裴順平 陳永順

1）中國科學(xué)院青藏高原研究所，北京 100085

2）北京大學(xué)，北京 100871

2010年4月14日的玉樹MS7.1地震剛好發(fā)生在巴顏喀拉塊體和羌塘塊體交界的玉樹-甘孜大型斷裂帶上，地表破裂、震源機制和震源破裂過程都顯示玉樹地震是一個近直立的左旋走滑破裂，且破裂方向以向東南方向為主。近單側(cè)破裂說明地下結(jié)構(gòu)存在明顯的非均勻性。本文的目的就是利用地震層析成像方法來了解深部結(jié)構(gòu)的非均勻性，并探討結(jié)構(gòu)與地震的發(fā)生、破裂以及余震位置之間的關(guān)系。

1 方法

考慮到玉樹地震區(qū)臺站比較稀疏，且地震深度大部分都在10 km以內(nèi)，本研究發(fā)展一種新的二維層析成像方法，將上地殼脆性層近似一層厚度很薄的薄層（相對于水平距離而言），忽略速度隨深度的變化，同時引入臺站項和事件項來彌補二維假設(shè)的誤差和震源深度的誤差。當(dāng)Pg波震中距不大時，可以近似為直線傳播，此時Pg波的走時方程可以寫為

進行震源深度校正后可以得到

式中，tobs為震源深度為h，震中距為Δ時的觀測走時，同時引入臺站項tsta和事件項tevt，臺站項代表臺基地質(zhì)狀況的差異和到時鐘差等因素造成的走時差，事件項代表震源深度誤差和發(fā)震時刻的誤差。式（2）的左側(cè)表示震源深度校正后的走時。如果將上地殼脆性層劃分成二維網(wǎng)格，則校正后的走時方程可以寫成

式中，tij為地震j到臺站i的深度校正后的走時，ai為第i個臺站的臺站項，bj為第j個地震的事件項，dijk是射線ij在第k個網(wǎng)格內(nèi)的旅行距離，sk為網(wǎng)格k的慢度（速度的倒數(shù)），φ為射線ij的方位角。公式（3）可以采用經(jīng)典LSQR方法求解，即可獲得Pg波速度的橫向變化。

2 數(shù)據(jù)與結(jié)果

大量的數(shù)據(jù)選自玉樹地震發(fā)生后，在4個固定臺站和7個臨時臺站記錄到的余震到時，共有來自1689個地震的7157條到時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)同時滿足震中距小于200 km，以適應(yīng)Pg波近似走直線的要求。通過直線擬合震源深度校正后的走時與震中距關(guān)系，獲得玉樹震源區(qū)的平均速度為6.0 km/s。利用上述二維層析成像方法反演減掉平均速度模型后的走時殘差方程，獲得了Pg波速度橫向變化，同時獲得了臺站項和事件項。結(jié)果顯示，玉樹地震發(fā)生在高速異常區(qū)內(nèi)，破裂主要向東南方向具有低速異常的玉樹縣城方向擴展，反方向的高速異常抑制了破裂向西北方向擴展，這意味著速度結(jié)構(gòu)控制著玉樹地震的發(fā)生和破裂的擴展。震后的余震分布同主震相同，也基本都在高速異常體內(nèi)，因為高速異常區(qū)通常巖石強度較高，斷層上下盤間的耦合較強而更容易積累應(yīng)力，而低速異常區(qū)斷層強度則可能較低而容易破裂。

3 結(jié)論

本研究所展示的簡化的二維層析成像方法，能夠有效獲得地殼脆性層的P波速度橫向變化。所獲得的玉樹地震區(qū)的結(jié)構(gòu)表明，震源區(qū)脆性層的介質(zhì)結(jié)構(gòu)是不僅控制著主震和余震發(fā)生的位置，而且控制著破裂擴展的方向，玉樹地震的近單側(cè)破裂是由于西南方向地震波速度較低導(dǎo)致的斷層強度可能較低而更容易向該方向破裂造成的。