汶川MS8.0地震余震震源機(jī)制時空分布特征

易桂喜，龍 鋒，張致偉

1 成都理工大學(xué)地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，成都 610059

2 四川省地震局，成都 610041

汶川MS8.0地震余震震源機(jī)制時空分布特征

易桂喜1，2，龍 鋒2＊，張致偉2

1 成都理工大學(xué)地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，成都 610059

2 四川省地震局，成都 610041

本文利用CAP波形反演方法，獲取了汶川MS8.0地震序列中312個具有較高信噪比波形資料的4級以上余震的震源機(jī)制解和震源深度.基于震源深度空間分布與震源機(jī)制時空分布，分析了主震后余震區(qū)斷層行為特征與應(yīng)力場時空變化，并對龍門山斷裂帶中北段的發(fā)震斷層面幾何形態(tài)進(jìn)行了初步探討.獲得的主要認(rèn)識如下：（1）余震震源深度分布存在顯著的空間分段差異.綿竹以西的余震區(qū)南段與平武以東的北段余震深度范圍大于中段（綿竹—平武段），但深度小于5km的5級以上超淺源地震主要分布在明顯偏離龍門山斷裂帶走向的理縣NW向分支與余震區(qū)北端NNE向分支，而中段余震主要分布在7～19km深度.（2）余震機(jī)制類型存在明顯的時空差異.余震區(qū)中段逆沖型地震占絕對優(yōu)勢，理縣NW向分支余震則以走滑型為主，機(jī)制類型隨時間變化不顯著.沿龍門山斷裂帶走向的余震區(qū)南段，早期（2008年8月底前）逆沖型地震比例高于走滑型、晚期走滑型地震比例顯著升高并超過逆沖型；而余震區(qū)北段早期走滑型地震占絕對優(yōu)勢、晚期逆沖型地震比例大幅上升且超過走滑型.南、北兩段余震機(jī)制類型比例的顯著變化，可能是余震區(qū)兩端斷層調(diào)整性運動的表現(xiàn).（3）節(jié)面走向及P軸方位優(yōu)勢方向均存在顯著的空間差異.南段NWW向P軸方位與區(qū)域應(yīng)力場一致，中段及理縣NW向分支P軸優(yōu)勢方向NEE，而北段具NWW和NEE兩個優(yōu)勢方向，這種差異反映了余震活動除了受區(qū)域應(yīng)力場控制外，還受到主震引發(fā)的局部應(yīng)力場的控制.節(jié)面走向的多方位分布則反映不同走向的構(gòu)造參與了主震后的余震活動.（4）沿龍門山斷裂帶走向，余震區(qū)南段具深部緩傾角、淺部高傾角的鏟形斷面特征；中段深部傾角均值較穩(wěn)定、淺部傾角均值隨深度減小而增大；北段傾角均值相對穩(wěn)定，顯示其斷面幾何形態(tài)相對簡單.上述不同區(qū)段傾角均值隨深度的變化揭示龍門山斷裂帶中北段斷層面幾何形態(tài)復(fù)雜.

汶川地震，余震，震源機(jī)制，時空變化

1 引 言

龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣、南北地震帶中段，主要由近于平行的茂汶—汶川斷裂（后山斷裂）、映秀—北川斷裂（中央斷裂）、灌縣—彭縣斷裂（前山斷裂）等多條主干斷裂組成［1－11］，寬約30～40km，長約500km，總體走向NE（N40°—50°E），傾向北西，傾角不定［4－11］.2008年5月12日汶川MS8.0地震就發(fā)生在龍門山斷裂帶的中－北段，地震破裂沿龍門山斷裂帶中央斷裂呈NE向單側(cè)擴(kuò)展，同震破裂還局部擴(kuò)展到龍門山斷裂帶前山斷裂中段，形成總長約235km的地表破裂帶［12］，而余震密集分布帶則長達(dá)近330km，強(qiáng)余震空間分布表現(xiàn)出顯著的空間差異［13］.汶川MS8.0地震被認(rèn)為是巴顏喀拉塊體朝東－南東方向的擠出運動受到華南地塊阻擋、沿巴顏喀拉塊體與四川盆地之間的龍門山斷裂帶長期積累應(yīng)力應(yīng)變并突然釋放的結(jié)果［14－19］.

震源機(jī)制解可以直觀反映地震破裂的幾何特征與運動學(xué)特征［20］.地震序列震源機(jī)制與震源深度分布對了解震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)、勾畫斷層形態(tài)、厘清主余震與發(fā)震構(gòu)造的關(guān)系，理解主余震孕震機(jī)理等具有重要意義［20－21］.汶川地震后，不同學(xué)者通過地震資料［22－28］、GPS與InSAR資料［29－30］反演主震破裂過程與主震震源機(jī)制，獲得主震發(fā)震斷層為龍門山斷裂帶中央斷裂—映秀—北川斷裂的共識.與此同時，關(guān)于汶川余震震源機(jī)制及震源區(qū)應(yīng)力場的相關(guān)研究也陸續(xù)展開［31－35］，但研究主要集中于序列早期，所得結(jié)果僅能反映余震區(qū)早期的構(gòu)造活動與應(yīng)力場特征.

截止到2011年6月，由四川區(qū)域臺網(wǎng)記錄的汶川余震近8.8萬次，其中M4級以上余震超過400次.豐富的余震為深入研究汶川8.0級地震后余震區(qū)斷層行為與震源區(qū)應(yīng)力場分布特征提供了資料保障.本文采用Zhao等［36］提出、并經(jīng)Zhu等［37］發(fā)展的CAP（Cut and Paste）波形反演方法，利用2008年5月至2011年6月四川臺網(wǎng)記錄的寬頻帶地震波形資料，同時求取汶川地震序列中M≥4.0余震的震源機(jī)制解與震源深度，試圖根據(jù)余震震源機(jī)制的時空分布，探討余震區(qū)斷層行為與應(yīng)力場的時空變化特征，并基于余震震源機(jī)制與震源深度結(jié)果，對龍門山斷裂帶中北段斷層面展布特征進(jìn)行初步分析.

2 資料與方法

2.1 資 料

地震波形資料來源于四川區(qū)域地震臺網(wǎng).為了保證研究結(jié)果的可靠性，本文依據(jù)下列原則選取波形資料：（1）余震震級M≥4.0；（2）記錄臺站震中距小于250km、波形連續(xù)且信噪比較高.經(jīng)過篩選，汶川地震序列中，滿足上述條件的余震共312個.圖1給出了所用地震的震中（圓點）與臺站（三角形）分布，其中，黑色三角形代表波形反演所用臺站，藍(lán)邊灰色三角形為求取P波初動解所用補(bǔ)充臺站.為便于后續(xù)對比分析，在該圖中還同時標(biāo)示出了由中國地震臺網(wǎng)測定的汶川主震震中位置、震源機(jī)制［22］及地表破裂分布［12］.

圖1 區(qū)域主要活動斷裂、所用余震震中與臺站分布、汶川主震震中與震源機(jī)制及地表破裂展布Fig.1 Tectonic units，distribution of epicenters of aftershocks and stations used，epicenter and focal mechanism as well as surface rupture of Wenchuan mainshock

2.2 計算方法

本文利用CAP波形反演方法求取余震震源機(jī)制及震源深度，具體方法參見相關(guān)文獻(xiàn)［20－21，36－40］.該方法將寬頻帶數(shù)字地震波形記錄分為體波Pnl與面波兩部分，分別對Pnl波、面波進(jìn)行帶通濾波，并計算其理論地震波形與觀測波形之間的誤差函數(shù)，通過網(wǎng)格搜索，獲取給定參數(shù)空間中誤差函數(shù)達(dá)到最小的最佳解.

與其他求解震源機(jī)制解的方法相比，CAP方法具有所需臺站少、反演結(jié)果對地殼橫向變化不敏感、對速度模型依賴性相對較小等優(yōu)點［20－21，38－40］，從而保證了結(jié)果的穩(wěn)定性，該方法尤其適用于橫向速度變化較大的龍門山構(gòu)造帶.

本文計算時，體波Pnl與面波截取波形窗長分別設(shè)置為30s與60s，其帶通濾波頻帶寬度分別為0.05～0.2Hz、0.05～0.1Hz.計算理論地震圖時所使用的速度模型為鄭勇等［20］的龍門山地區(qū)分層地殼速度結(jié)構(gòu)（見圖2中模型1）.

圖2 反演所用速度模型（模型1）及測試模型（模型2）Fig.2 Velocity model 1for inversion and model 2for test.

圖3給出了2011年6月5日茂縣M4.3地震波形擬合實例.不同臺站的理論地震波形與實際地震波形擬合（圖3a）結(jié)果顯示：觀測波形與理論地震圖的相位和振幅均擬合較好.圖3b則給出了不同震源深度搜索的機(jī)制解所對應(yīng)的擬合誤差，當(dāng)震源深度為15km時，擬合誤差達(dá)到最小，即為最佳解，此處的震源機(jī)制解顯示發(fā)震斷層為逆沖型，斷層走向θ、傾角δ與滑動角λ分別為348°、59°、102°.

2.3 結(jié)果可靠性分析

羅艷等［21］的研究表明，速度結(jié)構(gòu)差異10%所引起的深度誤差小于15%，而10km左右的水平定位誤差對震源深度結(jié)果的影響則可以忽略.汶川余震區(qū)位于臺網(wǎng)監(jiān)測能力較強(qiáng)的區(qū)域，4級以上余震水平定位誤差均小于5km，因此，水平定位誤差對震源深度的影響可以忽略.本文利用不同速度模型（見圖2）進(jìn)行反演結(jié)果的穩(wěn)定性測試，結(jié)果顯示不同模型間深度差異小于2km，與鄭勇等［20］的研究結(jié)果一致.

為了確定震源機(jī)制解結(jié)果的可靠性，本文以2008年8月1日青川6.1級、2009年10月20日北川4.9級、2010年5月25日汶川5.0級、2010年11月15日青川4.5級與2011年6月5日茂縣4.3級地震為例，分別給出了利用CAP波形反演和P波初動解求取的震源機(jī)制解，結(jié)果列于表1中，可以看出，2種方法獲得的結(jié)果盡管在具體數(shù)字上存在少許差異，但獲得的震源力學(xué)性質(zhì)是一致的.

同時，我們將利用CAP方法獲得的震源機(jī)制解與能夠收集到的35次由遠(yuǎn)震波形得到的汶川M5.0以上地震的Harvard CMT結(jié)果進(jìn)行對比，顯示兩組結(jié)果給出的所有地震震源力學(xué)性質(zhì)一致.表1列出了其中2個地震的Harvard CMT結(jié)果（節(jié)面解）.由表1及圖4不難發(fā)現(xiàn)，利用不同資料與不同方法獲得的結(jié)果極為接近，表明本文結(jié)果是可信的.

3 結(jié)果分析與討論

3.1 余震深度分布特征

利用CAP波形反演獲得的312個余震沿龍門山斷裂帶走向的震源深度分布見圖5a.圖像顯示，余震分布在1～19km深度區(qū)間，最大深度與利用深度震相獲得的定位結(jié)果一致［41］，深度范圍小于雙差定位結(jié)果［42－45］，但深度優(yōu)勢分布區(qū)間4～17km，與已有研究結(jié)果［41－45］相近.

圖3 2011年6月5日茂縣4.3級地震波形擬合與震源機(jī)制（a）理論地震圖與觀測地震圖擬合.紅線表示理論地震圖，黑線表示觀測地震圖，波形下方的兩行數(shù)字分別表示理論地震圖相對觀測地震圖的移動時間及二者的相關(guān)系數(shù)（用百分比表示）；（b）反演誤差隨深度的變化.給出不同震源深度下搜索的震源機(jī)制解所對應(yīng)的誤差.當(dāng)深度為15km時，誤差最小，即為最佳解.Fig.3 Waveform fitting and focal mechanism for Maoxian 4.3earthquake on Jun.5，2011（a）Comparison of synthetic waveforms with observations.Red and black lines are synthetics and observations，respectively.Numbers below the traces are the time shifts of the synthetics relative to the observations and the corresponding cross－correlation coefficients（in percentage）；（b）Fitting error as a function of focal depth.It shows the fitting error of focal mechanism at each searched depth.The error is the minimum and the focal mechanism result is the best at 15km depth.

表1 不同方法獲得的5個余震震源機(jī)制解Table 1 Focal mechanisms derived from different methods for five aftershocks

圖4 表1中所列5次余震不同方法獲得的震源機(jī)制解對比Fig.4 Comparison of focal mechanisms derived from different methods for five aftershocks listed in Table 1

圖5 余震震源深度分布（a）全部地震；（b）剔除南段理縣NW向分支與北端NNE向分支后的地震.Fig.5 Distribution of focal depths of aftershocks（a）All aftershocks；（b）Aftershocks excepting those on NW－striking Lixian branch of southern segment and NNE－striking branch at the northern end of the aftershock area.

圖5a表明，余震震源深度分布存在顯著的空間分段差異：位于余震區(qū)中段的龍門山斷裂帶綿竹至平武段，4級以上余震主要分布在7～19km深度，鮮有深度小于7km的4級余震活動；而綿竹以西與平武以東的段落，余震深度分布范圍較大，尤其是青川以東段落，具有深度小于5km的超淺源6級余震活動［21］.圖5b為剔除了圖1中余震區(qū)南段與北端明顯偏離龍門山斷裂帶走向的余震后的震源深度分布.對比圖5a與圖5b，不難發(fā)現(xiàn)，深度小于5km的5級以上淺源地震主要分布在余震區(qū)南段理縣NW向分支以及余震區(qū)北端與平武—青川斷裂斜交的NNE向分支（圖1），這些偏離龍門山斷裂帶且明顯呈帶狀分布的超淺源地震揭示了不同走向分支斷層的存在.而中段大部分區(qū)域6級余震空缺［13］，可能代表了最大位移附近的應(yīng)力釋放較徹底，后期應(yīng)力調(diào)整幅度相對較小，因而余震強(qiáng)度（震級）低于兩側(cè).

3.2 震源機(jī)制時空分布特征

本文利用滑動角判別余震震源機(jī)制類型（即發(fā)震斷層的錯動性質(zhì)），判別標(biāo)準(zhǔn)如下：45°～135°為逆沖型；－135°～－45°為正斷型；其余為走滑型.統(tǒng)計結(jié)果顯示，汶川余震以逆沖型與走滑型為主，312次地震中，逆沖型、走滑型、正斷型地震分別為143、149和20次，各占總數(shù)的45.8%、47.8%、6.4%.

圖6 312個余震的震源機(jī)制分布（黑色虛線與橢圓標(biāo)示分段邊界）Fig.6 Focal mechanisms of 312aftershocks

為了更好地分析余震震源機(jī)制類型時空分布特征，根據(jù)余震空間分布特征，劃分出南段明顯偏離龍門山斷裂帶走向的理縣NW向分支（圖6中黑色橢圓圈定區(qū)域），并分別以綿竹、平武為界，將近330km長的余震密集區(qū)沿龍門山斷裂帶劃分為南、中、北3段（見圖6，黑色虛線標(biāo)示分段界限）.同時，根據(jù)6級以上強(qiáng)余震集中發(fā)生在2008年5—8月的時間活動特征，以2008年8月31日為界，將統(tǒng)計時間分成早期與晚期2個統(tǒng)計時段.表2列出了不同時段各段落不同機(jī)制類型余震的數(shù)量與比例，統(tǒng)計結(jié)果表明，機(jī)制類型比例存在顯著的時空差異.

表2 不同區(qū)域、不同時段余震類型統(tǒng)計Table 2 Types of aftershocks on different areas for two different periods

（1）理縣NW向分支

該區(qū)域系余震區(qū)南段理縣附近明顯偏離龍門山斷裂帶的NW向余震分支（見圖1與圖6）.參與計算的余震32次（表2），其中，早期余震28次，逆沖、走滑、正斷型地震分別為3、23和2次；晚期余震4次，走滑型3次，正斷型1次，無逆沖型地震活動.可見，無論在余震活動早期還是晚期，該區(qū)域震源機(jī)制類型均以走滑型占絕對優(yōu)勢，與已有研究一致［20，31－32］.

余震節(jié)面走向統(tǒng)計顯示，節(jié)面主要集中在NNE與NWW兩個優(yōu)勢方向（圖7a）.根據(jù)余震的空間分布，可判斷NWW走向的節(jié)面應(yīng)為其發(fā)震斷層面；而滑動角與傾角則顯示發(fā)震斷層以高角度的左旋走滑運動為主，兼具一定的正斷分量.至于該發(fā)震斷層是先存的NW向米亞羅斷裂［20］因汶川主震所引起的應(yīng)力調(diào)整分配的表現(xiàn)還是同震過程所產(chǎn)生的新生斷層，尚需進(jìn)一步研究.

與沿龍門山斷裂帶展布的3個段落相比，該NW向分支的P軸仰角略大，均值近30°（圖7b）.P軸方位集中在NE—NEE向，明顯有別于NW—NWW向的區(qū)域應(yīng)力場方向［46－51］和汶川主震最佳雙力偶解P軸方向［22］，但與NE向主震破裂傳播方向［23－25］接近.大地震可能引起震源區(qū)主應(yīng)力方向發(fā)生變化［52－54］.由此推測，該區(qū)域的余震應(yīng)是汶川主震牽動了高角度理縣NW向分支斷裂活動的結(jié)果.同時，考慮斷裂節(jié)面（約290°～300°）與P軸方位（40°～80°）斜交，該斷裂的運動性質(zhì)應(yīng)為左旋走滑，這與根據(jù)滑動角和傾角特征表現(xiàn)出發(fā)震斷層為高角度的左旋走滑斷裂的推論一致.

（2）余震區(qū)南段

綿竹以西沿龍門山斷裂帶走向的余震區(qū)南段長約100km，參與統(tǒng)計的地震共116次，其中，逆沖型、走滑型、正斷型分別為59、48、9次（表2），顯示南段余震以逆沖與走滑型為主.但在余震活動的不同時段，不同機(jī)制類型地震比例具有顯著變化：早期91次余震中，逆沖型地震所占比例為51.6%，走滑型地震38.5%，逆沖型地震比例明顯高于走滑型，與已有研究結(jié)果相吻合［20，31－32］.晚期25次地震中，逆沖型地震比例為48%，走滑型52%，且無正斷型地震活動.與早期相比，晚期走滑型地震比例升幅達(dá)13.5%.這種走滑型地震比例大幅上升、并超過逆沖型地震比例的特征，顯示出該段落斷層運動特性的調(diào)整變化.汶川主震后的較短時期內(nèi)，余震特征沿襲了主震的特征，表現(xiàn)為逆沖作用為主［55］.而在后期震后調(diào)整過程中，走滑型地震比例增大，以此來補(bǔ)充和協(xié)調(diào)斷裂帶沿走向方向上的應(yīng)力變化.此外，南段早期接近整個余震區(qū)一半數(shù)量的正斷型地震，可能是在大規(guī)模巖體逆沖運動過程中，由重力作用引起的巖體正斷滑移調(diào)整運動所致［56］.

南段節(jié)面優(yōu)勢方向較單一（圖8a），余震早期節(jié)面優(yōu)勢方向呈NEE—NE向，與龍門山斷裂帶走向大體一致；在余震活動晚期，節(jié)面優(yōu)勢方向除NE向外，可看出近NS向的節(jié)面明顯增多.絕大部分近90°的滑動角表明斷層性質(zhì)以逆沖為主，斷層面傾角在30°～90°范圍，反映了斷層面空間形態(tài)的復(fù)雜性.

圖8b顯示，該段P軸仰角主要集中在30°以內(nèi)，小于理縣NW向分支，尤其是在余震晚期，P軸仰角更接近水平，與震前區(qū)域主壓應(yīng)力近水平的特征一致［46－48］.2個時段的結(jié)果均顯示該段P軸方位角優(yōu)勢方向單一，為NWW向，與區(qū)域應(yīng)力場方向［46－51］一致，也與汶川主震P軸方位［22］以及張勇等［24］通過波形反演獲得的主震最大子事件P軸方位基本吻合，表明南段的余震斷層活動主要受區(qū)域應(yīng)力場控制.

（3）余震區(qū)中段

位于綿竹與平武之間的余震區(qū)中段長約120km，參與計算的地震共68次（表2、圖9）.其中，早期余震44次，逆沖型、走滑型、正斷型所占比例分別為61.4%、29.5%、9.1%；晚期余震24次，逆沖型、走滑型、正斷型比例各為66.6%、29.2%、4.2%，晚期逆沖型地震比例小幅上升，而正斷型地震比例有所下降；可見，中段余震震源機(jī)制類型以逆沖型占絕對優(yōu)勢（圖9），機(jī)制類型比例隨時間變化特征不如南段顯著.

該段節(jié)面走向優(yōu)勢方向在不同時段存在明顯差異（圖10a）.早期節(jié)面走向以NE—NNE和NNW—NW為主，其中NNW—NW略占優(yōu)勢（圖10a）；而晚期節(jié)面走向明顯以垂直于龍門山斷裂帶走向的NNW向占優(yōu)勢，表明晚期以NNW向逆沖斷層活動為主（圖9b、圖10a）.與南段（圖8a）相比，傾角變化范圍相對較小，主要分布在40°～70°之間（圖10a）?；瑒咏欠植紕t顯示斷層運動方式以逆沖為主，但相對于南段而言，其走滑分量有所增大（圖10a）.

中段P軸仰角均值小于15°，較南段更接近水平.同時，與南段相比，中段早期P軸方位分布相對分散（圖10b），NE、NEE向相對占優(yōu)勢，晚期則以NEE向為主，表明中段P軸優(yōu)勢方向也明顯有別于主震P軸方向［22］與區(qū)域應(yīng)力場方向［46－51］，而與主震破裂傳播方向［23－25］接近.根據(jù)節(jié)面走向與P軸分布，可以推測，中段的余震一部分來源于主震后龍門山斷裂帶的調(diào)整性運動，另一部分則是因汶川主震引發(fā)余震區(qū)應(yīng)力場的改變，并在應(yīng)力場調(diào)整過程中，觸發(fā)不同走向的先存或新生次級斷裂、尤其是與龍門山斷裂帶走向近乎垂直的NNW向斷裂活動的結(jié)果.除此之外，近SN向的岷江斷裂帶和虎牙斷裂帶在余震區(qū)中段與龍門山斷裂帶相交，也可能是上述余震的發(fā)震斷裂之一.

（4）余震區(qū)北段

平武以東的余震區(qū)北段長約110km，共有96次地震參與統(tǒng)計（表2），其中，早期余震77次，逆沖型、走滑型與正斷型所占比例分別為36.4%、59.7%、3.9%，走滑型地震比例遠(yuǎn)高于逆沖型，這一特征也與已有研究結(jié)果一致［20，31－32］.然而，在19次晚期余震中，逆沖型地震比例達(dá)52.6%，比早期上升了16.2%；走滑型地震比例為47.4%，下降了12.3%；無正斷型地震活動，由此可見，北段余震震源機(jī)制類型比例隨時間變化極為顯著.刁桂苓等［50］認(rèn)為，震源機(jī)制類型的轉(zhuǎn)換可以理解為構(gòu)造應(yīng)力場的改變.我們認(rèn)為，在余震活動晚期所出現(xiàn)的南段走滑型地震比例顯著上升、而北段逆沖型地震比例顯著上升的現(xiàn)象，可能是余震區(qū)兩端斷層調(diào)整性運動的表現(xiàn).圖11為北段早期和晚期余震機(jī)制分布，為縮小繪圖范圍，圖11b中未包含圖6中遠(yuǎn)離余震密集區(qū)的寧強(qiáng)地震.由該圖可見，與南段剛好相反，汶川主震后的較短時期內(nèi)，余震表現(xiàn)為走滑作用為主（圖11a）；在后期震后調(diào)整過程中，逆沖型地震比例大增（圖11b），由此補(bǔ)充和協(xié)調(diào)斷裂帶沿垂向方向上的應(yīng)力變化.

圖7 理縣NW向分支節(jié)面走向、滑動角、傾角（a）與P軸方位角、仰角統(tǒng)計（b）Fig.7 Strikes，rakes and dips of fault planes（a），azimuths and plunges of Paxes（b）for the Lixian NW－striking branch

圖8 南段節(jié)面走向、滑動角、傾角（a）與P軸方位角、仰角統(tǒng)計（b）Fig.8 Strikes，rakes and dips of fault planes（a），azimuths and plunges of Paxes（b）on the southern segment

圖9 余震區(qū)中段不同時期的余震震源機(jī)制分布Fig.9 Focal mechanisms of aftershocks on the central segment of the aftershock area during different stages

圖10 中段節(jié)面走向、滑動角、傾角（a）與P軸方位角、仰角統(tǒng)計（b）Fig.10 Strikes，rakes and dips of fault planes（a），azimuths and plunges of Paxes（b）on the central segment

從圖1與圖6可以看出，北段北端余震分布呈現(xiàn)為沿龍門山斷裂帶走向的NE向分支與偏離龍門山斷裂帶走向的NNE向分支，可能反映了汶川地震破裂帶尾端破裂擴(kuò)展特征［57］.因此，與前3個區(qū)域相比，北段節(jié)面走向分布更為復(fù)雜，早期NE—NNE向節(jié)面略占優(yōu)勢，晚期優(yōu)勢方向不明顯（圖12a），反映了該段復(fù)雜的發(fā)震構(gòu)造，其節(jié)面分布方位的離散性反映出不同走向的先存或新生構(gòu)造參與了主震后的余震活動.滑動角和斷層傾角顯示該段早期以較大傾角的斷層走滑活動為主，晚期則以中等傾角斷層逆沖活動為主（圖12a）.

與南段和中段一樣，北段P軸仰角也呈近水平，晚期P軸仰角更小，均值約10°（圖12b）.P軸方位總體分布呈現(xiàn)NWW和NEE兩個優(yōu)勢方位，分別對應(yīng)于主震前由原地應(yīng)力測量獲得的該段水平最大主壓應(yīng)力方向（NW—NWW）［58］與主震破裂傳播方向［23－25］，但P軸方位分布在不同時段仍然存在明顯差異：余震早期P軸方位分布相對簡單，集中在NWW和NEE兩個優(yōu)勢方向，余震晚期P軸方位分布則相對混亂，優(yōu)勢方向不突出.大震后震區(qū)主壓應(yīng)力方向與區(qū)域應(yīng)力場方向發(fā)生較大偏離、且隨時間變化的特征，與李方全等［59－61］通過研究邢臺、海城、龍陵、唐山等大震后震區(qū)地應(yīng)力測量結(jié)果所獲得的認(rèn)識是一致的.這種變化特征反映了震后震源區(qū)應(yīng)力調(diào)整過程.因此，北段P軸方位分布特征反映該區(qū)域余震除受區(qū)域應(yīng)力場控制外，還受到汶川主震所引起的局部應(yīng)力場的控制.

圖11 余震區(qū)北段不同時期的余震震源機(jī)制分布Fig.11 Focal mechanisms of aftershocks on the northern segment of the aftershock area during different stages

圖12 北段節(jié)面走向、滑動角、傾角（a）與P軸方位角、仰角統(tǒng)計（b）Fig.12 Strikes，rakes and dips of fault planes（a），azimuths and plunges of Paxes（b）on the northern segment

尤其值得關(guān)注的是，位于北段余震密集區(qū)末端的余震，早期基本為走滑型，自2008年7月24日開始，余震走滑分量明顯減小而逆沖分量顯著增大，且在空間位置上更偏離平武—青川斷裂，北段末端余震錯動方式及空間位置的變化，或許代表了汶川地震破裂和應(yīng)變過程由同震及震后短期內(nèi)走滑，后期調(diào)整為逆沖，這種特征符合走滑斷裂位移應(yīng)變向端部遞減，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎瞬磕鏇_的規(guī)律.

2011年11月1日，汶川余震區(qū)北段青川與文縣間再次發(fā)生5.4級強(qiáng)余震，CAP波形反演結(jié)果與P波初動解均顯示該地震為純逆沖型，支持我們所獲得的北段晚期余震特征.

4 龍門山斷裂帶中北段斷面結(jié)構(gòu)初步探討

根據(jù)余震深度及震源機(jī)制解所給出的節(jié)面參數(shù)，可推測發(fā)震斷層面幾何形態(tài).假定龍門山斷裂帶的幾條主干斷裂在不同深度上平行展布，選取節(jié)面走向與龍門山斷裂帶走向差異小于20°的地震，統(tǒng)計龍門山斷裂帶中北段不同段落傾角隨深度的分布特征.

統(tǒng)計結(jié)果顯示，沿龍門山斷裂帶走向，不同段落的斷層面傾角范圍均較大（圖13），且與深度的關(guān)系較離散.然而，傾角均值在不同段落、不同深度的變化卻存在一定的規(guī)律.圖13a顯示，余震區(qū)南段在10～18km深度范圍內(nèi)，斷層面傾角均值隨深度減小而增大，由18km時的大約40°上升至10km時的70°；當(dāng)深度小于10km時，斷層面傾角均值在60°左右，斷層傾角均值的深度變化顯示出深部緩傾角、淺部高傾角的鏟形斷面特征［10，18，26］，從而驗證了Zhu等［27］的擬合結(jié)果.中段余震主要集中在7～19km深度（圖5），斷面傾角均值隨深度的變化特征與南段和北段存在明顯差異，深度大于10km時的傾角均值相對穩(wěn)定（圖13b），在50°左右；深度小于10km時，傾角均值存在隨深度減小而增大的趨勢.余震區(qū)北段不同深度上的斷面傾角均值相對穩(wěn)定（見圖13c），大約50°～65°，表明北段斷層幾何結(jié)構(gòu)相對簡單，斷面較陡且均一，有利于走滑型破裂過程，這一結(jié)果與Shen等［29］的研究相吻合.余震區(qū)不同段落斷面幾何參數(shù)的變化，揭示了龍門山斷裂帶中北段斷面幾何形態(tài)的復(fù)雜性.

圖13 余震區(qū)沿龍門山斷裂帶不同段落斷層面傾角隨深度分布圖中水平線段標(biāo)示特定深度上的傾角標(biāo)準(zhǔn)差.深色影區(qū)標(biāo)示傾角均值隨深度的變化趨勢.Fig.13 Distribution of dip of fault plane with focal depth on different segments along Longmen Shan fault zoneThe horizontal line marks standard error of dips at special depth.Grey shadow area marks the tendency of mean dip with depth.

5 結(jié) 論

本文利用CAP波形反演方法，求取了汶川地震序列中312個4級以上余震的震源機(jī)制解和震源深度，分析了余震震源深度分布與震源機(jī)制時空分布特征，探討了余震區(qū)斷層行為與應(yīng)力場的時空變化，并對龍門山斷裂帶中北段的斷層面幾何形態(tài)進(jìn)行了初步探討.獲得的主要結(jié)果如下：

（1）余震震源深度分布存在顯著的空間差異.綿竹以西的余震區(qū)南段與平武以東的余震區(qū)北段余震深度范圍大于余震區(qū)中段，但深度小于5km的5級以上超淺源地震主要分布在明顯偏離龍門山斷裂帶走向的余震區(qū)南段理縣NW向分支與北端NNE向分支.而余震區(qū)中段綿竹—平武段4級以上余震主要分布在7～19km深度，鮮有深度小于7km的4級余震活動.

（2）余震機(jī)制類型比例存在明顯的時空差異.余震區(qū)南段理縣NW向分支余震以走滑型為主，中段綿竹—平武段逆沖型地震占絕對優(yōu)勢，時間變化不顯著.沿龍門山斷裂帶走向的余震區(qū)南段早期逆沖型地震比例高于走滑型、晚期走滑型地震比例顯著升高并超過逆沖型，而平武以東的余震區(qū)北段早期走滑型地震占絕對優(yōu)勢、晚期逆沖型地震比例大幅上升且超過走滑型，可能是余震區(qū)兩端斷層調(diào)整性運動的表現(xiàn).

（3）節(jié)面走向與P軸方位優(yōu)勢方向存在顯著的空間分段差異.這種差異反映了余震活動除了受區(qū)域應(yīng)力場控制外，還受到主震引發(fā)的局部應(yīng)力場的控制，而節(jié)面走向的多方位分布也反映了不同走向的構(gòu)造參與了主震后的余震活動.

（4）龍門山斷裂帶中北段斷層面幾何形態(tài)復(fù)雜.余震區(qū)南段大于10km深度時的斷面傾角均值隨深度減小而增大，深度小于10km時的斷面傾角均值相對穩(wěn)定，顯示出深部緩傾角、淺部高傾角的鏟形斷面特征；中段深度大于10km時的傾角均值相對穩(wěn)定，深度小于10km時傾角均值存在隨深度減小而明顯增大的趨勢；北段斷面傾角均值在不同深度上的變化相對較小，約50°～65°，表明北段斷面幾何形態(tài)相對簡單.上述不同段落斷面幾何參數(shù)的變化，揭示了龍門山斷裂帶中北段斷面幾何形態(tài)的復(fù)雜性.

余震區(qū)P軸優(yōu)勢方向的時空分段差異及其與區(qū)域應(yīng)力場方向較大的偏離現(xiàn)象，以及大震破裂區(qū)兩端機(jī)制類型比例的顯著變化特征，可能反映了大震所引起的震源區(qū)應(yīng)力場調(diào)整過程，有必要對該過程開展更進(jìn)一步的深入研究，為強(qiáng)余震發(fā)震機(jī)理研究及強(qiáng)余震預(yù)測提供依據(jù).

致 謝 本文CAP波形反演程序來源于美國圣路易斯大學(xué)的朱露培博士；圖形繪制采用了GMT［62］程序；在本文研究過程中，張培震研究員就結(jié)果的合理分析進(jìn)行了悉心指導(dǎo)，受益匪淺；審稿人給出了很好的修改建議.在此一并致以衷心感謝！

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Spatial and temporal variation of focal mechanisms for aftershocks of the 2008 MS8.0Wenchuan earthquake

YI Gui－Xi1，2，LONG Feng2＊，ZHANG Zhi－Wei2
1 Key Lab.of Earth Exploration and Information Technique of Education Ministry of China，Chengdu University of Technology，Chengdu610059，China
2 Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu610041，China

Focal mechanism solutions and depths of 312 M≥4aftershocks with relatively high signal－to－noise ratio waveforms of the 2008Wenchuan MS8.0earthquake have been derived byCAP method.Following this，we analyzed the aftershock faulting behavior and spatial－temporal variation of stress field，and further discussed preliminarily the geometry of the central－northern segment of the Longmen Shan fault zone.The major results are as follows.（1）The range of focal depths is significantly different between various segments of aftershock area.The depth ranges of aftershocks on the southern segment west of Mianzhu and northern segment east of Pingwu are greater than that on the central segment from Mianzhu to Pingwu.Relatively shallow（＜5km）aftershocks mainly occurred along NW－striking Lixian branch on the southern segment and NNE－striking branch at the northern end of the aftershock area.On the central segment，aftershocks are concentrated at the depths of 7～19km.（2）The proportion of different－type aftershocks varies with time on different segments，especially on the southern and northern segments.Thrust slip and strike－slip motions are dominant faulting behavior for the central segment and NW－striking Lixian branch，respectively.However，on the southern segment along the Longmen Shan fault zone，thrust－slip aftershocks are more than those of strike－slip in the early stage before Aug.31，2008，and slightly less than those of strike－slip in the later stage.Meanwhile，for the northern segment，the proportion of aftershocks of right－lateral strike－slip type is higher than that of reverse type with minor strike－slip component in the early stage，but it is less than that of reverse type in the later stage.The significant variation of the proportion of different－type aftershocks on the southern and northern segments may be resulted from readjustment of faulting behavior on both ends of the seismogenic fault zone.（3）Variation of dominant strike of fault planes and orientation of P－axes is significant on different segments as rose diagrams indicate.The dominant orientations of P－axes are NWW with sub－h(huán)orizontal plunges on the southern segment，NEE on the central segment and NW－striking Lixian branch，and NWW and NEE on the northern segment.The above finding demonstrates that the aftershock activity was influenced by both regional stress field and local stress field from the Wenchuan mainshock.（4）Along the central－northern Longmen Shan fault zone，the mean dip of the fault plane on the southern segment of the aftershock area gradually increases as the depth decreases from 18to 10km，and becomes relatively stable for depths shallower than 10km，which means that the fault plane changes from gentle to steep upwards as a listric fault plane.While on the central segment，the mean dips at depths＞10km are relatively steady，and obviously increase as depths decrease upwards（＜10km）.However，the relatively stable mean dips within the range of 50°～65°on the northern segment imply that the fault plane there is relatively steep and therefore more favorable for strike－slip faulting.The above results indicate the very complicated geometry of the fault plane of the central－northern Longmen Shan fault zone.

Wenchuan earthquake，Aftershocks，F(xiàn)ocal mechanism，Spatial－temporal variation

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.017

P315

2011－12－16，2012－03－06收修定稿

國家重點基礎(chǔ)研究計劃（973）（2008CB425701）、國家科技支撐計劃（2012BAK19B01－01）共同資助.

易桂喜，1964年生，博士，研究員，主要從事地震預(yù)報方法與殼幔速度結(jié)構(gòu)反演等研究.E－mail：yigx64＠163.com

＊通訊作者龍鋒，1981年生，工程師，2009年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)固體地球物理系碩士研究生畢業(yè)，主要從事地震學(xué)和地震活動性研究.E－mail：icy1111＠163.com

易桂喜，龍鋒，張致偉.汶川MS8.0地震余震震源機(jī)制時空分布特征.地球物理學(xué)報，2012，55（4）：1213－1227，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.017.

Yi G X，Long F，Zhang Z W.Spatial and temporal variation of focal mechanisms for aftershocks of the 2008 MS8.0Wenchuan earthquake.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（4）：1213－1227，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.017.

（本文編輯 胡素芳）