程海断裂带在滇西北断陷带内最为复杂且历史上在南北两端皆发生过M≥7.0的大震活动（例如1515年永胜73/4和1625年弥渡7级地震），对程海断裂带及附近区域地层进行精细结构探测是理解地震孕育和发生过程的基础。噪声成像、接收函数和频谱比等方法对断裂带绝对深度约束较差，甲烷震源绿色环保且对激发环境要求简单，结合密集台阵观测适宜在复杂断裂带不同位置处开展无损探测。

为获取程海断裂带两侧介质速度差异、断裂带内破碎低速带及附近盆地的精细结构，中国地震局地球物理研究所张云鹏助理研究员、杨微研究员、王伟涛研究员、马晓娜副研究员及香港中文大学杨宏峰教授于2020年10-11月在断裂带附近布设了2条密集测线，并沿测线激发了8炮甲烷震源（图1）。根据两条密集台阵上记录的611条甲烷震源初至P波走时信息，利用simul2000反演获取了断裂带不同位置处的高分辨率浅地表速度结构（图2），并与气枪震源和远震P波延时分析结果进行了对比（图3）。

图1 程海断裂带密集台阵及甲烷震源分布

（a）中青色圆点和粉色五角星分别为1970年以来M>4和M>6的地震分布；绿色和紫色圆点为台阵布设期间M>5的远震事件位置。（b)、(c)、(d)中蓝色和红色五角星分别为宾川气枪信号发射台和甲烷震源位置；黑色三角形为密集测线分布，紫色三角形为Yang et al.（2020）在宾川盆地南侧布设的密集测线。黑线为断裂带分布；F1为周城-清水断裂，F2-1为期纳断裂，F2-2为金江断裂，F3-1为上沧-鱼棚断裂，F3-2为河曲-上营断裂，F3-3为河曲-宾居断裂，F3-4为宾川断裂。

图2 期纳（Line1、分辨率为0.3 km × 0.3 km × 0.25 km）和片角（Line2、分辨率为0.5 km × 0.5 km × 0.25 km）测线下方的P波速度结构和检测板测试结果

图3 宾川气枪震源和远震（图1中紫色圆点）P波延时分析

研究结果表明：（1）程海断裂带下方浅层速度结构非常复杂，断裂带两侧存在明显的速度差异。在期纳和片角测线下方，低速区内外速度差可达20%-50%。（2）期纳和片角测线下方低速异常的宽度分别为～2.0 km和～5.0 km，深度均可达500 m，与第四纪沉积具有非常好的一致性。（3）浅地表构造地貌的分布主要受控于区域断裂带活动，是在区域近东西向伸展和微地块顺时旋转的共同作用下形成的。

本研究结合甲烷震源和超密集测线观测，利用记录到的体波走时信息反演获得了程海断裂带不同位置处的浅地表高精度速度结构，精细刻画了城市盆地几何特征、埋藏深度和沿断裂带走向的变化特征，弥补了被动源数目有限和传统方法对绝对深度约束较差的问题。本研究同时也为后续利用甲烷震源和密集台阵观测在超大城市群开展结构探测奠定了基础，对研究区域构造特征、发震机制和进行地震风险评估等都具有重要意义，具有重要的实用和推广价值。

研究成果于2023年6月发表在国际主流地学期刊《Seismological Research Letters》（Zhang, Y., H. Yang, W. Yang, W. Wang, and X. Ma (2023). Along-Strike Variation in the Shallow Velocity Structure beneath the Chenghai Fault Zone, Yunnan, China, Constrained from Methane Sources and Dense Arrays, Seismol. Res. Lett., 1–18, doi: 10.1785/0220230034.）。本研究由中国地震局地球物理研究所基本科研业务费专项（DQJB19B32和 DQJB22R31）及国家自然科学基金（42104045、41974069和42204053）等项目共同资助。

【作者简介】

第一作者：张云鹏，女，博士，助理研究员，主要从事密集台阵、主动源、体波层析成像和地震重定位等方面的研究。Email:zhangyp@cea-igp.ac.cn