近年来横波分裂方法被广泛应用于对地壳、上地幔介质的各向异性研究.Vinnik等(1992)是最早采用SKS波研究上地幔物质各向异性的.Silver和Chan(1988)发展了一种更简洁的方法来观测SKS波的分裂.国内很多学者应用SKS波分裂对中国大陆的不同构造区进行了许多研究，例如，郑斯华和高原(1994)分析了中国地震台网8个观测台站的SKS波分裂现象，罗艳等(2004)就中国大陆及邻区作了SKS波分裂研究，常利军等(2006)利用远震SKS波对云南地区及青藏高原东北缘地区的地壳和上地幔各向异性进行了研究，Fu等(2008)利用远震SKS波对青藏高原南部地区的上地幔各向异性进行了研究，Wang等(2008)通过SKS波分裂同地表GPS形变的耦合关系讨论了青藏高原的壳幔耦合变形机制，王琼等(2013)则利用PKS、SKS和SKKS等不同地幔转换震相研究了青藏高原东北缘甘肃台网的数据，得到了该地区的上地幔各向异性图像.

利用SKS波进行横波分裂研究有许多优点，比如，震中距在85°~135°时SKS波近垂直入射，易于与S波分离；SKS波因为穿过液态外核，可以过滤掉震源侧各向异性对观测结果的影响.但是由于得到的分裂结果是核幔边界到台站路径间的积分效应，故很难确定各向异性源区的具体深度(丁志峰等，1996).目前对各向异性沿深度的分布，一般认为地壳中的各向异性主要由裂隙等引起，而上地幔中的各向异性主要由构造应力所引起的各向异性矿物晶体定向排列引起.有些学者认为SKS分裂观测到的各向异性主要集中在岩石圈中(Chen and Özalaybey，1998; Wang et al.，2008)，而有些学者则更倾向于SKS分裂观测到的各向异性更多地代表了软流圈的运动特征(Vinnik et al.，1992; Fu et al.，2008).研究表明，各向异性主要集中在地壳和上地幔中(Silver，1996)，地壳各向异性所能引起的分裂延迟时间一般为0.1~0.3 s，最多不超过0.5 s，上地幔各向异性被认为是由于橄榄石等矿物晶格的优势排列引起的，其分裂延迟时间一般为1.0~2.0 s(Hess，1964).

本文研究区域位于青藏高原西北部，塔里木盆地南边，阿尔金断裂带西部，该区域主要分布有阿尔金及喀喇昆仑两条大断裂带.受印度板块向北的挤压，青藏高原和天山是构造活动的活跃区域，而塔里木盆地是一个相对不活动的刚性块体(Kao et al.，2001)，国内外许多学者对塔里木周边区域做过相关研究，丁志峰(1996)对青藏高原的横波分裂研究，得出了青藏高原多数存在横波分裂现象，且引起横波分裂的介质主要分布在地幔上部等结论，张洪双等(2013)利用青海地震台网和甘肃地震台网2007—2009年记录的远震波形资料，提取S波接收函数和SKS波分裂参数，得到了青藏高原东北缘的三维岩石圈厚度分布和上地幔各向异性特征，Herquel和Tapponnier(2005)利用2001年中法联合项目“Western Kunlun 2001”得到了塔里木盆地西部及青藏高原西部共7个台站的横波分裂结果，分裂延迟时间在0.4~0.6 s之间.2008年Levin等(2008)利用上述中法联合项目记录的野外资料分别用横波分裂和接收函数的方法对青藏高原西部的地震各向异性进行了研究，得出了青藏高原西部横波分裂现象主要分布在上地幔等结果.

左旋走滑的阿尔金断裂是研究区的主要构造.接收函数研究揭示阿尔金断裂的南北两侧存在明显的地壳厚度差异(Wittlinger et al.，2004)，但是宽角反射结果又显示在青藏高原和柴达木盆地间的地壳厚度是缓慢变化的(Zhang et al.，2011).在该地区进行的震源机制研究表明许多地震位于下地壳，并有两个下地壳地震正位于阿尔金断裂下部，并且其震源机制的一个截面同局部断裂的走向完全一致，这表明西昆仑和阿尔金断裂可能切穿了整个地壳(Huang et al.，2011).而GPS数据结合地震循环模型联合研究表明阿尔金断裂邻区的下地壳和上地幔具有相当高的黏度系数(Hilley et al.，2009).通过地震震源机制同地震各向异性的联合研究也表明在西昆仑地区的地壳和地幔耦合在一起进行变形，而阿尔金断裂类似板块边界(Levin et al.，2013).

本文利用北京大学在新疆南部布设的流动宽频带地震仪台阵近12个月的连续观测波形资料得到了阿尔金断裂西部地区的远震SKS波分裂结果，并综合前人在研究区附近的研究结果对阿尔金断裂西部及邻区的各向异性特征及可能的地球动力学意义进行了探讨.

本研究所用地震波形数据是2008—2009年北京大学与新疆自治区地震局合作沿和田至民丰布设的10个宽频带流动地震观测台站(北京大学于田台阵)记录的宽频带地震波形资料(图 1a).这些流动台站使用了REFTEK-130数字地震记录器和GURALP-3ESP地震传感器(带宽为0.02~30 s)，在为期12个月台阵运行期间使用了连续记录.

图 1

Fig. 1

图 1 流动台站及地震事件分布图 (a) 流动台站分布图; (b) 地震事件分布图.图a中红色三角表示布设的宽频带地震台站位置.断层及缝合带简写WKT：西昆仑逆冲带，ATF：阿尔金断裂，KF：喀拉喀什断裂，AKMS：阿尼玛卿—昆仑—木孜塔格缝合带，JS：金沙江缝合带.右上角小图中白色方框表示研究区相对整个青藏高原的位置.研究区的1980—2013年间发生地震的震源位置按深度用不同颜色圆点表示.2008年和2014年两次MS7.0以上地震的震源机制在图中标出.图b黑色三角表示研究区域中心位置，红色圆圈表示有效横波分裂结果的地震震中位置， 共36个地震事件. Fig. 1 Map of the locations of portable seismic stations and Distribution of earthquakes (a) Map of the locations of portable seismic stations; (b) Distribution of earthquakes. Fig.a Red triangles show the locations of broadband seismic stations. Acronyms for faults and sutures: WKT: West Kunlun Thrust, ATF: Altun Taugh Fault, KF: Karakash Fault, AKMS: A’nyêmaqên-Kunlun-Muztag Suture, JS: Jinsha Suture. Location of our research region relative to the Tibetan plateau is shown as white rectangle in top-right inset. Earthquakes from ISC between 1980—2013 are shown as dots color-coded with different depths. Harvard GCMT solutions for 2008 and 2014 MS7.0 events are shown on the map. Fig.b Black triangle is the center of the research area, and red circles show the locations of earthquake events used in the analysis.

根据美国地质调查局(USGS)地震信息中心的PDE地震目录，本文选取了在台阵布设期间震级大于5.5级，震中距在85°～135°之间的地震波形数据(图 1b).经过对资料的处理、筛选，舍去了信噪比低、记录差的台站，得到了各台站下方的横波分裂参数.

SKS波在传播途中，经过核幔边界时会发生波型的转换，在台站接收端路径上由在液态外核中传播的P波转换为地幔中传播的S波.因为P波与S波在核幔边界的转换，转换获得的S波只有径向分量SV波，没有切向分量SH波.对于各向同性的地幔物质，SV波在穿过整个地幔之后不发生分裂，在台站也只接收到SV波，而没有SH波分量，即

如上所述，切向分量的能量强弱是判断是否存在各向异性介质的关键.当SKS波近似垂直入射，且观测到较强的切向分量时，可认为在SKS波传播路径上有各向异性物质存在；若切向分量很弱，则存在两种可能性：一种可能是在SKS波经过路径上没有各向异性物质存在，另一种可能是有各向异性存在且SKS波的入射方向正好与各向异性对称轴平行或垂直.

本文采用Silver和Chan(1991)提出的最小切向能量法，取快波偏振方向φ在-90°~90°，δt在0~4 s范围内，进行两个参数的搜索，采用数据处理后水平切向分量能量最小的一对(φ，δt)作为分裂参数.具体步骤如下：

(1)依据已知地震目录对地震波形资料进行预处理，选出震相相对清楚且信噪比较好的记录.

(2)对选出的资料做0.04～0.2 Hz的带通滤波处理，以提高资料信噪比及资料处理精度.

(3)对经过预处理的资料进行分析，并旋转扫描水平向记录，找出切向能量最小的(φ，δt)作为SKS波分裂参数.

(4)在去掉各向异性影响并做归一化处理后，重建地震记录图，并比较径向和切向波形以及快慢波波形的一致性.

(5)检查含有各向异性影响及去掉影响后水平的质点运动轨迹.

(6)检查水平切向能量在(φ，δt)范围内的收敛图.

满足切向能量较小、归一化处理后快慢波一致性很好、去掉各向异性影响后质点运动轨迹由椭圆变为近似直线且切向能量在(φ，δt)范围内收敛这三个判定准则的结果是一个可靠的SKS波分裂结果(图 2).对于同一台站通过分析多个地震事件进而得到多个不同分裂参数的情况，由于多次测量的参数相差不大，我们采用加权平均的方法得到台站平均分裂参数.

图 2

Fig. 2

图 2 XJ07台站记录的2008年9月1日04点00分39秒发生的地震的SKS波分裂结果图 (a)蓝色虚线和红色实线分别为矫正前和矫正后的质点运动轨迹，横纵坐标分别表示径向和切向方向；(b)切向方向能量等值线图，横纵坐标分别表示快慢波时间延迟和快波偏振方向，两条蓝线的交点为最优解，灰色区域为误差；(c)蓝色虚线和红色实线分别为矫正后的径向和切向SKS波波形；(d)蓝色虚线和红色实线分别为矫正后振幅归一化的快波和慢波波形. Fig. 2 SKS wave splitting result of the event happened on 2008/09/01 04:00:39 recorded by XJ07 (a)The blue dashed line and the red solid line are tracks of particle movement before and after the splitting correction,and the lateral axis and vertical axis are radial and transversal direction respectively;(b)Contour map of the transverse component energy. The lateral axis and vertical axis are the delay time and the fast polarization direction respectively. The intersection point of the two blue lines is the optimum result and the grey area is the uncertainty zone;(c)The blue dashed line and the red solid line are corrected SKS waveforms in the radial and transversal component respectively;(d)The blue dashed line and the red solid line are corrected and amplitude normalized fast and slow waveform.

依据上述方法及过程，我们对新疆南部沿和田至民丰布设的北京大学于田台阵10个台站的记录进行了处理分析.其中7个台站观测到显著的SKS波分裂现象(表 1，图 3).

表 1(Table 1)

表 1 各台站SKS分裂结果* Table 1 SKS splitting results of different stations 台站 φ(°) Δ φ(°) δ t(s) Δδ t(s) 事件数 XJ01 74 13 1.20 0.31 2 XJ02 77 8 1.12 0.28 16 XJ03 68 20 1.11 0.48 3 XJ07 48 8 1.09 0.33 17 XJ09 64 13 1.11 0.32 3 XJ10 77 10 0.97 0.32 7 XJ15 81 7 0.93 0.28 24 注:*其中快波偏振方向为与北夹角，顺时针为正值.

表 1 各台站SKS分裂结果* Table 1 SKS splitting results of different stations

图 3

Fig. 3

图 3 北京大学于田台阵7个台站SKS波分裂结果 每条线段表示该台站记录的SKS波分裂结果的快波分裂方向和分裂延迟，内外圈的时间延迟分别为1 s和2 s. Fig. 3 Results of the SKS wave splitting of each station The bars show the SKS wave splitting results of each event recorded by the station,and the circles indicates the delay time as long as 1 s and 2 s respectively.

观测获得的各向异性方向大致沿近E-W方向(图 4)，与阿尔金断裂的走向基本一致，反映在塔里木盆地南缘，上地幔的物质运动方向受到阿尔金断裂的控制.而Levin等(2008)在和田附近的台站获得的分裂结果与我们的结果类似，主要为近E-W向的快波偏振方向.而使用中国地质科学院同台湾中央研究院在和田附近布设的临时台站宽频带数据分析获得的各向异性结果也同我们的观测结果非常一致，快波偏振方向表现为近E-W向，同临近的阿尔金断裂的走向基本一致(Levin et al.，2013)，表明左旋走滑的阿尔金断裂对研究区的地幔各向异性起主导作用.同时研究区临近阿尔金断裂的地震震源机制的主压应力轴表现为NE-SW向，同GPS的观测基本一致；而主拉伸应力轴的方向也基本为近E-W向，同地壳内部东西向拉伸变形相一致(Levin et al.，2013).

图 4

Fig. 4

图 4 研究区附近的横波分裂结果 红色短线为本研究的结果；淡蓝、蓝色和绿色短线图标为前人的研究结果(淡蓝色： Wu等(2015); 绿色：Levin等(2008，2013)；蓝色：Zhao等(2010); Chen等(2010); Kind和Yuan(2010)，来自： http://splitting.gm.univ-montp2.fr/DB/public/searchdatabase.html).右上角黑色短线表示的为1 s的分裂延迟时间. Fig. 4 SKS splitting results around our research region Red bars show our results in this study. Light blue,blue and green bars show previous results(Light blue ones are from Wu et al.(2015); Green ones are from Levin et al.(2008,2013); Blue ones are from Zhao et al.(2010); Chen et al.(2010)and Kind and Yuan(2010),which are collected in a shearwave splitting database: http://splitting.gm.univ-montp2.fr/DB/public/searchdatabase.html).

由计算结果可见，新疆南部沿和田至民丰存在明显的上地幔各向异性层，且由西向东存在分裂延迟时间逐渐减小的趋势.本文中所使用的分析方法无法得到各向异性层所在的具体深度，这是由于SKS波分裂方法得到的是传播路径中各向异性物质影响的累加结果.

另外，北京大学于田台阵中有3个台站无法得到明确的SKS波分裂结果，主要是由于台站资料信噪比差，无法分离出明显的SKS波震相，但并不能得出台站下方上地幔不存在各向异性的结论.

4.1    本文的横波分裂研究结果和该地区前人的研究结果均揭示青藏高原中北部同塔里木盆地交界带上地幔存在明显的各向异性，快波偏振方向在该地区沿近E-W向有明显的优势排列方向，基本上与本地区沿阿尔金断裂的构造运动吻合.我们认为，受印度和欧亚大陆板块碰撞作用控制的青藏高原中北部上地幔软流圈物质向北的流动，遇到塔里木盆地“克拉通”较厚岩石圈阻挡而发生了旋转，进而向东西两侧流动，导致在青藏高原北部和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列，引起研究区内远震SKS震相观测到的显著各向异性和近E-W向快波偏振方向.而震源机制分析显示阿尔金断裂附近的壳内变形同样以东西向伸展为主，这表明在阿尔金断裂附近地壳内变形方向和上地幔变形方向是相互一致的，暗示壳幔结构是相互耦合的(Levin et al.，2013)，这一模式显示阿尔金断裂是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂：它既控制地表的上地壳构造运动，同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.而现有的远震层析成像的结果也表明，在塔里木盆地和青藏高原北部阿尔金断裂带附近存在明显的东西向延伸的上地幔低速区(Zhao et al.，2014)，这同本文的观测是相一致的.

4.2    延伸到塔里木盆地内部近40 km的XJ10台站也观测到显著的各向异性，也显示近E-W方向的快波偏振方向(图 4)，临近的近南北走向流动台阵的类似结果可以延伸到塔里木盆地内部近150 km(Levin et al.，2013).这些结果显示塔里木盆地“克拉通”岩石圈南部边缘的中、下部分因为受到青藏高原北部上地幔软流圈的横向流动的“热侵蚀”作用，有部分已经被破坏，导致青藏高原北部软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部近100 km.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈“活化”不仅可以在垂直方向发生(如，岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀)，也可以发生在水平方向，即软流圈的水平流动导致的克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.类似的结果在鄂尔多斯克拉通岩石圈南部边界也被观测到(于勇等，2016).

4.3    本文揭示的塔里木盆地克拉通岩石圈在其南部边界正在发生的软流圈水平流动的热侵蚀作用有待未来该地区较精细的区域地震层析成像(速度结构)研究结果来验证.