玉树MS7.1地震与速度结构的联系：余震层析成像的证据

裴顺平 陈永顺

1）中国科学院青藏高原研究所，北京 100085

2）北京大学，北京 100871

2010年4月14日的玉树MS7.1地震刚好发生在巴颜喀拉块体和羌塘块体交界的玉树-甘孜大型断裂带上，地表破裂、震源机制和震源破裂过程都显示玉树地震是一个近直立的左旋走滑破裂，且破裂方向以向东南方向为主。近单侧破裂说明地下结构存在明显的非均匀性。本文的目的就是利用地震层析成像方法来了解深部结构的非均匀性，并探讨结构与地震的发生、破裂以及余震位置之间的关系。

1 方法

考虑到玉树地震区台站比较稀疏，且地震深度大部分都在10 km以内，本研究发展一种新的二维层析成像方法，将上地壳脆性层近似一层厚度很薄的薄层（相对于水平距离而言），忽略速度随深度的变化，同时引入台站项和事件项来弥补二维假设的误差和震源深度的误差。当Pg波震中距不大时，可以近似为直线传播，此时Pg波的走时方程可以写为

进行震源深度校正后可以得到

式中，tobs为震源深度为h，震中距为Δ时的观测走时，同时引入台站项tsta和事件项tevt，台站项代表台基地质状况的差异和到时钟差等因素造成的走时差，事件项代表震源深度误差和发震时刻的误差。式（2）的左侧表示震源深度校正后的走时。如果将上地壳脆性层划分成二维网格，则校正后的走时方程可以写成

式中，tij为地震j到台站i的深度校正后的走时，ai为第i个台站的台站项，bj为第j个地震的事件项，dijk是射线ij在第k个网格内的旅行距离，sk为网格k的慢度（速度的倒数），φ为射线ij的方位角。公式（3）可以采用经典LSQR方法求解，即可获得Pg波速度的横向变化。

2 数据与结果

大量的数据选自玉树地震发生后，在4个固定台站和7个临时台站记录到的余震到时，共有来自1689个地震的7157条到时数据。这些数据同时满足震中距小于200 km，以适应Pg波近似走直线的要求。通过直线拟合震源深度校正后的走时与震中距关系，获得玉树震源区的平均速度为6.0 km/s。利用上述二维层析成像方法反演减掉平均速度模型后的走时残差方程，获得了Pg波速度横向变化，同时获得了台站项和事件项。结果显示，玉树地震发生在高速异常区内，破裂主要向东南方向具有低速异常的玉树县城方向扩展，反方向的高速异常抑制了破裂向西北方向扩展，这意味着速度结构控制着玉树地震的发生和破裂的扩展。震后的余震分布同主震相同，也基本都在高速异常体内，因为高速异常区通常岩石强度较高，断层上下盘间的耦合较强而更容易积累应力，而低速异常区断层强度则可能较低而容易破裂。

3 结论

本研究所展示的简化的二维层析成像方法，能够有效获得地壳脆性层的P波速度横向变化。所获得的玉树地震区的结构表明，震源区脆性层的介质结构是不仅控制着主震和余震发生的位置，而且控制着破裂扩展的方向，玉树地震的近单侧破裂是由于西南方向地震波速度较低导致的断层强度可能较低而更容易向该方向破裂造成的。