大量研究表明在地球的不同深度范围内都存在各向异性，是地球内部普遍存在的一个物理现象(Crampin，1978).自20世纪70—80年代Crampin发现横波分裂现象以来，地震各向异性研究已成为理论地震学、勘探地震学、地球动力学研究以及地震灾害预测中的热点.一般来说，利用不同类型的地震体波或面波资料可以获得地球内部不同深度范围的各向异性特征.对于地震体波，由于其相对陡峭的入射角，它反映的是介质的平均效应，具有较高的横向分辨率，因此不少学者利用地震体波来研究地壳上地幔各向异性特征(Shi et al.，2012; Gao et al.，2011; 张辉等，2012；高原和吴晶，2008).对于面波，由于其传播路径的特殊性，反演得到的方位各向异性具有比较高的纵向分辨率(Debayle et al.，2005)，不同周期的面波可以感应不同深度的速度结构与方位各向异性(Simons et al.，2002)，从而为剪切波分裂在垂向上提供了一定的约束条件，也为研究地壳上地幔各向异性提供了重要手段(Huang et al.，2004).

本文的研究地区云南地处青藏高原东南缘(图 1)，是特提斯—喜马拉雅构造域东南段构造线明显转折的部位.由于自晚元古代以来古大洋向其北部和东部地台的长期积压和俯冲，以及各时期主应力方向的不断变化，形成了多样的构造格局，地震活动十分频繁，是研究现今构造运动大陆强震孕育背景和预测未来强震危险区的重要场所(Flesch et al.，2005; Yin and Harrison，2000).一直以来，在云南地区开展的地质调查(Wang et al.，2001；钱晓东等，2011)、人工地震探测(张智等，2006；王椿镛等，2002)、接收函数(Sun et al.，2012；徐强等，2009)、地震层析成像(王琼和高原，2014；韦伟等，2010；马宏生等，2008；张智等，2008；王椿镛等，2008)以及地震各向异性(Shi et al.，2012；易桂喜等，2010；石玉涛等，2008)等研究不仅将青藏高原东南缘壳幔结构研究推向新的层面，而且也为青藏高原东南缘深部构造及动力学研究奠定了基础.详细研究该区域的深部结构以及介质物性参数等对于研究青藏高原隆升的地球动力学机制有着非常重要的意义.

图 1

Fig. 1

图 1 青藏高原东南缘构造背景和台站分布图 F1怒江断裂;F2澜沧江断裂;F3红河断裂;F4中甸断裂;F5丽江-宁蒗断裂;F6程海断裂;F7楚雄-通海断裂;F8易门断裂; F9无量山断裂;F10南汀河断裂;F11龙陵断裂;F12普渡河断裂;F13小江断裂;F14:弥勒-师宗断;F15:腾冲断裂. Fig. 1 1 Major tectonic setting and location of seismic stations in southeastern Tibetan PlateauF1, Nujiang Fault; F2, Lancangjiang Fault; F3, Honghe Fault; F4, Zhongdian Fault; F5, Lijiang-Ninglang Fault; F6, Chenghai Fault; F7, Chuxiong-Tonghai Fault; F8, Yimen Fault; F9, Wuliangshan Fault; F10, Nantinghe Fault; F11, Longling Fault; F12, Puduhe Fault; F13, Xiaojiang Fault; F14, Mile-Shizong Fault; F15, Tengchong Fault．

本文利用云南地区宽频带数字地震台网的背景噪声数据，将研究区划分为0.5°×0.5°的网格，反演云南地区5~34 s周期方位各向异性分布，并结合已有地质与地球物理研究成果，分析青藏高原东南缘地区地壳介质形变特征，探讨壳幔介质各向异性关系及其变形机制.

研究收集了云南省区域台网55个宽频带地震台站在2009.01—2011.10 期间2年零10个月的连续地震噪声记录.由于需要从台站记录的背景噪声中提取瑞利波格林函数，因此只使用瑞利波能量较强的垂直分量的地震记录.

本文数据处理流程主要包括：单台数据预处理、数据互相关和叠加、提取瑞利波相速度频散曲线、相速度层析成像和方位各向异性反演.该处理过程是根据Yao等(2006)发展起来的利用背景噪声提取瑞利波相速度的方法，通过上述流程，在5~34 s周期内，共获得3072条瑞利波相速度频散曲线.图 2为单个台站对相速度频散曲线提取示意图；图 3分别给出了10 s和34 s周期的射线路径图，可以看出，射线较好地覆盖了云南地区，有效保证了后续反演结果的准确性.

图 2

Fig. 2

图 2 台站对GEJ-MaS(个旧台与芒市台)相速度频散曲线测量示意图Fig. 2 Example of inter-station (GEJ-MaS) Rayleigh wave phase velocity dispersion curve

图 3

Fig. 3

图 3 10 s和34 s周期的射线路径分布图Fig. 3 Path coverage at the period of 10 s and 34 s

在弱各向异性介质中，反演区域中任一点M的Rayleigh面波相速度c(ω，M，ψ)与面波方位角ψ之间的关系为(Smith and Dahlen，1973)

其中c₀(ω)为参考模型的各向同性相速度，a₀和a_i(i=1，2)分别为各向同性相速度和方位各向异性系数.通过反演(1)式中的a₀、a₁、a₂即可求方位各向异性强度Λ与快波方向.

反演方法采用Tarantola提出的非线性反演方法(Tarantola and Nercessian，1984；Tarantola and Valette，1982)，最后得到了5~34 s周期方位各向异性分布.反演结果主要受以下三个参数控制：相速度标准偏差σ_d，模型参数的先验偏差σ_p和相关长度L，其中，σ_p控制模型的异常幅度，L控制模型的横向光滑度(易桂喜等，2010).σ_d由各个周期对应的各向同性相速度测量标准差确定，一般相速度的测量误差在1%~2%.在文中，将σ_d取为相速度值的2%.对于σ_p和L的选取则具有一定的主观因素，本文的选取是进行一系列测试的结果.对于a₀，σ_p取各周期所有观测相速度的2倍标准差；对于a₁和a₂，σ_p取对应周期平均相速度的1.5%；模型的相关长度L_iso设为c₀T/2，T为相速度的周期.对于短周期数据(<10 s)，如果L过小，有可能导致虚假异常.为此，令L=max(30 km，c₀T/2)，以避免出现奇异点.在各向异性中，各个周期L设置为2L_iso.

为了验证反演结果的准确性，利用检测板对反演的分辨率和可靠性作了试验，图 4给出了1°×1°检测板测试的反演结果.输入模型包含强度不变(4%)方向交替为+/-45°的各向异性，按照实际反演所用的路径，用同样方法进行反演.检测结果表明，地震射线路径分布直接影响检测板的恢复结果，在射线密度高的地方得到比较好的恢复.只要保证射线路径分布合理，目前所使用的反演方法能够得到比较可靠而且稳定的结果.而对于研究区边缘，由于射线路径比较少，并未能得到较好的恢复.因此，考虑到射线覆盖范围的可靠性，本文仅对青藏高原东南缘的云南地区进行讨论.

图 4

Fig. 4

图 4 检测板测试结果Fig. 4 Checkerboard recovery of azimuthal anisotropy

为了便于对比分析，本文以相对于各周期平均相速度值的各向同性相速度横向变化率为背景，给出了对应周期的方位各向异性分布图像(图 5).其中，短紫线的长度表示方位各向异性的强度，其延伸方向代表Rayleigh面波快波优势方向.可以看出，青藏高原东南缘地区不仅相速度结构存在明显的横向不均匀性，方向各向异性也有显著差异.现将反演的方位各向异性图像分为3个周期区间分别进行讨论.

图 5

Fig. 5

图 5 不同周期的方位各向异性分布图像 底图为相对于平均相速度值的各向同性相速度横向变化率，紫色短线条表示各向异性强度与快波优势方向. Fig. 5 Azimuthal anisotropy maps at each periodThe basemap is variation of isotropic phase velocity; the short purple line indicate the magnitude and fast wave direction of azimuthal anisotropy.

短周期(5~12 s)图像从整体看反映了上地壳各向异性变化特征，各向异性结果与区域断裂走向有很好的一致性.近场剪切波分裂研究也发现，快波偏振方向与走滑断裂的走向或构造有很强的关联性(Gao et al.，2011).在滇缅泰块体北部，各向异性主要受怒江断裂和澜沧江断裂的影响，快波偏振近似NS方向，各向异性强度在1%~2%之间；南部主要受龙陵断裂、南汀河断裂等NE-SW向断裂的影响，快波优势方向也呈NE-SW向，其强度在2%左右；由图可以清楚的看到，相速度高速异常区各向异性强度比低速异常区强度要大.印支块体内部，快波方向主要受红河断裂和澜沧江断裂的影响，并且随着断裂走向的变化而变化，各向异性强度在2%~3%左右.滇中块体内部各向异性方向比较散乱，T=5 s和T=8 s周期显示，在丽江—剑川断裂和程海断裂附近，快波优势方向呈EW向和NEE向，而到T=12 s处，方向变为NNE方向.主要因为此处位于两个局部断裂的交会部位，而断裂交界以及断裂的拐点处正是应力比较多变的地方(李群芳，1992).同时T=12 s时方向又变回NNE也暗示了局部断裂可能的深度范围.这与石玉涛等(2006)在鹤庆台的结论有很好的一致性.以易门断裂为界，东部呈NNW方向，西部呈NNE方向，也是由区域内断裂走向的不一致性造成.在滇东块体内各向异性快波方向为NNW和NW方向.同样，在高速异常区各向异性强度要大于低速异常区的.

周期16~26 s反映了中下地壳介质的结构特征，该范围中快波优势方向与上地壳基本相同，在滇缅泰块体北部，快波方向呈近NS向和NNW向，在南部呈NE-SW向，说明此范围内各向异性仍受区域断裂的影响.在印支块体内，快波优势方向仍为NW-SE向.滇中块体中易门断裂和普渡河断裂附近，各向异性方向从NS向WN方向旋转；易门断裂以西呈NW向.一方面反映了青藏高原物质东流，一方面又说明了川滇块体受到青藏块体的南东向挤压.滇东块体最北端盐津台(YAJ)和昭通台(ZAT)周围，各向异性快波方向为NW-SE方向，与上地壳的不同，而是与区域主压应力方向相同；其南端快波方向逐渐旋转至EW向.在整个深度范围内，各向异性强度在1%~2%之间，变化不是很大，且比上地壳的小，说明中下地壳相对较弱的各向异性特征.

周期30~34 s分辨深度相当于30~60 km范围，主要反映下地壳至上地幔顶部介质结构，但仍然受到莫霍面深度的影响.对于该范围的各向异性，滇缅泰块体和印支块体，快波优势方向为NS和NNW向；而在滇中块体内部，各向异性快波方向呈顺时针旋转变化.黄金莉等(2003)利用Pn波获得的速度结构也显示滇西区各向异性快波方向的旋转，支持青藏高原物质向东缘逃逸的观点.

鲁来玉等(2014)(以下简称鲁文)利用2011年至2012年连续波形数据研究了云南地区面波群速度和方位各向异性分布，与本文研究结果存在差异.其主要原因可能有三个：(1)数据记录质量.鲁文使用的是流动地震台阵一年记录的数据，本文使用的是记录了更长时间的区域固定台网台站的数据，考虑到台基和台站周围的环境噪声，本文使用的观测数据质量更高.(2)台站覆盖.鲁文使用的流动台阵覆盖范围更大，台间距更密.(3)在数据分析中，分析人员的经验不同，对于数据中干扰因素的排除也可能会有差异.此外，已有相关研究认为(Bensen et al.，2007；曾融生和宋子安，1963)，在研究地壳结构变化时相速度方法比群速度方法更为精确.由这两种速度得到的方位各向异性对地壳的敏感度也不同，这也可能对结果有一定的影响.

由Rayleigh面波相速度反演得到的各个周期方位各向异性，对应的是某一深度范围内介质的各向异性特征.利用近震或地方震剪切波震相的剪切波分裂研究地壳各向异性效应方面，由于受震源深度及剪切波窗的限制，体现的往往是上地壳深度范围的介质各向异性特征.由Moho面Pms转换波分裂参数所体现的是从Moho面到地表整个地壳介质的各向异性效应.而利用远震XKS数据得到的剪切波分裂反映的主要是上地幔各向异性特征.本文结合石玉涛等(2012，2006)在云南地区得到的近震剪切波分裂参数，孙长青等(2011)得到的Pms转换波分裂参数和石玉涛等(2012)得到的远震XKS分裂参数，对青藏东南缘地区的壳幔各向异性进行综合分析.

滇东块体位于小江断裂以东，属于华南构造区，相对于变形强烈的青藏高原构造活动区而言，滇东板块的地震活动较小，频率比较低.初步研究表明，青藏高原东南边缘侧向滑移变形，并没有在滇东块体上留下明显的记录，但受小江断裂带强烈走滑活动的影响，滇东块体新生代以来具有一定的逆时针扭转变形.由图 6a—6c收集得到5个台站的近震剪切波资料，8个台站的Pms分裂参数资料和7个台站的XKS分裂参数资料.通过对比发现：在5~12 s周期内(图 6a)，Rayleigh面波快波方向与近震快剪切波偏振方向有着比较好的一致性，北端处昭通台(ZAT)附近的近震剪切波偏振方向为NW向，而Rayleigh面波快波方向为NE向，与Pms转换波偏振方向相同，显示NE向Rayleigh面波快波方向主要受浅层构造的影响，而与Pms一致只是一种巧合.在16~26 s周期内(图 6b)，Rayleigh面波快波方向在滇东地块北部与Pms转换波方向相同，在南部有一定的差异，但与近震快剪切波偏振方向不一致.周期30~34 s处(图 6c)，Rayleigh波快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向有着很好的一致性，这暗示了在这此范围内，各向异性开始受地幔介质的影响.

图 6

Fig. 6

图 6 青藏高原东南缘各向异性特征综合比较 图中红色短线表示SAM分析法得到的近震剪切波分裂，反映了中上地壳的各向异性；绿色短线表示Pms转换波各向异性；蓝色短线表示XKS分裂；图(a)—(c)给出了Rayleigh面波方位各向异性与近震剪切波分裂、Pms和XKS分裂的比较. (a) 黑色短线表示5 s、8 s、12 s周期的方位各向异性； (b) 黑色短线表示16 s、20 s、26 s周期的方位各向异性； (c) 黑色短线表示30 s、34 s周期的方位各向异性； (d)青藏高原东南缘8 s、20 s、34 s周期各向异性对比图. Fig. 6 Comparison of anisotropy in the southeastern Tibetan PlateauThe red line indicates S wave polarization obtained from SAM analysis, which reflects characteristic of anisotropy in the upper and middle crust, the green line indicates anisotropy from Pms and blue line shows XKS shear wave splitting; Figure a—c are comparison among Rayleigh wave anisotropy, S wave splitting, Pms splitting and XKS splitting. (a) Black line shows anisotropy at period of 5 s, 8 s and 12 s; (b) Black line shows anisotropy at period of 16 s, 20 s and 26 s; (c) Black line shows anisotropy at period of 30 s and 34 s; (d) Comparison of azimuthal anisotropy at 8 s, 20 s and 34 s.

图 6d给出了8 s、20 s、34 s周期的Rayleigh面波相速度快波方位各向异性，可以看到，在滇东块体内部，不同周期的快波优势方向有一定夹角，尤其是34 s周期与前两个周期之间，这说明在该地区壳幔各向异性的形成机制是不同的.

滇中块体是由红河断裂、小江断裂带、丽江—小金河断裂围成的三角区域.块体构造带主要以南北向构造为主，包括楚雄—程海断裂，易门断裂等，该断块属于非常活动的川滇菱形断块次级块体.在此区域中5~12 s周期(图 6a)和16~26 s周期(图 6b)Rayleigh面波相速度快波方向与孙长青等利用Pms转换波得到的快波偏振方向基本一致，呈近NS向和NNE向，主要反映了地壳各向异性特征.在30~34 s周期范围内(图 6c)，滇中块体南北两部分各向异性方向发生变化，在北部，快波方向呈NS向，与地壳快波方向相同，而在南部，方向发生旋转，呈NE向，由XKS分裂和本文面波反演都得到了一致的结果.现今GPS观测结果也揭示了川滇菱形块体存在着绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转的特性，并认为造成这种运动方式的深部驱动机制可能是中、下地壳软弱层物质的流动(张培震等，2002).在易门、大姚附近得到的结果比较分散，可能与局部构造有关，该区域NS向和NW向断裂交汇，具有比其他地区更复杂的地质结构.图 6d也可以明显看出不同周期各向异性变化.

印支块体西以澜沧江断裂为界，东以红河断裂为界，目前趋于稳定.该块体内5~12 s(图 6a)和16~26 s周期(图 6b)Rayleigh面波相速度的快波优势方向与近震剪切波分裂结果和Pms转换波分裂结果相同，主要反映地壳各向异性特征.对于30~34 s周期，可以看到，30 s和34 s(图 6c)的Rayleigh面波快波方向仍然与地壳各向异性特征一致，而在34 s周期时各向异性优势方向发生偏转(图 6d)，呈NW方向，与XKS剪切波分裂结果相同.

滇缅泰块体在澜沧江断裂西侧，受印度板块和亚欧板块缝合的影响，这里深大断裂发育，构造十分复杂，区内腾冲及周围地区是我国著名的火山地热区.在5~12 s周期(图 6a)，Rayleigh面波相速度快波优势方向与近震剪切波快波偏振方向一致，块体北部呈NS向，块体南部呈NNW方向，与区域断裂走向一致.16~26 s周期内(图 6b)，快波优势方向与Pms方向有一定角度的差别，与5~12 s周期一致，仍呈NS方向.该地区毗邻青藏高原东南缘，因此，从图 6c就可以看到，随着周期的增大，表现出来的各向异性特征也越来越复杂，各向异性快波方向变化比较明显，印度板块在向北挤压过程中，物质发生东流，对该区域造成相对较大的影响.

综上，在不同的构造分区比较几种震相的快波优势方向，发现不同周期的面波方位各向异性分别对应着不同深度的各向异性特征，而且由于该地区复杂的地质构造背景和深部结构，不同分区的各向异性特征也不相同.研究指出，川滇地区的震源深度主要集中在10~20 km(吴建平等，2004)，表明该区域上地壳厚度相对较薄.地壳整体厚度从北向南逐渐减薄，西北端的中甸地区的地壳厚度可达62 km，而最南端的景洪下方约为30 km.所以，Moho面深度的不同也会影响介质各向异性特征，尤其在壳幔分界面附近.王椿镛等(2007)将云南地区SKS分裂的快波方向与地表形变场的最大剪切方向进行对比，发现两者存在显著差异，认为垂直连贯的岩石圈变形模型无法获得与快波偏振方向相适应的最大剪切方向，而是由软流圈顶部和底部的速度所确定的差异速度得到的，由此得出云南地区壳幔解耦的结论.本文研究表明，随着周期的增大，得到的快波优势方向与XKS(包括SKS)剪切波快波偏振方向接近一致，与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.总体上看，青藏高原东南缘地区的壳幔各向异性可能有着不同的形成机制.

综上所述，利用近年来新发展起来的噪声互相关方法，使用云南地区55个宽频带地震台站连续噪声波形数据，得到青藏高原东南缘地区的方位各向异性分布图像，并进行讨论，可以归为以下几个主要结论.

(1)短周期(5~12 s)Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性，滇缅泰块体北部呈NS方向，南部呈NE-SW方向；印支块体内部，快波方向主要受红河断裂和澜沧江断裂的影响，并且随着断裂走向的变化而变化；滇中块体内由EW向和NEE向转变为NNW向，与局部断裂构造有关；在滇东块体内各向异性快波呈NNW和NW方向.

(2)周期16~26 s相速度优势方向与上地壳基本相同，其中，滇中块体内易门断裂和普渡河断裂附近，各向异性快波方向从NS向NW方向旋转；易门断裂以西呈NW向.既反映了青藏高原物质东流，又体现出川滇块体受到青藏块体的南东向挤压.

(3)周期30~34 s范围的各向异性，滇缅泰块体和印支块体，快波优势方向为NS和NNW向；而在滇中块体内部，各向异性快波方向呈顺时针旋转变化，可能与青藏高原物质向东逃逸有关.

(4)通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS(SKKS)分裂的对比研究，发现不同周期的面波方位各向异性分别对应着不同深度的各向异性特征，而且由于该地区复杂的地质构造背景和深部结构特征，不同分区的各向异性也不相同.随着周期的增大，得到的快波优势方向与XKS分裂的快波偏振方向接近一致，与地壳剪切波方向呈一定夹角.这个特征揭示青藏高原东南缘地区的壳幔各向异性具有不同的形成机制.

致谢 本研究采用了姚华建教授提供的背景噪声计算程序.云南省地震局为本研究提供了连续波形数据，在此一并感谢.感谢匿名评审专家对本研究的重要评审意见及建议.