探测地球内部结构一直是地球科学研究的热点，对资源勘探、地质灾害成因的探究及防治、地下空间的利用等多方面问题都具有重要的意义。

　　但是地球内部是很难进入的，所以科学家要采取一些地球物理手段，地震学成像方法是最常见的手段之一。随着全球范围密集地震台网的布设，以及频发的中强地震，大尺度结构比如岩石圈，已经被刻画的越来越清楚。

　　而近年来广泛开展的超密集台阵，则使获得局部浅层的精细结构成为可能，如浅层沉积盆地及断裂带结构。

　　特别是断裂带的结构，对于理解地震破裂过程及地震灾害评估至关重要。

　　研究断裂带结构的一个难处在于，如何有效约束断层破碎带的深度。

　　针对这个问题，香港中文大学深圳研究院的姜小欢博士提出一个新方法，利用密集台阵记录获取的接收函数，可以有效约束断裂带以及其他浅层界面的深度。

　　图1.台站及研究区断裂带分布图。

　　研究区域选在了云南西部的大理，在宾川盆地内部有一贯穿南北的程海断裂带，周边地震活跃。程海断裂带属于青藏高原东南缘大理-丽江地区滇西北裂陷带的东部边界断裂，其中包含了多组走向不同、活动性质各异的次级断层，属于典型的复合型断裂带。

　　香港中文大学杨宏峰教授团队跨越程海断裂带，布设了一条8公里长的超密地震台阵（图1），平均台站间距仅50米，并利用背景噪音层析成像方法得到了S波速度结构。很明显，台阵下方程海断裂低速带延展深度为1.5km，但是由于分辨率在深度上的限制，这个深度的约束有一定的偏差。

　　图2. 6个事件的叠加后的接收函数

　　为了更准确地获得低速带的深度，我们发展了一种基于密集地震台阵的远震接收函数到时反演方法。主要包含两个步骤：（1）转换波到时拾取：从单个事件的接收函数波形中拾取目标震相是非常困难的，因此我们将所有事件的接收函数波形进行叠加以减弱噪音的影响（图2）。

　　（2）接收函数到时反演：接收函数中的转换波到时作为输入数据，以层析成像得到的S波速度模型（图3a）作为初始模型，应用到时迭代反演方法，同时得到低速带的深度和Vp/Vs值，再进一步获得对应的P波速度模型（图3b）。

　　图3. (a) Vs模型（改自Yang et al. (2020)）;(b) Vp模型（此次研究结果）。

　　反演结果显示，台阵下方的程海断裂带低速带平均深度为1.1公里，比层析成像结果浅。为了验证结果的可靠性，根据反演模型计算得到的远震理论初至P波及S波到时，与实测数据中的到时具有很好的一致性（图4）。

　　图4. P波和S波到时对比分析图。

　　此外，与传统的单台站H-κ方法结果（图5蓝色圆点）比较，反演结果也具有更好的稳定性及连续性。

　　图5.与H-κ叠加对比结果。

　　随着全球密集地震台阵的发展，基于密集台阵的新算法研发将成为趋势，本次提出的算法是一个非常有效的研究浅层结构的工具，未来可用于研究断裂带及沉积盆地结构。

　　此项研究由国家重点研发项目[2018YFC1503400]，中国地震科学实验场项目[2019CSES0107]，和香港研究资助局项目[14305617]资助。

　　论文第一作者为姜小欢博士，目前入职武汉轻工大学土建学院，主要研究方向为密集台阵远震成像方法及地壳结构研究。

　　参考文章：

　　Xiaohuan Jiang,Shaoqian Hu, Hongfeng Yang. Depth extent and Vp/Vs of the Chenghai fault zone, Yunnan, China constrained from dense-array-based teleseismic receiver functions recorded.Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021,126, e2021JB022190, doi: 10.1029/2021JB022190.

　　Hongfeng Yang, Yaohui Duan, Junhao Song,Xiaohuan Jiang, Xiaofeng Tian, Wei Yang, Weitao, and Jun Yang. Fine structure of the Chenghai Fault Zone, Yunnan, China, constrained from teleseismic travel time and ambient noise tomography.Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125, e2020JB019565. doi: 10.1029/2020JB019565.