李大虎 吳萍萍 丁志峰

1） 中國北京100081中國地震局地球物理研究所2） 中國成都610041四川省地震局

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四川蘆山MS7.0地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域P波三維速度結(jié)構(gòu)研究

1） 中國北京100081中國地震局地球物理研究所2） 中國成都610041四川省地震局

利用四川數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺站在蘆山MS7.0地震震后（2013年4月20日—6月23日）記錄到的2026次區(qū)域地震事件的28188條P波到時資料， 采用地震層析成像方法反演得到了蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域中上地殼P波三維速度結(jié)構(gòu)． 結(jié)果表明， 淺部地殼的P波速度異常分布特征與地表地質(zhì)構(gòu)造、 地形和巖性密切相關(guān)， 即成都斷陷盆地表現(xiàn)出與第四紀(jì)沉積有關(guān)的低速異常區(qū)； 犍為、 樂山一帶的川中微升區(qū)和川青塊體龍門山以西的鄰近地帶均表現(xiàn)為與構(gòu)造抬升有關(guān)的高速異常； 寶興、 康定附近分布的基性火山巖及火山碎屑巖均呈局部高速異常分布． 蘆山地震震源位于高低速異常分界線附近且偏向高速體一側(cè)， 其下方存在明顯的低速異常分布， 可能與流體的存在有關(guān). 流體的作用導(dǎo)致中上地殼內(nèi)部發(fā)震層的弱化， 使孕震斷層易于破裂， 可能對蘆山地震起到了觸發(fā)作用． 蘆山地震與汶川地震兩次地震的余震密集區(qū)相距50 km， 這50 km地震空區(qū)震源體的深度范圍附近目前正處于高速異常區(qū)內(nèi)， 加之龍門山斷裂帶西南段又具有比較典型的斷錯地貌發(fā)育， 使得該段地震空區(qū)（大邑—邛崍活動斷裂破裂空段）現(xiàn)在所處的深淺部構(gòu)造環(huán)境變得復(fù)雜， 其潛在的地震危險性仍值得進一步關(guān)注．

蘆山地震 震源區(qū) 層析成像 龍門山斷裂 P波三維速度結(jié)構(gòu) 地震空區(qū)

引言

2013年4月20日在龍門山斷裂帶西南段發(fā)生蘆山MS7.0強烈地震， 震中位于30.3°N、 103.0°E， 震源深度為17 km. 據(jù)國內(nèi)外多個科研機構(gòu)給出的震源機制解表明， 蘆山地震是一次發(fā)生在青藏高原中東部巴彥喀拉塊體東向逃逸東端與華南塊體西北端四川盆地強烈擠壓碰撞帶內(nèi)部的典型逆斷層型地震， 震源斷層走向220°， 傾角約35°， 斷層面上最大滑動量約1.5 m. 這次地震造成SW--NE方向發(fā)展的破裂帶長約為20 km, 沿斷層傾角方向的范圍主要為12—25 km， 破裂持續(xù)時間達25 s （UTC， 2013； 張勇等， 2013）． 蘆山地震發(fā)生后， 余震不斷， 其中最大余震為2013年4月21日17時05分蘆山-邛崍交界MS5.4地震， 對這次余震震后兩周地震序列的重新定位結(jié)果（趙博等， 2013）表明， 余震水平方向上與主要集中在龍門山斷裂帶南端的雙石—大川斷裂兩側(cè)呈NE向線性分布. 由于2008年汶川MS8.0地震發(fā)生在龍門山構(gòu)造帶中北段， 破裂自初始破裂點開始沿龍門山斷裂帶中央及前山斷裂呈NE向單側(cè)擴展， 龍門山斷裂帶南西段在本次地震中并未參與活動， 而蘆山MS7.0地震恰好發(fā)生在汶川MS8.0地震未引起破裂的龍門山斷裂帶南段. 兩次地震震中相距92 km， 其余震密集區(qū)相距50 km（杜方等， 2013； 易桂喜等， 2013）， 且蘆山地震破裂在震中NE方向不到20 km處停止擴展， 其余震也在同一位置處停止活動. 這些均表明蘆山地震震中往NE方向的介質(zhì)性質(zhì)或地下結(jié)構(gòu)發(fā)生了強烈的變化， 破裂擴展遭到阻礙. 因此該空段內(nèi)發(fā)生強震的危險性以及震源區(qū)周邊強震孕育的深部構(gòu)造環(huán)境值得進一步關(guān)注和研究（趙翠萍等， 2013）．

巴顏喀拉山塊體向ESE方向運動， 與穩(wěn)定的華南塊體碰撞， 兩者之間的龍門山構(gòu)造帶擠壓縮短， 造就了青藏高原東緣宏偉的地貌景觀. 龍門山構(gòu)造帶長約500 km， 斷面西傾， 是由茂汶—汶川斷裂、 北川—映秀斷裂、 彭縣—灌縣斷裂和龍門山山前隱伏斷裂等4條主干斷裂組成的寬約30—40 km的沖斷帶. 其東南側(cè)為開闊的中新生代陸相盆地， 西北側(cè)為古生代地層組成的中高山區(qū)（圖1）. 正是由于龍門山構(gòu)造帶的推覆運動引起地殼縮短， 分別導(dǎo)致了2008年汶川MS8.0和2013年蘆山MS7.0兩次大地震的發(fā)生. 蘆山MS7.0地震震源破裂與汶川地震相似， 以逆斷層錯動為主， 且為盲逆斷層型地震（徐錫偉等， 2008, 2013; 張培震等， 2012）． 該地震發(fā)生后， 作者當(dāng)天就參加了四川省地震局地震現(xiàn)場應(yīng)急科考工作， 對蘆山震區(qū)周邊的鹽井—五龍斷裂、 雙石—大川斷裂、 新開店斷裂和大邑斷裂等進行了野外調(diào)查追蹤， 均未發(fā)現(xiàn)真正意義上的地震地表破裂， 這也給直接探討發(fā)震構(gòu)造幾何學(xué)、 運動學(xué)特征和地震破裂樣式帶來了困難． 從目前資料來看， 龍門山斷裂帶的西南段， 同樣肩負(fù)著青藏高原隆升并向SE方向推進與相對穩(wěn)定的四川地塊的強烈阻擋而引起的逆沖和縮短兼右旋走滑運動. 作為活動地塊的一級邊界， 該斷裂帶具有蘊育和發(fā)生強烈地震的構(gòu)造背景， 新構(gòu)造時期又以強烈的地殼抬升和縮短為特色； 除此之外， 各斷裂兩側(cè)塊體還存在垂直差異運動. 其中龍門山斷裂帶西南段的雙石—大川斷裂又具有比較典型的斷錯地貌發(fā)育， 因此這次蘆山地震的震級規(guī)模與龍門山斷裂帶南段潛在的地震危險性的規(guī)模并不相稱， 其發(fā)生并未顯著地緩解龍門山斷裂帶西南段的地震危險性， 該地段整體上仍存在發(fā)生MW7.2—7.3地震的潛在危險性， 亟待加強監(jiān)測與研究（陳運泰等， 2013）．

蘆山地震發(fā)生至今， 很多國內(nèi)外學(xué)者針對此次地震的震源機制、 地震序列定位以及構(gòu)造應(yīng)力場反演等方面開展了研究， 加之近年來不同地球物理探測方法研究結(jié)果均揭示出龍門山推覆構(gòu)造帶以西地區(qū)存在與中下地殼物質(zhì)通道流密切相關(guān)的低速異常（Roydenetal， 1997； Clark, Royden， 2000； Xuetal， 2007； Burchfieletal， 2008； 王椿鏞等， 2008； 趙國澤等， 2008； 劉啟元等， 2009； 吳建平等， 2009）． 然而， 現(xiàn)有的研究結(jié)果尚未對此次蘆山地震震源區(qū)深部介質(zhì)環(huán)境以及破裂過程的深部構(gòu)造成因機制給出足夠清晰的解釋. 而震源區(qū)的地殼速度結(jié)構(gòu)可以反映地殼介質(zhì)屬性及變化情況， 特別是橫向不均勻的三維速度結(jié)構(gòu)圖像， 可以提供與震源位置和震源介質(zhì)有關(guān)的重要信息， 進而將其與地震活動的空間分布相結(jié)合， 可為認(rèn)識蘆山地震發(fā)生的孕震環(huán)境及孕震機理提供重要的依據(jù)． 因此， 迫切需要對蘆山地震震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)， 特別是涵蓋震源深度范圍內(nèi)的中上地殼的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)進行研究， 這對于認(rèn)識龍門山斷裂帶南段蘆山地震震源區(qū)獨特的孕震環(huán)境極為重要．

本文利用2013年4月20日—6月23日蘆山MS7.0地震震后四川數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺站記錄到的2026次區(qū)域地震事件的28188條P波到時資料， 反演得到了蘆山地震震源區(qū)及周邊區(qū)域中上地殼的P波三維速度結(jié)構(gòu)特征， 并針對蘆山地震震源區(qū)及周邊區(qū)域（如目前關(guān)注的大邑—邛崍活動斷裂破裂空段）的速度結(jié)構(gòu)分布特征和震源區(qū)的深部孕震環(huán)境進行分析. 所得結(jié)果對于深入了解龍門山斷裂帶及鄰區(qū)地震孕育的深部地球動力學(xué)機制， 探討蘆山地震孕育與發(fā)生的深部構(gòu)造背景和發(fā)震構(gòu)造模式， 以及評估未來地震活動趨勢具有重要的意義．

圖1 蘆山地震震源區(qū)及周邊區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

1 觀測資料與成像方法

本研究收集了2013年4月20日—6月23日蘆山地震震后四川數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺站（圖2a）記錄到的區(qū)域地震P波到時資料. 其中60個固定地震臺站位于四川省境內(nèi)， 流動地震臺站是四川省地震局在制定蘆山MS7.0地震現(xiàn)場監(jiān)測工作方案并取得中國地震局監(jiān)測預(yù)報司同意后， 由中國地震局地球物理研究所、 湖北省地震局、 云南省地震局、 四川省地震局和重慶市地震局等單位共同實施的， 架設(shè)完成的15個流動測震臺站主要位于龍門山斷裂帶西南端蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域. 本文所用的地震經(jīng)過嚴(yán)格篩選， 共選出M1.0—7.0地震事件2026次（圖2b）， 有86.5%的地震事件集中分布在震源區(qū)及其附近. 其中ML1.0—3.9地震1966次，MS4.0—4.9地震52次； 讀取P波到時數(shù)據(jù)的精度為0.05—0.15 s， 每次地震的P 波到時數(shù)據(jù)不少于10個； 反演共采用所選2026次地震事件的28188個P波到時數(shù)據(jù)．

圖2 本文所用地震臺站分布（a）和地震震中分布（b）. 圖（b）左上角為蘆山地震震源區(qū)地震事件分布局部放大圖

本文采用Zhao等提出的走時層析成像方法反演蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域P波三維速度結(jié)構(gòu)（Zhaoetal， 1992, 1994; Zhao, 2001）. 該方法允許速度在三維空間內(nèi)任意變化， 并通過在模型空間中設(shè)置一系列的三維網(wǎng)格節(jié)點， 節(jié)點處的速度擾動作為反演中的未知數(shù)被求解， 而模型中其它任意點的速度擾動則可由與之相鄰的8個節(jié)點的速度擾動線性插值得到． 為了快速、 精確地計算理論走時和地震射線路徑， 該方法在射線追蹤過程中對Um和Thurber （1987）提出的近似彎曲算法進行了改進， 迭代應(yīng)用偽彎曲技術(shù)和斯奈爾定律進行三維射線跟蹤， 使之適用于復(fù)雜的速度間斷面存在的情況. 在反演過程中， 采用帶阻尼因子的最小二乘方法（Paige, Saunders， 1982）求解大型稀疏觀測方程組， 且阻尼滿足模型和數(shù)據(jù)方差均為最?。?研究區(qū)域三維速度模型的地理范圍為28°—33°N、 100°—105°E， 在綜合已有的人工地震測深和布格重力異常反演等成果（王椿鏞等， 2002, 2003； 樓海等， 2008）的基礎(chǔ)上， 采用CRUST2.0模型（Bassinetal， 2000）計算得到了研究區(qū)內(nèi)三維網(wǎng)格點位置下的康拉德面和莫霍面的深度． 研究區(qū)的康拉德面的平均深度為20.8 km， 莫霍面的平均深度為63.2 km. 根據(jù)本文宗旨及地震分布情況， 在水平方向以0.5°×0.5°劃分網(wǎng)格， 深度方向以1， 8， 12， 16， 20和24 km劃分網(wǎng)格．

采用檢測板方法對反演結(jié)果的分辨率進行檢測（Zhaoetal， 1994； 丁志峰， 1999）. 通過該方法不僅可以評價反演結(jié)果速度異常區(qū)域的可信度， 還可以衡量地震射線在空間內(nèi)的交叉情況． 檢測板的基本原理是： 建立三維空間網(wǎng)格點， 在一維速度模型基礎(chǔ)上加上正負(fù)相間的速度擾動（本文采用的擾動值為±3%）， 然后計算與實際觀測資料射線路徑分布相同的理論走時， 將生成的理論走時進行反演， 通過對反演結(jié)果中每一個節(jié)點上的速度值與理論值的對比， 獲得觀測數(shù)據(jù)成像的分辨能力． 圖3給出了數(shù)據(jù)檢測板分辨率測試結(jié)果. 可以看出, 研究區(qū)0—24 km深度范圍內(nèi)的中上地殼恢復(fù)較好. 這主要是由于蘆山地震震后震源區(qū)附近架設(shè)了較密集的流動臺站以及大量地震事件在震源區(qū)附近集中分布， 加之地震射線主要分布在中上地殼. 所以本文采用的觀測數(shù)據(jù)對研究蘆山地震震源區(qū)附近中上地殼的P波三維速度結(jié)構(gòu)是比較可靠的．

圖3 檢測板分辨率測試結(jié)果

除檢測板測試外， 每個節(jié)點附近通過的射線數(shù)也可以作為衡量解的可靠性的一個指標(biāo)． 圖4給出了穿過全部節(jié)點的射線分布. 可以看出， 射線密度覆蓋與檢測板測試結(jié)果（圖3）相符， 即在蘆山地震震源區(qū)射線覆蓋密度相對密集， 量值高達6000—8000， 而在遠(yuǎn)離震源區(qū)的其它區(qū)域射線覆蓋密度就相對小一些． 在速度結(jié)構(gòu)反演過程中我們對地震進行了重新定位， 地震定位與速度結(jié)構(gòu)反演交替進行， 即根據(jù)初始三維速度模型對地震進行重新定位， 然后根據(jù)定位結(jié)果， 在射線追蹤的基礎(chǔ)上采用帶阻尼的最小二乘算法進行速度結(jié)構(gòu)反演. 如此反復(fù)迭代， 直到滿足條件為止． 如何選取最為合適的阻尼系數(shù)， 使得走時殘差均方根與速度擾動之間達到平衡， 是保證反演計算接近真實模型的重要一步． 為了選取最為合適的阻尼系數(shù)， 分別用不同的阻尼值進行多次反演試算， 最后確定了反演阻尼系數(shù)為15. 本文采用這種反演方式共迭代5次， 重新定位與反演前后的走時殘差為0.31824 s. 較小的走時殘差說明反演得到的三維速度模型與實際資料吻合得很好．

圖4 研究區(qū)域內(nèi)不同深度層的射線分布

2 震源區(qū)及其周邊區(qū)域的三維速度分布

由于蘆山主震及本文用到的多數(shù)地震及震后架設(shè)的流動臺站均集中在龍門山斷裂帶南段的震源區(qū)及其周邊地區(qū)， 因此我們主要集中討論蘆山地震震源區(qū)及其附近區(qū)域的三維速度結(jié)構(gòu)特征． 圖5給出了蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域1—24 km不同深度的P波速度異常分布. 可以看出， 在淺部上地殼深度范圍內(nèi)， P波速度異常分布特征與地表地質(zhì)構(gòu)造、 地形和巖性密切相關(guān). 隨著深度從1 km到12 km的遞變， 速度異常分布趨勢也隨之發(fā)生改變. 龍門山斷裂帶作為一條高低速異常的分界線逐漸清晰, 大致以臥龍和北川附近為界. 龍門山構(gòu)造帶的不同段落所呈現(xiàn)出的速度異常分布也存在一定的差異. 在1 km深度的速度異常圖上， 寶興及康定雜巖區(qū)地表出露區(qū)均存在局部的P波高速異常. 根據(jù)地質(zhì)資料研究， 該地區(qū)以成帶狀分布的基性火山巖及火山碎屑巖等為主， 時代多屬震旦—奧陶紀(jì)， 因此該異常與寶興、 康定等地分布的侵入巖體有關(guān). 在8 km深度層上， 川青塊體龍門山以西的鄰近地帶（稱岷山塊體）表現(xiàn)為明顯的高速異常， 這主要與新生代以來川青塊體的運動方向為ESE（韓渭賓, 蔣國芳， 2003）及其整體隆升有關(guān)， 龍門山構(gòu)造帶作為川青滑移塊體的南東邊界, 在速度結(jié)構(gòu)圖上呈現(xiàn)出高低異常分界帶． 該深度的川青塊體P波層析成像結(jié)果與Lei和Zhao（2009）的研究結(jié)果一致， 但與吳建平等（2009）成像結(jié)果稍有不同． 四川盆地內(nèi)部的龍泉山附近區(qū)域也表現(xiàn)為高速異常， 分布在龍泉山背斜的東西兩翼且呈NE向斷續(xù)延伸. 作為四川臺坳西緣的成都斷陷盆地東緣的邊界斷裂----龍泉山斷裂帶， 由于擠壓逆沖， 使龍泉山崛起成為成都平原的東部屏障. 到了12 km深度處, 速度異常圖上也逐漸呈現(xiàn)出一條高低速異常的邊界線， 其高速異常主要集中在龍門山斷裂帶北段灌縣—江油一帶, 而位于龍泉山斷裂NW方向的成都斷陷盆地則表現(xiàn)為P波低速異常區(qū). 由于喜山運動以來， 龍門山構(gòu)造帶作為青藏高原東緣的重要組成部分表現(xiàn)出強烈的NW--SE的推覆逆掩過程， 并在山前形成了具有補償性質(zhì)的成都第四紀(jì)斷陷盆地（唐榮昌， 韓渭賓， 1993）. 成都—汶川重復(fù)精密水準(zhǔn)測量資料表明， 成都斷陷現(xiàn)今仍處于沉降狀態(tài)*四川省地礦局水文測量隊. 2009. 內(nèi)部資料.， 因此在速度異常特征分布上表現(xiàn)出與第四紀(jì)沉積有關(guān)的低速異常區(qū)． 而位于龍泉山斷裂SE方向的樂山—犍為—沐川和自貢一帶則處于四川盆地弱升區(qū)的川中微升區(qū)內(nèi)， 第四紀(jì)以來表現(xiàn)為緩慢的大面積間歇性隆起抬升， 且具有西部較東部隆升快的特點（唐榮昌, 韓渭賓， 1993）， 并在第四紀(jì)早期表現(xiàn)得尤為明顯. 地貌上總的特點是以山地和丘陵為主， 間夾河谷平原， 因此在速度異常特征分布上表現(xiàn)為與構(gòu)造抬升有關(guān)的高速異常區(qū)． 上述成像結(jié)果在一定程度上反映了本研究所得到的層析成像結(jié)果具有較高的分辨力和可靠性．

圖5 蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域的P 波速度異常分布. 圖中黑線為區(qū)內(nèi)主要斷裂

在16 km震源體深度范圍附近， 龍門山構(gòu)造帶南北兩段的P波異常分布特征表現(xiàn)出不同的差異， 蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域表現(xiàn)出相對高速的異常分布， 這種分布趨勢到了20 km深度層上表現(xiàn)得更為明顯. 同時岷山塊體的低速異常分布特征明顯， 尤其是位于龍門山斷裂帶NW向的松潘—黑水—馬爾康一帶, 在20 km的深度圖上開始出現(xiàn)大面積的低速異常分布. 跨龍門山推覆構(gòu)造帶布設(shè)的3條大地電磁測深剖面的研究結(jié)果也清晰地揭示出川青塊體在20 km深度處出現(xiàn)高導(dǎo)體的電性結(jié)構(gòu)特征（Zhaoetal， 2012）， 即川青塊體上地殼的高阻層下方存在地殼高導(dǎo)層， 其頂面埋深約為20 km. 本文層析成像結(jié)果與該結(jié)果一致． 隨著深度的增加， 震源區(qū)附近的波速變化更為明顯. 24 km深度處的蘆山地震震源體下方呈現(xiàn)出圈閉狀低速異常分布. Lei和Zhao（2009）一文的成像結(jié)果主要針對龍門山中北段速度結(jié)構(gòu)， 并未全面覆蓋龍門山斷裂帶南段及其蘆山地震震源區(qū)及其周邊地區(qū). 而本文該深度處的速度結(jié)構(gòu)與以往龍門山地區(qū)的P波成像研究結(jié)果相比， 低速異常趨勢更加明顯, 分布范圍也較為集中在震源區(qū)及其附近區(qū)域， 這主要與蘆山地震震后在震源區(qū)及其附近出現(xiàn)的大量地震事件和密集射線分布有關(guān)． 而龍門山斷裂帶東部具備二元結(jié)構(gòu)的四川盆地則表現(xiàn)出明顯的大范圍高速異常， 其原因是由于該盆地上部較厚沉積蓋層下存在連續(xù)穩(wěn)定的新太古界至古元古界中深變質(zhì)巖系的結(jié)晶基底所致. 另一方面也說明了位于揚子塊體西緣的四川盆地中下地殼處于相對穩(wěn)定的狀態(tài). 這與已有的地震波成像結(jié)果（顧勤平等， 2010； 易桂喜等， 2010）相吻合．

圖6給出了穿過蘆山地震震源區(qū)的兩條波速異常分布剖面（剖面位置見圖2b）. 蘆山地震震源區(qū)所處的龍門山斷裂帶南段與汶川地震震源區(qū)所處的龍門山斷裂帶中北段的成像結(jié)果在深淺構(gòu)造環(huán)境方面存在一定的差異， 蘆山地震震源位于高低速異常的分界線附近且偏向高速異常體一側(cè)， 震源區(qū)下方則表現(xiàn)為低速異常分布（圖6a）. 這種特有的速度結(jié)構(gòu)特征有利于應(yīng)力在脆性上地殼內(nèi)積累， 且龍門山斷裂帶蘆山地震與汶川地震的震源體深度范圍附近P波速度結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為高速異常特征（圖6b）， 高速堅硬介質(zhì)的發(fā)育更有利于應(yīng)變能的積累與集中釋放（易桂喜等， 2011）. 無論A--A′剖面還是B--B′剖面均顯示出蘆山主震發(fā)生在高低速異常的分界線附近且偏向高速異常體一側(cè)， 而其下方則存在顯著的低速異常體， 這正是此次蘆山地震發(fā)生的深部介質(zhì)條件．

根據(jù)本文的成像結(jié)果還可以看出, 大地震并非發(fā)生在任何地方， 而是發(fā)生在地殼中的構(gòu)造異常區(qū). 尤其需要引起注意的是， 蘆山地震與汶川地震兩次地震的余震密集區(qū)相距50 km， 那么這50 km的地震空區(qū)， 即在這兩次地震中均未破裂的龍門山構(gòu)造帶南段的大邑—邛崍活動斷裂破裂空段， 其未來的地震危險性仍不可低估. 因為1970年2月24日在大邑、 蘆山兩縣交界地區(qū)曾發(fā)生M6.2強震， 加之活動斷裂破裂空段內(nèi)大地震的發(fā)生本身又具有較高的概率（Mogi， 1979）， 如2007年印尼蘇門答臘MW8.4和MW8.1地震（Xueetal， 2008）； 而且作者通過野外地震地質(zhì)調(diào)查追蹤發(fā)現(xiàn)， 龍門山斷裂帶南段的雙石—大川斷裂又具有比較典型的斷錯地貌發(fā)育， 而在此次蘆山地震中破裂并未通達地表， 加之地震空區(qū)震源體深度范圍附近又處于高波速異常區(qū)內(nèi). 因此， 該活動斷裂破裂空段現(xiàn)處的深淺部構(gòu)造環(huán)境使得龍門山斷裂帶南段的地震危險性增大， 值得進一步關(guān)注.

圖6 穿過蘆山主震震源區(qū)的兩個相互垂直的P波速度剖面示意圖

3 討論與結(jié)論

蘆山MS7.0地震之后， 由中國地震局地球物理研究所牽頭， 實施了蘆山“4·20”MS7.0強烈地震的科學(xué)考察工作， 其中跨龍門山斷裂帶南段震源區(qū)的大地電磁測深反演得到的該地區(qū)地電結(jié)構(gòu)（詹艷等， 2013）發(fā)現(xiàn)， 在蘆山地震震源區(qū)及其周邊地區(qū)存在高導(dǎo)異常. 該結(jié)果從另一方面也證實了本文成像結(jié)果的可靠性， 據(jù)此我們推斷在蘆山地震震源體下方的高導(dǎo)體和低速異?？赡芘c流體的存在有關(guān)．

近些年來， 國內(nèi)外一些研究人員特別重視流體對地震的觸發(fā)作用. 大地震的產(chǎn)生與周圍的構(gòu)造環(huán)境（如俯沖帶、 地殼物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)及巖漿、 流體等）密切相關(guān)， 地殼中發(fā)震層下方流體的存在會影響到發(fā)震斷層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)， 降低斷層強度， 從而使區(qū)域應(yīng)力場發(fā)生變化， 導(dǎo)致斷裂帶上應(yīng)力集中（Sibson， 1992； Hickmanetal， 1995； Zhaoetal， 2002）. 例如： Zhao等（1996）研究1995年日本神戶地震震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)時， 在震源區(qū)發(fā)現(xiàn)P波低速區(qū)， 推測是由充滿流體的裂隙所引起， 正是這些流體的作用使得應(yīng)力在震源處集中， 并形成了神戶地震的成核過程； Zhao等（1997） 通過對1994年美國南加州北嶺地震的研究發(fā)現(xiàn)該地震前后震源區(qū)應(yīng)力場的變化， 認(rèn)為震源區(qū)應(yīng)力場的變化與斷裂帶內(nèi)的流體有關(guān)； Katao等（1997）通過研究1995年日本神戶地震前后震源區(qū)應(yīng)力場的變化， 發(fā)現(xiàn)其與斷裂帶內(nèi)的流體有關(guān)； Huang和Zhao（2004）對唐山等大地震的研究發(fā)現(xiàn)， 大地震發(fā)生在高低速交界部位偏高速區(qū)的一側(cè)， 并認(rèn)為震源下方存在的低速異常體可能促進了地震成核； 黃金莉和趙大鵬（2005）對首都圈地區(qū)強震發(fā)生的深部構(gòu)造環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)， 多數(shù)大地震都發(fā)生在高速塊體的邊側(cè)， 且在震源區(qū)的下方存在明顯的低速體分布， 并認(rèn)為這些低速異常與流體有關(guān)， 下地殼中的流體容易引起中上地殼發(fā)震層的弱化和應(yīng)力集中， 使孕震斷層易于破裂， 從而發(fā)生大震； Lei和Zhao （2009）研究發(fā)現(xiàn)， 汶川主震震源區(qū)下方存在明顯的低波速異常體， 且這種低波速異常體散布于龍門山斷裂帶整個地殼深度范圍內(nèi)， 暗示著流體作用于整個斷裂帶， 并據(jù)此推測汶川地震的發(fā)生可能與沿龍門山斷裂帶上浸的下地殼流體密切相關(guān)．

本文成像結(jié)果表明蘆山地震震源體下方存在低速異常分布， 且蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶西南端， 其震源深度經(jīng)重新測定后約為17 km， 剛好處于巖石強度最大的脆-韌性轉(zhuǎn)變帶附近. 結(jié)合跨龍門山斷裂帶南段名山—寶興的石油地震勘探剖面*石油部四川勘探局地質(zhì)調(diào)查處. 1985. 四川盆地區(qū)域構(gòu)造單元劃分簡圖及四川盆地結(jié)晶巖面深部簡圖.顯示， 龍門山推覆構(gòu)造帶南段的構(gòu)造變形表現(xiàn)為前展式破裂特點， 下構(gòu)造層的沖斷位移一方面向前傳遞， 另一方面通過反沖斷層向后陸方向返回. 在龍門山斷裂帶南段的大川—雙石斷裂與四川盆地之間還發(fā)育有新開店斷裂和大邑斷裂， 這些斷裂均走向NE， 傾向NW， 在剖面上構(gòu)成疊瓦逆沖系， 最終歸并于地下20 km左右的水平滑脫層上. 該斷裂由于受到流體長時間的作用而影響其結(jié)構(gòu)和組成， 進而改變斷裂帶的應(yīng)力狀態(tài)（Sibson， 1992； Hickmanetal， 1995）， 造成了蘆山地震孕震區(qū)的弱化， 可能對此次蘆山MS7.0地震起到觸發(fā)作用． 本文結(jié)果對深入了解蘆山地震的孕震機制和深部介質(zhì)條件提供了地震學(xué)依據(jù)， 為該區(qū)地震構(gòu)造環(huán)境評價和地震活動趨勢分析提供了可靠的深部構(gòu)造資料．

本文利用蘆山MS7.0地震震后四川數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺站觀測資料， 使用大量P波到時資料反演得到了蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域P波三維速度結(jié)構(gòu). 通過對速度結(jié)構(gòu)的分析研究得到以下結(jié)論：

1） 本文成像結(jié)果揭示出龍門山斷裂帶南北兩段存在不同的深淺構(gòu)造環(huán)境， 淺部地殼的P波速度異常分布特征與地表地質(zhì)構(gòu)造、 地形和巖性密切相關(guān). 成都斷陷盆地表現(xiàn)為與第四紀(jì)沉積有關(guān)的低速異常區(qū)， 樂山—犍為—沐川和自貢一帶的川中微升區(qū)和川青塊體龍門山以西的鄰近地帶均表現(xiàn)為與構(gòu)造抬升有關(guān)的高速異常， 寶興、 康定雜巖區(qū)表現(xiàn)出局部P波高速異常， 川青塊體龍門山以西地區(qū)的中地殼深度附近則顯示出明顯的低速分布， 而四川盆地沉積蓋層之下存在的結(jié)晶基底則表現(xiàn)為明顯的大范圍高速異常， 蘆山地震震源區(qū)下方呈現(xiàn)出明顯的圈閉狀低速體分布．

2） 蘆山地震震源位于高低速異常分界線附近且偏向高速異常體一側(cè)， 其下方存在明顯的低速異常分布. 而高速異常則是地殼比較脆性、 易于積累發(fā)生大震所需應(yīng)力的地區(qū). 震源體下方流體的存在引起發(fā)震層的弱化和應(yīng)力集中， 使孕震斷層易于破裂， 從而發(fā)生大震， 這正是此次蘆山地震發(fā)生的深部介質(zhì)條件． 需要引起注意的是， 蘆山地震與汶川地震兩次地震的余震密集區(qū)相距50 km， 這50 km地震空區(qū)震源體的深度范圍附近目前正處于高速異常區(qū)范圍內(nèi)， 加之龍門山斷裂帶西南段又具有比較典型的斷錯地貌發(fā)育， 使得該地震空區(qū)即活動斷裂破裂空段（大邑—邛崍段）現(xiàn)處的深淺部構(gòu)造環(huán)境變得復(fù)雜， 其潛在的地震危險性不可低估. 今后還需結(jié)合對蘆山地震震后斷裂帶地應(yīng)力變化的監(jiān)測成果， 繼續(xù)加強對龍門山構(gòu)造南段地震風(fēng)險的關(guān)注．

本文只是在蘆山地震震后所能收集到的觀測資料的基礎(chǔ)上對蘆山地震震源區(qū)中上地殼P波三維速度結(jié)構(gòu)進行了研究. 隨著目前蘆山地震周邊區(qū)域地震臺網(wǎng)的加密、 地震事件的增多及觀測周期的加長， 今后可以對蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域的地殼三維速度結(jié)構(gòu)進行更為精細(xì)的研究． 由于本文所使用的蘆山地震震后記錄的地震射線主要分布于中上地殼深度范圍， 成像結(jié)果未能得到更深處的速度結(jié)構(gòu). 今后將加入遠(yuǎn)震事件進行聯(lián)合成像， 從不同深度來揭示蘆山地震震源區(qū)精細(xì)速度結(jié)構(gòu)及介質(zhì)的橫向不均勻性， 以獲得對該研究區(qū)的深部介質(zhì)環(huán)境和地震孕育機理更加深入的研究成果. 這對于理解蘆山地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域地震孕育的深部地球動力機制以及評估未來地震活動趨勢無疑可以提供重要的科學(xué)依據(jù)．

本文撰寫過程中得到中國地震局地球物理研究所王椿鏞研究員和四川省地震局易桂喜研究員的悉心指導(dǎo)和幫助， 中國地震局地質(zhì)研究所詹艷研究員為本文提供震后跨龍門山斷裂帶南段蘆山地震震源區(qū)MT電磁反演的深部電性結(jié)構(gòu)解譯資料， 趙大鵬教授為本文提供層析成像程序. 在此一并向他們致以最誠摯的感謝．

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Tomography of the three dimensional P-wave velocity structure in the source region of theMS7.0 Lushan, Sichuan, earthquake and its surrouding areas

1）InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China2）EarthquakeAdministrationofSichuanProvince,Chengdu610041,China

Using 28188 P-wave travel time data from 2026 regional seismic events recorded by digital seismic network and transportable seismic stations of Sichuan Province after LushanMS7.0 earthquake, we conducted seismic tomography to obtain the middle-upper crustal 3D P-wave velocity structure in the souce region of Lushan earthquake and its surrounding areas. The findings indicate that the spatial distribution of velocity anomalies in the shallow upper crust is closely related to the surface geological structure, terrain and lithology. Chengdu basin shows low-velocity anomalies associated with the Quaternary sedimentary area; the slight rising area of Qianwei-Leshan in central Sichuan basin and the adjacent district to the west of the Longmenshan fault of Sichuan-Qinghai block are characterized by high-velocity anomalies related to tectonic uplift; the area near Baoxing and Kangding with basic volcanic rocks and volcanic clastic rocks presents obvious high-velocity anomaly. The epicenter of the Lushan earthquake is located near the boundary of the high velocity and low velocity, and obvious low velocity anomaly exists below this region. This low velocity anomaly body may be associated with the presence of fluid. The fluid effect leads to the weakening of seismogenic layer in the interior of middle-upper crust and may trigger the Lushan earthquake. The aftershock areas of Lushan earthquake and Wenchuan earthquake are 50 km apart. At the depth range around the earthquake source, this 50 km seismicity gap exhibits high-velocity anomaly. Combined with the typical dislocation geomorphic structure at the southwest section of the Longmenshan fault, the deep and shallow structures are complex beneath this seismic gap, namely, the Dayi-Qionglai active fault segment that is not ruptured previously, has potential seismic hazards that deserve further study.

Lushan earthquake; source region; tomography; Longmenshan fault; three dimensional P-wave velocity structure; seismic gap

10.11939/jass.2015.03.001.

中國地震局“四川省蘆山‘4·20’7.0級強烈地震科學(xué)考察”項目和四川省地震局地震科技專項（LY1312）聯(lián)合資助.

2014-09-05收到初稿， 2015-03-10決定采用修改稿.

e-mail: lixiang2006@sina.com

10.11939/jass.2015.03.001

P315.3+1

A

李大虎, 吳萍萍, 丁志峰. 2015. 四川蘆山MS7.0地震震源區(qū)及其周邊區(qū)域P波三維速度結(jié)構(gòu)研究. 地震學(xué)報, 37（3）: 371--385.

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