东达宝坻、蓟县，西到天镇、阳原。从三叠纪以来，经历了陆内造山运动、太平洋板块相对于欧亚板块向西和向北运动以及侏罗纪与白垩纪初的伸展构造体系发展这三期规模较大的构造运动，从而铸就了现今的地质结构。主要由西南部呈北东走向的太行山隆起、北面为近东西走向的燕山隆起、两隆起之间并与两隆起近垂直相交的西北走向的张家——渤海断陷带及华北裂陷盆地４个地质构造口—

各构造单元内断裂纵横分布错综单元组合而成，

复杂。在这些大的构造单元内又出现了冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷以及更次一级的大兴凸

［６，２４］

。其中太行山容县凸起构造单元（图１）起、

——渤海断陷带位于华北亚板块与黑地。张家口—

龙江亚板块的分界带上，是一条比较活跃、规模较大的活动构造带。华北裂陷盆地中发生的地震一般认为是与第四纪晚期以来最新区域构造应力—

１５，２５，２６］

。应变的环境有关［

隆起、燕山隆起的地震活动相对较弱，破坏性地震——渤海断陷带及华北裂陷盆主要发生在张家口—

２４］

）图１　首都圈地质构造与活动断层分布图－邓起东等１：图形来源于史海霞［４００万（

（图中实线表示实际存在断层，虚线表示潜在断层，阴影框为研究区域）

［４］

Ｆｉ．１　Ｇｅｏｌｏｉｃａｌａｎｄａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄａｒｅａ－Ｄｅｎｉｄｏｎ１：４００（ｆｒｏｍＳｈｉｈａｉｘｉａ２ｉｃｔｕｒｅ　　　　　　　　ｇｇｙｇｑｇｐ　　

（，，）Ｆｕｌｌｌｉｎｅｓｄｏｎａｔｅｓａｃｔｕａｌｅｘｉｓｔｉｎｆａｕｌｔｄｏｔｔｅｄｌｉｎｅｓｄｏｎａｔｅｓｆａｕｌｔｓｈａｄｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｉｓｓｔｕｄａｒｅａｏｔｅｎｔｉａｌ　　　　　　　　　　　ｇｙｐ　　

３　资料情况

本文所用资料均由天津市地震局所提供，首都圈数字地震台网运２００１年１０月建成并投入运行，台站主要分布天津、北京、河北、山东、辽宁及山西其中天津２北京局１河北５个省市境内，８个，９个，

局３中国地震局地球物理研究所２２个，０个及山东、辽宁和山西各１个，使用仪器类型主要有地面）、带宽：地面甚宽带地震仪ＣＴＳ１型（５０Ｈｚ２０ｓ－～１（）、宽带地震仪Ｆ带宽：地面、井下ＢＳ３Ｂ４０Ｈｚ０ｓ－～２

（），短周期地震仪Ｆ具体台站分布参ＳＳ３４０Ｈｚｓ－～１）。见首都圈测震台站分布图（图２

本文从所提供的资料中选取了３８个地震台的记录数据，震源深度为１集中在首都０～３５ｋｍ，圈内及周边地区，总体上地震事件数和事件的方位选取满足研究的需要

。

图２　首都圈数字地震台网部分台站分布

（注：图中圆圈表示所记录的地震事件；三角表示地震台站）

Ｆｉ．２　Ｓｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄａｒｅａ　　　　ｇｙ　

（；Ｃｉｒｃｌｅｓｍｂｏｌｒｅｒｅｓｅｎｔｓｓｅｉｓｍｉｃｅｖｅｎｔｓｔｒｉａｎｌｅ　　　　ｙｐｇ

）ｒｅｒｅｓｅｎｔｓｓｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎｓｓｍｂｏｌ　　　ｐｙ

根据台站分布和震中位置，利用ＧＭＴ软件

，作出如下的射线覆盖图（图３）经过严格挑选，选发育良好的瑞雷面波射线路出２７４条信噪比高，径作为本次研究资料，震源深度范围为１５～规格的３２ｋｍ。图４是本研究中用到的１５’５’＊１

网格编号图

。

图５　周期为５０ｓ检测板试验

Ｆｉ．５　Ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄｔｅｓｔｆｒｏｍｅｒｉｏｄｏｆ５０ｓｅｃｏｎｄｓ　　　　　ｇｐ

５　不同周期群速度分布

图６为不同周期的群速度分布图。图形反映了该区存在横向上的不均匀性。其中在北纬、东经１３８．５°９．５°１４°～１１８°范围内出现一带～３

状低速体，由东西向逐渐转为北北东向；尤其在周

图３　研究区的射线覆盖（阴影区为研究区域）

Ｆｉ．３　Ｒａｃｏｖｅｒｉｎｔｈｅｓｔｕｄａｒｅａ　ｇｙｇｙ　　　

（）ｓｈａｅａｒｅａｉｓａｓｔｕｄｏｎｅ

　　　　ｐｙ　

、、、期为３．可５ｓ６．５ｓ７．５ｓ１３ｓ的速度分布图上，以看到该范围内高低速异常交替出现；另外，研究、区东北部除４．东５ｓ５．５ｓ外均显示为高速区域，南部速度偏低和不连续，呈北东走向，所有这些速度分布图所表现出来的特征均与该区复杂的地质构造相吻合。

６　地壳横波速度等值线图

根据面波速度对介质内横波速度敏感的性’’质，对研究区进行１网格剖分后提取各网５５＊１

通过将首都圈已有的纵波速格的纯路径群速度，

度以泊松介质模型假设转换为横波速度结构为初始模型，并以线性规划方法进行频散曲线反演，调

图４　研究区网格编号Ｆｉ．４　Ｇｒｉｄｎｕｍｂｅｒｓｍａ　　ｇｐ

整横波速度模型，利用最小二乘方法反演出地壳各层的横波速度和厚度，图７和图８为反演后地壳各层的横波速度、底界深度等值线图，从这些图形上可以清晰地找出地壳各层横向上横波速度、底界深度的变化规律。

（）图７为地壳表层的横波速度等值线图，图ａ横波速度范围为１．中显示该层横波速度特点为：

／，其中在太行山隆起与张渤断裂带０５～２．３ｋｍｓ

，）交汇区附近（北纬３东经１９．３０°０°１５°１６°～４～１／，横波速度最高，速度达到２．高速异常走向３ｋｍｓ与太行山隆起走向一致；华北裂陷盆地次级坳陷部位（冀中坳陷、临清坳陷）速度最低（北纬３８°～，）；东经１走向呈北东向。３９°１４°１７°～１

４　检测板测试

本文用检测板的试验结果对划分尺度大小的合理性进行讨论，图５是周期５０ｓ时的检测板试验图，从检测板结果可以看到：在研究区的中间区域检测板试验结果很好，研究区的边界部分分辨率较低，这主要是由台站的分布及射线覆盖不够造成的。总体上来说，选取１的划分尺度５’５’＊１

是合理的

。

　第２期　　　　　　　　张　智等：

纵波速度模型约束的首都圈地壳横波速度结构成像１７９

图６　不同周期群速度分布

（）周期为３．；（）周期为４．；（）周期为５．；（）周期为６．；（）周期为７．；（）周期为１ａ５ｓｂ５ｓｃ５ｓｄ５ｓｅ５ｓｆ３ｓ

Ｆｉ．６　Ｇｒｏｕｖｅｌｏｃｉｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｉｏｄｓ　　　ｇｐｙｐ　　

（）；（）；（）；（）；（）；（）ａｂｃｄｅｆｅｒｉｏｄ＝３．５ｓｅｒｉｏｄ＝４．５ｓｅｒｉｏｄ＝５．５ｓｅｒｉｏｄ＝６．５ｓｅｒｉｏｄ＝７．５ｓｅｒｉｏｄ＝１３

ｓｐｐｐｐｐｐ

图７　地壳速度等值线图

（）））））表层；（基底；（上地壳；（中地壳；（下地壳ａｂｃｄｅ

Ｆｉ．７　Ｖｅｌｏｃｉｔｃｏｎｔｏｕｒｏｆｅａｃｈｃｒｕｓｔａｌｌａｅｒ　　　　ｇｙｙ　

（）；（）；（）；（）ｍ；（）ａｓｕｒｆａｃｅｌａｅｒｂｂａｓｅｌａｅｒｃｕｅｒｃｒｕｓｔｄｉｄｃｒｕｓｔｅｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ　　　　　ｙｙｐｐ

（）图７为基底横波速度等值线图，横波速度为２．ｂ／，并以西南向东北的方向逐渐降低；４５～３．４ｋｍｓ其中高速区域基本上位于太行隆起与华北裂陷盆地交汇一带，在北纬３东经１９．３０～４０．１５、１５～——渤海断裂带区域出现一个呈东南１１６张家口—

走向的低速异常；从图中可以看到沿着太行山隆，）北纬３东经１有起北东走向（９°０°１５°１６°～４～１一条明显的呈北东走向的高低速异常交替块体。

）上地壳横波速度显示于图７（中，在这一层ｃ／中，横波速度继续递增，在２．９５～３．８ｋｍｓ之间变化。太行隆山起以东的华北裂陷中的次级构造冀中坳陷，低速范围一分为二，横波速度均达到／，并且在其左右两边分别出现两个面积３．４５ｋｍｓ

不大的高速异常体。整个区域高低速交替出现，在多个次级坳陷内出现速度异常，分块特性非常明显。

相比上地壳横波速度而言，中地壳整体横波速度呈现弱梯度的特点，横向变化范围小，均在／其整体速度水平梯度约３．４～３．７５ｋｍｓ范围内，为２％；从图中可以看到低速异常分块明显，其中西南部的异常区域较大；对比上、中地壳两层位，中地壳横波速度较上地壳有减小的趋势，特别是在华北平原新生代裂谷系的中东部区域，横波速局部区域呈现负速度梯度。度的变化较明显，

下地壳内横波速度低速区出现有规律性的分

布特点，在唐山附近出现低速上行通道，沿着张家——渤海断陷带横波速度等值线密集，口—在延庆、怀来附近出现壳内低速体，尤其是中地壳西南部的低速区域出现在下地壳东南部，这种低速体由浅到深的突变特性表征了该断陷带内不同地质构造单元之间耦合接触关系有差异。

７　地壳各层底界面深度等值

线图

其中地　　地壳内各层底界深度剖面示于图８，

壳表层深度为０～４．华北断坳稍深，且具有２ｋｍ，向北东方向延伸的趋势；而燕山褶皱带浅并向东各单元构造内部存在程度不一的深度西向延伸；

差异，如次级坳陷处比较深并沿北东向展布；次级（））。隆起处深度要浅些（图８ａ

），基底深度图示于图８（该层厚度为０ｂ．５～华北裂陷盆地有较厚的底界，为新生代沉８．５ｋｍ，

燕山和太行山厚度较薄，为古老基岩出积岩底界；

露迹象；在同一构造单元内部厚度差别虽然不是太大；从图中可以看到在华北裂陷盆地区基底的厚度分布与坳陷内复杂的地表地质、地形密切相关。

），上地壳深度示于图８（该层厚度为９～ｃ从西北向东南方向逐渐变厚，在华北裂坳１８ｋｍ，

陷中的次级构造沧县隆起附近较厚，

且伴随着呈

图８　地壳各层底界面深度等值线图

（）地壳表层；（））））基底；（上地壳表层；（中地壳表层；（下地壳ａｂｃｄｅ

Ｆｉ．８　Ｂｏｔｔｏｍｂｏｕｎｄａｒｄｅｔｈｃｏｎｔｏｕｒｏｆｅａｃｈｃｒｕｓｔａｌｌａｅｒ　　　　　　ｇｙｐｙ　

（）；（）；（）；（）；（）ａｓｕｒｆａｃｅｌａｅｒｏｆｃｒｕｓｔｂｂａｓｅｌａｅｒｃｓｕｒｆａｃｅｌａｅｒｏｆｕｅｒｃｒｕｓｔｄｓｕｒｆａｃｅｌａｅｒｏｆｍｉｄｃｒｕｓｔｅｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ　　　　　　　　　　　　　ｙｙｙｐｐｙ

东南走向的一连串不连续的厚度变化异常圈；燕山及太行山隆起区因基岩广泛出露，在地壳厚度隆起区内部亦见部分图上直接表现为相对较薄，厚度分布的小异常。

（），中地壳深度如图８该层厚度横向变化范ｄ围为１在研究区中北部地壳厚度９．５～３１．５ｋｍ，

整体是从东南向西北方向逐渐变厚，呈变化较大，

现出与上地壳相反的变化趋势；可以看到在研究其中东北角块区北部东西两侧各有一较厚块体，

体在纵向上的变化较大，由上地壳９ｋｍ厚陡然增加到２增幅度达２８ｋｍ左右，０ｋｍ。

下地壳深度如图８（所示，该层厚度从ｅ）

总体变化趋势依然是由东南２８ｋｍ增厚到３９ｋｍ，

在华北盆地中南部下方，其向西北方向逐渐增厚，

下地壳厚度和埋深明显小于北部太行山及燕山区；张渤断裂带至唐山地震区附近地壳厚度横向沿着华北盆地边界两侧出现较明显的变化明显，

厚度差异，在华北坳陷中部的冀中坳陷与沧县隆起出现一明显的厚度变化异常。

８　几个代表性格子下方的横波

速度模型

　　图９所示是几个具有代表性格子下方的横波速度模型，笔者提取了不同块体内不同网格这些网格分别位于太行、燕山隆起下方的速度，

——渤海断周边区域、华北裂陷盆地以及张家口—裂带，这有助于了解不同块体间的Ｓ波速度分布规律。

９　反演解的评价

由于初始模型的选取、数据量大小和质量以反演解的精度和分辨率均受及反演方法的限制，

图９　模型拟合Ｆｉ．９　ｍｏｄｅｌｆｉｔｔｉｎ　ｇｇ

到一定程度的影响。为了评价反演方法的可行性，换句话说，怎么样来评价反演解的可靠性？为笔者利用反演出来的数据作出了解决这个问题，

），反演分辨核（图１从图中可以定量地得出横向０分辨率达到５纵向分辨率５相比前人２ｋｍ，５ｋｍ，的成果，分辨率得到了很大的提高，这进一步提高了反演结果的可信度

。

）首都圈地壳平均厚度在２３９～３９ｋｍ范围

内，具有从东南向西北逐渐变厚加深的特点，在华其下地壳厚度明显小于西北北盆地中南部下方，

其中在华北盆地南部地壳深部太行山及燕山区；

度较浅，厚约２最薄的部分在沧县隆起８～３２ｋｍ，一带，约２在首都圈北部山区张家口附近的９ｋｍ；张北地区地壳最厚达３９ｋｍ。

）地表及基底深至９４ｋｍ范围内其高速区伴

上地壳至中地壳约９随着地壳埋深较浅的特点，

０ｋｍ范围内地壳较厚区域其横波速度表现为～３

而下地壳速度与厚度关系较复杂，首高速区域内，

都圈西北部山区地壳横波速度较低但其地壳厚度较厚；分析这些特征可能与该区的构造运动有很大关系。

通过反演方法和初始模型的合理选取，改５）

善了首都圈地区的地壳三维Ｓ波速度结构的分辨率，极大地提高了该区地下结构研究的分辨率。参考文献：

图１０　构造反演分辨核

（）第１）第２ａ５号格子；（ｂ３号格子

［］曾融生．固体地球物理学导论［１Ｍ］．北京：科学出版

社，１９８４．

［］滕吉文，张中杰，白武明，等．岩石圈物理学［２Ｍ］．

北京：科学出版社，２００４．

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Ｆｉ．１０　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｋｅｒｎｅｌ　ｇ

（）；（）ａｔｈｅ１５ｔｈｒｉｄ－ｃｅｌｌｂｔｈｅ２３ｔｈｒｉｄ－ｃｅｌｌ　　　　ｇｇ

１０　结　语

通过对处理结果的上述分析，得到了下面一些初步的结论：

）首都圈地壳可分为地表、基底、上地壳、中１

地壳、下地壳五层，中地壳整体横波速度表现为弱梯度，局部出现负速度梯度，在下地壳横波速度均呈现不同程度的异常，进一步证实了中地壳低速层的存在这个事实。

）研究区横波速度结构存在较明显的横向不２均匀性，这是该地区复杂的地质构造特征在地球物理场中的响应；四大地质构造展现出不同的速——渤海断裂特别是在张家口—度结构变化特征，

带及华北盆地，次级地质构造复杂交错，形成了高速和低速异常块体交错结构。在上地壳层位１０沿张渤断裂带至唐山地震８ｋｍ深度范围内，～１

区出现一东南方向高速异常区，华北地区地震的历史上的破坏震源深度主要在５～２０ｋｍ范围内，性地震多数发生一带附近，表明横波速度变化对地震孕育及发生具有一定的联系。

　第２期　　　　　　　　张　智等：纵波速度模型约束的首都圈地壳横波速度结构成像

＿］生＿地球物理学报，ＩＰ波速度结构［Ｊ．１９９５，３８（）：５５９９～６０７．

［］孙若昧，赵燕来，吴丹．京津唐地区地壳结构与强１２

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［］Ｚ，Ｘ，１９ＪＺｈａｎＺｈａｎＪｏｓéＢａｄａｌ．Ｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｏｆ　　　　ｇｇｐ

１８３

ｔｈｅｃｒｕｓｔｂｅｎｅａｔｈｓｏｕｔｈｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍａｎ　　　　　　　［］ｅｏｈｓｉｃａｌｈｓｉｉｎｔｅｒａｔｅｄｄａｔａｓｅｔＪ．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　　　　－ｇｐｙｐｙｇ，２：１／ｃａｌｅｓｅａｒｃｈ００８，１１３：２５．ｄｏｉ０．１０２９　Ｒ２００６ＪＢ００４５０３．

［］张金清，梁青，陈超．软弱夹层瑞雷面波频散曲线２０

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［］Ｍ　，，Ｖ２２ＣｈｏｕｒａＪＢａｄａｌＣｏｒｃｈｅｔｅ．Ａｓｕｒｖｅｏｆｔｈｅ　　　　ｙ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｎｅａｔｈｔｈｅＡｌｂｏｒａｎＳｅａｕｓｉｎＲｓｈａｌｌｏｗ　　　　　　ｇｇ　［］，－ｗａｖｅｓａｎｄ３ＤｉｍａｉｎＪ．Ｔｅｃｔｏｎｏｈｓｉｃｓ２００１，　　ｇｇｐｙ（）：３３５１９２５５～２７３．

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櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅殯

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科学论文引言的写法

）突出重点。在回顾前人所作的研究工作时，不宜面面俱到，应找具有代表性的、与本研究关１

系最密切的资料来阐述，避免写成文献综述。）注意深度。在论述本人所作研究时，一些普及的、为公众所熟知的原理和知识，不必一一赘２

述。如教科书中早已有的公式，众所周知的基础理论等等。

）“、“审慎评价。在介绍自己的研究成果时，切忌拔高或降低。比如一些词汇：国内首创”从未３

、“、“、“、见报道”国际水平”国内领先”填补空白”等，都属拔高的评价；而诸如“不足之处敬请原谅”实报道自己的成果就行了，质量高低读者自会评价。

“、“限于时间和水平”请读者批评指正”等语言，则属大可不必客气的俗语，均应避免使用。只要如

）不列图表。因为前言只是简要地阐述论文的研究情况，故一些详细的研究数据和资料如图、４

表、公式、照片等不宜列入。

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