玉樹地震震源區(qū)Pg波方位各向異性及其意義

裴順平 封 彪 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 1000871

地殼介質(zhì)中，特別是上地殼廣泛存在著微裂隙，如果這些微裂隙定向排列，在宏觀上就形成了各向異性介質(zhì)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^時就會產(chǎn)生特殊的現(xiàn)象，對剪切波而言就會發(fā)生橫波分裂，對P波而言則會看到隨方平的變化。利用玉樹地震的余震數(shù)據(jù)，通過層析成像的方法研究震源區(qū)附近P波速度的橫向變化和方平各向異性變化，探討微裂隙的分布及意義。

1 方法

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（相對于水平距離而言），忽略速度隨深度的變化，且Pg波震中距不大時近似為直擬傳播。此時Pg波的走時方程可以寫為：

式中，tobs為震源深度為h，震中距為△時的觀測走時，同時引入臺站項tsta和事件項tevt，臺站項代表臺基地質(zhì)狀況的差異和到時鐘差等因素造成的走時差，事件項代表震源深度誤差和發(fā)震時刻的誤差。式（1）的左側(cè)表示震源深度校正后的走時。如果將上地殼脆性層劃分成二維網(wǎng)格，同時考慮速度的方平各向異性變化，則校正后的走時方程可以寫成

tij為地震j到臺站i的深度校正后的走時，ai為第i個臺站的臺站項，bj為第j個地震的事件項，dijk是射擬ij在第k個網(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為射擬ij的方平角，網(wǎng)格k的波速各向異性大小為波速最快方向方平角為1/2arctan(Bk/Ak)+90°。公式（2）可以采用經(jīng)典LSQR方法求解，即可獲得Pg波速度的橫向變化和各向異性。

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個固定臺站和7個臨時臺站記錄到的余震到時，共有來自1689個地震的7157條到時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)同時滿足震中距小于200 km，以適應(yīng)Pg波近似走直擬的要求。利用上述二維層析成像方法，獲得了Pg波速度橫向變化和各向異性。結(jié)果顯示，玉樹地震發(fā)生在高速異常區(qū)內(nèi)，破裂主要向低速異常的玉樹縣城方向擴(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，高速異常區(qū)更容易積累應(yīng)力，而低速異常區(qū)斷層強(qiáng)度可能較低；Pg波各向異性的快波方向整體上與斷層的走向基本一致，震源區(qū)各向異性的強(qiáng)度相對較大，說明微裂隙和斷層都是背景應(yīng)力場作用的結(jié)果，且震源區(qū)微裂隙較為密集。

3 結(jié)論

文中展示的方法，能夠有效獲得地殼脆性層的P波速度橫向變化，特別是能夠獲得P波速度方平各向異性分布。所得的玉樹地震區(qū)結(jié)構(gòu)表明，脆性層介質(zhì)結(jié)構(gòu)是控制地震發(fā)生和地震破裂擴(kuò)展方向的重要因素。

圖1 玉樹地震震源區(qū)Pg波速度橫向變化和方平各向異性分布