邵志剛，馬宏生，張浪平，黃建平，聞學(xué)澤，3

1 中國地震局地震預(yù)測研究所地震預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100036

2 中國地震局，北京100036

3 四川省地震局，成都610041

4 中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島266555

1 引 言

2010年4月14日（當(dāng)?shù)貢r間）在中國青海玉樹發(fā)生MS7.1地震，震中為北緯33.2°，東經(jīng)96.6°，震源深度為14km（中國地震臺網(wǎng)中心http：／／www.csndmc.ac.cn／［2013－01－15］），位于青藏高原中東部地區(qū)甘孜—玉樹活動構(gòu)造帶，發(fā)震斷層是該構(gòu)造帶中的玉樹斷裂.青藏高原內(nèi)部分布眾多大型走滑型構(gòu)造帶［1－3］，甘孜—玉樹構(gòu)造帶是其中東部的一條NWW向左旋走滑斷裂帶，是青藏高原內(nèi)部巴顏喀喇塊體和羌塘塊體之間的活動構(gòu)造帶［4－5］（圖1）.由震源機(jī)制解（GCMT）來看，2010年4月14日玉樹MS7.1地震主震，4月14日MS6.1余震、5月29日MS5.8余震和6月3日MS5.5余震均為左旋走滑地震，與發(fā)震斷層運(yùn)動的性質(zhì)一致.

主震、最大余震與余震集中區(qū)域依次由東往西沿甘孜—玉樹斷裂分布［6］，主震時自震中位置自西向東沿甘孜玉樹斷裂帶破裂約60km［7－8］，最初的20km破裂地表沒有觀測到明顯位錯，而地表破裂集中分布在宏觀震中附近（GCMT）約20余千米，最大地表水平位錯為2.1m［9］；主震震中以西的地表破裂為MS6.1余震造成的.主震和MS6.1余震同震破裂斷層上均有較多余震活動，但余震最為集中區(qū)域位于MS6.1余震再往西的地區(qū)，且重新定位結(jié)果表示那一地區(qū)的余震大多位于甘孜—玉樹斷裂以南［6］.

本文首先利用InSAR資料反演玉樹MS7.1地震主震和最大余震的同震位錯分布，然后結(jié)合同震庫侖應(yīng)力的變化分析基于同震位錯分布和余震空間分布之間的關(guān)系.

2 同震位錯反演

由 ALOS／PALSAR 升軌（path487）數(shù)據(jù)解算出的2010年4月14日玉樹MS7.1地震同震形變位移場實(shí)際上包括主震和最大余震的同震地表響應(yīng).Zha等（2011）利用2010年1月15日和2010年4月17日InSAR數(shù)據(jù)相關(guān)性空間分布和干涉相位圖將地表破裂軌跡分為5段［10］；Li等（2012）利用干涉相位圖和衛(wèi)星影像圖綜合給出地表破裂軌跡［7］，他們的同震位錯模型中的斷層幾何參數(shù)比較接近，但不同分段存在細(xì)微的差異.由以往的數(shù)值模擬結(jié)果來看，對于1999年中國臺灣集集MW7.6地震和2001年中國昆侖山口西MW7.8地震等發(fā)生在典型走滑斷裂上的強(qiáng)震，其破裂斷層往往是同震位移梯度最大的地方，且破裂位移方向相反［11］.2003年12月26日伊朗巴姆MW6.5地震為右旋走滑地震，其視線向位移經(jīng)過Sobel Edge濾波后可以清楚地確定同震地表破裂軌跡［12］.為消除干涉圖中的噪音，Zha等（2011）在波數(shù)域利用維納濾波，圖2為解纏后的玉樹MS7.1地震同震視線向位移（包括最大余震的同震位移）［10］.根據(jù)視線向位移，本文給出了包括3段斷層的位錯模型，其中斷層1和斷層2是主震斷層，斷層3是最大余震斷層.而野外現(xiàn)場考察給出的地表破裂［9］也均分布在本文給出的斷層模型地表投影（圖1c），表明本文模型具有一定的合理性.

Wang等（2012）根據(jù)接收函數(shù)反演結(jié)果，結(jié)合Jiang等（2006）獲得的人工測深結(jié)果［13］，給出玉樹（圖5b）整體趨勢非常接近.本文結(jié)果與Li等（2011）基于形變觀測反演結(jié)果［9］和張勇等利用遠(yuǎn)場數(shù)字地震波形反演所得主震破裂空間分布［17］整體上比較一致，但最大余震和主震最東段同震位錯較小斷層段存在差別.

3 余震活動時空演化

圖3 （a）玉樹地區(qū)速度結(jié)構(gòu)；（b）2010年4月14日玉樹MS7.1地震深度分布［6］（截至到震后70天）Fig.3 （a）Velocity structure of Yushu；（b）Focal depth distribution of the 14April 2010 MS7.1Yushu earthquake［6］（up to 70days after the earthquake）

地區(qū)P波速度結(jié)構(gòu)模型［6］（圖3a），其中地殼厚度為70km，上地殼厚度為20km，中地殼為低速層，該介質(zhì)模型與大地電磁測深和數(shù)字地震學(xué)研究結(jié)果較為一致［14－15］.2010年4月14日玉樹MS7.1地震的大多數(shù)余震分布在20km深度以上（圖3b），因此20km可能是該地區(qū)脆韌性轉(zhuǎn)化界面的深度.

為獲得詳細(xì)的斷層位錯分布，本文將斷層位錯模型離散為規(guī)則的1km×1km矩形子斷層，利用InSAR給出的視線向位移做約束，利用附有約束條件的最小二乘方法來反演各子斷層上滑移矢量，并附加模型的粗糙度進(jìn)行平滑約束以增加結(jié)果的穩(wěn)定性，采用模型粗糙度和數(shù)據(jù)擬合殘差曲線取折中來確定平滑因子大?。?6］.圖4a為基于本文模型，利用InSAR給出的視線向位移做約束反演2010年玉樹MS7.1地震的位錯模型粗糙度和數(shù)據(jù)擬合殘差間關(guān)系圖，本文采取折中值0.35為平滑因子.InSAR數(shù)據(jù)解纏得到的視線向位移與根據(jù)反演模型模擬所得的視線向位移間相關(guān)系數(shù)為0.98，兩者之間的殘差絕對值大于0.02m的占2%，大于0.01m占12%，表明本文反演結(jié)果能較好地解釋地表同震位移.

圖5a為本文反演所得2010年玉樹MS7.1地震同震位錯分布（包括最大余震MS6.3地震），斷層2東段接近地表最大位錯為103cm，而斷層2西段深度10km左右的同震位錯雖較大，但到地表幾乎衰減為0；斷層1的最大位錯為66cm，接近地表；斷層3最大位錯為43cm，地表有約20cm左右的位錯，上述反演所得地表位錯與實(shí)際現(xiàn)場考察結(jié)果［7］

Wang等（2012）利用HypoDD方法對2010年4月14日玉樹MS7.1地震余震做了重新定位［6］，圖6是震后70天內(nèi)余震時空演化，主震和最大余震發(fā)震斷層附近的余震沿玉樹斷裂分布，但西段的余震大多分布在該斷裂的南側(cè)（圖6a）；震后1個月內(nèi)余震空間分布比較均勻，1個月以后的余震則集中分布在西段（圖6a）；斷層1附近余震多分布深度在12km以上，斷層2和斷層3附近的余震多分布在15km深度以上，西段的余震在整個上地殼內(nèi)均比較活躍.整體來講，玉樹MS7.1地震的余震空間分布呈現(xiàn)較明顯隨時間演化的特征，即隨時間逐漸往西收縮，深度上由東向西逐漸加深（圖6b）.Shan等（2011）和單斌等（2012）計(jì)算了同震位錯在發(fā)震斷層面（走向119°，傾角78°，滑移角3°）上引起的庫侖應(yīng)力變化，并以此為基礎(chǔ)分析了主震與余震之間可能的觸發(fā)關(guān)系以及此次玉樹7.1級地震對周邊斷層地震活動的影響［18－19］.而本文更關(guān)注下述兩個問題：（1）主震與最大余震之間的關(guān)系；（2）2010年玉樹MS7.1地震1個月后控制西部余震集中活動的可能構(gòu)造部位.

4 庫侖應(yīng)力變化與余震

庫侖破裂準(zhǔn)則被廣泛應(yīng)用于巖石破裂研究，試驗(yàn)表明受壓巖石的破裂近似遵守庫侖破裂準(zhǔn)則，而且也與很多實(shí)際觀測相符［20］，這一準(zhǔn)則同樣在地球物理學(xué)界受到眾多關(guān)注和應(yīng)用，特別是以此為基礎(chǔ)探討強(qiáng)震所引起的庫侖應(yīng)力變化與余震分布間可能的觸發(fā)關(guān)系.Stein和Lisowski（1983）系統(tǒng)討論了主震靜應(yīng)力對余震空間分布的影響［21］，尤其是繼King等（1994）詳細(xì)地討論了庫侖應(yīng)力變化與余震分布的對應(yīng)關(guān)系［22］之后，眾多研究均表明強(qiáng)震引起的庫侖應(yīng)力增加有利于余震的發(fā)生［23］.

基于第二節(jié)反演所得同震斷層位錯模型結(jié)果，利用層狀介質(zhì)中位錯理論計(jì)算同震應(yīng)力場空間分布［24－25］，所用程序?yàn)镻SGRN／PSCMP；該程序可以計(jì)算地震斷層位錯所引起的同震和震后位移場、應(yīng)力場、重力場等在不同深度上的變化量［26］.參考以往研究［18，22］，本文取相對比較折中的等效摩擦系數(shù)0.6.本文所用區(qū)域介質(zhì)模型是 Wang等（2012）根據(jù)接收函數(shù)反演結(jié)果給出的玉樹地區(qū)殼幔介質(zhì)模型［6］（圖3）.

本文首先計(jì)算2010年玉樹地震主震同震位錯（圖5b中斷層1和斷層2）在最大余震發(fā)震斷層（圖5b中斷層3）面上引起的庫侖應(yīng)力變化.圖7a為10km深度上主震破裂引起的庫侖應(yīng)力場變化空間分布圖，最大余震的發(fā)震斷層上庫侖應(yīng)力顯著增加，且遠(yuǎn)大于觸發(fā)閾值0.1bar［23］（相當(dāng)于0.01MPa）.圖7b為最大余震發(fā)震斷層面上庫侖應(yīng)力變化空間分布，整個斷層面上庫侖應(yīng)力均超過庫侖應(yīng)力的觸發(fā)閾值.上述結(jié)果表明，玉樹MS7.1主震對其最大余震具有明顯的觸發(fā)作用.

圖6 2010年4月14日玉樹MS7.1地震余震分布［6］（截至2010年6月16日）.（a）余震重新定位空間分布；（b）余震重新定位垂向分布Fig.6 Distribution of the aftershocks of the 14April 2010 MS7.1Yushu earthquake ［6］ （up to June 16，2010）.（a）Spatial distribution of aftershocks repositioning；（b）Vertical distribution of aftershocks repositioning

2010年玉樹MS7.1地震及其最大余震的發(fā)震斷層面均與地質(zhì)上的主干走滑活動斷層及其錯動基本一致，然而，主震發(fā)生一個月后余震集中區(qū)域的震源機(jī)制解與斷層走向差別較大.該余震集中區(qū)較大余震震源機(jī)制的兩共軛斷層面走向分別約為85°和175°，傾角約90°（表1）.2010年玉樹MS7.1地震及其最大余震引起的庫侖應(yīng)力空間變化如圖8，其中圖8a和8b的接收斷層走向?yàn)?5°，圖8a為10km深度上庫侖應(yīng)力變化的二維空間分布，圖8b為庫侖應(yīng)力變化在BB′斷層深度剖面上的分布，余震集中分布在庫侖應(yīng)力顯著增加的地區(qū).圖8c和8d的接收斷層走向?yàn)?75°，圖8c為10km深度上庫侖應(yīng)力變化的二維空間分布，圖8d為庫侖應(yīng)力變化在CC′斷層深度剖面上的分布，半數(shù)以上余震分布在庫侖應(yīng)力顯著減小的地區(qū).綜合上述同震庫侖應(yīng)力變化與余震空間分布情況，2010年玉樹MS7.1地震1個月后的主要余震發(fā)生區(qū)地震活動可能受控于主震最大余震破裂北西端SW側(cè)的近東西向斷層（走向約為85°），而非玉樹斷裂的主干斷裂.

圖7 主震在最大余震斷層上引起的庫侖應(yīng)力變化.（a）10km深度上水平空間分布，其中AA′為圖b剖面的地表投影；（b）沿余震斷層走向剖面上分布Fig.7 Coulomb failure stress changes on the fault of the largest aftershock which caused by the main shock.（a）Horizontal spatial distribution in 10km depth，wherein，line AA′is the surface projection of the section in Fig b；（b）Distribution along the strike section of aftershocks

5 討 論

甘孜—玉樹斷裂是青藏高原中東部地區(qū)羌塘地塊和巴顏喀喇地塊之間的邊界斷裂帶，整體呈北西向，全長超過500km，根據(jù)斷層破裂和斷層性質(zhì)的局部特征，甘孜—玉樹斷裂可以分為5段，自東往西分別為甘孜段、瑪尼干戈段、鄧柯段、玉樹段和當(dāng)江段［27－28］.甘孜玉樹斷裂帶不同分段歷史上相繼發(fā)生了多次7級左右的強(qiáng)震，自東往西分別為甘孜段1854年M7.3地震、瑪尼干戈段1866年M7.7地震、鄧柯段1896年M7.0地震、玉樹段2010年MS7.1地震和當(dāng)江段1738年M6.5地震［28］.2010年4月14日玉樹7.1級地震之前，甘孜—玉樹斷裂帶上的玉樹段為強(qiáng)震破裂空段，綜合主震和最大余震同震位錯反演結(jié)果（圖5）以及余震重新定位結(jié)果［6］，玉樹空段在此次玉樹7.1級地震序列中各段斷層活動表現(xiàn)出不同的運(yùn)動形式：主震同震破裂、最大余震破裂、余震集中活動（圖9a）.

圖8 主震和最大余震引起的庫侖應(yīng)力變化.（a）10km深度上水平空間分布（接收斷層走向?yàn)?5°）；（b）沿余震斷層走向剖面上分布（接收斷層走向?yàn)?5°，剖面上的余震為東經(jīng)96.4°以西的余震在BB′斷層面上的投影）；（c）10km深度上水平空間分布（接收斷層走向?yàn)?75°）；（d）沿余震斷層走向剖面上分布（接收斷層走向?yàn)?75°，剖面上的余震為東經(jīng)96.4°以西的余震在CC′斷層面上的投影）Fig.8 Coulomb failure stress changes which caused by the main shock and the largest aftershock.（a）Horizontal spatial distribution in 10km depth（the strike of receiving fault is 85°）；（b）Distribution along the strike section of aftershocks（the strike of receiving fault is 85°，the aftershocks on the section is the projection of the aftershocks west of 96.4°E on the BB′fault plane）；（c）Horizontal spatial distribution in 10km depth（the strike of receiving fault is 175°），（d）Distribution along the strike section of aftershocks（the strike of receiving fault is 175°，the aftershocks on the section is the projection of the aftershocks west of 96.4°E on the CC′fault plane）

表1 2010年4月14日玉樹7.1級地震主震及較大余震震源機(jī)制解（http：／／www.globalcmt.org／CMTsearch.html［2013－01－15］）Table 1The focal mechanism solution of mainshock and larger aftershocks of the 14April 2010 7.1Yushu earthquake

圖9 （a）甘孜—玉樹斷裂帶強(qiáng)震破裂分布（藍(lán)色為歷史地震地表破裂分布，紅色為2010年4月14日玉樹MS7.1地震地表破裂，粉色為此次玉樹地震的最大余震地表破裂）；（b）甘孜玉樹斷裂帶玉樹段地質(zhì)構(gòu)造示意圖（對應(yīng)圖9a中紅色框所示范圍；圖b中斷裂是本研究綜合衛(wèi)星影像和相關(guān)地質(zhì)考察研究結(jié)果給出的；虛線為本文推斷斷裂）Fig.9 （a）Large earthquakes rupture distribution on the Garzê－Yushu fault zone （blue indicate the surface rupture distribution of history earthquakes，red indicate the surface rupture caused by the 14April 2010 MS7.1Yushu earthquake，pink indicate the surface rupture caused by the largest aftershock of the Yushu earthquake）；（b）Sketch map of geological structure in the Yushu segment of the Garzê－Yushu fault zone（the area corresponds to the red box in Fig.9a，the faults given by the satellite images and the related geological survey results，comprehensively，in this study；and the dashed lines are the inferred faults in this paper）

甘孜—玉樹斷裂帶玉樹段分為東玉樹斷裂和西玉樹斷裂，以隆寶湖為分界，東玉樹斷裂向西延伸到隆寶湖北岸，西玉樹斷裂自隆寶湖南岸開始向西延伸［29］（圖9b）.2010年4月14日玉樹MS7.1級地震發(fā)震斷層為東玉樹斷裂，主震同震地表破裂分布在東玉樹斷裂的東段，雖然隆寶湖北岸東玉樹斷裂西段存在同震位錯集中段（圖5a），但不論現(xiàn)場考察結(jié)果（圖5b）還是位錯反演結(jié)果（圖5a）淺層同震位錯均很??；而最大余震位于隆寶湖以西的西玉樹斷裂上，且有明顯地表破裂分布（圖5）.

余震空間與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，由圖9b可知，余震空間分布存在3個明顯集中區(qū)域，最東集中區(qū)為東玉樹斷裂東段斷層間斷處，即圖2中Fault 1和Fault 2中間位置；中間集中區(qū)域?yàn)槁毢啥耍瑬|玉樹斷裂和西玉樹斷裂共同作用區(qū)域；最西集中區(qū)為西玉樹斷裂往西延伸區(qū)域.東玉樹斷裂和西玉樹斷裂均為左旋走滑斷裂，在隆寶湖地區(qū)表現(xiàn)為走滑斷層系統(tǒng)內(nèi)的典型拉張盆地［30］.而西玉樹斷裂往西延伸區(qū)域次級斷層較多，且極為復(fù)雜，空間上呈網(wǎng)狀分布，按走向可以分為三組斷層，北西向（走向130°～150°）和北東向（走向～50°）大致呈正交分布的兩組斷層，還有近東西向的斷層，而綜合震源機(jī)制解（表1）和同震庫侖應(yīng)力變化（圖8），這組近東西向斷層可能是最西余震集中區(qū)的控制斷層，性質(zhì)上應(yīng)屬于沿左旋走滑的玉樹斷裂玉樹主震與最大余震破裂北西端SW側(cè)的次級斷裂，并被主震與最大余震同震位錯“激活”（圖9b）.

值得注意的現(xiàn)象是最大余震與最西余震集中區(qū)中間區(qū)域既沒有顯著的余震活動，也沒有地震位錯形式的斷層運(yùn)動，2010年玉樹MS7.1地震序列活動期間，該段斷層處于閉鎖狀態(tài)或者無震滑移，而最西余震集中區(qū)的控制斷層可能不是西玉樹斷裂主干斷裂，綜合分析認(rèn)為2010年玉樹MS7.1地震序列活動期間玉樹斷裂帶主干斷層活動主要為隆寶湖附近及其以東斷層.而根據(jù)相關(guān)地震史料和歷史地震形變特征研究結(jié)果，1738年的破壞性地震震級可能達(dá)到71／2級，而不是目錄中的61／2級，同震位錯為玉樹段和當(dāng)江段的組合破裂形式［31］.但1738年71／2級地震的具體發(fā)震斷層有待進(jìn)一步討論，如果包括東玉樹斷裂，則1738年71／2級地震是東、西玉樹斷裂上多個凹凸體同時發(fā)生錯動，而2010年MS7.1地震僅是東玉樹斷裂上的凹凸體發(fā)生錯動，這種同一地區(qū)不同凹凸體以不同錯動組合形式構(gòu)成不同地震同震位錯的情況還有，例如日本三陸地區(qū)存在兩個較大的凹凸體，1968年十勝8.2級地震使得兩個凹凸體均發(fā)生破裂，而1994年三陸7.7級地震僅發(fā)生在其中一個凹凸體上［32］.如果1738年71／2級地震發(fā)震斷層不包括東玉樹斷裂，則2010年MS7.1地震為發(fā)生在典型強(qiáng)震破裂空段上的地震.

以往很多研究認(rèn)為強(qiáng)震同震破裂與余震空間應(yīng)具有一定的相關(guān)性，往往認(rèn)為強(qiáng)震的余震多為在主震凹凸體周圍的小凹凸體破裂［33］.2010年玉樹7.1級地震的最大余震和前期余震同樣可以按照這種斷層上凹凸體與地震間關(guān)系理解，但后期余震仍具有其特殊性，有可能是主震和強(qiáng)余震激活了相鄰斷層上的地震活動，這種現(xiàn)象在2008年汶川8.0級地震［34－35］主震發(fā)生于龍門山斷裂帶，而其北部某些強(qiáng)余震可能發(fā)生于北川斷裂和青川斷裂兩個斷裂上，而不是只發(fā)生在龍門山斷裂帶的中央斷層上.這種余震空間分布顯示出強(qiáng)震與區(qū)域斷裂帶構(gòu)造系統(tǒng)之間關(guān)系的復(fù)雜性.

6 結(jié) 論

2010年玉樹MS7.1地震主震與最大余震的同震位錯反演結(jié)果與地表破裂考察結(jié)果表明主震同震斷層運(yùn)動主要發(fā)生在玉樹斷裂東段，最大余震同震斷層運(yùn)動發(fā)生在玉樹斷裂西段，均表現(xiàn)出左旋走滑性質(zhì)，兩者之間的隆寶湖地區(qū)表現(xiàn)為走滑斷層系統(tǒng)內(nèi)的典型拉張構(gòu)造.余震最為集中區(qū)域?yàn)槲饔駱鋽嗔淹餮由靺^(qū)域，距離主震同震破裂較遠(yuǎn)，次級斷層較多且極為復(fù)雜，基于本文庫侖應(yīng)力變化空間分布結(jié)果，近東西向斷層組可能是余震集中區(qū)的控制斷層，性質(zhì)上應(yīng)屬于沿左旋走滑的玉樹斷裂玉樹主震與最大余震破裂北西端SW側(cè)的次級斷裂.由余震活動表現(xiàn)出的強(qiáng)震后效運(yùn)動斷層與強(qiáng)震發(fā)震斷層并不一致，表明余震活動并不一定圍繞或重疊于主震發(fā)震斷層凹凸體，也可表現(xiàn)為被主震與最大余震同震位錯“激活”的次級斷裂.本文結(jié)果表明，玉樹空段在此次玉樹7.1級地震序列中各段斷層活動表現(xiàn)主震同震破裂、最大余震破裂、余震集中活動等不同的運(yùn)動形式，均與玉樹斷裂不同段表現(xiàn)出不同斷層變形方式有著密切關(guān)系.

對于2010年玉樹MS7.1地震同震位錯及其余震與玉樹斷裂斷層間關(guān)系，本文只是從同震位錯和庫侖應(yīng)力變化、余震空間分布和斷層形變特征等角度進(jìn)行分析，筆者深感該地區(qū)相關(guān)問題的確定仍需地球物理、大地測量、古地震活動、斷層運(yùn)動等方面工作進(jìn)行深入探討.

致 謝 感謝中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)查顯杰副教授提供的此次玉樹地震同震InSAR解譯結(jié)果；感謝中國地震局地球物理研究所房立華博士提供的余震重定位結(jié)果；感謝德國波茨坦地學(xué)中心汪榮江博士提供的同震位錯反演和同震庫侖應(yīng)力計(jì)算相關(guān)程序.

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