裴順平 陳永順

1）中國科學(xué)院青藏高原研究所，北京 100085

2）北京大學(xué)，北京 100871

2010年4月14日的玉樹MS7.1地震剛好發(fā)生在巴顏喀拉塊體和羌塘塊體交界的玉樹-甘孜大型斷裂帶上，地表破裂、震源機(jī)制和震源破裂過程都顯示玉樹地震是一個(gè)近直立的左旋走滑破裂，且破裂方向以向東南方向?yàn)橹?。近單?cè)破裂說明地下結(jié)構(gòu)存在明顯的非均勻性。本文的目的就是利用地震層析成像方法來了解深部結(jié)構(gòu)的非均勻性，并探討結(jié)構(gòu)與地震的發(fā)生、破裂以及余震位置之間的關(guān)系。

1 方法

考慮到玉樹地震區(qū)臺(tái)站比較稀疏，且地震深度大部分都在10 km以內(nèi)，本研究發(fā)展一種新的二維層析成像方法，將上地殼脆性層近似一層厚度很薄的薄層（相對(duì)于水平距離而言），忽略速度隨深度的變化，同時(shí)引入臺(tái)站項(xiàng)和事件項(xiàng)來彌補(bǔ)二維假設(shè)的誤差和震源深度的誤差。當(dāng)Pg波震中距不大時(shí)，可以近似為直線傳播，此時(shí)Pg波的走時(shí)方程可以寫為

進(jìn)行震源深度校正后可以得到

式中，tobs為震源深度為h，震中距為Δ時(shí)的觀測(cè)走時(shí)，同時(shí)引入臺(tái)站項(xiàng)tsta和事件項(xiàng)tevt，臺(tái)站項(xiàng)代表臺(tái)基地質(zhì)狀況的差異和到時(shí)鐘差等因素造成的走時(shí)差，事件項(xiàng)代表震源深度誤差和發(fā)震時(shí)刻的誤差。式（2）的左側(cè)表示震源深度校正后的走時(shí)。如果將上地殼脆性層劃分成二維網(wǎng)格，則校正后的走時(shí)方程可以寫成

式中，tij為地震j到臺(tái)站i的深度校正后的走時(shí)，ai為第i個(gè)臺(tái)站的臺(tái)站項(xiàng)，bj為第j個(gè)地震的事件項(xiàng)，dijk是射線ij在第k個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的旅行距離，sk為網(wǎng)格k的慢度（速度的倒數(shù)），φ為射線ij的方位角。公式（3）可以采用經(jīng)典LSQR方法求解，即可獲得Pg波速度的橫向變化。

2 數(shù)據(jù)與結(jié)果

大量的數(shù)據(jù)選自玉樹地震發(fā)生后，在4個(gè)固定臺(tái)站和7個(gè)臨時(shí)臺(tái)站記錄到的余震到時(shí)，共有來自1689個(gè)地震的7157條到時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)同時(shí)滿足震中距小于200 km，以適應(yīng)Pg波近似走直線的要求。通過直線擬合震源深度校正后的走時(shí)與震中距關(guān)系，獲得玉樹震源區(qū)的平均速度為6.0 km/s。利用上述二維層析成像方法反演減掉平均速度模型后的走時(shí)殘差方程，獲得了Pg波速度橫向變化，同時(shí)獲得了臺(tái)站項(xiàng)和事件項(xiàng)。結(jié)果顯示，玉樹地震發(fā)生在高速異常區(qū)內(nèi)，破裂主要向東南方向具有低速異常的玉樹縣城方向擴(kuò)展，反方向的高速異常抑制了破裂向西北方向擴(kuò)展，這意味著速度結(jié)構(gòu)控制著玉樹地震的發(fā)生和破裂的擴(kuò)展。震后的余震分布同主震相同，也基本都在高速異常體內(nèi)，因?yàn)楦咚佼惓^(qū)通常巖石強(qiáng)度較高，斷層上下盤間的耦合較強(qiáng)而更容易積累應(yīng)力，而低速異常區(qū)斷層強(qiáng)度則可能較低而容易破裂。

3 結(jié)論

本研究所展示的簡(jiǎn)化的二維層析成像方法，能夠有效獲得地殼脆性層的P波速度橫向變化。所獲得的玉樹地震區(qū)的結(jié)構(gòu)表明，震源區(qū)脆性層的介質(zhì)結(jié)構(gòu)是不僅控制著主震和余震發(fā)生的位置，而且控制著破裂擴(kuò)展的方向，玉樹地震的近單側(cè)破裂是由于西南方向地震波速度較低導(dǎo)致的斷層強(qiáng)度可能較低而更容易向該方向破裂造成的。