张远磊｜王巍等: 背景噪声尾波成像揭示中国大陆地壳地震波衰减结构

论文信息：张远磊，王巍*，李娟，肖晓，张基，孙丽，姚华建. Quantifying crustal seismic attenuation across continental China: A comprehensive coda-wave tomography from ambient noise correlations[J].Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2026, 131: e2026JB034338. DOI:10.1029/2026JB034338.

地震波衰减是认识地球内部介质性质和小尺度非均匀性的重要地球物理参数，能够反映地下介质的能量耗散、散射以及岩石圈结构特征。地震波衰减对裂隙、孔隙、流体、熔融以及温度等因素较为敏感，可为研究地壳结构、构造变形及地球动力学过程提供重要约束。中国大陆处于印度、太平洋、菲律宾海与欧亚板块相互作用的复杂构造区域，长期经历大陆碰撞、俯冲、伸展、隆升等多期构造作用，形成了复杂的活动构造体系和显著的地壳非均匀性。建立大尺度、高分辨率地震波衰减模型，对于认识中国大陆地壳结构及其构造演化具有重要意义。

中国科学院地质与地球物理研究所行星科学与前沿技术重点实验室博士研究生张远磊、王巍副研究员，李娟研究员联合中国地震台网中心、中国科学技术大学、东京大学和南洋理工大学等单位科研人员，开展了中国大陆地壳尾波衰减层析成像研究。利用中国地震学参考模型（CSRM-1.0）汇集的1120个固定台站和1393个流动台站的连续地震波形数据，通过背景噪声互相关技术提取台站间经验格林函数，经过连续小波变换去噪和严格的信噪比筛选，获得近38万条高质量经验格林函数。在3-30 s的四个周期范围内测量Rayleigh波尾波品质因子Qc，并采用基于尾波空间敏感核的约束高斯-牛顿方法开展层析成像，结合棋盘测试和Bootstrap分析评估模型分辨率与稳定性。

图1 研究区域构造背景与地震台站分布。（a）2513个地震台站分布及中国大陆主要地质边界；（b）研究区主要活动构造及沉积盆地分布

研究结果表明，中国大陆地壳地震波衰减具有显著的横向非均匀性，并与区域构造单元和沉积盆地具有明显的空间对应关系。青藏高原等活动构造区以及渤海湾、四川、鄂尔多斯、松辽等主要沉积盆地表现出明显的低Qc（高衰减）异常，而除大型沉积盆地之外的华北克拉通、华南地块和东北地区整体表现为较高Qc（低衰减）。其中，渤海湾盆地表现出最强的衰减异常。

图2 中国大陆3–30 s Rayleigh波尾波Qc成像模型。（a, b）3–5 s，（c, d）5–10 s，（e, f）10–20 s，（g, h）20–30 s。暖色表示高衰减（低Qc），冷色表示低衰减（高Qc）。黑色线条为主要构造边界。白色区域为分辨率不足或数据覆盖稀疏区域

不同周期段的衰减模型具有明显的尺度差异。3–20 s周期范围内，主要沉积盆地和活动构造区的低Qc异常较为清晰；随着周期增加至20–30 s，衰减结构逐渐趋于平滑，区域性异常明显减弱，表明较长周期Rayleigh波对更深部地壳结构具有更强的敏感性。与此同时，研究发现较短周期尾波衰减与浅部沉积结构具有较强联系，而不同波型（Lg波，体波）和周期段之间的差异也反映了其不同的深度敏感性。

进一步分析表明，沉积层是控制短至中周期尾波衰减的重要因素。以5–10 s周期段为例，Qc与沉积层厚度呈显著负相关，决定系数约为0.52，而与地表热流的相关性相对较弱。鄂尔多斯盆地和四川盆地的低Qc异常与浅部低速结构具有良好的空间对应关系，表明这些区域的高衰减特征主要与浅部沉积层相关，而非来源于其下方的克拉通岩石圈。此外，低Qc异常与活动断裂和现代地震活动具有明显的空间对应关系。青藏高原和台湾等活动变形区表现出显著的高衰减特征，高衰减区域总体对应较高的活动断裂密度和地震活动水平，表明地壳衰减结构与现今构造变形及地震活动过程之间可能存在密切联系。

图3 5-10 s周期范围内Qc与地表热流、沉积层厚的定量线性回归分析。(a)Qc与地壳热流的线性关系拟合。(b) Qc与沉积盆地厚度的线性关系拟合

该研究建立了覆盖中国大陆3-30 s周期范围的Rayleigh波尾波衰减层析模型，实现了背景噪声经验格林函数支持下的中国大陆尺度低频尾波衰减成像，揭示了地壳衰减结构与沉积盆地、活动构造、活动断裂及现代地震活动之间的密切联系。研究结果为认识中国大陆地壳非均匀性及区域构造演化提供了新的地震学约束，并可与现有地震波速度和衰减模型形成互补，为构建综合地球物理参考模型及开展岩石圈动力学研究提供基础。