大地测量与地球动力学

深度/km	P波速度/km·s^-1	S波速度/km·s^-1
0	4.856	2.882
5	5.695	3.355
10	5.967	3.485
15	6.236	3.635
20	6.439	3.763
25	6.688	3.891
30	6.936	4.018
35	7.081	4.074
40	7.226	4.129

深度/km	P波速度/km·s^-1	S波速度/km·s^-1
0	4.856	2.882
5	5.695	3.355
10	5.967	3.485
15	6.236	3.635
20	6.439	3.763
25	6.688	3.891
30	6.936	4.018
35	7.081	4.074
40	7.226	4.129

湖北及邻区双差层析成像研究

彭籽壹 ¹^,² , 丁文秀 ¹^,² , 申学林 ¹^,² , 赵凌云 ¹^,² , 况春利 ¹^,² , 周本伟 ¹^,²

大地测量与地球动力学 | 地球动力学 2026,46(8): 1022-1029

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大地测量与地球动力学 |地球动力学 2026 , 46 (8) : 1022 -1029

湖北及邻区双差层析成像研究

全屏

彭籽壹¹^,², 丁文秀¹^,², 申学林¹^,², 赵凌云¹^,², 况春利¹^,², 周本伟¹^,²

作者信息

1 湖北省地震局, 武汉, 430071

2 地震预警湖北省重点实验室, 武汉, 430071

作者简介:

彭籽壹，助理工程师，主要研究方向为地震监测预警，E-mail：815602994@qq.com

Double-Difference Tomography in Hubei and Its Adjacent Area

Ziyi PENG¹^,², Wenxiu DING¹^,², Xuelin SHEN¹^,², Lingyun ZHAO¹^,², Chunli KUANG¹^,², Benwei ZHOU¹^,²

Affiliations

1 Hubei Earthquake Agency, Wuhan 430071, China

2 Hubei Key Laboratory of Earthquake Early Warning, Wuhan 430071, China

出版时间: 2026-08-15 doi: 10.14075/j.jgg.2025.12.423

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摘要

收起

基于湖北台网55个测震台站记录到的2008-01—2024-06期间4 501次地震的走时数据，利用双差层析成像方法获得湖北及邻区的三维P波、S波速度结构和地震重定位结果。结果显示，地震主要分布在P波、S波高速区及高低速交界区；三峡地区是地震分布的一个丛集地区，其他地区地震基本沿断层走向线性分布。研究区上地壳P波、S波速度分布与地表地质构造格局基本吻合；中下地壳P波、S波速度分布大致以南北重力梯度带为界线，东西两侧分别为高速区、低速区，体现了梯度带两侧地壳成分和地壳厚度的差异。大别造山带中下地壳的P波、S波相对低速异常可能代表着沿郯庐断裂带侵入至地壳的熔融地幔物质。

关键词

湖北及邻区 / 双差层析成像 / 速度结构 / 地震重定位

Abstract

收起

Based on the travel time data of 4 501 earthquakes recorded by 55 seismic stations of the Hubei seismic network from January 2008 to June 2024, the three-dimensional P-wave and S-wave velocity structures and earthquake relocation results of Hubei and its adjacent areas were obtained using the double-difference tomography method. The results show that earthquakes are mainly distributed in high P-wave and S-wave velocity zones and the transition zones between high and low velocity anomalies. The Three Gorges area is a cluster of seismicity, while earthquakes in other regions are generally distributed linearly along fault strikes. The P-wave and S-wave velocity distribution in the upper crust of the study area are basically consistent with the surface geological tectonic framework. The P-wave and S-wave velocity distribution in the middle and lower crust are roughly bounded by the north-south gravity lineament, with high velocity anomalies on the east side and low velocity anomalies on the west side, reflecting the differences in crustal composition and thickness across the lineament. The relatively low P-wave and S-wave velocity anomalies in the middle and lower crust of the Dabie orogenic belt may represent molten mantle materials intruding into the crust along the Tan-Lu fault zone.

Key words

Hubei and its adjacent areas / double-difference tomography / velocity structure / earthquake relocation

引用本文

彭籽壹, 丁文秀, 申学林, 赵凌云, 况春利, 周本伟. 湖北及邻区双差层析成像研究. 大地测量与地球动力学, 2026 , 46 (8) : 1022 -1029 . DOI: 10.14075/j.jgg.2025.12.423

Ziyi PENG, Wenxiu DING, Xuelin SHEN, Lingyun ZHAO, Chunli KUANG, Benwei ZHOU. Double-Difference Tomography in Hubei and Its Adjacent Area[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2026 , 46 (8) : 1022 -1029 . DOI: 10.14075/j.jgg.2025.12.423

正文

收起

湖北及邻区分属两个一级大地构造单元——秦岭褶皱系与扬子地块，二者以青峰-襄樊-广济断裂为界，以北属秦岭-大别造山带，断裂多呈NW(NWW)向；以南属扬子地块，地壳相对稳定，断裂以NE(NNE)和NNW(近SN)向居多^[1-2]。在漫长的地质演化中，湖北及邻区主要受印支、燕山及喜马拉雅等多期次构造运动的影响，形成了现今的地质构造格局^[3]。该区域具备孕育中强地震的构造背景^[4]：根据历史记录湖北省发生过3次M6.0以上强震，1958年使用地震仪监测以来共记录到6次M≥4.5中强地震；地震活动性呈现西强东弱的空间分布特征。由此可见，作为一般监视区的湖北及邻区也有可能发生破坏性地震。因此，有必要探究该地区的深部构造环境及地震活动特点，为其防震减灾工作提供理论支持。

速度结构可以有效揭示地下介质属性，提供区域构造演化及深部孕震环境的关键信息。通过双差层析成像方法^[5]对地震定位和速度结构进行联合反演，可获得较常规地震层析成像更为精细的速度结构及高精度地震震源参数，为揭示深部介质条件和动力学环境特征提供重要的参考依据。因此，众多学者使用该方法开展研究工作，获得了不同区域的速度结构^[6-10]。湖北及邻区内对于双差层析成像方法的应用基本集中在三峡地区及秦岭、大别造山带：三峡地区的速度模型^[11-16]水平分辨率高(≤0.1°)，但研究范围只是湖北及邻区小部分区域，且研究深度多在中地壳以内；而对于秦岭、大别造山带^[17-19]，水平分辨率相对不高(≥0.3°)，湖北及邻区通常只是其研究区域的一部分或有重叠，且非重点关注地区。故而以湖北及邻区作为研究区域进行双差层析成像的成果较少。

基于以上原因，本文使用湖北台网2008—2024年地震数据和双差层析成像方法，获得湖北及邻区地壳内(0~40 km)更高水平分辨率(0.25°)的三维速度结构及地震重定位结果，并结合其他地质与地球物理资料，讨论速度异常与构造活动、地震分布之间的关系，为该区域的相关地球动力学过程提供新的观测依据。

1 数据和方法

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1.1 地震数据

本文研究区为湖北省及其相邻区域(28.5°~34°N，108°~116.5°E)，地质构造及台站分布如图 1所示。本文使用2008-01—2024-06研究区55个固定台站记录的地震事件走时数据进行反演，反演前剔除明显偏离时距曲线的异常数据，以确保所用数据的可靠性，数据挑选后的时距曲线如图 2所示。双差成像需要将地震进行配对，要求距离不超过30 km的地震才可组成地震对，且单个地震事件的配对数量最多为30个, 同时要求使用的地震事件至少被4个台站记录到。经过以上处理，本研究得到4 501个可用地震事件，其中包括P波绝对到时数据35 830条、S波绝对到时数据31 152条、P波相对到时数据401 415条、S波相对到时数据342 649条。

1.2 初始模型选取

经过反复测试，初始模型最终采用0.25°×0.25°网格进行水平剖分，深度节点范围为0~40 km，间距5 km。反演过程中，模型内任一点速度值通过对网格节点速度进行线性插值得到。本文使用Xin等^[20]的中国地区三维速度结构模型作为初始速度模型，截取的三维初始模型在不同深度的速度平均值见表 1。

1.3 正则化参数选取

反演过程中，使用带光滑因子和阻尼参数的最小二乘法(LSQR算法)求解观测方程，光滑因子和阻尼参数控制着模型慢度和定位参数的变化^[21]。合适的光滑因子和阻尼参数能够使数据拟合量和模型拟合量取得折中平衡。本文使用L曲线法选择以上2个正则化参数，将不同取值时的归一化的模型方差和数据方差绘制成图 3所示的折中曲线，最终确定光滑因子和阻尼参数分别为200和60。

1.4 检测板测试

为保证反演结果的可靠性，使用检测板进行分辨率测试。根据测试结果(图 4)，湖北省内P波、S波检测板分别在10~30 km、10~20 km深度范围的大部分区域恢复情况较好，分辨率可达0.25°×0.25°。总体而言，台站和地震分布更为密集的鄂西地区恢复度高于江汉盆地和鄂东地区，P波速度恢复度高于S波，因此本文主要解释P波速度反演结果。尽管研究区内部分地区分辨率达不到0.25°×0.25°，但由于采用了在中国东部150 km深度内具有0.5°×0.5°分辨率的初始速度模型，因此这些区域的反演结果仍具备一定的可信度^[20]。

2 层析成像结果与分析

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2.1 重定位结果

使用双差层析成像方法，经过22次迭代，最终获得研究区地震重定位结果及地壳三维地震波速度结构。如图 5所示，走时残差在重定位前主要分布在-2~2 s之间，重定位后主要分布在-0.8~0.8 s之间且更加集中于零值附近，重定位前后地震走时残差均符合高斯分布；残差均方根由0.87 s降至0.32 s，显著减小，定位精度明显提高。通过统计(图 6)可知，重定位前后地震震源深度主要分布区间由5~10 km扩展至0~20 km，表明湖北及邻区上地壳及中地壳为地震频发区。P波、S波速度水平切片(图 7、8)地震投影结果显示，重定位后地震主要分布在地震波高速区及高低速交界区；三峡地区是研究区内地震分布的一个丛集地区，其他地区地震基本沿断层走向线性分布。

2.2 速度结构

除检测板测试外，双差层析成像反演结果的可靠性还可以通过DWS(derivative weight sum)值来判定。研究表明^[22]，DWS值对每一段射线路径进行距离加权，因此反映的模型节点周围的相对射线密度比不加权的射线总和更具可靠性。当DWS大于100时，反演结果具有较高的可靠性^[23]。因此，本文重点讨论DWS大于100区域的反演结果。

图 7为研究区P波速度结构水平切片图。5~10 km深度图像可反映研究区上地壳的P波速度结构特征，与研究区地表地质构造基本吻合：江汉盆地及南襄盆地这些坳陷区为低速异常，鄂西山区及秦岭、大别造山带这些高山或隆起区为高速异常。浅层的速度成像结果和地表地质构造具有一致性，在一定程度上佐证了本文反演结果的可靠性。20~40 km深度的速度分布类似，大致以贯穿研究区的南北重力梯度带(分布范围约111°~112°E)为界线：以西区域为大片连续的低速异常；以东区域基本呈高速异常，但在东大别地区(商城-麻城断裂以东的大别造山带)及其北部小片区域为低速异常，且存在范围随深度增加而减小，在35~40 km深度基本集中在东大别地区。15 km深度的速度结构呈过渡特征：南北重力梯度带以西大部分区域、晓天-磨子潭断裂东段周边部分区域的速度分布与20~40 km深度一致，为低速异常；秦岭造山带、西大别造山带的速度特征与0~10 km深度一致，为高速异常。

图 8为S波速度结构水平切片图，可以看出，S波速度分布特征与P波基本一致，差别主要有以下2处：15 km深度鄂西地区P波基本呈低速异常，S波则是连续的高速异常；35 km及以下深度东大别地区呈明显的P波低速异常，S波则表现为弱低速异常且分布范围更小。图 9为研究区沿31°N的速度结构垂直剖面，图 10、11分别为沿110.25°E、116°E的速度结构垂直剖面，图中黑点表示该剖面附近约14 km范围内地震的投影。

南北重力梯度带将研究区一分为二，从图 7、8中20~40 km深度的速度图像及沿东西方向的速度剖面(图 9)可以看出，梯度带东西两侧存在明显的速度差异。南北重力梯度带将华南陆块明显地分为东、西两大部分，已有研究表明^[24-26]，该梯度带东、西两部分在地质构造格局、地壳厚度以及地形地貌等方面都有巨大差别，认为梯度带以西区域主要受控于欧亚板块与印度板块陆陆碰撞的远程效应，而以东区域则主要受西太平洋板块西向俯冲及其远程应力的影响，使得梯度带两侧地壳厚度及成分存在差异，最终导致梯度带的形成。基于以上研究，结合接收函数研究成果^[27]，本文认为南北梯度带东部地壳平均厚度约为35 km，西部地壳平均厚度大于40 km，本研究得到的20~30 km深度的速度结构主要反映了研究区内梯度带两侧地壳成分的差异，35~40 km深度的速度结构则体现了研究区内以梯度带为界地壳东薄西厚的特征。

在35~40 km深度，东大别地区存在明显的P波低速异常(图 7)，与南北梯度带以东其他地区的高速异常形成鲜明对比。速度剖面图 9、图 11显示，东大别地区(约115.5°~116.4°E、30.2°~31.1°N)下地壳速度分布呈下凹状，噪声成像^[28]及体波面波联合反演结果^[19]也具备同样的特征。Pn波成像结果^[29-30]显示，东大别地区具有埋藏较深的山根，研究表明大别造山带莫霍面埋深约40 km^[31]，比与其相邻的扬子板块和华北板块深4~6 km^[32]，大别山东部地壳最厚可达43 km^[33]。上述研究表明，35~40 km深度东大别地区仍为地壳，而其周边区域已进入上地幔，因此东大别地区与其周边区域明显的速度差异可能反映了莫霍面的起伏。

由图 7、图 8可知，东大别地区及其北部区域的相对低速异常出现于15 km深度处，分布范围在20~30 km深度有所扩大。丁文秀等^[34]发现，大别造山带地壳中下部的瑞利波低速异常随深度增加逐渐向郯庐断裂带缩小，推断郯庐断裂带南段可能存在的局部拉张为熔融热物质提供了上涌通道，并最终侵入到大别地区的中下地壳。顾勤平等^[31]发现，沿郯庐断裂带分布着一条与其走向一致的泊松比高值异常带，推测有可能是软流圈高温高压的热物质沿郯庐断裂带上涌至地壳内引起S波衰减较快，进而导致泊松比升高。根据上述研究，本文推断大别造山带中下地壳的P波、S波相对低速异常可能代表着沿郯庐断裂带侵入至地壳的熔融地幔物质；结合东大别地区及其北部区域(约30.2°~31.5°N)10~20 km深度范围高低速异常的形态(图 11)，认为熔融物质的侵入深度从南到北由深变浅，在晓天-磨子潭断裂附近熔融物质可能已侵入至约10 km深度处。

前人研究表明^[15]，三峡库区上地壳5~10 km、12~18 km深度内分别存在约5.8 km/s、6.2 km/s的P波速度界面，认为这2个界面分别对应上地壳沉积盖层底部与结晶基底底部。图 9速度剖面横向穿过三峡地区(约110°~111°E)，可以看出，本文反演结果存在与前人研究^[15]类似的2个P波速度界面。图 10速度剖面纵向穿过三峡地区巴东段，其与图 9显示三峡地区下方10~15 km深度内存在一个P波高速体，廖武林等^[35]的P波成像结果也存在类似的高速体。1979年秭归M5.1地震及重定位后的2014年秭归M4.5地震和2018年秭归M4.5地震均发生在该P波高速体内，因此认为上述中强震的发生可能与该地区介质性质有密切关系^[35]。

3 结语

收起

基于双差层析成像方法，本研究得到湖北及邻区地震重定位结果及地壳0.25°×0.25°×5 km的P波、S波三维速度模型，主要认识如下：

1) 重定位后走时残差均方根显著降低，定位精度提高；震源深度主要分布区间扩展至0~20 km，表明研究区上地壳及中地壳为地震频发区。地震主要分布在P波、S波高速区及高低速交界区；三峡地区是地震分布的一个丛集地区，其他地区地震基本沿断层走向线性分布。

2) 研究区上地壳P波、S波速度结构与地表构造对应良好。中下地壳速度结构在南北重力梯度带以西为低速区，以东则主要为高速区。梯度带东西两侧的速度差异在20~30 km深度主要反映地壳成分的不同，在35~40 km深度则体现地壳以梯度带为界东薄西厚的特征。

3) 东大别地区40 km深度的明显P波低速异常反映该处莫霍面埋深可能已超过40 km。东大别地区及其以北相邻区域中下地壳的P波、S波相对低速异常可能代表着沿郯庐断裂带侵入的地幔物质。

基金

收起

中国地震局地震研究所所长基金(IS202416352)
中国地震局地震研究所所长基金(IS202226322)
中国地震局地震监测预警工作任务(CEA-JCYJ-202501049)
应急管理部国家自然灾害防治研究院基本科研业务专项(ZDJ2024-30)
湖北省科技创新基地（平台）计划(2025CSA083)

参考文献

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文献

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2026年第46卷第8期

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文章信息

doi: 10.14075/j.jgg.2025.12.423

接收时间：2025-12-02
首发时间：2026-10-30
出版时间：2026-08-15

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作者

出版历史

收稿日期：2025-12-02

基金

中国地震局地震研究所所长基金(IS202416352)

中国地震局地震研究所所长基金(IS202226322)

中国地震局地震监测预警工作任务(CEA-JCYJ-202501049)

应急管理部国家自然灾害防治研究院基本科研业务专项(ZDJ2024-30)

湖北省科技创新基地（平台）计划(2025CSA083)

作者信息

1 湖北省地震局, 武汉, 430071

2 地震预警湖北省重点实验室, 武汉, 430071

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/ddcl/CN/10.14075/j.jgg.2025.12.423

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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