南海上地幔各向异性结构及动力学含义.pdf

薛梅，李琳，杨挺，刘晨光，华清峰，夏少红，黄海波，黎伯孟，霍达，潘谟晗.2023.南海上地幔各向异性结构及动力学含义.地震学报，45（3）：494520.doi：10.11939/jass.20230054.XueM，LiL，YangT，LiuCG，HuaQF，XiaSH，HuangHB，LeBM，HuoD，PanMH.2023.AnisotropicstructureanddynamicimplicationsoftheuppermantleintheSouthChinaSea.Acta Seismologica Sinica，45（3）：494520.doi：10.11939/jass.20230054.南海上地幔各向异性结构及动力学含义*薛梅1，5），李琳1）杨挺2，5）刘晨光3）华清峰3）夏少红4）黄海波4）黎伯孟6）霍达7）潘谟晗2）1）中国上海200092同济大学海洋地质国家重点实验室2）中国广东深圳518055南方科技大学海洋科学与工程系3）中国山东青岛266061自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用自然资源部重点实验室4）中国广州510301中国科学院南海海洋研究所5）中国上海200062上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站6）越南河内10072越南科学技术研究院地球物理研究所7）加拿大多伦多M5S1A4多伦多大学土木与矿物工程系摘要南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度澳大利亚板块的交会区，是西北太平洋一系列边缘海中最大的边缘海。关于南海的打开以往研究提出了如印度板块与欧亚板块碰撞驱动挤出以及古南海俯冲拖拽等诸多模型。本文力图通过南海海盆及周边各向异性结构来约束南海演化机制。基于同济大学 2012 和 2014 年在南海中央海盆进行的两次被动源宽频带海底地震观测试验回收的 10 台 OBS 记录仪近 1 年的地震数据，本文采用三种不同的横波分裂方法，获取了中央海盆针对两次远震的 XKS 分裂结果以及南海周边 20 次区域地震提供的 S 震相分裂结果。SKS 分裂结果显示，南海中央海盆下方存在快轴方向为 NE-SW 向的各向异性，其成因可能与海底扩张时期沿洋脊方向的地幔流以及南海海洋板块俯冲拖拽的地幔流有关。南海及其周边上地幔存在强各向异性，且不同方位观测到的各向异性不同，快轴方向与前人 SKS 横波分裂结果、GPS 和板块运动一致，较好地对应了区域构造运动或者地幔对流模型。各向异性结果与印度欧亚板块碰撞驱动挤出模型以及古南海俯冲板块拖拽模型预期结果一致，与理想的地幔柱上涌驱动模型不一致。由于海盆各向异性观测特别有限，各向异性结果不能证实亦不能证伪“大西洋型”海底扩张模型、弧后扩张模型和板缘破裂模型，后续还需要更多的观测结果来证实或证伪上述模型。关键词 南海打开模型横波分裂SKS 震相区域 S 震相doi：10.11939/jass.20230054中图分类号：P315.2文献标识码：A*基金项目国家自然科学基金面上项目（42076064）和上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站开放基金（2020K03）共同资助.收稿日期2023-04-11 收到初稿，2023-05-01 决定采用修改稿.作者简介薛梅，博士，教授，主要从事海洋地球物理与地球动力学方面的研究，e-mail：第45卷第3期地震学报Vol.45，No.32023年5月（494520）ACTASEISMOLOGICASINICAMay，2023Anisotropic structure and dynamic implications of the uppermantle in the South China SeaXueMei1，5），LiLin1）YangTing2，5）LiuChenguang3）HuaQingfeng3）XiaShaohong4）HuangHaibo4）LeBaManh6）HuoDa7）PanMohan2）1）State Key Laboratory of Marine Geology，Tongji University，Shanghai 200092，China2）Department of Marine Science and Engineering，Southern University of Science and Technology，Guangzhou Shenzhen 518055，China3）Key Laboratory of Marine Geology and Metallogeny，First Institute of Oceanography，Ministry ofNatural Resources，Shandong Qingdao 266061，China4）South China Sea Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510310，China5）Shanghai Sheshan National Geophysical Observatory，Shanghai 200062，China6）Institute of Geophysics，Vietnam Academy of Science and Technology，Hanoi 10072，Vietnam7）Department of Civil&Mineral Engineering，University of Toronto，Toronto M5S1A4，CanadaAbstract：TheSouthChinaSea（SCS）islocatedattheintersectionoftheEurasian，Pacific，andIndia-Australiaplates.ItisthelargestmarginalseainaseriesofmarginalseasintheNorth-westPacificOcean.ManymodelshavebeenproposedfortheopeningoftheSCS，suchastheextrusionmodeldrivenbythecollisionoftheIndianplateandtheEurasianplate，andtheslabpullmodelrelatedtothesubductionoftheproto-SCS.ThisstudyaimstoconstrainthemodelsofopeningtheSCSthroughtheanisotropicstructureofthecentralbasinoftheSCSanditssur-roundings.BasedontheseismicdatarecordedbytenoceanbottomseismometersrecoveredfromtwopassiveseismicexperimentsconductedbyTongjiUniversityinthecentralbasinoftheSCSin2012and2014，threedifferentshearwavesplittingmethodsareusedtoobtaintheXKSsplittingresultsofthecentralbasinfortwoglobalearthquakesandtheSphasesplittingresultsprovidedby20regionalearthquakessurroundingtheSCS.TheSKSsplittingresultsdemon-stratethepresenceofstronganisotropywiththeNEfastdirectioninthecentralbasinoftheSCS，whichmayberelatedtomantleflowalongtheoceanridgeduringseafloorexpansionandthemantleflowdraggedbythesubductionoftheproto-SCSplate.StronganisotropyisalsoobservedintheuppermantlesurroundingSCS，andtheanisotropyobservedindifferentazi-muthsisdifferent.ThefastdirectionsobtainedareconsistentwithpreviousSKS-splittingres-ults，GPS，and plate motions，and importantly correspond well to the regional tectonics ormantleconvectionmodels.TheanisotropicresultsareconsistentwiththeexpectedresultsoftheextrusionmodeldrivenbythecollisionoftheIndian-Eurasianplateandtheslabpullofproto-SCS.Theanisotropyresultsareinconsistentwiththeidealupwellingdrivenmodelofthemantleplume.Unfortunately，duetothelimitedsplittingobservationsinthecentralbasin，theaniso-tropicresultscannotconfirmorfalsifythe“Atlantic-type”seafloorspreadingmodel，theback-arcspreadingmodel，ortheplate-edgeriftingmodel.Toverifytheabovemodels，furtherob-servationsareneeded.Key words：SouthChinaSeaopeningmodels；shearwavesplitting；SKSphases；regionalSphases 引言南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度澳大利亚板块的交会区，是西北太平洋一系列3期薛梅等：南海上地幔各向异性结构及动力学含义495边缘海中最大的边缘海，其轮廓呈 NE-SW 向延展的菱形。由于其特殊的地理位置和复杂的地质构造背景，南海的形成演化动力学机制成为研究西太平洋边缘海演化不可或缺的重要组成部分，同时也在东亚陆缘整体的构造演化历程中有着举足轻重的作用。关于南海的打开以往研究提出了诸多模型：1）碰撞驱动挤出模型。当印澳板块与欧亚板块碰撞时，中南半岛开始向 SE 方向大规模逃逸，南海则沿哀牢山红河剪切带形成拉分盆地（Tapponnier，Molnar，1976；Tapponnieret al，1982，1986，1990；Briaiset al，1993）。但也有研究通过数值计算提出印度次大陆欧亚大陆碰撞造成的结果是地壳的增厚，而不是沿走滑断层的横向迁移（England，Houseman，1986；England，Molnar，1990）。这种观点也有一些来自观测的证据，如 GPS 观测到的中国南部 WE 向和 SE 向位移只占两个大陆边界总碰撞量的约 25%（Shenet al，2000），以及北部湾近海切割红河断裂地震剖面显示的在 305.5Ma 之间左旋走滑的总量不超过几十千米（Ranginet al，1995）。而 Jiang 和 Wang（2021）则认为南海在 32Ma 打开，远远晚于哀牢山红河剪切带 40Ma 的形成时间，且从东到西的打开方向与碰撞挤出模型预期的从西到东的打开方向相反。2）俯冲板块拖拽模型。古南海俯冲到婆罗洲之下时，俯冲板块的拖拽力打开了南中国海。Morley（2002）通过研究走滑断层、裂谷盆地和变质核杂岩，认为婆罗洲西北部的地质演化需要古南海洋壳在始新世到早中新世期间俯冲到婆罗洲之下。Clift 等（2008）通过分析横跨巽他大陆架和南海南部破裂边缘（南沙地块）边界的反射地震剖面，认为在大约 16Ma 之前南沙地块一直独立于巽他大陆架，而不是碰撞挤出模型预测的属于巽他大陆架，从而推测古南海向婆罗洲的俯冲是南海打开的主要动力。层析成像虽然看到了俯冲下去的古南海板块，然而在地幔深部有相当比例被解释为古南海板块的高速异常位于现今的南海之下，比俯冲板块拖曳模型预期的位置偏北（Wu，Suppe，2018；Jiang，Wang，2021）。3）“大西洋型”海底扩张模型。基于磁异常条带定年建立的南海扩张模式（Taylor，Hayes，1983；Briaiset al，1993），将南海海盆视为一个陆间盆地，以南北被动大陆边缘为界，南海西北及中央海盆在 3217Ma 打开并开始扩张，洋中脊在 2624Ma 向南跃迁，扩张轴从近EW 向变为 NE 向，同时西南次海盆开始扩张，随后中央海盆和西南次海盆在 15.5Ma 同时停止扩张。这一模型主要依据有：南海磁异常条带的对称性；南海海山玄武岩为碱性或介于拉斑玄武岩和碱性玄武岩之间的过渡玄武岩，与弧后盆地的岩石化学特征相比，更接近于主要洋盆扩张中心附近海山的岩石化学特征；南海洋陆边界过渡带具有与其它被动陆缘相似的重力异常；近 EW 向海山链与预期的扩张中心吻合良好。4）弧后扩张模型。Karig（1971）提出南海的形成与菲律宾海板块向西俯冲后引起的弧后扩张有关。在晚白垩纪到古近纪阶段，西太平洋板块及菲律宾海板块向欧亚板块俯冲，俯冲板块与地幔间摩擦生热，地幔物质熔融上涌，使得地壳拉张减薄，导致菲律宾岛发生弧后扩张而形成南海。在对比南海和日本海已有的地球物理特征之后，Ben-Avraham 和 Uyeda（1973）认为南海与日本海一样都是弧后扩张形成的，但引发机制有所不同，并基于南海海盆内的近 EW 向磁异常条带，提出是加里曼丹地块的南迁导致了南海的形成。基于对西太平洋边缘海盆地的基本特征和发育模式的研究，任建业和李思田（2000）认为太平洋板块的俯冲及俯冲带的后撤是弧后盆地发育的主要机制，印度欧亚大陆的碰撞所形成的向东和东南的地幔流推动东亚大陆东侧和南侧俯冲带的后退，影响和控制了西太平洋边缘海盆地的形态特征496地震学报45卷及构造演化。5）地幔上涌模式。在地幔上涌驱动模型中，地幔上升流导致岩石圈破裂和扩张，从而形成南海海盆（例如，Miyashiro，1986；Wanget al，1995；李思田等，1998；鄢全树，石学法，2007）。Miyashiro（1986）提出的地幔上涌是从澳大利亚附近开始的，并向北最终迁移到南海，形成了包括南海在内的一系列的西太平洋边缘海盆地，并导致这些盆地由南向北逐渐年轻（南斐济盆地除外）。而鄢全树和石学法（2007）则提出促使南海扩张的是海南地幔柱，认为：5032Ma 时印度次大陆与欧亚大陆的碰撞导致太平洋板块的后撤，为南海提供了一个伸展扩张环境，同时为地幔柱提供了上升的通道；在 3221Ma 地幔柱达到岩石圈底部时发生侧向流动并与地壳薄弱区相互作用，促使南海沿近 EW 向扩张轴扩张；在 2115.5Ma，地幔柱效应增强，热点-洋脊作用强烈，扩张轴从 EW 向变成 NE-SW 向，触发西南次海盆的扩张；在 15.5Ma，由于巽他陆架与印度澳大利亚板块碰撞，南海停止扩张。然而，张健等（2001）基于南海地热学、流变学和重力学的结果计算出，南海深部地幔流向是近 EW 向和 SE 向的，并不能解释 Miyashiro（1986）提出的地幔上涌为什么向北迁移。6）板缘破裂模型。板缘破裂模型强调南海东缘走滑断层的影响，认为传统的模型忽视了南海东侧走滑断层的贡献（周蒂等，2002；Huanget al，2019；Wanget al，2019），因为自晚中生代以来华夏古陆岸上及离岸的走滑断层活动，在古近纪以来减薄的欧亚陆壳上发育了雁列式菱形拉伸盆地。花东海盆 NW 向斜向俯冲以及古南海近 NS 向俯冲的拖拽力，在欧亚板块与花东地块交界处形成左旋走滑断层，在 3334Ma（早渐新世）打开了三角形的南海中央海盆。然后，扩张脊向南迁移，于 23Ma 在中南礼乐和红河走滑断裂带之间打开三角形的西南次海盆，而曾经板块边界的走滑断层转换成现在的马尼拉海沟。7）复合驱动模型。复合驱动模型则综合各模型利于南海打开以及利于解释观测数据的部分，同时弥补各模型的短板。严格来讲，板缘破裂模型综合考虑了碰撞挤出模型、古南海俯冲拖曳模型，尤其强调了南海东缘走滑断层的影响，也属于复合驱动模型。任建业和李思田（2000）认为，尽管太平洋板块的俯冲及后撤是弧后盆地包括南海发育的主要机制，但由印度次大陆与欧亚大陆碰撞驱动红河断裂右旋走滑和地幔近 E 向和 SE 向流动，造成了南海不对称扩张。而谢建华等（2005）通过地球动力学模拟认为，南海的打开和扩张是印度板块与欧亚板块的碰撞、地幔柱上涌以及太平洋板块向欧亚板块的俯冲共同作用的结果。Jiang 和Wang（2021）则认为碰撞挤出、板块拖曳和地幔柱模型依次在南海演化的不同阶段发挥不同的作用，共同推动了南海的打开和发展。横波分裂作为天然地震观测研究的重要手段之一，在最近的几十年已经被广泛地运用于地壳应力、深部地幔构造变形等方面（例如，Silver，1996；Savage，1999；Crampin，Gao，2006；Long，Silver，2008；Eakinet al，2016）。随着南海构造演化研究的深入，深部地幔流与动力学机制之间的紧密联系日益受到关注。而地幔流难以通过地表地质记录直接观测分析，也难以借助实验验证和恢复重现，利用横波分裂分析是解决该问题的有效手段。由于缺少海底地震仪的观测，只能通过间接的手段推测南海海盆的各向异性，其分辨率还达不到相邻岛弧及大陆地区的程度。本论文基于南海深海区被动源宽频带海底地震仪（oceanbottomseismometer，缩写为 OBS）台阵观测试验获取的地震数据，利用横波分裂研究方法，通过分析穿过地幔的横波分裂现象，提取快波的偏振方向和分裂时间，获得地幔的应力/应变方向及强度的信息，并综合前人研究成果以及结合构造地质背景研究南海海盆下的各向异性结构，3期薛梅等：南海上地幔各向异性结构及动力学含义497探究南海海盆经历的动力学过程，为南海演化机制提供约束和线索。1 数据和方法 1.1 地震数据同济大学海洋地球物理与地球动力学组分别于 2012 和 2014 年在南海中央海盆进行了两次较大规模的被动源 OBS 台阵观测实验，两期一共布设了 39 台 OBS，回收了 19 台 OBS（刘晨光等，2014；Hunget al，2021）。通过数据分析与处理，其中 10 台 OBS 提供了有效横波分裂数据，这 10 台 OBS 的空间分布如图 1 和图 2 所示，具体信息列于表 1。其中 HY01，HY08 和HY12 以及 B04，B19 和 B32 为中科院地质与地球物理研究所研发的 I-4C 型单大球和双球OBS，其余为英国 Guralp 公司与法国 Azur 地学研究所合作开发的 GuralpCMG-40TOBS。这两种 OBS 仪器的频带宽度均为 50Hz60s。30 mm/a震源深度/km035357070150150250300500500700断层残留洋中脊海沟OBS台站(2012)OBS台站(2014)地震80 E85909510010511011512012513013515105S 05N 101520253035菲律宾板块印度板块欧亚板块 澳大利亚板块 巽他板块印支半岛中南半岛婆罗洲马来西亚吕宋苏门答腊红河断裂中南断裂马尼拉海沟(加里曼丹)南沙海草海陆过渡带班达新几内亚菲律宾海沟马古鲁海桑义赫海沟绝对运动方向和速率爪哇哈马黑拉海沟图1南海区域构造地质、地震台站及历史地震分布图南海的海陆过渡带位置参考 Li 和 Song（2012），马尼拉海沟位置来自 Jiang 和 Wang（2021）；其中中南断裂和残留洋中脊的位置来自 Zhao等（2019），红河断裂带来自 Yang等（2015）。箭头表示板块的绝对运动方向（Gripp，Gordon，2002）Fig.1TectonicsofSouthChinaSeaandthedistributionsofseismicstationsaswellashistoryseismiceventsContinentalOceanBoundaryofSouthChinaSeareferstoLiandSong（2012），andthelocationofManilatrenchisfromJiangandWang（2021）.ThelocationsofZhongnanfaultandtheremnantmid-oceanridgesarefromZhaoet al（2019）andthelocationofRedRiverFaultisfromYanget al（2015）.Blackarrowsindicatetheabsoluteplatemotions（Gripp，Gordon，2002）498地震学报45卷与陆上地震仪可以准确地确定布放的方位和调平不同，OBS 台站从海面投放然后以自由落体的形式到达海底并与未必平整的海底耦合，因而可能存在倾斜且水平分量在海底的实际方位未知。另外由于 OBS 在海底没有 GPS 信号，即使 OBS 的时钟不稳定也不能及时对记录到的地震数据的时钟进行校对，因而地震数据在时间上可能存在较大的钟漂。因此在使用 OBS 数据前需要对其进行钟漂校正、倾斜校正以及水平方位角校正。本文用来进行上述表1提供有用数据的 OBS 信息Table1TheinformationofOBSsused台站东经/北纬/水深/m记录起止日期钟漂/s水平分量方位角/倾斜/倾斜方向/（年-月-日年-月-日）HY02116.306116.203337502012-04-212012-12-0386.53203.5160HY08117.796513.800441042012-04-222012-08-1902180.7285HY10116.998314.598942762012-04-232012-12-09193.21660.8215HY15117.537016.503337532012-04-252012-12-190.7415416.35HY16118.213416.451339202012-04-252012-12-130.51260.391HY17118.803716.201038702012-04-252012-12-1010.543302.0131B04117.011014.024342462014-07-112014-11-2301856.5280B19116.499014.500643012014-07-112014-11-2303506.5110B32117.999014.396538592014-07-132014-11-2401100N/A注：台站钟漂的误差在23s之间，水平分量方位角误差约为8；倾斜指OBS的垂直分量偏离垂向的角度（刘晨光等，2014；Leet al，2018；Hunget al，2021）80 E9010011012013014015020253035404550（a）（c）HY02HY08HY10HY15HY16HY17B19B04B32（b）15105S 05N 1015海陆过渡带OBS台站(2012)OBS台站(2014)地震残留洋中脊图2（a）布设的海底地震仪及提供了有用的区域 S 波震相分裂解的 20 次区域地震的分布；（b）中央海盆的地震仪分布；（c）提供了有用的 SKS 震相分裂解的两次远震的分布Fig.2（a）ThedeployedoceanbottomseismometersandthedistributionofregionalearthquakeswhichprovideusefulregionalS-wavesplittingresults；（b）TheenlargedversionofthedistributionofOBSsincentralbasin；（c）ThedistributionofthetwoglobalearthquakeswhichprovidsusefulSKSsplittingresults3期薛梅等：南海上地幔各向异性结构及动力学含义499校正的 OBS 台站的倾斜角度、倾斜方向、水平分量方位角和钟漂如表 1 所示。其中 OBS 钟漂数据参考 Le 等（2018）和刘晨光等（2014），他们筛选了 OBS 布设期间记录到的多个高质量天然地震数据，然后针对每个 OBS 台站比较所有地震的实际 P 波到时与基于 IASP91 模型预测的理论到时的差异，并对这些获得的时间差进行统计分析，最后获得了每个台站的钟漂。OBS 的倾斜角度和倾斜方向则来自 Hung 等（2019，2021），他们采用与 Bell等（2015）相同的方法来获取台站倾斜角度和倾斜方向，即假定一个正交的三分量地震记录的垂直分量偏离垂向时，沿水平方向极化的地震波能量将被转换到垂直分量上去，反之亦然。这样会造成地震记录的不同分量具有相关性。通过计算旋转后的水平分量与垂直分量间的转换函数，从而可以估算出 OBS 台站垂直分量倾斜的角度和方向。而水平分量的方位角则参考刘晨光等（2014）和 Hung 等（2021），他们利用瑞雷波极化方法来确定 OBS 水平分量的方位角，即通过瑞雷波在垂直分量和径向分量上极化且二者之间有 90的相位差这一特性，将水平分量旋转不同的角度，最匹配瑞雷波极化特性的角度则为径向，然后与用台站和地震的经纬度确定的径向相比较得出该台站水平分量的方位角。最后通过对多个地震获得的同一台站的水平分量方位角作统计分析来确定该台站的最终水平分量方位角。1.1.1 远震数据和区域性地震数据：为了获得南海海盆上地幔的各向异性特征，利用震中距大于 85的远震产生的 XKS（PKS/SKS/SKKS）震相进行横波分裂分析。由于 XKS 震相传播经过液体外核后只保留了SV 分量，因此从核幔边界到台站的射线经过的介质除非存在各向同性，否则在台站只能观测到 SV 波，不会在切向分量上观测到明显的 SH 波。另外，由于 XKS 波近于垂直入射（图 3），直接反映台站下方的各向异性，具有很高的横向分辨率。最后 XKS 能量较强，与其它震相如 S 震相分离，容易识别。同样地，为了分析南海周边及海盆下的平均地幔各向异性，本文还利用了震中距 1045的地震激发的横波如 S，SS 及 ScS 震相（图 3）。这些震相虽然横向分辨率较差，但具有较好的深度分辨率，其主要采样区域为上地幔，因此可以较准确地获取其传播路径上的上地幔各向异性平均特征，恰好与 XKS 等经过地核的震相互补。此外，OBS 地震数据的获取非常不入射角度/横波分裂解数目820203131414151660 km410 km45135352515018090SKSS，pS，sSPS内核外核下地幔上地幔2520151050（a）（b）OBS台站图3（a）利用 Taup 软件并采用 IASP91 速度模型得到的 SKS，S，pS，sS 和 PS 震相射线路径示意图；（b）文中提供有用横波分裂解的 S 震相的入射角度统计图Fig.3（a）SchematicraypathsofSKS，S，pS，sS，andPSphasesobtainedusingtheTauppackageandtheIASP91velocitymodel（Kennett，Engdahl，1991；Crotwellet al，1999）；（b）StatisticalhistogramoftheincidentanglesoftheSphasesusedinshear-wavesplitting500地震学报45卷易，所有的数据都弥足珍贵，值得深度挖掘。基于已经获取的 OBS 地震数据，从美国地质调查局（UnitedStatesGeologicalSurvey，缩写为 USGS）的国家地震信息中心（NationalEarthquakeInformationService，缩写为 NEIC）分别下载了震中距大于 85以及 MW6.0 的地震目录用于 XKS 分裂分析和震中距在 1045之间以及5.0MW8.0 的地震目录用于 S 震相分裂分析，并根据这些地震目录整理对应地震事件的波形数据。经过横波分裂分析最终得到提供高质量 SKS 分裂解的远震 2 次、S 震相分裂解的地震 20 次，地震目录信息如表 2 所示，地理位置分布如图 2 所示。需要注意的是，并非每个OBS 台站都能记录到表 2中所有地震的高信噪比地震信号，所以本研究中得到的有效横波分裂结果远小于表 2 中地震数与台站数的乘积。1.1.2 地震数据预处理由于 OBS 地震数据可能存在垂直分量倾斜和钟漂，以及水平分量的方位角未知，因而在处理 OBS 数据时需要采取相对陆上地震数据额外的处理步骤。在进行横波分裂分析之前，对收集的南海海盆 OBS 天然地震事件的波形数据按以下步骤进行预处理：去除每一地震三分量波形数据的线性趋势和均值；对存在钟漂的台站记录的地震数据进行钟漂校正；对垂直分量倾斜角度大于 5的台站记录的三分量地震数据进行倾斜校正；对所有OBS 台站水平分量进行方位角校正；选取目标震相信噪比高的地震事件；对地震事件的目标震相进行时频分析，确定滤波频段。在进行钟漂校正、倾斜和方位角校正时，采用表 2 中的相关数据（刘晨光等，2014；Le表2挑选后可用于横波分裂的地震事件信息Table2Theinformationofselectedeventsusedforshearwavesplitting事件序号年-月-日儒略日发震时刻纬度经度震源深度/kmMW注释12012-08-27240043719.4312.139N88.590W28.07.3远震22012-11-07312163546.6913.963N91.854W24.07.4远震32012-04-29120015751.903.059S136.109E18.45.2区域震42012-05-23144150225.3141.335N142.082E46.05.9区域震52012-06-01153065620.240.720S133.269E25.05.8区域震62012-06-29181210733.8643.433N84.700E18.06.3区域震72012-07-16198163310.081.296S137.053E13.15.6区域震82012-07-25207002745.262.707N96.045E22.06.4区域震92012-08-12225104706.4535.661N82.518E13.06.2区域震102012-08-14227025938.4649.800N145.064E583.27.7区域震112012-09-03247182305.2310.708S113.931E14.06.1区域震122012-09-07251031942.5327.575N103.983E10.05.5区域震132012-10-08282114331.424.472S129.129E10.06.1区域震142012-10-17291044230.404.232N124.520E32.66.0区域震152012-11-27332025906.522.952S129.219E11.25.7区域震162014-07-11192192200.8237.005N142.452E20.06.5区域震172014-07-20201183247.7944.642N148.784E61.06.2区域震182014-08-03215083013.5727.189N103.409E12.06.2区域震192014-08-06218114522.687.274S128.036E10.06.2区域震202014-09-10253051653.2118.400N125.125E30.05.9区域震212014-09-17260061445.4113.764N144.429E130.06.7区域震222014-11-18322044716.631.869N126.475E30.05.8区域震3期薛梅等：南海上地幔各向异性结构及动力学含义501et al，2018；Hunget al，2021）。还利用 XKS 震相极性分析方法确定了 OBS 的水平分量的方位角，并与表 2 中的水平分量方位角进行了对比，结果显示两者反演得到的角度相差在 510的范围（Liet al，2016）。以上结果验证了利用 XKS 震相确定 OBS 水平分量方位角的可行性，同时也为检验仪器稳定性和数据质量提供了一种重要方法。此外，在做横波分裂分析时，对高信噪比的 S 波信号进行频谱分析，以获取相对准确的滤波频段。一般来说，高信噪比 S 波能量应该在径向/切向上均匀分布，或者在径向上能量较高。但在实际数据处理的过程中，我们发现相当多的 S 波能量集中在切向分量上，而在径向分量上几乎没有能量分布。选取了一个实例进行分析，从 Harvard 大学 GlobalCMT（CentroidMomentTensor）中心下载对应的震源机制解（Dziewonskiet al，1981），根据对应地震的断层参数和弹性波的震源辐射模式计算该地震的 P/SV/SH 波的辐射波场，发现台站方位接收到的SH 波的能量振幅远大于 SV 波的振幅，从而推测 S 波在切向分量上的高能量是由该地震的震源机制引起的（李琳，2016）。1.2 横波分裂方法当横波经过各向异性介质时，会分裂为波速不同、极性正交的快波和慢波。通过提取快波极化方向 和快慢波分裂时间 t，可研究传播介质的各向异性。其中快波极化方向 指示地壳和地幔的应力/应变方向，而快慢波分裂时间 t 则代表介质各向异性强度。传统的横波分裂方法主要有四种：切向能量最小化方法、最小特征值最小化方法、互相关方法以及多道分析方法（Bowman，Ando，1987；Silver，Chan，1988，1991；Kuoet al，1994；Chevrot，2000）。互相关方法认为由于快慢波是由同一横波分裂而成，在对快慢横波进行分离和时间延迟校正后快慢横波的波形应该具有高度的相似性，因而采用互相关函数作为波形相关性的判断依据。这四种方法相比较，切向能量最小化方法稳定性比较好，但主要适用于穿过地球液体外核的地核震相 XKS，如 SKS，PKS，SKKS；最小特征值最小化方法除了适用 XKS 震相外，还可用于 S 和 s 等其它震相，但解的稳定性不如切向能量最小化方法；互相关方法适用于多种震相，但即使是两个噪声信号也可以做互相关，因此要求对地震震相的信噪比有较好把控；多道分析方法也适用于多种震相，但只有在地震方位角分布较好的情况下才能得出比较可信的结果（薛梅，2008）。本文由于地震方位角分布有限，仅采用了前三种方法来进行横波分裂分析。为了展示地震数据的质量以及不同横波分裂方法的结果比较，图 46 展示了一些地震数据及横波分裂结果。图 4 针对台站 HY6 记录的 2012 年 11 月 7 日危地马拉地震激发的PKS 震相，比较了切向能量最小化和最小特征值最小化两种方法得到的横波分裂结果。可以看到 PKS 震相的信噪比较高，两种方法经过延迟时间校正后快慢波的波形一致性均较好，PKS 震相的质点振动模式由校正前的椭圆形变为校正后的线性，且两种方法获得的横波分裂的快轴方向和分裂时间一致性较好。信噪比较高的横波震相并不总会得到横波分裂解，有时候会得到空解（Nullresults）。空解的出现对 XKS 震相经过的介质有三种可能的解释：是视各项同性的