2013年4月20日四川蘆山MW6．7（MS7．0）地震參數(shù)的測(cè)定*

劉瑞豐 陳運(yùn)泰 鄒立曄 陳宏峰 梁建宏張立文 韓雪君 任 梟 孫 麗

1）中國(guó)北京 100045 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心

2）中國(guó)北京 100081 中國(guó)地震局地球物理研究所

引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，2013年4月20日北京時(shí)間8時(shí)2分46秒（世界時(shí)間0時(shí)2分46秒）在我國(guó)四川省蘆山縣發(fā)生了矩震級(jí)為MW6．7（面波震級(jí)為MS7．0）的地震．該地震發(fā)生在龍門山斷裂帶上的西南段，是繼2008年5月12日汶川面波震級(jí)MS8．0地震之后的又一次破壞性地震，已造成13個(gè)市州69個(gè)縣150萬(wàn)余人受災(zāi)．

地震發(fā)生以后，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和國(guó)際上的地震機(jī)構(gòu)都快速測(cè)定了該地震的參數(shù)，并及時(shí)向社會(huì)發(fā)布了地震信息．本文綜述了這些機(jī)構(gòu)對(duì)蘆山地震參數(shù)的測(cè)定情況，并利用中國(guó)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)的波形數(shù)據(jù)測(cè)定了震源機(jī)制解，收集了97個(gè)臺(tái)站資料，對(duì)該地震的參數(shù)進(jìn)行重新測(cè)定，正式編輯出版了《中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告》，為地球科學(xué)研究提供資料．

1 地震參數(shù)速報(bào)

為進(jìn)一步提高地震速報(bào)的實(shí)效性，中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司于2011年9月啟動(dòng)了自動(dòng)地震速報(bào)能力評(píng)估工作，對(duì)自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況、漏報(bào)情況、誤報(bào)情況及參數(shù)精度進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析．2012年5月監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司在中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心成立項(xiàng)目組，啟動(dòng)了“自動(dòng)地震速報(bào)綜合觸發(fā)平臺(tái)”的開(kāi)發(fā)工作，2013年1月16日該平臺(tái)通過(guò)驗(yàn)收，從2013年4月1日起，自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果正式對(duì)外發(fā)布．

2013年4月20日8時(shí)2分57秒，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心警報(bào)聲響起，自動(dòng)定位系統(tǒng)顯示在四川省蘆山縣發(fā)生了一次較大的地震．8時(shí)3分43秒（地震發(fā)生后57s），自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)測(cè)定出了地震的發(fā)震時(shí)間、震中位置和震級(jí)，2分鐘內(nèi)便發(fā)出了第一報(bào)：“08時(shí)02分四川省雅安市雨城區(qū)附近發(fā)生5．9級(jí)左右地震，最終結(jié)果以正式速報(bào)為準(zhǔn)”．中國(guó)地震局領(lǐng)導(dǎo)、地震監(jiān)測(cè)人員、地震應(yīng)急人員隨即收到手機(jī)短信，并迅速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案．中國(guó)地震局網(wǎng)站（中國(guó)地震局，2013）、中國(guó)地震信息網(wǎng)（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)，2013）、新浪微博、騰訊微博、新華社、中央電視臺(tái)等媒體均在第一時(shí)間收到速報(bào)信息，并通過(guò)網(wǎng)站和微博向社會(huì)公眾發(fā)布．8時(shí)14分4秒，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)布正式速報(bào)結(jié)果：震中位置為北緯30．3°、東經(jīng)103．0°，震源深度為13km，面波震級(jí)為MS7．0．中央電視臺(tái)新聞?lì)l道在8點(diǎn)30分播發(fā)了四川省蘆山縣發(fā)生了MS7．0地震的消息．

地震發(fā)生后世界各地的地震機(jī)構(gòu)，如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS，2013）、瑞士地震服務(wù)中心（Schweizerischer Erdbebendienst，2013）、德國(guó)格拉芬堡地震觀測(cè)中心（SZGRF Home，2013）、歐洲地中海地震中心（European-Mediterranean Seismological Centre，2013）等也都迅速測(cè)定并在各自的網(wǎng)站上發(fā)布了這次地震的參數(shù)．中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和各國(guó)際地震機(jī)構(gòu)快速測(cè)定的蘆山地震參數(shù)的結(jié)果如表1所示．

表1 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和國(guó)際地震機(jī)構(gòu)速報(bào)的蘆山地震參數(shù)Table 1 The rapid report parameters of Lushan earthquake from CENC and other international seismological institutions

就震級(jí)而言，從全球各地震機(jī)構(gòu)公布的地震速報(bào)結(jié)果看，最先公布的震級(jí)是面波震級(jí)和體波震級(jí)，然后是矩震級(jí)．隨著觀測(cè)資料的增加，各地震機(jī)構(gòu)測(cè)定的參數(shù)也在發(fā)生變化，如USGS／NEIC于當(dāng)日把面波震級(jí)MS6．9修訂為矩震級(jí)MW6．6，俄羅斯科學(xué)院把體波震級(jí)修訂為mb6．5，面波震級(jí)修訂為MS7．0．

2 地震參數(shù)修訂

2．1 地震參數(shù)

本文利用中國(guó)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)97個(gè)地震臺(tái)的震相數(shù)據(jù)對(duì)蘆山MW6．7地震進(jìn)行了重新定位，得到蘆山地震的震中位置為30．30°N、102．99°E，發(fā)震時(shí)刻為北京時(shí)間8時(shí)2分47．5秒，震源深度17km．定位誤差為：在水平面上，誤差橢圓長(zhǎng)半軸4．7km，短半軸3．9km，橢圓長(zhǎng)半軸方位角為138°；震源深度的誤差為2．4km．我們使用63個(gè)國(guó)家地震臺(tái)的資料測(cè)定蘆山地震的面波震級(jí)為MS7．0，用55個(gè)國(guó)家地震臺(tái)的資料測(cè)定該地震的短周期體波震級(jí)為mb6．0，用51個(gè)國(guó)家地震臺(tái)的資料測(cè)定中長(zhǎng)周期體波震級(jí)為mB7．0．本文以及USGS／NEIC修訂后的蘆山地震的參數(shù)如表2所示．

蘆山地震發(fā)生以后，各地震機(jī)構(gòu)匯集到了更多的地震臺(tái)站資料，對(duì)地震速報(bào)結(jié)果進(jìn)行了修訂，編輯了地震觀測(cè)報(bào)告．美國(guó)USGS／NEIC利用全球地震臺(tái)網(wǎng)（global seismic network，簡(jiǎn)寫為GSN）774個(gè)臺(tái)站的震相到時(shí)重新進(jìn)行了地震定位，并利用其中的50個(gè)臺(tái)站的資料計(jì)算了面波震級(jí)，結(jié)果為MS6．8；用370個(gè)臺(tái)站測(cè)定的短周期體波震級(jí)結(jié)果為mb6．5；用波形反演的方法得到的矩震級(jí)為MW6．7（表2）．

2．2 面波震級(jí)

本文和NEIC測(cè)定面波震級(jí)的詳細(xì)情況如表3和表4所示．由于歷史的原因，我國(guó)和美國(guó)所使用的測(cè)定面波震級(jí)的公式不同，測(cè)量方法也有一些差異（劉瑞豐等，2006）．通過(guò)對(duì)大量的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析與對(duì)比表明，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的面波震級(jí)總體上要比美國(guó)NEIC測(cè)定的結(jié)果平均偏高0．2（劉瑞豐等，2006）．從本次地震的面波震級(jí)測(cè)定結(jié)果看，本文得出的測(cè)定結(jié)果比NEIC測(cè)定面波震級(jí)大0．1．考慮到上述系統(tǒng)偏差，應(yīng)當(dāng)說(shuō)兩者的結(jié)果是一致的．

表2 本文和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地震信息中心（USGS／NEIC）修訂后的蘆山地震參數(shù)Table 2 The revised parameters of Lushan earthquake by this paper and USGS／NEIC

表3 本文用以測(cè)定蘆山地震面波震級(jí)（MS）的臺(tái)站、震中距、方位角及測(cè)定結(jié)果Table 3 The epicentral distances and azimuths of the seismic stations used to determine the surface magnitude of the Lushan earthquake and the results in this paper

表4 美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地震信息中心（USGS／NEIC）測(cè)定的蘆山地震面波震級(jí)（MS）的臺(tái)站、震中距、方位角及測(cè)定結(jié)果Table 4 The epicentral distances and azimuths of the stations used to determine the surface magnitude MSof the Lushan earthquake from USGS／NEIC and the results

圖1a是在平面極坐標(biāo)中本文測(cè)定面波震級(jí)所使用的臺(tái)站震中距R、方位角φ和所測(cè)定的震級(jí)大小的分布圖．圖中N是正北方向．圓點(diǎn)表示該臺(tái)測(cè)得的MS＞7．0，方塊表示該臺(tái)測(cè)得的MS＜7．0，十字表示該臺(tái)測(cè)得的MS＝7．0．圖1b是本文測(cè)定面波震級(jí)所使用的臺(tái)站方位角和所測(cè)定的面波震級(jí)大小的分布圖．圖中實(shí)線圓圈表示落在該圓圈上的地震臺(tái)測(cè)得的面波震級(jí)為MS7．0．

本文測(cè)定面波震級(jí)所使用的臺(tái)站為63個(gè)，震中距范圍為3．2°—27．2°（1°≈111．1km），臺(tái)站的方位分布比較均勻．測(cè)得的面波震級(jí)最大的臺(tái)站是蘭州、蒙城、瓊中和南京等4個(gè)臺(tái)站，震級(jí)為MS7．3；測(cè)得的面波震級(jí)最小的臺(tái)站是攀枝花臺(tái)，震級(jí)為MS6．6．

圖1 震中距為R、方位角為φ（a）和方位角為φ（b）的臺(tái)站上所測(cè)定的震級(jí)大小分布圖圖（a）中圓圈旁的數(shù)字（10°，20°，30°）為震中距；圖（b）中圓圈旁的數(shù)字（6．5，7．0，7．5）表示面波震級(jí) MS，最外層圓圈旁的數(shù)字（90°，180°，270°）為方位角Fig．1 The size distribution of the magnitudes measured by the stations at epicentral distance Rand azimuthφ（a）and azimuthφ（b）In Fig．1athe numbers 10°，20°，30°marked on the circles represent epicentral distances；In Fig．1bthe numbers 6．5，7．0，7．5marked on the circles represent surface magnitude MS，and 90°，180°，270°marked on the outmost circle are azimuths

圖2 震中距為R、方位角為φ（a）和方位角為φ（b）的NEIC臺(tái)站上所測(cè)定的震級(jí)大小分布圖圖（a）中圓圈旁的數(shù)字（15°，30°，45°，60°）為震中距；圖（b）中圓圈旁的數(shù)字（6．0，6．5，6．8，7．0，7．5）表示面波震級(jí) MS，最外層圓圈旁的數(shù)字（90°，180°，270°）為方位角Fig．2 The size distribution of the magnitudes measured by the NEIC stations at distance Rand azimuthφ（a）and azimuthφ（b）In Fig．2a，the numbers 15°，30°，45°，60°marked on the circles represent epicentral distances；in Fig．2bthe numbers 6．0，6．5，6．8，7．0，7．5marked on the circles represent surface magnitude MS，and 90°，180°，270°marked on the outmost circle are azimuths

圖2a是在平面極坐標(biāo)中NEIC所使用的全球地震臺(tái)站震中距R、方位角φ和所測(cè)定的震級(jí)大小分布圖．圖中，N是正北方向，圓點(diǎn)表示該臺(tái)測(cè)得的MS＞6．8，方塊表示該臺(tái)測(cè)得的MS＜6．8，十字表示該臺(tái)測(cè)得的MS＝6．8．圖2b是NEIC所使用的全球地震臺(tái)站方位角和所測(cè)定的震級(jí)大小的分布圖，圖中實(shí)線圓圈表示落在該圓圈上的地震臺(tái)測(cè)得震級(jí)為MS6．8．

USGS／NEIC測(cè)定面波震級(jí)所使用的臺(tái)站為49個(gè)，震中距范圍為21．40°—57．10°，臺(tái)站的方位分布較均勻．測(cè)定面波震級(jí)最大的臺(tái)站是LVZ臺(tái)，震級(jí)為MS7．5；測(cè)定面波震級(jí)最小的臺(tái)站是DAV和UGM臺(tái)，震級(jí)為MS6．3．

從圖1和圖2可以看出，測(cè)定震級(jí)偏大的臺(tái)站主要分布在震中的東北和西北方向，測(cè)定震級(jí)偏小的臺(tái)站主要分布在震中的西南和東南方向．

3 震源機(jī)制

本文利用國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，采用波形擬合方法確定震源機(jī)制解（Dziewonskietal，1981）．該方法采用少量地震臺(tái)站的遠(yuǎn)震長(zhǎng)周期體波和面波的波形記錄，確定震源的地震矩張量和最佳點(diǎn)震源的位置參數(shù)．通過(guò)本征值計(jì)算，可以得到地震矩張量的本征值和本征向量，也即主應(yīng)力軸的值和取向，并計(jì)算了最佳雙力偶模型的兩個(gè)節(jié)面解，得到了標(biāo)量地震矩和矩震級(jí)．

地震發(fā)生以后，國(guó)內(nèi)外的研究者和地震機(jī)構(gòu)利用數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料測(cè)定了該地震的震源機(jī)制解（陳運(yùn)泰等，2013；劉超等，2013；張勇等，2013）．從測(cè)定結(jié)果看（表5），不同機(jī)構(gòu)測(cè)定的震源機(jī)制解相當(dāng)一致，矩震級(jí)大都為MW6．6和MW6．7，表明蘆山地震的震源機(jī)制與2008年5月12日汶川地震的震源機(jī)制相當(dāng)一致，都是以逆斷層為主兼有小量右旋走滑分量的剪切錯(cuò)動(dòng)，但右旋走滑分量比汶川地震要?。?/p>

表5 本文和不同地震機(jī)構(gòu)測(cè)得的蘆山地震震源機(jī)制Table 5 The focal mechanisms of Lushan earthquake contributed by this paper and other seismological institutions

4 余震分布

截至2013年5月31日16時(shí)，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和四川省地震局共記錄到余震1萬(wàn)144次，其中MS≥3．0余震134次，MS5．0—5．9地震4次，MS4．0—4．9地震23次，MS3．0—3．9地震107次，最大余震是北京時(shí)間2013年4月21日17時(shí)5分發(fā)生的MS5．4地震．本次地震最大的特點(diǎn)是余震頻繁，在震后48小時(shí)內(nèi)發(fā)生MS≥3．0地震90次，占目前所有MS≥3．0地震的67．16%，余震分布如圖3所示．從圖3可以看出，蘆山地震的余震主要沿龍門山斷層向西南方向展布．這些是地震臺(tái)網(wǎng)的定位結(jié)果，研究人員要根據(jù)這些地震目錄和震相數(shù)據(jù)做出更精確的地震定位結(jié)果．

圖3 蘆山MW6．7地震余震震中分布圖Fig．3 The epicentral distribution of aftershocks of the Lushan MW6．7earthquake

5 討論與結(jié)論

蘆山MW6．7地震是自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行20天后，第一次向中國(guó)地震局和新浪微博、騰訊微博、新華社、中央電視臺(tái)等媒體發(fā)布全自動(dòng)地震速報(bào)信息的地震，在57s內(nèi)由于使用的臺(tái)站數(shù)量偏少，使得自動(dòng)測(cè)定為MS5．9，到2分鐘自動(dòng)測(cè)定的震級(jí)可以達(dá)到MS6．8，因此自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)要在地震速報(bào)的速度與精度之間尋找合適的平衡點(diǎn)．

本文的研究結(jié)果表明：蘆山地震的發(fā)震時(shí)刻為北京時(shí)間8時(shí)2分47．5秒，震中位置為30．30°N、102．99°E，震源深度為17km．其面波震級(jí)為MS7．0，短周期體波震級(jí)為mb6．0，中長(zhǎng)周期體波震級(jí)為mB7．0，矩震級(jí)為MW6．7．通過(guò)對(duì)比可知，不同機(jī)構(gòu)的定位結(jié)果差別不大，同類震級(jí)之間差別也不大．本文得到的面波震級(jí)為MS7．0，NEIC的面波震級(jí)為MS6．9．由于我國(guó)與NEIC面波震級(jí)之間存在系統(tǒng)偏差，0．1的差別在兩者系統(tǒng)偏差范圍之內(nèi)（劉瑞豐等，2006）．本文得到的矩震級(jí)為MW6．7，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和全球矩心矩張量項(xiàng)目（GCMT）的矩震級(jí)都為MW6．6．但我國(guó)和美國(guó)對(duì)外發(fā)布的震級(jí)差別較大，根據(jù)“地震震級(jí)的規(guī)定”（全國(guó)地震標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，1999）的要求，我國(guó)對(duì)外發(fā)布的震級(jí)為面波震級(jí)，因此中國(guó)對(duì)外發(fā)布的震級(jí)是面波震級(jí)MS7．0，而美國(guó)則把矩震級(jí)作為對(duì)外發(fā)布的首選震級(jí)（USGS，2002），美國(guó)對(duì)外發(fā)布的震級(jí)是矩震級(jí)MW6．6．因此社會(huì)公眾、新聞媒體和政府官員認(rèn)為中國(guó)和美國(guó)測(cè)定的蘆山地震的震級(jí)差別為0．4．

為了消除這種差別，我國(guó)應(yīng)盡快與國(guó)際接軌，將矩震級(jí)作為對(duì)外發(fā)布的首選震級(jí)．矩震級(jí)是一個(gè)描述地震絕對(duì)大小的力學(xué)量，它是一個(gè)均勻的震級(jí)標(biāo)度．無(wú)論是對(duì)大震還是小震、微震甚至極微震，無(wú)論是對(duì)淺震還是深震，均可測(cè)量地震矩，地震矩不會(huì)“飽和”．目前矩震級(jí)已成為世界上大多數(shù)地震臺(tái)網(wǎng)和地震觀測(cè)機(jī)構(gòu)優(yōu)先使用的震級(jí)標(biāo)度（USGS，2002；陳運(yùn)泰，劉瑞豐，2004；Bormannetal，2009）．

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