郯庐断裂带中-南段及邻区三维S波速度结构及其构造意义

《Journal of Asian Earth Sciences: X》：Three-dimensional shear wave velocity structure of the central-southern segment of the Tanlu fault zone and adjacent areas in eastern China and its tectonic implications

　　

中国东部郯庐断裂带（Tanlu Fault Zone，TLFZ）中-南段及邻区的三维剪切波（S-wave）速度结构及其构造意义

三维剪切波速度模型揭示了郯庐断裂带中-南段的显著分段性；嘉山（Jiashan）以北的岩石圈尺度断裂活动与高的历史地震活动性相关；嘉山以南的高速体增强了地壳刚性，并导致地震活动相对平静。

### 论文解读

郯庐断裂带（Tanlu Fault Zone，TLFZ）是东亚规模最大、延伸最深的板内走滑断裂系统，构成了华北块体（North China Block，NCB）与华南块体（South China Block，SCB）之间的主要构造边界。其深部结构具有显著分段性，然而以往研究多采用单一方法：接收函数对绝对速度不敏感，面波成像受限于浅层穿透深度，导致南段深部是否存在低速异常、断裂带深部三维速度结构如何分段等问题仍存在争议。为统一刻画中—南段断裂带的速度框架，研究人员利用2019—2023年沿郯庐断裂带中-南段及邻区布设的145个宽频带地震台站数据，采用接收函数三维公共转换点（common conversion point，CCP）叠加与背景噪声面波频散联合反演，构建了高分辨率三维剪切波（S-wave）速度模型。该模型清晰揭示了莫霍面起伏、下地壳及上地幔速度不均一性，并显示了断裂带沿走向的分段特征：嘉山（Jiashan）以北断裂具有岩石圈尺度深穿透性，对应高历史地震活动性；嘉山以南发育跨断裂高速体，增强深部刚性并导致地震活动平静。这一结果为理解中国东部板内变形及地震危险性评估提供了可靠的地球物理约束。

研究人员采用的主要技术方法包括：（1）接收函数计算与CCP叠加：从145个台站记录的1110次远震事件（震级≥5.5，震中距30°–95°）中提取34343个高质量接收函数，利用动态网格（0.2°–0.5°）叠加获得莫霍面深度分布；（2）背景噪声面波频散提取：对连续波形进行互相关叠加，提取约5100条6–45 s的Rayleigh波相速度频散曲线，并经面波层析成像内插得到局部频散曲线；（3）联合反演：采用接收函数与面波频散联合反演方法，得到每个网格点的一维S波速度剖面，最终插值形成三维速度模型。数据来源于2019—2023年研究区布设的固定宽频带台站。

研究结果显示，CCP叠加获得的莫霍面深度与地表地质单元密切相关：造山带下方莫霍面较深（如大别造山带约40 km），沉积盆地下方较浅；沿断裂带方向莫霍面起伏呈现明显分段。不同深度的水平速度剖面表明，上地壳盆地低速与隆起高速对应良好，中下地壳出现大规模低速异常（Lv1）和高速异常（Hv2），且高速体可在嘉山–庐江段跨断裂延伸。以下按原文小标题概括分段深部特征：

**5.1 中央段（嘉山–莒县段）深部结构特征**：通过三维速度模型和垂直剖面分析，研究人员发现该段断裂两侧从地表延伸至约50 km深度均存在鲜明的速度对比，形成高梯度带，表明中央段是一条成熟的岩石圈尺度断裂带，可能作为剪切弱化通道，有利于应力积累，这与该段发生多次M>7历史强震（包括1668年郯城M8.5地震）密切相关。

**5.2 庐江以南沿断裂带的构造特征**：该段西侧为大别造山带（Dabie Orogenic Belt，DBOB），东侧为江南造山带（Jiangnan Orogenic Belt，JNOB），两侧造山带均保留厚壳根。速度结构显示断裂带本身呈现上地壳低速、下地壳相对高速的狭窄异常带，与相邻造山带形成明显对比，推测可能与断裂破碎、流体活动和镁铁质底侵有关。

**5.3 嘉山–庐江段构造特征**：该段莫霍面起伏平缓，跨断裂发育显著高速体（Hv2），该高速体在约30–40 km深度横跨断裂，与多个独立接收函数和P波层析成像结果一致，表明其真实存在。该特征可能反映了华南块体物质深俯冲或地幔上涌作用的叠加，显示断裂深部结构被后期深部过程改造。

**5.4 断裂带地震活动性分段及其成因**：研究人员将历史（M≥5）和现代（M≥3.0，1970年以来）地震目录叠加在10 km深度速度图上，发现地震活动性与深部速度结构高度相关：嘉山以北地震密集，对应断裂两侧持续存在的速度对比；嘉山以南地震平静，对应30–40 km深度的高速体增强深部刚性、抑制应力集中。这直接表明深部速度结构控制着断裂带的地震孕育环境。

讨论部分进一步将上述深部特征与郯庐断裂带多阶段演化联系起来：印支期华北块体与华南块体陆陆碰撞形成断裂雏形，燕山期太平洋板块俯冲方式转变导致大规模左行走滑，随后转为伸展和岩浆上涌，喜马拉雅期构造挤压使下地壳物质调整，形成横跨断裂的高速体。这些过程共同造成了断裂带的分段性。

研究结论可翻译为：本研究通过CCP接收函数与背景噪声面波频散的联合反演，构建了中-南段郯庐断裂带稳健的三维剪切波速度模型。模型明确揭示了沿断裂带的显著结构分段性：中央段（嘉山以北）的深穿透跨断裂速度对比支持岩石圈尺度断裂的存在，有利于应力积累和高地震活动性；南段则发育跨断裂高速异常，增强深部连续性并抑制地震活动。这些速度不均一性反映了多阶段构造演化历史，并显示出深部速度结构与地表构造和地震活动之间的联系，为沿这一亚洲重要走滑断裂的地震危险性评估提供了可靠的地球物理证据。