玉樹地震震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)與余震分布的關(guān)系

王長在，吳建平，房立華，王未來

中國地震局地球物理研究所，北京 100081

1 引 言

2010年4月14日07時(shí)49分37秒（北京時(shí)間），我國青海省玉樹縣發(fā)生了MS7.1級(jí)地震.根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，震中位于33.2°N，96.6°E，震源深度14km.截至2010年5月9日15時(shí)00分玉樹地震共記錄到余震1712個(gè)，其中6.0～6.9級(jí)地震1個(gè).此次地震導(dǎo)致了2698人遇難，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到8000億.是繼汶川地震之后又一次有極大社會(huì)影響的地震事件.

地震發(fā)生之后，許多學(xué)者對(duì)此次地震的地質(zhì)背景、發(fā)震構(gòu)造、發(fā)震機(jī)理等方面進(jìn)行了研究，取得了許多重要的研究成果［1－6］.Wang等利用近場和遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)，估算了2010年玉樹MS7.1級(jí)地震的破裂速度，并反演得到了斷層面上的靜態(tài)滑動(dòng)量分布［7］.Tobita等利用PALSAR干涉測量數(shù)據(jù)，得到了2010年玉樹地震斷層模型和同震變形特征［8］.

為加強(qiáng)余震監(jiān)測和震源區(qū)的深部結(jié)構(gòu)研究，主震發(fā)生之后，青海省地震局在余震區(qū)布設(shè)了7個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站，中國地震局地球物理研究所在附近布設(shè)了14個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站.這21個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站與周圍的固定臺(tái)站組成了一個(gè)比較好的小孔徑臺(tái)網(wǎng)，提高了地震定位的精度，為進(jìn)行精定位及震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)研究提供了寶貴的數(shù)據(jù).本文利用這批數(shù)據(jù)，應(yīng)用雙差層析成像方法，得到了精定位結(jié)果和震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)，并探討了玉樹—甘孜斷裂的展布形態(tài)，速度結(jié)構(gòu)與余震分布的關(guān)系，為更深入地了解發(fā)震構(gòu)造提供了基礎(chǔ)信息.

2 區(qū)域地質(zhì)概況

玉樹震區(qū)處于青藏高原東緣，在巴顏喀拉地塊與羌塘地塊交界的金沙江縫合帶附近（圖1）.青藏高原東部由6個(gè)地塊以及中間以5條縫合線相隔，自北而南分別為：祁連—阿爾金縫合帶，祁連山地體，青海南山及北淮陽斷裂帶，東昆侖—柴達(dá)木地體，東昆侖—阿尼瑪卿縫合帶，松潘—甘孜—可可西里地體，金沙江印支期縫合帶，羌塘地體，班公湖—怒江縫合帶，拉薩地體，雅魯藏布江喜馬拉雅期縫合帶和喜馬拉雅地體［9］.青藏高原5條狹長的縫合帶是各時(shí)期洋盆消減和地體碰撞的結(jié)果.縫合帶的時(shí)代由北向南依次變新，顯示了亞洲大陸逐漸向南增生.印度次大陸亞洲大陸碰撞，使雅魯藏布江一帶的特提斯殘余海最終封閉，并開始了緩慢的分階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地面隆升過程［10］.自中新世中晚期開始，青藏高原內(nèi)部發(fā)生了較大范圍區(qū)域性的走滑運(yùn)動(dòng)，地殼內(nèi)發(fā)生了東向水平運(yùn)動(dòng)和垂直隆升運(yùn)動(dòng)，從而青藏高原內(nèi)部的構(gòu)造塊體逐漸被擠出，沿東昆侖斷裂帶、玉樹—甘孜—鮮水河斷裂帶、嘉黎斷裂帶等邊界斷裂帶向青藏高原東緣滑移.伴隨這些塊體運(yùn)動(dòng)，青藏高原7級(jí)以上強(qiáng)震（例如2001年昆侖山口8.2級(jí)地震、2010年M7.1級(jí)玉樹地震）主要沿大型塊體邊界斷裂帶分布.

甘孜—玉樹斷裂西起青海治多縣那王草曲塘，經(jīng)當(dāng)江、玉樹、鄧柯、玉隆，至四川甘孜縣城南，全長約500km.斷裂整體呈北西向展布，僅在當(dāng)江附近走向北西西，斷層傾向以北東為主（僅擋拖一帶傾向南西），傾角70°～85°.甘孜—玉樹斷裂帶在第四紀(jì)的強(qiáng)烈活動(dòng)，造成了新沉積物的強(qiáng)烈變形.根據(jù)探槽揭露，這種新沉積物的變形大多顯示了脆性破裂的特點(diǎn)，是斷裂帶上古地震形變的證據(jù)［11］.玉樹地震震區(qū)位于巴顏喀拉地塊南邊界，周圍斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中以北西向左旋走滑的斷裂為主.區(qū)域地震活動(dòng)與活動(dòng)斷裂構(gòu)造關(guān)系密切，6級(jí)以上地震主要分布在晚第四紀(jì)以來活動(dòng)斷裂附近.其中這次玉樹M7.1級(jí)地震就是甘孜—玉樹斷裂突然錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果.

3 方法原理

雙差層析成像方法是在雙差定位法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中雙差定位法（hypoDD）已經(jīng)被國內(nèi)、外地震學(xué)家廣泛地應(yīng)用到地震定位中［14－17］，它在確定地震之間相對(duì)位置方面具有很高的精度，是研究特定地區(qū)地震活動(dòng)特征、活動(dòng)斷層空間展布等的重要手段.但雙差層析成像方法由于考慮了介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)的空間變化，克服了雙差定位對(duì)臺(tái)站到事件對(duì)之間路徑為恒定速度的假設(shè)，因此得到的定位結(jié)果更加精確.

將雙差層析成像的基本原理進(jìn)行簡單闡述：理論到時(shí)與觀測到時(shí)的差（即殘差）rik與震源參數(shù)的擾動(dòng)量和波速之間的關(guān)系表示為：τi是地震i的發(fā)震時(shí)刻，u是慢度矢量，ds是路徑積分元.其中震源參數(shù)（x1，x2，x3）、發(fā)震時(shí)刻、慢度場、射線路徑是未知量.

若地震j也被臺(tái)站k所記錄，則有：

則這兩個(gè)事件與計(jì)算理論走時(shí)差的殘差即雙差：

通過聯(lián)合反演可以得到三維速度結(jié)構(gòu)、震源的相對(duì)位置和絕對(duì)位置［18］.

雙差層析成像方法是運(yùn)用絕對(duì)走時(shí)和相對(duì)走時(shí)資料來實(shí)現(xiàn)三維波速結(jié)構(gòu)和震源參數(shù)的聯(lián)合反演.該方法首先采用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)法進(jìn)行模型參數(shù)化，通過劃分空間三維網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，采用偽彎曲射線追蹤法找到地震波的最小走時(shí)路徑，并計(jì)算理論走時(shí)及走時(shí)對(duì)震源位置和慢度的偏導(dǎo)數(shù)，聯(lián)合使用絕對(duì)走時(shí)、雙差走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，雙差數(shù)據(jù)主要用于確定震源區(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，絕對(duì)走時(shí)數(shù)據(jù)主要確定震源區(qū)以外區(qū)域的速度結(jié)構(gòu).采用阻尼最小二乘分解算法求解，在三個(gè)方向采取相同的光滑權(quán)重對(duì)模型進(jìn)行光滑約束，多次迭代直至得到穩(wěn)定的解.

在反演的過程中，先賦予絕對(duì)走時(shí)較高的權(quán)重，給P波絕對(duì)走時(shí)的權(quán)重為1.0，給予差分?jǐn)?shù)據(jù)P波的權(quán)重為0.1.可以在一維速度模型的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)比較大區(qū)域的三維速度結(jié)構(gòu)的結(jié)果，在幾次迭代之后，將絕對(duì)走時(shí)的權(quán)重降低為0.1，差分?jǐn)?shù)據(jù)的權(quán)重增加為1.0，以提高震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)的分辨率.在迭代過程中，通過調(diào)整阻尼值，使方程求得的解穩(wěn)定，獲得震源區(qū)重定位和速度結(jié)構(gòu)的結(jié)果.

該方法聯(lián)合使用絕對(duì)走時(shí)和相對(duì)走時(shí)，因此在震源區(qū)外可以得到與傳統(tǒng)層析成像相同的結(jié)果，由于增加了雙差方程，從而能夠反演震源區(qū)精細(xì)的速度結(jié)構(gòu)及地震重新定位結(jié)果，因此可以揭示比傳統(tǒng)方法更多的細(xì)結(jié)構(gòu)信息［19］.

4 余震資料選取及反演模型的建立

4.1 資料選取

2010年4月14日玉樹M7.1級(jí)地震發(fā)生后，由于流動(dòng)地震臺(tái)的布設(shè)，在一定程度上彌補(bǔ)了固定地震臺(tái)站分布的缺陷，從而為我們對(duì)震源區(qū)的研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)及資料.利用中國地震局地球物理研究所數(shù)據(jù)備份中心［20］和中國地震局地球物理研究所震后架設(shè)的流動(dòng)地震臺(tái)站提供的波形數(shù)據(jù)，選取2010年4月14日到2010年6月15日期間M≥1.0級(jí)地震的事件波形，進(jìn)行了震相拾取和地震初定位.選擇的每個(gè)地震至少被4個(gè)臺(tái)站記錄到，最終有1108個(gè)地震事件參與反演，其中參加反演的P波絕對(duì)到時(shí)6437個(gè)，反演的S波絕對(duì)到時(shí)5035個(gè)，相對(duì)到時(shí)資料P波33550個(gè)，S波28539個(gè)，參與的臺(tái)站有30個(gè).臺(tái)站分布見圖2.

圖3 反演網(wǎng)格分布圖圖為平面網(wǎng)格劃分，“＋”表示劃分的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，三角形代表臺(tái)站，X，Y代表建立的坐標(biāo)方向.Fig.3 Grid map of tomographyTriangle denotes stations.The coordinate system （X，Y）shown in this figure is used throughout this study.

在研究區(qū)域，建立坐標(biāo)系：X軸垂直于余震方向，Y軸平行于余震方向（圖3），坐標(biāo)原點(diǎn)為106.06°E、25.56°N.在X方向的水平網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分為－488.0，－60.0，－40.0，－20.0，0.0，20.0，40.0，60.0，499.0km；在Y方向劃分為 －488.0，－80.0，－60.0，－40.0，－20.0，0.0，20.0，40.0，60.0，499.0km；在Z方向（垂直向下）劃分為－150.0，0.0，5.0，10.0，15.0，20.0，25.0，30.0，449.0km.

4.2 初始速度模型建立

為確定玉樹周圍地區(qū)的地殼厚度和波速比，選取了青海省地震局玉樹地震臺(tái)站在2007年1月1日至2010年1月1日觀測期間，在30°～90°震中距范圍內(nèi)，震級(jí)在6級(jí)以上的波形數(shù)據(jù)，采用最大熵反褶積方法［21］提取遠(yuǎn)震體波接收函數(shù).提取過程中采用的高斯濾波系數(shù)為2.5，水準(zhǔn)量系數(shù)為0.01.經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，最終獲得了233條高質(zhì)量的接收函數(shù).將地震事件的震中距和深度轉(zhuǎn)換到水平層慢度，以0.001的慢度步長對(duì)接收函數(shù)進(jìn)行疊加，得到各慢度范圍內(nèi)的平均接收函數(shù).對(duì)玉樹臺(tái)站的多道平均接收函數(shù)進(jìn)行疊加搜索，獲得此臺(tái)站下方的平均地殼厚度及泊松比值.結(jié)果表明，玉樹臺(tái)站附近地殼厚度約為70km，波速比1.72.

本文反演采用的初始模型參考了該地區(qū)人工地震觀測的結(jié)果［22－23］.表1給出了 P波初始速度模型.表中的上界面深度表示在分層速度模型中各層的頂面深度，其層厚度為下一個(gè)上界面深度與該上界面深度之差，左側(cè)為該層對(duì)應(yīng)的速度值.海平面以上部分與第一層的速度相同.地殼厚度和波速比根據(jù)玉樹臺(tái)的接收函數(shù)H－K疊加結(jié)果給出P波速度與S波速度的比值為1.72，地殼厚度為70km.

表1 玉樹地區(qū)P波初始速度結(jié)構(gòu)Table 1 Initial P wave velocity structure of Yushu

5 雙差層析成像的結(jié)果與討論

5.1 余震定位結(jié)果

共1108次地震參加重新定位，最終獲得995次地震的精定位結(jié)果，重新定位后均方根殘差平均值由原來的0.5s降為了0.1s，通對(duì)觀測到時(shí)和理論到時(shí)殘差的理論估計(jì)，震源位置的測定誤差在E—W方向平均為0.3km，在N—S方向平均為0.3km，在垂直方向平均為0.5km.

圖4a、4b分別為玉樹地震序列地震定位前后的結(jié)果.初定位結(jié)果顯示余震分布相對(duì)分散，重定位后的結(jié)果顯示余震沿NW向成窄條狀分布在斷層的兩側(cè)，清晰地勾勒出地震活動(dòng)圖像，揭示了脆性破裂應(yīng)力釋放主要集中于一個(gè)狹窄的區(qū)域內(nèi).余震分布表明在西北端96.2°左右，余震不完全沿甘孜—玉樹斷裂分布，而在甘孜—玉樹斷裂垂直方向也有分布.分析認(rèn)為在該位置可能存在一條與甘孜—玉樹斷裂相垂直的次級(jí)斷裂.周榮軍等［24］研究表明，玉樹—甘孜斷裂在西北端96.2°左右，斷裂發(fā)生了錯(cuò)斷，斷裂并不是在原來的位置繼續(xù)向北西向，而是斷裂向南西向偏移了10多公里.可能正是這一與甘孜—玉樹斷裂相垂直的次級(jí)斷裂的某個(gè)歷史時(shí)期的錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致了玉樹—甘孜斷裂在這一位置發(fā)生偏移.

劉超等［25］利用全球地震臺(tái)網(wǎng)的寬頻帶地震波形資料，采用P波波形快速反演方法得到的震源機(jī)制解，反演得出，這次地震的矩震級(jí)為Mw7.0，是一次典型的左旋走滑型地震，并判定這次地震事件的發(fā)震斷層為玉樹斷層，走向119°、傾角83°、滑動(dòng)角－2°.余震的展布方向?yàn)?19°與主震的發(fā)震斷層吻合.

余震深度分布剖面圖（圖5）表明，初始定位震源深度主要分布在3～15km之間，在5～10km之間出現(xiàn)了明顯的橫向排列.重定位之后，地震主要分布在2～30km之間，從西北到東南（－60～60km）震源深度總體上由深變淺，在西北端（－60～－30km）絕大部分余震震源深度分布在10～20km之間，并與（－30～60km）那一段在深度變化上有一個(gè)明顯的區(qū)別.圖5b為Li等［26］利用SAR、光學(xué)成像、地震體波等反演得到的斷層幾何特征和滑動(dòng)量分布.該結(jié)果也顯示出主震的破裂過程位移最大的部分（圖中為深顏色部分），一部分位于主震破裂點(diǎn)附近，另一部分位于距離破裂點(diǎn)30km左右的位置，并且滑動(dòng)量總體上從西北（0km）到東南方向（45km）呈現(xiàn)從深到淺破裂過程，即應(yīng)力在西北方向主要是在深部的調(diào)整，而到東南方向主要是淺部的應(yīng)力釋放.而在（－30km到－60km），震源深度較深，可能為其他次級(jí)斷層破裂導(dǎo)致的.

5.2 反演得到的速度結(jié)構(gòu)

5.2.1 速度結(jié)構(gòu)的解釋

三維速度結(jié)構(gòu)反演結(jié)果的精度通常用節(jié)點(diǎn)周圍射線的空間分布來進(jìn)行評(píng)估.Thurber和Phillips定義DWS（Derivative Weight Sum）反映一個(gè)模型參量周圍平均的相對(duì)射線密度，考慮了射線節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離加權(quán)以及此節(jié)點(diǎn)周圍射線長度，因此在反映射線密度方面，DWS比不加權(quán)的射線總和更有優(yōu)勢［27］.雙差層析成像方法評(píng)估解的可靠性，就是通過DWS值來進(jìn)行評(píng)估的，許多研究者驗(yàn)證當(dāng)DWS＞100時(shí)，得到的結(jié)果具有較高的可靠性［28－29］.圖6、圖7為應(yīng)用雙差層析成像方法反演得到的速度結(jié)構(gòu).其中被白線包圍的部分為DWS＞100的區(qū)域，認(rèn)為得到的速度結(jié)構(gòu)結(jié)果可靠，垂直剖面圖中色標(biāo)均表示絕對(duì)速度，為了方便在同一個(gè)水平面對(duì)比速度變化，水平層析成像的色標(biāo)表示速度的擾動(dòng)量.

深度為z＝1km和z＝3km淺層速度結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示玉樹縣城附近均位于高速異常體內(nèi)，在玉樹縣城西南側(cè)存在一明顯的低速體異常，該區(qū)域地質(zhì)圖表明玉樹縣城主要位于碳酸巖鹽的基巖區(qū)域，故表現(xiàn)為高速異常體區(qū)域，在玉樹縣城西南側(cè)有一片較大區(qū)域的第四紀(jì)沉積層，與其對(duì)應(yīng)的位置表現(xiàn)為明顯的低速異常體.上述地表地質(zhì)特征與淺層速度結(jié)構(gòu)的一致性，在一定程度上佐證了雙差層析成像較高的分辨率和可靠性.

圖4 （a）重定位前地震分布；（b）重定位后地震分布綠點(diǎn)表示地震，黑線為斷裂.Fig.4 （a）Distribution of earthquakes before relocation；（b）Distribution of earthquakes after relocation Dots denote the aftershocks，black lines show the location of the large fault.

圖5 （a）重定位前余震深度分布；（b）重定位后余震深度分布及Li等［26］反演得到的斷層面上靜態(tài)滑動(dòng)量分布Fig.5 （a）Distributions of aftershock sequences before earthquake relocation；（b）Distributions of aftershock sequences after earthquake relocation.The slip distribution is from an inversion by Li et al.［26］

玉樹震區(qū)處于巴顏喀拉地塊與羌塘地塊交界的金沙江縫合帶附近，玉樹—甘孜斷裂為巴顏喀拉地塊南邊界.因此玉樹—甘孜斷裂的北部具有巴顏喀拉地塊性質(zhì)，南側(cè)代表了羌塘地塊特征.深度為z＝6km、z＝9km和z＝12km速度結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示，在中上地殼巴顏喀拉地塊表現(xiàn)為高速體異常，羌塘地塊表現(xiàn)為低速異常.玉樹—甘孜斷裂處于高低速異常過渡帶區(qū)域.

圖7 AA′、BB′、CC′、DD′、EE′、FF′深度剖面的速度結(jié)構(gòu)圖像黑點(diǎn)表示余震分布，紅色五星為主震.白色虛線為推測斷層位置，白色實(shí)線包圍的區(qū)域?yàn)镈WS值大于100區(qū)域.震源位置剖面給出的是離剖面10km距離內(nèi)的地震.Fig.7 Vertical cross－sections of VPalong lines AA′，BB′，CC′，DD′，EE′，and FF′Dots denote the aftershocks，stars denote epicenters of the main shock.The white dotted line indicates earthquake fault，the region surrounded by the solid white line shows the region of DWS value more than 100.The location profile shows the earthquakes within 10km from the profile.

5.2.2 余震分布與速度結(jié)構(gòu)的關(guān)系

深度為9km和12km水平層析成像結(jié)果顯示玉樹—甘孜斷裂的東北側(cè)主要呈現(xiàn)為高速體異常，西南側(cè)表現(xiàn)為低速體異常，余震主要分布在高速低速過渡帶區(qū)域.主震（即地震的初始破裂點(diǎn)）發(fā)生在NWW—SEE向的高速體與低速體過渡帶區(qū)域并偏向高速體一側(cè)，這一位置往往是應(yīng)力集中的部位，可能導(dǎo)致大地震的發(fā)生.

AA′剖面結(jié)合BB′、CC′剖面的速度結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示在玉樹—甘孜斷裂西北端（AA′剖面即坐標(biāo)－60～－30km位置），在深度為3～8km附近存在一個(gè)較大范圍的高速體異常，余震主要發(fā)生在這一高速異常體的下方.一般高速體代表較堅(jiān)硬的巖體，震后應(yīng)力調(diào)整時(shí)，由于受到前方及上方該堅(jiān)硬巖體的阻擋，從而應(yīng)力在這一位置向共軛方向和向下調(diào)整，導(dǎo)致了共軛方向和下方的巖石破裂，隨后在該位置發(fā)生了一次M5.7級(jí)中強(qiáng)地震，之后又發(fā)生了大量余震，且余震深度分布較深，推測為共軛方向次級(jí)斷層的破裂.

國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，層析成像得到的高速異常體代表地震發(fā)生的凹凸體［30－32］.一般認(rèn)為高速體與地殼的較脆、較強(qiáng)部分巖體有關(guān)，這些部分能夠積累更大的孕震能量.Kato等人研究日本新潟縣中部Mw6.6級(jí)地震時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)生在斷層附近的大部分余震分布在高速體的外圍［32］.圖7垂直于斷層方向的BB′、CC′、DD′、EE′和FF′剖面顯示余震均分布在高速體的外圍，在高速體內(nèi)幾乎沒有地震分布.推測中上地殼的高速體通常具有較高的強(qiáng)度，可以積累較強(qiáng)的孕震能量，主震發(fā)生后，高速體內(nèi)積累的彈性能量向周邊釋放，可能是導(dǎo)致高速體周邊余震發(fā)生的主要原因.

速度結(jié)構(gòu)剖面圖均顯示了在地殼中18～25km深度范圍內(nèi)存在一低速層，與姜枚等的人工探測剖面結(jié)果基本一致［22］.Huang和Zhao研究表明，大地震發(fā)生在高低速交界部位偏于高速區(qū)的一側(cè)，震源下方存在的低速異常體可能促進(jìn)了地震成核［33－34］.產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是低速體難以積累能量，卻易于傳遞能量，足夠尺度的高速塊體有可能積累足以引發(fā)大地震的應(yīng)變能.高低速異常體的過渡地帶，既是應(yīng)力集中的地方，又是介質(zhì)相對(duì)比較脆弱的地方，這樣的環(huán)境具備了積累大量應(yīng)變能的介質(zhì)條件，容易發(fā)生破裂，易于釋放應(yīng)力，因而容易引發(fā)大的地震.

結(jié)合震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)與余震分布推測了斷層面（圖7中白色虛線所示）的產(chǎn)狀，BB′剖面顯示斷層傾向南西，傾角接近80°，穿過主震的CC′剖面，斷層傾向南西，傾角接近85°，DD′剖面斷層傾向南西，傾角接近90°、EE′剖面斷層傾向北東，傾角接近85°和FF′剖面斷層傾向北東，傾角接近80°.綜上所述在震源區(qū)的玉樹—甘孜斷裂，從西南到東北方向，傾向由南西向逐漸反轉(zhuǎn)為北東向，其中反轉(zhuǎn)的位置在EE′剖面附近.

5.2.3 結(jié)果的分辨率及可靠性分析

為了檢驗(yàn)速度結(jié)構(gòu)反演的可靠性及空間分辨率，我們進(jìn)行了恢復(fù)性試驗(yàn)，恢復(fù)性試驗(yàn)方法的基本原理是：根據(jù)層析成像反演獲得的三維速度模型，計(jì)算與實(shí)際觀測數(shù)據(jù)相同的各震相的理論走時(shí)，將計(jì)算獲得的理論走時(shí)作為觀測值，基于初始模型，反演新的三維速度模型，通過對(duì)比新舊三維速度模型的差異，可以了解成像結(jié)果的可靠性.恢復(fù)性試驗(yàn)中采用的阻尼系數(shù)和光滑約束系數(shù)與利用實(shí)際資料進(jìn)行反演時(shí)完全相同，因此可以較好評(píng)估模型空間分辨率.這種恢復(fù)性試驗(yàn)來檢測模型空間分辨率的方法被廣泛應(yīng)用［35－38］.

圖8給出了玉樹地震余震區(qū)速度結(jié)構(gòu)的恢復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果，恢復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果與用實(shí)際資料反演得到的三維速度結(jié)構(gòu)相比，總體上可以得到良好的恢復(fù)，速度異常的形態(tài)基本相同，只是部分異常體的幅度有較小的差異.恢復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果表明，利用現(xiàn)有的地震、臺(tái)站得到的觀測數(shù)據(jù)，可以較好地揭示該震源區(qū)中上地殼的速度結(jié)構(gòu).

6 結(jié) 論

應(yīng)用雙差層析成像方法反演得到了玉樹地震余震的重新定位結(jié)果.重定位結(jié)果顯示余震主要沿NW向成窄帶狀分布在斷層的兩側(cè)，但是在斷層西北端（經(jīng)度為96.2°附近），余震偏離玉樹—甘孜斷裂分布，在SW向也有分布，推測可能與南西向次級(jí)斷裂有關(guān).地震定位結(jié)果縱剖面顯示從主震發(fā)生的位置到玉樹縣城，呈現(xiàn)出震源深度從深到淺的變化過程，在玉樹縣城附近發(fā)生的余震較淺，表明玉樹—甘孜斷裂在玉樹縣城附近主要是淺層破裂.

反演得到的淺層速度結(jié)構(gòu)顯示玉樹縣城位于高速異常體內(nèi)，玉樹縣城西南側(cè)存在一明顯的低速體異常，該區(qū)域地表地質(zhì)資料表明玉樹縣城主要位于碳酸巖鹽的基巖區(qū)域，在玉樹縣城西南側(cè)有一片較大區(qū)域的第四紀(jì)沉積層.說明了該地表地質(zhì)特性與淺層速度結(jié)構(gòu)的一致性.6km以下的速度結(jié)構(gòu)表明巴顏喀拉地塊表現(xiàn)為高速體異常，羌塘地塊表現(xiàn)為低速體異常，玉樹—甘孜斷裂處于高低速過渡帶附近.速度結(jié)構(gòu)的剖面圖均顯示了在地殼18km到25km深度范圍內(nèi)存在一低速層.

穿過主震的水平切片和縱剖面顯示，高低速體的存在對(duì)余震的分布有一定的控制作用：主震發(fā)生在高速體與低速體過渡帶區(qū)域并偏向高速體一側(cè)，這一位置往往是應(yīng)力集中的部位，可能導(dǎo)致大地震的發(fā)生.速度結(jié)構(gòu)其他各剖面顯示表明大部分余震分布在高速體的外圍，在高速體內(nèi)幾乎沒有地震分布.這意味著高速體內(nèi)積累的彈性能量并未在高速體內(nèi)釋放，而是在周圍環(huán)境釋放.

圖8 BB′EE′剖面和深度為3、6、9、12km速度結(jié)構(gòu)水平切片恢復(fù)性試驗(yàn)的結(jié)果Fig.8 Results of RRT test along profile BB′and EE′；Plan view of dVp%image at depths of 3，6，9，and 12km from RRT test

震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)表明由于受到前方及上方堅(jiān)硬巖體的阻擋，導(dǎo)致了共軛方向和下方的巖石破裂，發(fā)生了一次M5.7級(jí)中強(qiáng)地震，隨后產(chǎn)生了大量余震.這就解釋了余震不沿NW向分布，而在垂直方向分布，余震深度分布在西側(cè)比東南側(cè)要深一些的原因.

根據(jù)速度結(jié)構(gòu)和重定位結(jié)果推測出從東北到西南方向斷層傾角發(fā)生了從緩到陡再緩的變化過程，其中在EE′剖面附近斷層的傾向從南西向反轉(zhuǎn)為北東向.

致 謝 感謝張海江博士提供tomoDD程序，感謝中國地震臺(tái)網(wǎng)中心和中國地震局地球物理研究所數(shù)據(jù)備份中心提供震相數(shù)據(jù)和波形數(shù)據(jù).感謝鄭秀芬研究員在數(shù)據(jù)分析上給予的幫助和張?zhí)熘醒芯繂T、蔣長勝博士、彭漢書博士在方法、討論方面給予的指導(dǎo).

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