利用斷層首波分析2010年玉樹MW6.9地震斷裂帶的速度差異特征

楊 微彭志剛王寶善李澤峰袁松湧中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081美國(guó)佐治亞理工學(xué)院，美國(guó)亞特蘭大 30332-0340

利用斷層首波分析2010年玉樹MW6.9地震斷裂帶的速度差異特征

楊 微1）彭志剛2）王寶善1）李澤峰2）袁松湧1）
1）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081
2）美國(guó)佐治亞理工學(xué)院，美國(guó)亞特蘭大 30332-0340

斷層首波是在斷裂帶兩側(cè)介質(zhì)的地震波速度存在差異，在地震波速度較慢一側(cè)的臺(tái)站可記錄到比直達(dá)體波優(yōu)先到達(dá)的初至波。目前，斷層首波主要在板塊邊界附近的斷裂帶觀測(cè)到，但沒有得到很好的應(yīng)用。但由于斷層首波的存在，對(duì)地震初至波識(shí)別、地震定位、震源機(jī)制解及震源破裂過程的分析研究帶來了更大的誤差。另外，斷裂帶兩側(cè)介質(zhì)存在速度差異會(huì)影響地震的震源特征，例如，地震破裂的優(yōu)勢(shì)方向。對(duì)于非超剪切的破裂，地震破裂方向會(huì)沿著低速塊體的滑移方向傳播，而對(duì)于超剪切破裂來說，剛好相反。

斷層首波的走時(shí)路徑主要沿著斷層面來傳播，對(duì)斷層面比較敏感，為進(jìn)一步了解斷裂帶內(nèi)部的信息提供了一種高精度的技術(shù)手段。目前研究斷層首波采用的方法是走時(shí)特征和偏振分析，根據(jù)斷層首波的傳播路徑，可利用偏振分析來確定斷層首波和直達(dá)P波的震相，結(jié)合獲得的斷層首波和直達(dá)P波的走時(shí)差特征及相應(yīng)的臺(tái)站信息，可利用公式Δt～r(1/α2-1/α1)～r(Δα/α2)，推算出斷層兩側(cè)的速度差異（Δα/α），其中Δt是斷層首波和直達(dá)P波的走時(shí)差，α1是介質(zhì)傳播較快的速度，α2是介質(zhì)傳播較慢的速度，r是臺(tái)站到震源的距離，Δα是速度差，α是平均速度。

2010年4月14日07時(shí)49分，在青海省玉樹州發(fā)生了MW6.9地震。該地震區(qū)域處于青藏高原中部，發(fā)生在甘孜-玉樹地震斷裂帶上。甘孜-玉樹斷裂帶傾角近垂直，左旋-走滑性質(zhì)，東北側(cè)為巴顏喀拉地塊，西南側(cè)為羌塘地塊，歷史上曾發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震。利用玉樹地震震后科考的流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)，圍繞甘孜-玉樹斷裂帶進(jìn)行了斷裂帶兩側(cè)介質(zhì)的速度差異分析。

研究結(jié)果表明，在結(jié)隆盆地周圍的斷裂帶附近的流動(dòng)地震臺(tái)站觀測(cè)到了斷層首波，沿甘孜-玉樹斷裂帶的走向方向上，從玉樹Mw6.9主震震中往西北方向的速度差異相差5%～8%，而往東南方向的速度差異在1%～3%（圖1），與目前該地區(qū)成像的結(jié)果比較一致，該結(jié)果表明板塊內(nèi)存在不同性質(zhì)的斷裂帶也會(huì)產(chǎn)生斷層首波。通過分析認(rèn)為斷層首波產(chǎn)生的主要是由于甘孜-玉樹斷裂帶在隆寶地塊附近存在著速度較低的結(jié)隆盆地所引起的，但觀測(cè)到的速度差異并不隨震源深度的增加而變化，說明結(jié)隆盆地產(chǎn)生的低速層并未延伸到地震的孕震深度，僅局限在地殼的淺層幾公里。該研究區(qū)域的地震破裂方向與斷裂帶波速差異特征之間的關(guān)系需進(jìn)一步的研究。

圖1 玉樹MW6.9地震斷裂帶波速差異及主震滑動(dòng)分布