芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析

张 勇，许力生，陈运泰

中国地震局地球物理研究所，北京 100081

芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析

张 勇，许力生，陈运泰＊

中国地震局地球物理研究所，北京 100081

采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演了2013年4月20日雅安芦山地震（芦山4.20地震）的破裂过程，在震后3小时得到并发布了相关测定结果.结果显示这次地震的震级约MW6.8，包括两次破裂子事件，但都发生在断层面上震源（破裂起始点）附近，整个地震没有表现出明显的破裂方向性.雅安芦山地震的破裂没有大规模出露地表，主要地震灾害集中在断层上盘，位于芦山县和宝兴县一带.

地震波形反演，地震破裂过程，雅安芦山地震

1 引 言

据中国地震台网中心测定，2013年4月20日上午08点02分（北京时间），四川雅安市芦山县境内发生了MS7.0地震.这次地震是继2008年5月12日汶川地震之后在龙门山断裂带上发生的又一次灾害性地震事件.地震之后，作者立即开展了破裂过程的快速反演研究工作，在震后3小时左右成功确定了结果，并通过电子邮件方式和中国地震局相关渠道进行了发布和上报.在这一工作中，我们力求通过确定震源破裂特征来分析地震灾害分布，并希望可以为地震救援和灾害评估等工作的开展提供力所能及的支持.

2 数据和方法

我们采用由IRIS数据中心提供的全球地震台网（GSN）远震宽频带数据，筛选了全球范围内震中距介于30°～90°的方位角分布均匀的39个台站（图1a）垂直向P波波形.基于AK135大陆速度结构模型［1］，采用Wang［2］的方法计算得到格林函数.在反演中，我们对数据和格林函数同时进行了0.01～0.4 Hz的带通滤波.

此次快速测定工作作为汶川地震之后国内外大地震破裂过程快速反演系列工作的延续［3］，作者沿用了本次地震之前发展的破裂过程线性反演方法进行反演［4－6］.该方法在近年来国内外的一系列大地震研究，如2008年汶川地震和2010年玉树地震的快速反演和后续研究中［6－7］，都得到了成功的应用.由于线性反演在计算效率方面的优势，这一方法可以有效保证我们在震后以最快的速度确定和发布破裂过程结果，为地震应急救援提供相关信息.

3 破裂过程快速反演

快速反演采用了USGS最早发布的WPhase矩张量反演结果，在走向219°、倾角33°的断层平面上，选取了一个足够大的长63km、宽48km的平面作为潜在的破裂断层面，将其划分为21×16＝336个子断层，每个子断层的尺度为3km×3km.采用USGS发布的震中位置（30.284°N，102.956°E）和震源深度（12.3km），将其置于走向方向第11个、倾向方向第8个子断层处.

快速反演得到的结果见图1，我们得到的这次地震的地震矩约1.69×1019N·m，对应的矩震级约为MW6.8.震源时间函数结果（图1b）表明此次地震包括两次主要的子事件，其中第一次子事件发生在0～10.5s，是这次地震最大也最主要的一次子事件，矩震级规模MW6.6，释放的地震矩1.12×1019N·m，约占总地震距的2／3；第二次子事件发生在10.5～27s，其规模约为第一次子事件的一半.整体而言，两次子事件都没有表现出明显的破裂方向性，因此断层面上的静态滑动量分布比较简单（图1c），只存在一个长宽皆约为25km的滑动集中区域，且主要分布在震源附近，其最大滑动量约1.3m.从断层面上滑动分布随时间的变化过程看（图1d），主要滑动在第一次子事件期间（0～10.5s）就已经形成；相比之下，第二次子事件所对应的滑动分布比较零散.

图1 雅安芦山地震破裂过程快速反演结果（a）震中－台站位置分布；（b）震源时间函数；（c）断层面上静态滑动量分布；（d）断层面上滑动量分布随时间的变化.Fig.1 Fast inversion results of rupture process of The Lushan 4.20earthquake（a）The epicenter and used stations；（b）Source time function；（c）Static fault slip distribution；（d）Temporal variation of fault slip distribution.

图2 观测波形与合成波形的比较黑线表示观测波形，红线表示合成波形.子图左方的字符和数字从上到下依次为：台站名、震相名与分量名、观测地震与合成波形的最大振幅（单位为m／s）、以及观测波形与合成波形之间的相关系数.Fig.2 Comparison of observed and synthetic wavesBlack lines are the observed waves and red lines are the synthetic waves.In each sub－graph，on the left from top to bottom are stations code，phase and component name，maximum amplitude of observed and synthetic waves（in m／s），and the correlation coefficient of observed and synthetic waves，respectively.

反演得到的合成地震波形与观测波形的比较见图2，平均相关系数约0.92，反演结果很好地解释了绝大多数台站的地震波形.

4 致灾特征初步分析

图3显示了断层面上静态滑动量分布在地表的投影.如果我们采用的震源位置基本准确，那么滑动分布主要集中在震源附近，基本没有大规模的地表出露.因此，断层下盘临近断层地表出露线的区域，如雅安、名山和邛崃等地区，估计地震灾害不会特别严重；而在断层上盘位于主要滑动区域上方的芦山、宝兴等地，由于破裂的上盘效应，人员伤亡和财产损失都可能会比较严重.这一灾害分布特征与2008年汶川地震有明显区别.汶川地震中，由于主要破裂大规模出露地表［6］，地震灾害最严重的区域都位于在断层线附近，如北川、映秀、都江堰等地；而在断层上盘处的汶川县城和茂县县城，破坏程度相对较弱.

因此，破裂是否出露地表是影响和判定地震灾害分布特征非常重要的一个因素，也是我们进行破裂过程快速反演所重点关注的一大震源特征.所幸的是，此次雅安芦山地震没有发现破裂大规模出露地表，否则造成的人员伤亡和财产损失都将比实际情况严重得多.

图3 断层面滑动量分布在地表的投影红线为震中区域的活断层［8］，白色八角形星表示震中位置.Fig.3 Surface projection of fault slip distributionRed lines are the active faults［8］in the epicentral area.White aniseed star denotes the epicenter.

5 讨论和结论

作者快速反演得到的矩震级约为MW6.8，略大于USGS通过地震矩张量反演所得到的MW6.6，这可能是因为矩张量反演主要反映的是我们得到的第一次子事件的信息.如果我们只考虑第一次子事件，那么得到的矩震级约为MW6.6，与USGS的结果一致.第二次子事件的规模较小，所释放的地震矩约为第一次子事件的一半.由于其对应的破裂空间分布也比较零散，其真实性尚需进一步研究确证.

本文介绍了作者在2013年4月20日雅安芦山地震之后3小时得到和发布的破裂过程快速反演结果.这一结果没有发现地震破裂大规模出露地表的迹象，因此推测主要灾害区域集中在发震断层上盘的芦山、宝兴一带，而在断层下盘处的雅安、名山和邛崃等地，灾害损失将相对较轻.

（References）

［1］ Kennett B L N，Engdahl E R，Buland R.Constraints on seismic velocities in the earth from traveltimes.Gepphys.J.Int.，1995，122：108－124.

［2］ Wang R J.A simple orthonormalization method for stable and efficient computation of Green′s functions.Bull.Seism.Soc.Amer.，1999，89（3）：733－7410.

［3］ Zhang Y，Chen Y T，Xu L S.Fast and robust inversion of earthquake source rupture process and its application to earthquake emergency response.Earthq.Sci.，2012，25（2）：121－128.

［4］ Chen Y T，Xu L S.A time－domain inversion technique for the tempo－spatial distribution of slip on a finite fault plane with applications to recent large earthquakes in the Tibetan Plateau.Geophys.J.Int.，2000，143：407－416.

［5］ Xu L S，Chen Y T，Teng T L，Patau G.Temporal and spatial rupture process of the 1999Chi－Chi earthquake from IRIS and GEOSCOPE long period waveform data using aftershocks as empirical Green′s functions.Bull.Seism.Soc.Am.，2002，92：3210－3228.

［6］ 张勇，冯万鹏，许力生等.2008年汶川大地震的时空破裂过程.中国科学D辑：地球科学，2008，38（10）：1186－1194 Zhang Y，Feng W P，Xu L S，et al.Spatio－temporal rupture process of the 2008great Wenchuan earthquake.Sci.China Ser.D.，2009，52（2）：145－154.

［7］ 张勇，许力生，陈运泰.2010年青海玉树地震震源过程.中国科学D辑：地球科学，2010，40（7）：819－821.Zhang Y，Xu L S，Chen Y T.2010.Source process of the 2010Yushu，Qinghai，earthquake.Sci.China Ser.D.，53（9）：1249－1251.

［8］ 邓起东，张培震，冉勇康等.中国活动构造基本特征.中国科学D辑：地球科学，2002，32（12）：1020－1030.Deng Q D，Zhang P Z，Ran Y K，et al.Basic characteristics of active tectonics of China.Sci.China Ser.D.，2003，46（4）：356－372.

Rupture process of the Lushan 4.20earthquake and preliminary analysis on the disaster－causing mechanism

ZHANG Yong，XU Li－Sheng，CHEN Yun－Tai＊
Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing100081，China

Fast inversion for the rupturing process of the 20April 2013Lushan，Ya′an earthquake was conducted about 3hours after the earthquake occurrence by using the GSN teleseismic waveform data.The obtained moment magnitude is MW6.8.It included two subevents during the rupturing process，which occurred near the hypocenter or rupture initiation point and did not show significant rupture direction.The rupture of the earthquake did not break through the ground surface，and seismic disaster is concentrated on the hanging wall of the fault，around Lushan county and Baoxing county of Sichuan Province.

Seismic waveform inversion，Earthquake rupture process，The Lushan earthquake

10.6038／cjg20130435

P315

2013－04－24，2013－04－26收修定稿

国家自然科学基金（41090291），地震行业基金（201108002），中国地震局地球物理所基本业务费（DQJB11C12）资助.

张勇，男，1981年生，副研究员，主要从事震源反演方面的研究.

＊通讯作者陈运泰，男，研究员，院士，主要从事地震学和地球物理学方面的研究.E－mail：chenyt＠cea－igp.ac.cn

张勇，许力生，陈运泰.芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析.地球物理学报，2013，56（4）：1408－1411，

10.6038／cjg20130435.

Zhang Y，Xu L S，Chen Y T.Rupture process of the Lushan 4.20earthquake and preliminary analysis on the disaster－causing mechanism.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2013，56（4）：1408－1411，doi：10.6038／cjg20130435.

（本文编辑 胡素芳）