基于短周期地震阵列的映秀-北川断层带的结构特征与分段特性研究

《Tectonophysics》：Structural and segmentation characteristics of the Yingxiu-Beichuan fault zone from short-period seismic arrays

浅层结构揭示|汶川地震|环境噪声层析成像|瑞利波衰减|断层损伤带|宽浅结构|分段特征|低速度区|岩石类型差异|Beichuan-Pingtong|Hongkou

　　这项研究聚焦于2008年汶川地震发生地——龙门山断裂带中的 Yingxiu-Beichuan 断裂带（YBFZ）。汶川地震是一次具有重大影响的地震事件，其震级达到7.9级，造成了长约240公里的地表破裂带。研究团队通过部署密集的短周期地震观测阵列，收集了大量地震数据，以揭示该断裂带在浅层区域的精细结构。

研究团队在2019年11月12日至2020年12月6日期间，在北川县部署了242个临时短周期地震仪，而在2020年10月22日至11月20日期间，在平通镇部署了85个地震仪。这些观测设备包括两种类型的三轴地震仪：采样率为100赫兹的EPS-3地震仪和采样率为1000赫兹的Smartsolo传感器。通过这些数据，研究者采用不同的地震学方法，包括环境噪声成像和瑞利波衰减成像，来分析YBFZ的浅层结构和分段特征。

研究结果表明，YBFZ在地表破裂区域下方存在一个低速带，其速度值约为2.5公里/秒，而在洪口地区则为1.7公里/秒。这一差异可能与岩石类型有关。此外，瑞利波衰减成像显示，北川地区的地震波衰减最强，衰减深度可达4.5公里，其衰减系数约为20。这种强烈的衰减可能与龙门山地震的北向传播路径中遇到的“雷古弯”作为障碍有关。

通过分析局部地震数据，研究团队还发现了断裂带内的“断裂带捕获波”（FZTWs），这些波具有相对较大的振幅和较低的频率，来源于高波速围岩与低波速断裂带界面的多次反射和相干叠加。FZTWs的分析显示，洪口地区的断裂带损伤区宽度约为150至160米，而北川和平通地区的损伤区宽度约为200米。这些结果与等震线图的显示相一致，即断裂带的宽度从南向北逐渐增加。

此外，研究还揭示了YBFZ在不同段落之间存在显著的结构变化。这些变化可能为进一步理解该断裂带的分段特征和灾害特性提供新的视角。研究团队认为，这些结构特征对评估地震破裂行为和地震灾害具有重要意义。

在数据收集方面，研究团队采用了一系列先进的观测技术，以确保数据的高质量和可靠性。北川地区的观测阵列包括一个覆盖约20公里×15公里的二维阵列和一个70公里长的线性子阵列。平通地区的观测阵列则覆盖了较小的区域，但同样采用了密集的布置方式。通过这些数据，研究者能够更精确地揭示YBFZ的浅层结构和分段特征。

研究团队还采用了三维剪切波速度结构的分析方法，以进一步细化对YBFZ的了解。通过检查棋盘分辨率测试，研究者评估了速度反演的分辨率。对于平通地区的数据，他们采用了一个0.02°×0.02°间距的棋盘模型，与剖面AA’平行。结果表明，研究数据能够分辨出与剖面AA’平行的约0.04°范围内的速度异常。对于北川地区的数据，他们采用了0.05°×0.05°间距的网格，进一步细化了对速度变化的分析。

研究团队还对YBFZ不同段落的速度变化进行了详细分析。根据现场地质调查和WFSD-1钻孔数据，洪口地区的YBFZ南部段落位于三叠纪地层中，而北部段落则位于侏罗纪地层中。这些地质特征可能与地震破裂行为和地震灾害的差异有关。

此外，研究团队还利用了环境噪声衰减成像技术，以揭示YBFZ的衰减结构。该技术通过分析密集线性地震阵列记录的噪声数据，能够更精确地捕捉地震波的衰减情况。研究结果显示，北川地区的地震波衰减最强，可能与该地区的地质结构有关。

研究团队认为，通过综合分析YBFZ的结构特征，可以更全面地理解该断裂带的分段特征和灾害特性。这些研究结果不仅有助于进一步揭示YBFZ的结构变化，也为地震学和地质学的研究提供了新的思路和方法。

研究团队还对数据的处理和分析方法进行了详细描述。他们采用了多种先进的地震学方法，包括环境噪声成像、瑞利波衰减成像和FZTW分析，以确保研究结果的准确性和可靠性。通过这些方法，研究团队能够更精确地揭示YBFZ的浅层结构和分段特征。

此外，研究团队还对研究方法的应用进行了说明。他们认为，环境噪声成像和瑞利波衰减成像技术在浅层结构研究中具有重要作用，能够提供高分辨率和低成本的解决方案。而FZTW分析技术则能够更直接地反映断裂带的几何结构和物理特性，为研究断裂带的内部结构提供了重要的依据。

研究团队还对研究结果的科学意义进行了阐述。他们认为，这些结果不仅有助于进一步理解YBFZ的结构变化，也为地震学和地质学的研究提供了新的视角和方法。此外，这些研究结果还可能对地震灾害的评估和预测具有重要意义。

最后，研究团队对研究的资助和支持进行了说明。他们感谢了编辑和匿名审稿人的建议和评论，并指出该研究得到了国家自然科学基金（NSFC）的资助，项目编号为U1939203。此外，该研究还得到了“DeepTime Digital Earth”科学与技术领军人才团队基金的支持，项目编号为2652023001。数据的处理还得到了高性能计算资源的支持。

总之，这项研究通过多种先进的地震学方法，对YBFZ的浅层结构和分段特征进行了详细分析，揭示了该断裂带在不同段落之间的结构变化。这些变化可能与地震破裂行为和地震灾害的差异有关，为进一步理解YBFZ的分段特征和灾害特性提供了新的视角和方法。研究团队认为，这些结果不仅有助于地震学和地质学的研究，也为地震灾害的评估和预测提供了重要的依据。