江西地处长江中下游，横跨扬子地块和华南造山带，境内萍乡-广丰断裂将其分为两部分，北部属扬子地块，南部属华南造山带.北部区域位于下扬子板块与华南造山带交接缝合地带，拗陷带和断裂带发育；而华南造山带在漫长的地质演化中经历了多次的板块拼接、拉伸断裂，并伴随着多次较强的构造-岩浆事件的演化，形成了华南造山带复杂的地质构造.多次强烈的区域地质活动使江西地区地质构造复杂，也使其成为我国大量多金属、稀有金属的矿产基地之一.因此包括江西在内的华南地区的地球动力学特征一直受到国内外地质研究者的兴趣和关注.地震层析成像是认识深部和区域构造的一种重要的手段，在江西地区作地震层析成像工作，对认识该地区深部和区域地质构造有重要意义.

现代地球物理反演始于 20 世纪 60 年代，地球物理科学家 Backus和美国应用数学家 Gilbert(Backus and Gilbert，1967，1968，1970)连续发表了三篇关于地球物理反演的经典论文，为建立统一的地球物理反演理论方法奠定了理论基础.自从 Aki等(Aki et al.，1976)提出利用地震波走时资料进行地震三维层析成像方法以来，该方法成功用于多个地区.1979年Dines和Lytle首先对地震层析成像进行了多次的数值模拟，得到弯曲的地震波射线追踪下的地震波速度成像的结果，并将层析成像这一名词确立为论文的标题(Dines，1979).20世纪80年代初，Hawley等提出块状模型，随后Koch等又提出三维网格模型理论(Koch，1985).Zhang等在基于“双差定位法”的基础上发展了“双差地震层析成像法”并将其应用到美国加州北海沃德断层，获得了该断层较好的空间展布图像(Zhang et al.，2003).在国内，地震层析成像始于20世纪80年代，金安蜀等用地震层析成像方法对北京地区地壳速度结构进行了反演(Jin et al.，1980).陈立华根据华北地区大地构造特征将其分为四个区域并研究了该地区地壳和上地幔速度结构(Chen et al.，1990).朱露培利用北京地区地震资料，进行了空间频率域离散参数化反演，得到京津唐地区地壳及其上地幔深部速度图像(Zhu et al.，1990).徐佩芬等对大别-苏鲁造山带进行地震层析成像研究，给出了该地区地壳及上地幔的速度图像(Xu et al.，2000).段永红等用三维有限差分速度层析成像方法得到华北地区上地壳三维速度图像(Duan et al.，2002).卢造勋等利用中朝地台东北部地区P波走时资料，采用正交投影法重建了该地区地壳三维速度结构(Lu et al.，2002).郭飚等对川西龙门山及邻区地壳上地幔进行了远震P波层析成像研究(Guo et al.，2009).韦伟等对青藏高原东南缘进行了地震层析成像及汶川地震成因探讨(Wei et al.，2010).郑现等基于背景噪声的瑞利波对中国大陆中东部地区进行了层析成像研究(Zhen et al.，2012).张风雪等对中国东北地区进行了远震S波走时层析成像研究(Zhang et al.，2014).

本文搜集了区域地质构造资料，建立了江西地区上地壳速度结构初始模型.筛选了江西地震台网监测的江西及邻区的634次地震事件，利用阻尼最小二乘法，对江西地区上地壳三维速度结构进行了成像.

江西地区历经元古代带新生代多个旋回构造运动，地质构造相当复杂.江西大地构造划分主要分为扬子地块、华南造山带和华南中部中元古代造山带，以萍乡-广丰断裂和宜丰—景德镇—歙县断裂为界，北边为扬子地块，南边为华南造山带，中部为华南中部中元古代造山带(图 1)构造断裂比较发育，主要为北东向、东西向、北西向三类构造类型，其中以北东向为主要活动性断裂，三类构造分别形成的年代、规模等均有差异(Peng，2002).近东西向断裂时江西境内比较早的一组活动性断裂，中部的宜春-东乡断裂横跨江西中部，将其一分为二，形成赣南和赣北两个分区.赣南的东西向断裂主要有全南-寻乌断裂和大余-信丰-会昌断裂，该断裂连续性较好，规模比较大.赣北地区东西向断裂主要分布在赣西北九岭隆起带附近，有修水-武宁，九江-瑞昌等断裂，北部活动性较南部强.北东及北北东向断裂为江西构造主要构架，时间较新，规模巨大，分布较广.其中宜黄-宁都断裂、石城-寻乌断裂、乐安-于都断裂为其主要活动断裂，向南形成复合环状断裂.在赣北主要有湖口-吉水断裂、九江-靖安断裂等(图 2).江西省地球物理特征表明该地区岩石圈较薄，地壳最薄的地区为吉泰盆地和鄱阳湖盆地约为29 km，地幔莫霍面比较平缓，大地平均热流值较低，自西向东渐次增，显示出江西地区地壳总体呈现地壳薄，分层较均匀等特征.据80年代石城-古雷人工爆破测震结果分析(Bian，1992)，江西地壳速度结构主要分三层.

图1

Fig.1

图 1 江西地区板块构造简图 Fig. 1 Tectonics diagram of Jiangxi plate

图2

Fig.2

图 2 江西地区断裂带分布图 Fig. 2 Fault zone map of Jiangxi

地球物理的问题都可以线性化为一个大型稀疏线性方程组：

x为模型矢量，b为数据矢量，A为模型矢量到数据矢量的理论算子，它包含着正演时所有的数学物理信息.当方程组Ax=b为欠定或混定方程组时，没有唯一解.此时既要使预测误差最小化，又要使解的长度L=x T x 最小化，于是把目标函数取为

其中 e=Ax-b，称权系数ε²为阻尼系数，它代表着误差最小和长度最小的权重.将(1)式写为

令∂Φ/∂x^T=0，得：

I 为相应阶数的单位矩阵，ε²为阻尼系数.

由于ε²的值大于零，则矩阵 AA T的零或接近零的本征值就被消除了，逆矩阵 A T A +ε² I ^－1就容易求得.

应用最小二乘法的微分公式计算：

可以通过对 x 的不对修正来完善模型参数，进而求得最佳模型.一般ε²>0，可以设λ=ε².

本研究区域为江西及邻区，观测资料为近十年来江西地震台网所收集的江西及邻区的大部分地震事件，台网总数为24个，经过选取，确定有完整记录且同时有四台以上记录的地震事件有634次，地震记录2457条，均为清晰Pg波.根据射线追踪方法对地震事件绘制射线穿透网格次数密度图(图 3).

图3

Fig.3

图 3 射线穿透网格次数密度图 Fig. 3 Rays through the grid density map

根据前述江西区域地质情况，建立江西上地壳P波速度初始模型见表 1.

表1(Table 1)

表 1 P波初始速度参照模型 Table 1 P-wave initial velocity reference model 层数 层速度(km/s) 层厚(km) 网格大小 1 5.2 4 0.2°×0.2° 2 6 4 0.2°×0.2° 3 6 4 0.2°×0.2° 4 6.2 3 0.2°×0.2°

表 1 P波初始速度参照模型 Table 1 P-wave initial velocity reference model

从图 3可以看出，网格单元射线穿透次密度分布不均，横向和纵向都有很大的差距，射线最密集的地方是第二层赣南地区和北部的南昌盆地附近，以这两区域为中心向周围扩展，形成包括大部分江西地区在内的覆盖区域，对比各层的状况可以看出，处于第一层和第二层射线密度覆盖范围最大，到第三层，随着深度的增加，射线范围缩小，射线穿透次数也急剧下降，最后分为赣南和赣北两个区域.

检测板测试方法：在模型空间设置正负相间的速度扰动值，相隔五个像元设置一个扰动值，并以此点为中心，周围两层以内都与此点的速度扰动值相同，正负也相同，本文采用正负相间3%的扰动值，形成国际象棋棋盘一样的正负相间的方格，以此作为模型速度结构，并求其走时，利用阻尼最小二乘法反演后得到结果与其对比.本文反演中，采用的模型在水平尺度上使用格点间距0.2°×0.2°，垂直间距为4 km，反演结果如图 4.从图中可以看出，反演后的速度扰动和刚开始设置的检测板正负相同，浅部区域有较好的分辨率，因为所用的地震资料多为近震数据，在地表的射线覆盖比较密集，所以分辨率比较好，但是该区域由于受到地震台站的限制，只能限于江西境内，边缘区域分辨率较差.随着深度的增加，地震事件有减少的趋势，分辨率随之降低，且越是边缘地区分辨率越差.

图4

Fig.4

图 4 检测板测试结果 Fig. 4 The detection plate test results

经过反演计算，走时计算方差在2秒以内，得到了如下速度结构模型图(图 5、图 6).

图5

Fig.5

图 5 速度扰动分布图(a)0~4 km;(b)4~8 km;(c)8~12 km;(d)>12 km. Fig. 5 Horizontal velocity profile(a)0~4 km;(b)4~8 km;(c)8~12 km;(d)>12 km.

图6

Fig.6

图 6 纵向沿经度切片速度分布图(—缝合带位置)(a)115.0°沿经度切片；(b)115.6°沿经度切片. Fig. 6 Vertical along Longitude slice speed distribution(a)115.0° Vertical along Longitude slice；(b)115.6° Vertical along Longitude slice.

4.1    搜集了区域地质构造资料，近年来江西地震台网(24个台站)监测的江西及邻区的地震事件，经过整理、筛选，确定有完整记录且同时有四台以上记录的地震事件有634次，地震记录2457条，利用阻尼最小二乘法对江西地区上地壳三维速度结构进行成像.从成像结果(图 5、图 6)可以看出：

4.2    在研究区域存在三个低速度异常区和三个高速度异常区.

低速度异常区：

(1)东经115.3°~116°、北纬29°~30°低速区，对应于江西断裂图上九江——靖安断裂及附近的断裂发育地区.

(2)东经115°~116°、北纬27.8°~28.2°低速区对应于江西断裂图萍乡——广丰断裂中部，速度较九江低速区稍高.

(3)东经114.2°~116°、北纬24.5°~25.8°低速区，主要对应于赣南全南——周田，寻乌——全南等多个断裂发育带上，也是地震发生较为密集地区.

高速区主要有四个区域，主要有：

(1)东经115°~116°、北纬28.2°~29°，该地区是一陆相盆地和江南地块拗陷带.

(2)东经114°~115°、北纬26.5°~27.5°与东经114.6°~115.2°、北纬26°~27°区域均为陆相盆地，被遂川—万安断裂分割开来，形成两处高速区.

(3)东经115.8°~116.2°、北纬25°~26°区域为一狭长地带，处于赣南低速带靠近武夷山一侧.纵向切片图显示，缝合带在速度切片图上有较好的反映.

致 谢 感谢评审专家和编辑部的帮助和支持!