中国地震科学实验场-高精度Moho界面模型

2021-12-02
地球所

一、模型研究的目的、必要性和需求分析

  目的:建立川滇地区Moho面模型,为构建川滇地区地球动力学模型提供参考。

  必要性:Moho面的起伏与地壳结构和地球深部动力学过程密切相关。一个精确的Moho面模型能够更好地服务于地震科学研究,如地震射线的传播、地球动力学建模、大地水准面和类大地水准面的确定。

  需求分析:目前获取Moho面深度的地球物理方法主要有人工测深剖面、重力反演和接收函数。人工测深剖面结果在剖面附近精度较高,但在剖面未覆盖的区域内,插值得到的结果精度有限。重力反演具有多解性,且结果分辨率较低。接收函数方法是目前获取地壳厚度最常用的方法,但现有的研究成果都存在分辨率低、初始速度区域平均等局限性。一个分辨率高、被广泛认可的Moho面模型可以更好地为其他地球物理学研究提供可靠的参考。

        二、模型预期指标和技术路线

  预期指标:建立川滇地区高精度Moho界面模型。

  技术路线:以川滇地区的公共速度模型SWChinaCVM-1.0 (https://github.com/liuyingustc/SWChinaCVM)为基础,通过H-κ叠加获得川滇地区地壳厚度,从而构建高精度Moho界面模型(SWChinaCVM-MOHO-1.0),并与前人的研究成果进行对比验证。

三、模型数据来源和质量分析

  初始速度模型来源:SWChinaCVM-1.0中的Vs模型。

  主要台站数据来源:

  (1)中国地震科学台阵探测-南北地震带南段台阵数据;

  (2)川西地区、小江地震带、安宁河则木河区域、巧家地区、芦山震区先后布设的台阵数据;

  (3)固定台站数据。  

中国地震科学实验场-高精度Moho界面模型

图1台站分布图

四、研制关键技术方法

  我们选择SWChinaCVM-1.0中的Vs模型作为H-κ叠加的初始速度模型。SWChinaCVM-1.0同时提供了Vp和Vs两类速度模型。但在构建SWChinaCVM-1.0时,初始模型为S波速度模型,且同时使用瑞利波频散数据和S波走时数据来约束Vs模型;而Vp模型几乎只受到P波走时数据的约束,且P波走时数据在下地壳底部和上地幔的约束较差,相应的整个地区的地壳平均波速比趋于区域平均值,Vp模型参与Moho面模型计算会导致结果误差较大,因此此次我们基于Vs模型进行第一版Moho面模型的计算。

  在进行H-κ叠加时,每个台站下方的一维速度模型采用的是SWChinaCVM-1.0上距离最近的格点的速度,且每个H对应一个平均Vs。为计算不同深度范围内的平均Vs,首先对一维速度剖面以0.1 km为间隔进行样条插值,得到各深度的Vs值,然后对各深度范围内的Vs进行平均计算(图2)。

中国地震科学实验场-高精度Moho界面模型

图2以(28.5°N,104.5°E)为例,(a)为SWChinaCVM-1.0的一维速度剖面,(b)为该模型的一维平均速度剖面。红线为S波速度,蓝线为P波速度。

  在后续发布精度更高的速度模型后,我们将使用H-κ叠加或CCP叠加方法来更新Moho面模型。

  五、完成情况与成果

  (1)获得了川滇地区Moho面模型,并给出了Moho面深度分布图(图3)。

中国地震科学实验场-高精度Moho界面模型

  图3Moho面厚度分布图

  (2)发表文章成果:Liyi Chen, Weilai Wang and Long Zhang. Crustal thickness in Southeast Tibet based on the SWChinaCVM-1.0 model[J]. Earthquake Science. doi: 10.29382/eqs-2021-0010.

  六、验证(测试)与精度评价

  Wang et al.(2017)的研究结果与人工测深剖面的结果的相关系数为0.92。我们将基于Vs模型(来自SWChinaCVM-1.0)进行H-κ叠加后的结果与Wang et al. (2017)的结果进行比较,结果显示,92%的台站的地壳厚度差异在5km以内(图4a),97%的台站波速比差异在0.05以内(图4b)。

中国地震科学实验场-高精度Moho界面模型

  图4(a)为地壳厚度差异分布图;(b)为波速比差异分布图

  七、模型使用说明

  数据名为SWChinaCVM-MOHO-1.0.txt,文件采用文本字段存储方式,格式为:

  台站名 纬度 经度 Moho面深度 不确定度