四川芦山7.0级强震及其余震序列重定位

张广伟，雷建设

中国地震局地壳应力研究所（地壳动力学重点实验室），北京 100085

1 引 言

2013年4月20日8时02分（北京时间），在龙门山断裂带的大川—双石断裂上发生了四川芦山7.0级强震（图1）.此次地震给芦山县及其周边地区造成重大的人员伤亡和财产损失，截至2013年4月22日18时，已经造成192人死亡，23人失踪，11470人受伤，其中重伤968人（中国地震信息网）.至2013年4月22日10时，中国地震台网中心发布已有2089次余震，其中3级以上91次、4级以上20次、5级以上4次，最大余震5.4级.

图1 本研究所用台站及地震事件分布DSF，大川—双石断裂（图3—6相同）；F1，前山断裂；F2，中央主断裂；F3，后山断裂.断层数据来自邓起东等［1］.Fig.1 Distribution of the stations and events used in this study DSF，Dachuan－Shuangshi Fault（the same as Figs.3－6）；F1，Front range fault；F2，Central fault；F3，Back range fault.The faults data come from Deng et al.［1］

芦山7.0级强震发生在龙门山构造带上，是2008年汶川8.0级地震以来震级最大的一次地震.龙门山构造带是松潘—甘孜地块的东边界，主要由3条大断裂构成，分别是龙门山前山断裂、中央主断裂和后山断裂，此次芦山地震震中位置位于龙门山前山断裂西南段的大川—双石断裂（DSF）上（图1）.大川—双石断裂为龙门山推覆构造带南段一条区域性大断裂，野外地质调查结果表明，其走向N43°E、倾向NW、倾角45°～65°不等，其东南侧为开阔的中新生代陆相盆地，西北侧为古生代地层组成的中高山区［2］.地震发生后，不同的研究机构均给出主震的震源参数.哈佛大学矩张量结果显示，芦山7.0级强震断层面倾角约38°（www.globalcmt.org）；中国科学院地质与地球物理研究所的震源破裂过程反演结果显示，断层面倾角约38.5°［3］.为进一步深入认识本次芦山地震断层面倾角及余震扩展空间范围，本研究收集了主震后48小时余震到时资料，通过双差定位，给出较为精确余震空间分布，为今后判定余震活动趋势提供重要的参考.

2 资料与方法

本研究采用中国地震台网中心提供的2013年4月20日8时至4月22日8时，即芦山7.0级主震后48小时内的观测报告.截至该时间，主震区尽管发生了近2000次余震，但从台网中心能够下载到的地震事件共504个，其中M≥2级435个，占总事件的86%.我们选择震中距小于400km的到时资料，其中P波5418条、S波4817条，数据集包括891条Pn到时.Pn波能够较好地约束震源深度，结合近台直达波数据，可以较好地改善震源深度，提高重定位精度［4－5］.本研究用于重定位的地震台站总共44个，均来自四川台网，可以看出这些台站围绕余震有着较好的空间分布，特别是在震源区还有3个近台（图1），能够进一步提高震源深度的精度.

本研究采用双差定位法［6］对余震序列进行精确定位.该方法使用相对走时残差来修定地震位置，其主要是基于两个震源之间的距离远小于事件到台站的距离，认为两个事件传播到台站的射线路径几乎相同，从而可以有效地降低由于速度模型的不确定性对定位结果的影响.本研究采用适合本研究区的一维速度模型［7］（图2）来开展双差定位，其中P波和S波速度比为1.71.由于S波到时资料拾取精度相对P波要低些，因此在定位过程中将P波权重设为1.0，而S波权重设为0.5.为了获得高精度的定位结果，设定事件对的距离阀值为3km.该方法已在地震重定位工作中得到广泛应用，且获得较好的定位结果［8－11］.

图2 本研究所用速度模型Fig.2 Velocity models used in the study

3 结果与分析

通过双差定位，我们最终获得328次地震事件的精定位结果，其均方根残差由重定位前的0.54s下降到重定位后的0.17s.由误差棒分布可以清楚看出，东西、南北及深度上平均标准误差分别为0.35km、0.39km和0.48km，80%地震事件的三方向误差均在0.25km以内，其中误差大于1.0km的地震事件只有15个（图3），说明重定位结果有意义地改进了初始震源位置精度.本次芦山7.0级主震重定位震中位置为102.96°E、30.29°N、20.1km深，其东西、南北及深度上误差分别为0.23km、0.28km和0.48km.

为进一步清楚了解重定位的效果，我们比较一下定位前后结果（图4）的差别.重定位前，地震震中在平面图上零散地分布在断裂带两侧，在深度方向上震源分布也很零散，约在2～30km较大深度范围内，看不出优势发震层（图4a）；重定位后，地震震中在平面图上明显地集中在断层两侧，在深度方向上也显示出明显的优势发震层（18～22km）（图4b）.另外，余震主要分布在主震西南向、且较为集中，表明破裂主要沿西南向扩展，这一结果得到矩张量解及断层面滑动角结果显示的破裂面往西南向发展［3］（www.globalcmt.org）结果的支持.从重定位后主震震源深度变化来看，7.0级主震震源深度从初始的17km（中国地震台网中心提供的观测报告）改进到20.1km.这一结果尽管与房立华等（www.cea－igp.ac.cn）重定位结果显示主震深度为12.3km存在一定差别，但与张勇等［12］和哈佛大学矩张量结果反演震源破裂深度（约21.8km）及韩立波等利用台阵数据采用CAP方法反演得到主震矩心深度（约24km）（www.cea－igp.ac.cn）较为接近.

由于余震能够直观地展示强震发生的深部结构及断层的破裂延展范围，为此本研究详细展示余震沿断层破裂方向及垂直向深度剖面（图5）.沿着断裂带方向，余震分布在时间尺度上尽管看不出明显扩展过程，与2011年盈江5.8级地震［11］有些不同，这可能与本研究所用资料的时间较短有关，需进一步增加资料来证实.然而，在空间分布上主震西南方向余震分布较广、且较为集中，可能表明余震主要向西南方向扩展（AA′剖面）.穿过主震垂直于断层的纵剖面显示出明显的铲状形态（BB′剖面），尽管主震西南的纵剖面依然保持了其铲状结构形态，但倾角变大（CC′剖面）.这种随着余震的扩展断层面逆冲角度发生变化的现象，非常类似于汶川8.0级地震错断中央断层的倾角变化［13］.为进一步定量了解断层面倾角的变化，本研究采用重定位后的余震来拟合发震断层倾角的变化，其中假定了发震断层可以用一个平面来模拟［14－15］，因此其倾角为所用到的地震空间范围内的平均倾角.结果表明，大川—双石断裂主震处断层面倾角约44°（图5BB′剖面），与曾祥方等［16］采用P波初动反演得到的断层面结果44°相一致，而且与哈佛大学矩张量反演倾角38°也较为接近；在主震西南CC′剖面处，大川—双石断层面倾角约73°，可能表明断层破裂往西南向扩展过程中走滑分量逐渐增强.

图3 重定位后地震事件在水平方向（a）和深度方向（b和c）上的相对标准误差分布Fig.3 Distribution of relative standard errors of the relocated events in the horizontal（a）and depth（b and c）directions

为试图了解余震是否存在明显的时空变化特征，我们以主震后每5个小时为时间段来展示余震空间分布（图6）.第一阶段为主震发生后0～5小时，余震主要往西南向扩展约22km、东北向仅8km左右，难以看出明显的余震随时间扩展规律，可能与本次主震造成断层破裂长度较短有关.震源深度主要集中在16～22km范围内.该阶段余震震级相对较大，主要为M≥3级地震，最大余震为5.4级.第二阶段为主震发生后5～10小时，该阶段余震随时间扩展变化的规律也不明显，但范围在增大，整个扩展长度达约33km，主要表现为东北向扩展约3km.在该阶段，部分余震向浅部运移，最浅达10km左右，同时也有地震向深部发展，最深可达25km左右，与此相应的余震震级也有所降低.第三阶段为主震发生后10～15小时，该阶段主震西南向余震基本在前两个时间段内发生过的空间范围内发生，但东北向余震空间范围继续扩展约2km.该阶段余震数量明显减少，震级也明显降低，主要为M≤2级地震.因此，我们认为主震后大川—双石断裂破裂长度可达35km左右，但这还需要收集更长时间的余震资料进一步确认.

图6 余震在不同时间段分布特征AA′为沿断裂带方向纵剖面.圆圈大小代表震级，颜色代表主震后每5小时间段的时间.Fig.6 Distribution of relocated earthquakes in different time periods AA′is the vertical cross section along the DSF.The size of circles denotes the earthquake magnitude，while the color denotes the time in every 5hours after the mainshock.

4 结论与讨论

采用双差定位法，结合近台及Pn波资料，获得芦山7.0级强震及48小时内余震序列精定位结果.结果显示，余震主要沿大川—双石断裂向西南方向扩展兼东北向扩展，扩展长度达35km，震源优势分布深度在18～22km之间.余震清楚地展示出主震的铲状断层破裂面，且断层面在不同位置其倾斜角度有所不同，主震处大川—双石断裂的断层面倾角约44°，往西南向逐渐增大.

芦山7.0级强震发生在龙门山构造带，是2008年汶川8.0级地震以来震级最大的一次地震.汶川8.0级地震发生在龙门山断裂带的中段，而此次芦山地震发生在西南段，两次地震的震中相距约90km（图1）.此次芦山地震是汶川地震的强余震还是一次独立的地震？目前还存在着争议.有些研究者认为此次芦山地震可视为汶川地震余震［3］，而另一些研究者则认为该次地震不是汶川地震余震，但两者关系密切［17］.从破裂范围及方向上看，汶川地震造成近350km长的断层破裂［8，18］，余震主要往北东向延展；而芦山地震破裂方向相反，往西南向，破裂长度也相对较短.本文认为此次芦山7.0级地震可能意味着补充了汶川地震的西南方向破裂，这与2004年12月26日的印尼Mw9.0级地震的余震主要向北北西向延展、但在2005年3月29日发生在相同断裂带上的MW8.6级地震的余震向南南东向的扩展补充了南东向的破裂［19－20］相类似.从前人的地震波速度异常来看，此次芦山地震和2008年汶川地震恰好位于明显的低波速和高泊松比异常体南端和北端［21－22］，因此认为此次芦山地震的发生也与印度板块和欧亚板块相互作用形成的高温高压深部流体作用于大川—双石断裂带密切有关，这可能和1605年7月13日海南琼山7.5级地震及2011年3月10日云南盈江5.8级地震的发生与深部流体作用于断裂带相类似［23－24］.关于此次芦山地震和2008年汶川地震之间的关系还有待进一步深入研究.

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