四川蘆山7.0級強震及其余震序列重定位

張廣偉，雷建設

中國地震局地殼應力研究所（地殼動力學重點實驗室），北京 100085

1 引 言

2013年4月20日8時02分（北京時間），在龍門山斷裂帶的大川—雙石斷裂上發(fā)生了四川蘆山7.0級強震（圖1）.此次地震給蘆山縣及其周邊地區(qū)造成重大的人員傷亡和財產損失，截至2013年4月22日18時，已經造成192人死亡，23人失蹤，11470人受傷，其中重傷968人（中國地震信息網）.至2013年4月22日10時，中國地震臺網中心發(fā)布已有2089次余震，其中3級以上91次、4級以上20次、5級以上4次，最大余震5.4級.

圖1 本研究所用臺站及地震事件分布DSF，大川—雙石斷裂（圖3—6相同）；F1，前山斷裂；F2，中央主斷裂；F3，后山斷裂.斷層數據來自鄧起東等［1］.Fig.1 Distribution of the stations and events used in this study DSF，Dachuan－Shuangshi Fault（the same as Figs.3－6）；F1，Front range fault；F2，Central fault；F3，Back range fault.The faults data come from Deng et al.［1］

蘆山7.0級強震發(fā)生在龍門山構造帶上，是2008年汶川8.0級地震以來震級最大的一次地震.龍門山構造帶是松潘—甘孜地塊的東邊界，主要由3條大斷裂構成，分別是龍門山前山斷裂、中央主斷裂和后山斷裂，此次蘆山地震震中位置位于龍門山前山斷裂西南段的大川—雙石斷裂（DSF）上（圖1）.大川—雙石斷裂為龍門山推覆構造帶南段一條區(qū)域性大斷裂，野外地質調查結果表明，其走向N43°E、傾向NW、傾角45°～65°不等，其東南側為開闊的中新生代陸相盆地，西北側為古生代地層組成的中高山區(qū)［2］.地震發(fā)生后，不同的研究機構均給出主震的震源參數.哈佛大學矩張量結果顯示，蘆山7.0級強震斷層面傾角約38°（www.globalcmt.org）；中國科學院地質與地球物理研究所的震源破裂過程反演結果顯示，斷層面傾角約38.5°［3］.為進一步深入認識本次蘆山地震斷層面傾角及余震擴展空間范圍，本研究收集了主震后48小時余震到時資料，通過雙差定位，給出較為精確余震空間分布，為今后判定余震活動趨勢提供重要的參考.

2 資料與方法

本研究采用中國地震臺網中心提供的2013年4月20日8時至4月22日8時，即蘆山7.0級主震后48小時內的觀測報告.截至該時間，主震區(qū)盡管發(fā)生了近2000次余震，但從臺網中心能夠下載到的地震事件共504個，其中M≥2級435個，占總事件的86%.我們選擇震中距小于400km的到時資料，其中P波5418條、S波4817條，數據集包括891條Pn到時.Pn波能夠較好地約束震源深度，結合近臺直達波數據，可以較好地改善震源深度，提高重定位精度［4－5］.本研究用于重定位的地震臺站總共44個，均來自四川臺網，可以看出這些臺站圍繞余震有著較好的空間分布，特別是在震源區(qū)還有3個近臺（圖1），能夠進一步提高震源深度的精度.

本研究采用雙差定位法［6］對余震序列進行精確定位.該方法使用相對走時殘差來修定地震位置，其主要是基于兩個震源之間的距離遠小于事件到臺站的距離，認為兩個事件傳播到臺站的射線路徑幾乎相同，從而可以有效地降低由于速度模型的不確定性對定位結果的影響.本研究采用適合本研究區(qū)的一維速度模型［7］（圖2）來開展雙差定位，其中P波和S波速度比為1.71.由于S波到時資料拾取精度相對P波要低些，因此在定位過程中將P波權重設為1.0，而S波權重設為0.5.為了獲得高精度的定位結果，設定事件對的距離閥值為3km.該方法已在地震重定位工作中得到廣泛應用，且獲得較好的定位結果［8－11］.

圖2 本研究所用速度模型Fig.2 Velocity models used in the study

3 結果與分析

通過雙差定位，我們最終獲得328次地震事件的精定位結果，其均方根殘差由重定位前的0.54s下降到重定位后的0.17s.由誤差棒分布可以清楚看出，東西、南北及深度上平均標準誤差分別為0.35km、0.39km和0.48km，80%地震事件的三方向誤差均在0.25km以內，其中誤差大于1.0km的地震事件只有15個（圖3），說明重定位結果有意義地改進了初始震源位置精度.本次蘆山7.0級主震重定位震中位置為102.96°E、30.29°N、20.1km深，其東西、南北及深度上誤差分別為0.23km、0.28km和0.48km.

為進一步清楚了解重定位的效果，我們比較一下定位前后結果（圖4）的差別.重定位前，地震震中在平面圖上零散地分布在斷裂帶兩側，在深度方向上震源分布也很零散，約在2～30km較大深度范圍內，看不出優(yōu)勢發(fā)震層（圖4a）；重定位后，地震震中在平面圖上明顯地集中在斷層兩側，在深度方向上也顯示出明顯的優(yōu)勢發(fā)震層（18～22km）（圖4b）.另外，余震主要分布在主震西南向、且較為集中，表明破裂主要沿西南向擴展，這一結果得到矩張量解及斷層面滑動角結果顯示的破裂面往西南向發(fā)展［3］（www.globalcmt.org）結果的支持.從重定位后主震震源深度變化來看，7.0級主震震源深度從初始的17km（中國地震臺網中心提供的觀測報告）改進到20.1km.這一結果盡管與房立華等（www.cea－igp.ac.cn）重定位結果顯示主震深度為12.3km存在一定差別，但與張勇等［12］和哈佛大學矩張量結果反演震源破裂深度（約21.8km）及韓立波等利用臺陣數據采用CAP方法反演得到主震矩心深度（約24km）（www.cea－igp.ac.cn）較為接近.

由于余震能夠直觀地展示強震發(fā)生的深部結構及斷層的破裂延展范圍，為此本研究詳細展示余震沿斷層破裂方向及垂直向深度剖面（圖5）.沿著斷裂帶方向，余震分布在時間尺度上盡管看不出明顯擴展過程，與2011年盈江5.8級地震［11］有些不同，這可能與本研究所用資料的時間較短有關，需進一步增加資料來證實.然而，在空間分布上主震西南方向余震分布較廣、且較為集中，可能表明余震主要向西南方向擴展（AA′剖面）.穿過主震垂直于斷層的縱剖面顯示出明顯的鏟狀形態(tài)（BB′剖面），盡管主震西南的縱剖面依然保持了其鏟狀結構形態(tài)，但傾角變大（CC′剖面）.這種隨著余震的擴展斷層面逆沖角度發(fā)生變化的現象，非常類似于汶川8.0級地震錯斷中央斷層的傾角變化［13］.為進一步定量了解斷層面傾角的變化，本研究采用重定位后的余震來擬合發(fā)震斷層傾角的變化，其中假定了發(fā)震斷層可以用一個平面來模擬［14－15］，因此其傾角為所用到的地震空間范圍內的平均傾角.結果表明，大川—雙石斷裂主震處斷層面傾角約44°（圖5BB′剖面），與曾祥方等［16］采用P波初動反演得到的斷層面結果44°相一致，而且與哈佛大學矩張量反演傾角38°也較為接近；在主震西南CC′剖面處，大川—雙石斷層面傾角約73°，可能表明斷層破裂往西南向擴展過程中走滑分量逐漸增強.

圖3 重定位后地震事件在水平方向（a）和深度方向（b和c）上的相對標準誤差分布Fig.3 Distribution of relative standard errors of the relocated events in the horizontal（a）and depth（b and c）directions

為試圖了解余震是否存在明顯的時空變化特征，我們以主震后每5個小時為時間段來展示余震空間分布（圖6）.第一階段為主震發(fā)生后0～5小時，余震主要往西南向擴展約22km、東北向僅8km左右，難以看出明顯的余震隨時間擴展規(guī)律，可能與本次主震造成斷層破裂長度較短有關.震源深度主要集中在16～22km范圍內.該階段余震震級相對較大，主要為M≥3級地震，最大余震為5.4級.第二階段為主震發(fā)生后5～10小時，該階段余震隨時間擴展變化的規(guī)律也不明顯，但范圍在增大，整個擴展長度達約33km，主要表現為東北向擴展約3km.在該階段，部分余震向淺部運移，最淺達10km左右，同時也有地震向深部發(fā)展，最深可達25km左右，與此相應的余震震級也有所降低.第三階段為主震發(fā)生后10～15小時，該階段主震西南向余震基本在前兩個時間段內發(fā)生過的空間范圍內發(fā)生，但東北向余震空間范圍繼續(xù)擴展約2km.該階段余震數量明顯減少，震級也明顯降低，主要為M≤2級地震.因此，我們認為主震后大川—雙石斷裂破裂長度可達35km左右，但這還需要收集更長時間的余震資料進一步確認.

圖6 余震在不同時間段分布特征AA′為沿斷裂帶方向縱剖面.圓圈大小代表震級，顏色代表主震后每5小時間段的時間.Fig.6 Distribution of relocated earthquakes in different time periods AA′is the vertical cross section along the DSF.The size of circles denotes the earthquake magnitude，while the color denotes the time in every 5hours after the mainshock.

4 結論與討論

采用雙差定位法，結合近臺及Pn波資料，獲得蘆山7.0級強震及48小時內余震序列精定位結果.結果顯示，余震主要沿大川—雙石斷裂向西南方向擴展兼東北向擴展，擴展長度達35km，震源優(yōu)勢分布深度在18～22km之間.余震清楚地展示出主震的鏟狀斷層破裂面，且斷層面在不同位置其傾斜角度有所不同，主震處大川—雙石斷裂的斷層面傾角約44°，往西南向逐漸增大.

蘆山7.0級強震發(fā)生在龍門山構造帶，是2008年汶川8.0級地震以來震級最大的一次地震.汶川8.0級地震發(fā)生在龍門山斷裂帶的中段，而此次蘆山地震發(fā)生在西南段，兩次地震的震中相距約90km（圖1）.此次蘆山地震是汶川地震的強余震還是一次獨立的地震？目前還存在著爭議.有些研究者認為此次蘆山地震可視為汶川地震余震［3］，而另一些研究者則認為該次地震不是汶川地震余震，但兩者關系密切［17］.從破裂范圍及方向上看，汶川地震造成近350km長的斷層破裂［8，18］，余震主要往北東向延展；而蘆山地震破裂方向相反，往西南向，破裂長度也相對較短.本文認為此次蘆山7.0級地震可能意味著補充了汶川地震的西南方向破裂，這與2004年12月26日的印尼Mw9.0級地震的余震主要向北北西向延展、但在2005年3月29日發(fā)生在相同斷裂帶上的MW8.6級地震的余震向南南東向的擴展補充了南東向的破裂［19－20］相類似.從前人的地震波速度異常來看，此次蘆山地震和2008年汶川地震恰好位于明顯的低波速和高泊松比異常體南端和北端［21－22］，因此認為此次蘆山地震的發(fā)生也與印度板塊和歐亞板塊相互作用形成的高溫高壓深部流體作用于大川—雙石斷裂帶密切有關，這可能和1605年7月13日海南瓊山7.5級地震及2011年3月10日云南盈江5.8級地震的發(fā)生與深部流體作用于斷裂帶相類似［23－24］.關于此次蘆山地震和2008年汶川地震之間的關系還有待進一步深入研究.

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