1 研究背景

很多学者使用背景噪声成像方法对郯庐带中南段及邻区地壳和上地幔的速度结构进行了研究，郑现等（2012）利用中国东部494个台2009—2010年的观测波形，提取了频曲线并反演得到了大陆东部8—40 s的群速度分布，讨论了波速分布与地质构造的相关性。Luo等（2012）利用国家地震台网40个固定台站2008—2009年的噪声数据提取了8—35 s的相速度频散曲线，反演了大别造山带地壳高分辨率三维速度结构和径向各向异性，揭示了与造山运动有关的地壳特征。吴萍萍等（2015）利用连续2年的波形记录，获得了华东地区10—25 s的瑞利波群速度结构，高速和低速区域与地表构造单元具有较好的对应关系。

近年来，基于背景噪声方法在郯庐断裂带中南段的潍坊、宿迁、明光、肥东、合肥、巢湖、庐江等地布设了密集台阵，开展了多尺度结构成像和各向异性研究，分别获得了山东潍坊段、江苏宿迁段、安徽肥东段、合肥—巢湖段、巢湖段、庐江段等不同段的上地壳浅层各向同性速度结构，结果显示郯庐断裂带不同段的浅层速度结构差异较大，其中郯庐断裂带内部肥东—庐江段浅层1—5 km为相对高速的结构变化，潍坊段和明光—肥东段断裂带内部0—7 km基本为低速变化。本研究区域台阵为明光台阵，位于宿迁台阵和张八岭台阵之间，对郯庐断裂带中南段浅层速度结构研究具有重要的作用。

2 研究内容、理论基础和研究方法

为研究郯庐断裂带泗洪—明光段地壳浅层速度结构及变形特征，在中国地震局2020—2022年地震科技星火计划攻关项目《郯庐断裂带泗洪—明光段近地表三维结构模型构建研究》的资助下，按照研究目标在郯庐断裂带江苏泗洪县到安徽明光之间布设了短周期密集台阵，台阵东西长60 km，南北宽70 km，台站均匀分布且与断裂带走向基本垂直。2020年7月—8月期间记录连续波形数据，实际有效记录波形的观测台107个，基本覆盖研究区域（图 1）。

通过对原始数据进行单台预处理，共得到台站之间ZZ分量5 671条互相关函数。提取相速度频散曲线及质量控制，共得到2 063条相速度频散曲线，周期范围为0.5—8 s。统计结果显示，在1—5 s射线路径丰富，在反演中只选取了0.5—6 s的频散数据，以满足数据对地下结构有可靠的约束。

研究表明反演结果对初始模型会有一定的依赖，为了得到合适的初始模型，首先计算每个周期下的频散数据均值，得到区域的一维平均频散数据。根据经验公式（深度h = c×T/3，速度v_S = 1.08×c，c为相速度）把相速度转换为不同深度的S波速度的一维横波速度模型作为初始模型，本研究中，沿东西和南北方向，以0.05°×0.05°设置网格。在0.5—5 km深度范围内，进行分层，层厚0.5 km。将初始模型和网格设置先用DSurfTomo（Fang et al，2015）反演得到研究区地壳浅层的三维各向同性横波速度模型。然后以三维各向同性的为模型作为参考模型，利用DAzimSurfTomo程序得到方位各向异性速度结构。

3 研究结果 3.1 各向同性反演结果分析

图 2为反演所得三维各向同性不同深度的5个水平剖面速度结构及方位各向异性。为了进一步分析区域构造变形机制，截取了5个纵向剖面，剖面的走向为图 2（a），（b）中灰色实线，其中AA′、BB′剖面垂直于郯庐断裂带走向[图 2（a）]，CC′、DD′、EE′三个剖面平行于郯庐断裂带，其中DD′剖面位于郯庐断裂带内部[图 2（b）]。

总体上看，各向同性反演得到的郯庐断裂带泗洪—明光段的浅层速度结构与前人得到该区域大尺度的浅层1 km、5 km的速度结构大体一致，说明该结果是可靠的。但本研究对郯庐断裂带泗洪—明光段的速度的变化分辨率更高，速度分布在横向和纵向上具有不均匀性，研究区的高低速异常特征与地表构造单元有明显的对应关系。低速异常主要集中在郯庐断裂带的大红山、固镇凹陷、盐阜凹陷和沉积层覆盖较厚的地区；高速异常在泗洪—五河之间的郯庐断裂带两侧、建湖隆起。

郯庐断裂带断裂带两侧的2个凹陷区和1个造山带分别显示低速和高速异常[图 2（a）—（e）、图 3中AA′和BB′剖面]，也分别对应了布格重力的负正异常分布，由穿过构造单元的4条剖面的速度分布来看（图 3中AA′、BB′、CC′、EE′剖面），这些高速和低速的异常特征连续，均可持续到5 km左右。DD′剖面为南北向，位于郯庐断裂带内部，剖面北部是沉积作用较长的沉积覆盖，表现为不间断的低速异常分布，可持续到5 km深度；南部为嘉山盆地，在速度结构上主要呈现低速异常，低速异常持续到2.5 km左右，3 km以下主要表现为高速异常。EE′剖面也为NS向，位于郯庐断裂带东侧，剖面南部为建湖隆起、盐阜凹陷，隆起表现为高速异常，凹陷表现为低速异常，剖面北部为苏鲁造山带，主要表现为高速异常。

3.2 各向异性反演结果分析

由图 2和图 3中的剖面可见，郯庐断裂带的东西两侧有明显的方位各向异性，郯庐断裂带西侧以NNW和EW向为主，S波分裂的结果显示华北板块的上地幔各向异性为EW向，主要是地幔对流引起的橄榄岩EW向排列有关；东侧苏鲁造山带以NE向为主，与地表的断裂及褶皱的走向基本一致；苏北盆地以NNW向为主，与地表构造方向不一致。研究区域内南、北段变形特征存在差异，0—4 km，北段（约在33°N以北）的快波方向由EW向转为NE向，表现为逐渐平行于断裂带走向；南段（33°N以南）的快波方向由EW向逐渐转为NNW向。4—5 km深度上郯庐断裂带西侧的快波方向均为EW向，南部的各向异性强度大于北部[图 3（c）]。

郯庐断裂带两侧呈现出不同的方位各向异性特征，断裂带西侧的固镇凹陷主要是EW向、盐阜凹陷主要为NNW向，苏鲁造山带主要为为NE向，越靠近断裂带，方位各向异性越强。固镇凹陷[图 3（b）]1—2 km的方位各向异性很弱；3—5 km快波方向呈现稳定的近EW向，在郯庐断裂带内部偏转为NNW向。从盐阜凹陷到苏鲁造山带，快波方向由NW向偏转为NE向[图 3（e）]。

4 结束语

本章利用郯庐断裂带泗洪—明光段明光台阵107个台观测的1个月的波形数据，利用2 063条面波混合路径直接成像，得到了该段1—5 km的三维各向同性和方位各向异性横波速度，主要认识如下：

（1）速度的高低分布与地表构造单元具有很好的一致性。固镇凹陷、盐阜凹陷、嘉山盆地显示出连续的低速异常，苏鲁造山带、建湖隆起等表现为高速异常。

（2）研究区的变形特征主要表现为EW向、NW向和NE向。1—3 km的快波方向以NW向和NE向为主导，NW主要分布在郯庐断裂带西侧的低速异常区以及断裂带东侧的苏北盆地，主要受到青藏高原和菲律宾板块的挤压有关；NE主要分布在苏鲁造山带的高速异常区，可能与郯庐断裂带的右旋走滑有关；4—5 km，郯庐断裂带西侧为EW向快波方向，与现今最大主压应力场的结果一致，反映了不同深度构造变形的差异。

（3）通过与郯庐断裂带南段的地壳浅层结构对比发现，不同的速度结构异常反映了不同的构造演化活动。南段收到沉积作用控制，断裂带内部主要表现为低速异常，泗洪—明光段受伸展断陷活动影响，形成了断陷盆地。GPS的反演结果显示泗洪—明光段处于较强的闭锁段，且明光处于高低速的交会部位，是未来中强地震发生值得关注的区域。