2021年青海玛多MS7.4地震震源区横波分裂变化特征

曹学来, 常利军, 鲁来玉， 吴萍萍, 郭慧丽， 吕苗苗， 丁志峰

中国地震局地球物理研究所， 北京 100081

0 引言

地震各向异性是指地震波穿过各向异性介质时，波的传播速度、偏振方向和其他特性会随传播方向的改变而发生变化.大量的地震观测研究表明，地壳和上地幔广泛地具有地震各向异性特征(Silver, 1996; 高原等, 2010; Crampin and Gao, 2018; 黄臣宇和常利军, 2021).一般认为，微裂隙在区域应力场作用下的定向排列是产生中上地壳地震各向异性的主要原因，其形状与排列方式决定了中上地壳介质中的各向异性特征(Crampin and Atkinson, 1985).横波在微裂隙各向异性介质中传播时会发生分裂，产生一对偏振方向近似正交且传播速度不同的快、慢波(姚陈等, 1997).在上地壳近震横波分裂研究中，通过横波分裂分析测量所得的各向异性参数为快波偏振方向和慢波延迟时间，它们所表征的各向异性特征与区域地壳应力场和构造活动特征密切相关，区域构造断裂的分布和走向、地质结构的活跃性、区域应力场等因素都会影响到相应区域上地壳各向异性的特征(Boness and Zoback, 2006)，特别是强震发生前后，震源区的应力调整造成上地壳微裂隙定向排列的趋向性及其程度的变化会造成上地壳各向异性特征在时间和空间上的变化，已在一些强震区的横波分裂研究中被发现(Crampin et al., 1999;丁志峰等, 2008; 吴晶等, 2009; 杨溢和常利军, 2018; Chang et al., 2018; Jiang et al., 2021).此外，利用跨活动断裂的密集台阵观测资料开展的近震横波分裂研究，可以详细地分析断裂带内外的上地壳各向异性特征及其应力场影响，例如近期在跨红河断裂和海原断裂的密集台阵观测中，上地壳各向异性研究结果显示了横波分裂结果的渐变特征，反映了活动断裂对应力场的影响范围(Gao et al., 2019; Shi et al., 2020).因此，通过强震震源区近震横波分裂可以分析震源区上地壳各向异性时空特征和应力场状态，结合震源区深部结构和地质构造特征进一步讨论与强震孕育有关的深部动力环境.

2021年5月22日02时04分(北京时间)，青海省果洛州玛多县发生了MS7.4地震(以下简称玛多地震)，震中位于黄河乡东侧(98.37°E，34.61°N，如图1)，震源深度为17 km(中国地震台网中心，http:∥www.ceic.ac.cn).最新研究显示玛多地震发生在青藏高原东部巴颜喀拉块体内部，此次地震的发震断裂为江错断裂，该断裂为巴颜喀拉块体东北界东昆仑断裂带南侧的次级断裂，此次地震产生了一条整体走向为WNW向的具有左行走滑特征的同震地表破裂带，并在东西两段分叉为多支破裂(潘家伟等, 2021; Ren et al., 2022).震源机制结果显示玛多地震是一次典型的左行走滑型事件(张喆和许力生, 2021)，中等余震的震源机制反演揭示发震断层较为陡立，15次余震以左旋走滑为主，3次为逆冲型，暗示破裂受到局部异常构造影响，应力场反演显示为近EW向挤压(徐志国等, 2021).震源破裂过程研究表明该地震破裂持续时间为45 s，主要能量在30 s释放，破裂方式为双侧破裂(邓文泽等，2021).玛多地震余震序列精定位研究结果显示震源区余震事件非常发育，震源深度较浅，主要发生在上地壳，初步揭示了发震断裂为WNW向，断层近垂直，略向北倾斜，在断层西侧和东侧分别出现分支和马尾状分叉特征(王未来等, 2021; 尹欣欣等, 2021).跨巴颜喀拉块体的人工剖面揭示玛多地区上地壳具有双层速度结构，且存在局部速度异常(张建狮等, 2014; 嘉世旭等, 2017)；大地电磁测深剖面显示主震位于高阻上层结构与高导下层结构界面附近(詹艳等, 2021).复杂的深部构造背景和应力环境孕育了玛多地震，本文基于震后地震科考布设的密集台阵所记录的丰富的余震序列波形数据提取的近震横波分裂参数，分析了震源区上地壳各向异性特征与区域构造特征和应力环境相关性，进一步探讨了此次强震的深部孕震动力过程.

图1 研究区构造背景及地震台站、地震震中分布 黑线为主要断裂：F1玛多—甘德断裂，F2江错断裂，F3甘德南缘断裂，F4达日断裂.黄线为地表破裂(Ren et al., 2022).蓝色圆为郭慧丽等(2022)通过机器学习和hypoDD精定位结果的余震分布图.黑色震源机制解为吕苗苗等(2022)基于本图中台阵数据反演结果.红色震源机制解为玛多MS7.4地震结果(张喆和许力生，2021).右上角插图为青藏高原东部构造背景，黄色 五角星为玛多MS7.4地震位置.Fig.1 Regional geologic setting in the study area and distribution of seismic stations and epicenters Black lines show main faults: F1Madoi-Gande fault, F2 Jiangcuo fault, F3 Gande southern margin fault, F4 Dari fault. The yellow line is the surface rupture (Ren et al., 2022). The blue circles show aftershocks obtained by Guo et al. (2022) through machine learning and hypoDD precision positioning. The black focal mechanism solutions are calculated by Lü et al. (2022) based on seismic data of the dense array in this Figure. The red focal mechanism solution is the result of the Madoi MS7.4 earthquake (Zhang and Xu, 2021). Inset shows the regional geologic setting of the eastern Tibetan Plateau, the yellow star shows the location of the Madoi MS7.4 earthquake.

1 资料和方法

玛多地震发生后，中国地震局地球物理研究所在震源区布设了由150台短周期地震仪组成的密集台阵，数据采集为2021年6月3日到7月5日一个月的连续记录，短周期地震仪为Smartsolo(IGU-16HR)型号，采样率设置为250 Hz，台站分布情况如图1红色三角形所示.台阵主要包括两条垂直主破裂带的南北向剖面MA线(55个台站)和MB线(63个台站)，以及面上分布的MS(32个台站).其中MA和MB两条测线自北向南跨越了玛多—甘德断裂、江错断裂以及甘德南缘断裂，跨发震断裂——江错断裂的台站间距为0.5～1 km，测线两端的台站间距为1～2 km.MS有13个台站分布在江错断裂上，横向面上台站间距为3～5 km.为研究震源区上地壳近震横波分裂变化特征，本文收集了上述流动台阵各台站记录的近震波形资料，此外，为了解跨主震的横波分裂随时间变化特征，我们还收集了震源区附近的固定台站(MAD，如图1黑色三角形)的波形资料(地震记录为2020年11月22日至2021年8月22日).开展近震横波分裂测量上地壳各向异性参数时，要求近震事件记录处于横波窗内.因此，在横波分裂测量时，为避免入射到地表的横波发生全反射而造成波形畸变，从而导致无法准确反映台站下方上地壳各向异性，要求横波的入射角小于临界角.对于上地壳(泊松介质，泊松比为0.25)而言，横波窗的大小约为35°.青藏高原东北缘的人工地震测深剖面探测结果显示玛多地区存在近地表低速层和上地壳层状速度结构(郭文斌等, 2016; 嘉世旭等, 2017)，基于上述人工测深结果，郭慧丽等(2022)通过精定位方法进一步改进了玛多地区的一维层状速度模型，这种层状速度模型会使地震射线弯曲，进而可以拓展横波窗(Booth and Crampin, 1985).本文基于郭慧丽等(2022)的速度模型，将本研究的横波窗由35°扩展至45°.

近震横波分裂参数可以通过可视化分析测量方法(Bowman and Ando, 1987; Peacock et al., 1988; 丁志峰等, 2008；常利军等, 2010)，也可以应用计算机程序测量方法(Shih et al., 1989; Savage et al., 2010; Teanby et al., 2004)求取.上述两类方法已在国内外被独立或综合应用于多个研究地区并且获得了较为可靠的结果(Gao et al., 2006; 吴晶等, 2009; Li Z F et al., 2015; Wu et al., 2019; 王凯悦等, 2021; Li Y et al., 2021).为了获取可靠的横波分裂参数结果，本研究同时利用可视化分析测量(丁志峰等, 2008; 常利军等, 2010)和计算机程序MFAST(Teanby et al., 2004；Savage et al., 2010)两种方法开展了玛多地震震源区近震横波分裂分析测量工作，并综合两种方法的测量结果给出每个台站的横波分裂参数结果.

可视化测量方法是分析测量过程中辅以人工干预，对资料的筛选和各个步骤计算结果的判定，全程进行人工检验以获取准确的横波分裂参数.下面以台站MB22在2021年6月27日02时03分记录的一次近震事件为例，具体介绍利用三分量地震波形资料开展的横波分裂可视化测量过程(丁志峰等, 2008; 常利军等, 2010)：

(1)为提高数据波形的信噪比，首先对地震记录波形进行1～30 Hz的带通滤波.

(2)选取位于横波分裂窗内且信噪比高的事件波形(图2a)，为保证选取的近震事件波形记录位于横波窗内，选取P波初动信号的能量大于水平分量的两倍以上(图2b).

(3)根据横波的频谱特征，选取合适的时间窗对两水平分量波形进行截取，至少包含一个完整的横波及其前面至少半个横波周期的噪声波形，并且要求窗口内横波的信噪比较高(图2c).

(4)绘制两水平分量的质点运动图，如图2d，通常质点运动图呈现出一个近似椭圆的形状，说明具有明显的横波分裂特征，我们可以从横波初动的质点运动判断出WNW向的快波偏振方向(106°)，以及随后到达的与其近似垂直的NNE向的慢波方向.

(5)将两水平分量旋转至快、慢波框架内，如图2e可以清晰地看到两列波形相似但到时不同步的波形，即快、慢波的波形，此时，我们可以直接测量两列波的初动得到两列波的到时差(0.045 ms)，即慢波延迟时间.

图2 可视化测量分析过程：以MB22台的一次余震记录为例 (a) 原始波形的E、N、Z三分量记录图； (b) P波初动窗口放大后的E、N、Z三分量记录图； (c) 横波的两水平分量的地震记录图； (d) 两水平面分量的横波质点运动图； (e) 旋转至快、慢波方向的地震图； (f) 横波分裂测量选取的近震事件震源深度分布.Fig.2 An example of shear wave splitting analysis using the visual technique for an aftershock recording at station MB22 (a) Original waveform of E, N and Z component seismograms; (b) Amplified three-component seismograms of P wave in Fig.(a); (c) Two horizontal component seismograms of shear wave; (d) Shear wave particle motion in two horizontal component; (e) Seismograms rotated to the fast and slow wave directions; (f) The focal depth statistics of the local earthquakes used in shear wave splitting measurement.

计算机程序测量方法采用了MFAST Manual V2.2程序(Savage et al., 2010)对近震事件的直达S波波形记录进行横波分裂测量，通过聚类分析方法筛选出相关性最大的分裂结果.该方法为Teanby等(2004) 基于SC91算法(Silver and Chan, 1991)，利用聚类分析方法实现对横波分裂窗口的自动选择以及对横波分裂结果的自动评级，并最终获得横波分裂参数最优解的自动测量程序.如图3所示，为利用MFAST Manual V2.2自动计算程序方法对台站MB22在2021年6月27日02时03分记录的一次近震事件进行测量的示例，选取的事件与图2中可视化方法分析的事件为同一事件.具体步骤如下：

图3 MFAST计算程序法分析过程：以MB22台的一次余震记录为例 (a) 原始波形的E、N、Z三分量记录图，黑色直线为手动标记的S波到时，虚线表示横波分裂窗口的搜索区间，灰色区域为最佳横波分裂分析窗口； (b) 上边两波形为S波的径向和切向分量，下边两波形为校正后的径向和切向分量，从图中可看出经校正后切向分量的能量已经变得很小； (c) 不同横波分析窗口的测量结果，可以看出该结果非常平稳且误差较小； (d) 不同S波分析窗口测量结果的分布图，蓝色十字表示最佳结果的位置，可以看出横波分裂结果分布集中且较稳定； (e) 两水平分量在校正前后的地震记录图与质点运动图，左侧为校正前的波形与质点运动图，右侧为校正后的波形与质点运动图，可以看出经校正后水平面内的质点运动图由近似椭圆变为 近似线性，且快慢波波形拟合度较高； (f) 协方差矩阵最小特征值的等值线图，蓝色十字位于等值线收敛区域说明结果较为稳定.Fig.3 An example of shear wave splitting analysis using MFAST for an aftershock recording at station MB22 (a) Three-component records (E, N and Z) of original seismic waveform. The black line represents the hand-picked shear wave arrived time. The dashed lines indicate the search range of the shear wave splitting window. The gray area is the best shear wave splitting analysis window. (b) The upper two waveforms are the radial and tangential components of the shear wave. The lower two waveforms are the corrected radial and tangential components, the energy of the corrected tangential component has been minimum. (c) Different measurement results of each shear wave analysis windows. It can be seen that the result is very stable and the error is small. (d) The distribution of the measurement results in different S wave analysis windows, the blue cross is the best result. It can be seen that the shear wave splitting results are concentrated and relatively stable. (e) Two horizontal component records and particle motion of the shear wave. The left side is the waveform and particle motion before correction, the right is the corrected waveform and particle motion. It can be seen that the particle motion in horizontal changes from approximately ellipse to approximately linear after correction, and the fast and slow wave waveforms fit well. (f) Contour plot of the smallest eigenvalue of the covariance matrix. The blue cross is located in the convergence area of the contour, indicating that the result is stable.

(1)对地震事件进行预处理，通过E、N和Z三分量能量大小(P波初动能量大于水平分量的两倍以上)筛选出横波分裂窗口内的地震记录，分别在N向分量与Z向分量中标记S波与P波初动到时.

(2)通过MFAST Manual V2.2程序中预设的14个带通滤波器(14个滤波器的滤波范围分别设置为0.5～10 Hz、0.5～15 Hz、0.5～20 Hz、0.5～25 Hz、0.5～30 Hz、0.5～35 Hz、0.5～40 Hz、1～10 Hz、1～15 Hz、1～20 Hz、1～25 Hz、1～30 Hz、1～35 Hz和1～40 Hz)对原始波形滤波并计算信噪比，优选出信噪比最高的结果作为后续横波分裂测量程序的输入波形(图3a).

(3)利用三分量记录计算出径向与切向分量并对两分量进行旋转和时间校正，利用聚类分析方法搜索出切向能量最小且两水平分量波形相似性最大时对应的方位与延迟时间，即快波偏振方向(109°)与慢波延迟时间(0.042 ms)，如图3b、图3c、图3d和图3f所示.

(4)检验两水平波形校正前后的质点运动图是否从椭圆变为直线.图3e中的两水平分量的原始波形(左上)的质点运动图(左下)为椭圆，校正后的波形(右上)的质点运动图(右下)变为近似直线，证明了结果的可靠性.

图2和图3给出了台站MB22记录的同一个近震事件，分别采用上述两种方法进行横波分裂分析测量的示例，采用可视化测量方法得到的分裂参数为(106°, 0.045 ms)，采用MFAST Manual V2.2自动计算程序法获得的分裂参数为(109°, 0.042 ms)，两种方法的测量结果一致性很好，说明在近震波形数据满足高信噪比情况下，上述两种方法测量的结果的可靠性和一致性都比较好.例如，Volti和Crampin(2003)在冰岛开展的横波分裂研究也显示，在近震波形具有较高信噪比的情况下，可视化测量方法和计算机程序测量方法均可以获得较好的结果，且一致性较好.玛多MS7.4地震余震序列十分发育，且玛多科考台阵高密度地覆盖了余震区，这为开展震源区横波分裂测量提供了大量高信噪比的近震波形记录.因此，本文基于震源区高信噪比的近震波形资料，采用上述两种方法开展了上地壳近震横波分裂测量，获得了震源区各台站的各向异性参数结果.

郭慧丽等(2022)基于玛多7.4级地震科考密集台阵数据得到了高分辨率地震目录，定位结果显示余震深度主要分布在2～15 km，定位结果的平均水平误差和平均深度误差分别为55.9 m和71.9 m.本文基于上述精定位结果计算了震源到台站的路径长度，并对慢波延迟时间进行了归一化处理.

2 结果

本研究基于玛多地震科考流动台阵150个地震台站所记录的海量余震序列波形数据，按照横波分裂分析测量的要求进行严格筛选，选取了符合如图2和图3流程的近震事件波形开展横波分裂测量.对于震源区密集台阵所包含的150个流动台站，除了台站MA28和MA40由于仪器故障没有数据未获得有效分裂结果，以及台站MA48和MB63由于距余震密集区较远和自身近震波形信噪比较低而没有找到合适的近震波形记录，从而未获得有效分裂结果外，其余146个台站都得到了有效分裂结果，146个台站最终得到了共计22518对有效事件波形记录的横波分裂参数结果.此外，从距主震半径100 km范围内唯一的固定台站MAD跨主震9个月的近震波形记录中获得了14对有效的横波分裂结果.表1给出了各台站的基本参数和所得到的快波偏振方向与慢波延迟时间的平均结果，以及各台站所得到的有效分裂结果个数统计表.图4和图5给出了各台站横波分裂参数的统计分布图.

根据图4和图5的各向异性结果分布，以及表1的统计结果可以看出，由于受横波分裂窗口的限制，各区域的台站所获得的有效分裂结果对数差异较大.在密集台阵约1个月的波形记录中，位于主破裂附近的余震区范围内的台站所得到的有效分裂结果数较多，至少在100对以上，其中位于主震东侧的余震密集区内的一些台站获得的有效分裂结果超过1000对，而随着距主破裂余震区距离的增大，台站所获得的有效分裂个数迅速减少，到南北两侧较远的台站下降到个位数.如位于主震东侧的余震密集区内的台站MB22获得了高达1072对有效分裂结果，余震区外台站MB59和MS01台由于距余震区较远只得到了1对有效分裂结果，固定台站MAD从9个月的波形记录中仅获得了14个有效记录.

图4给出了震源区各台站横波分裂参数的平均结果和不同区块内快波偏振方向的等面积投影玫瑰图.从图4可以看出，不同区块内快波偏振方向的等面积投影玫瑰图(黑色)显示各区块内快波偏振优势方向突出，同时各区块之间的快波偏振优势方向存在着差异.沿主破裂带余震密集区划分为三个区块，即主破裂带西段(WR)、中段(MR)和东段(ER)，自西向东，区块WR的快波偏振优势方向为近EW向，区块MR和ER的快波偏振优势方向为WNW向，但区块ER相较于MR的快波偏振优势方向数值较小，趋向水平；西测线MA自北向南的三个区块(A1、MR和A2)的快波偏振优势方向基本一致，整体为WNW向；图中红色玫瑰图显示，震源区快波偏振方向为WNW向；东测线MB各区块的快波偏振优势方向变化较大，自北向南，区块B1为NW向，ER为WNW向，B2为ENE向，B3为WNW向，并且临近主破裂带两侧区块B1和B2的快波偏振方向由远及近都趋向于向主破裂带的快波偏振方向聚拢的特征；主破裂中段两侧的区块S1和S2的快波偏振优势方向分别为WNW向和ENE向，其中区块S1内的台站基本沿玛多—甘德断裂分布，区块S2内的台站分布在主破裂带和甘德南缘断裂的中间.图4中左下角红色玫瑰图为研究区所有台站得到的快波偏振方向的等面积投影玫瑰图，整体上快波偏振优势方向为WNW向，与区域构造走向和余震序列分布一致.

表1 各台站参数和横波分裂结果Table 1 Station parameters and shear wave splitting results by station

图4 玛多MS7.4地震震源区横波分裂结果分布图 图中红色线段为横波分裂参数：线段的方向为快波偏振方向，线段的长度正比于平均慢波延迟时间.黑色玫瑰图为不同区域快波偏振方向的等面积投影玫瑰图，红色玫瑰图为研究区所有台站快波偏振方向的等面积投影玫瑰图，玫瑰图中的数字为各个区块内有效分裂 结果的个数.Fig.4 Distribution of the shear wave splitting results in the source region of the Madoi MS7.4 earthquake The red bars are the shear wave splitting results, the direction and length of the bar represent the fast wave polarization direction and the slow wave delay time, respectively; The black rose diagrams are the homolographic projection rose diagrams of the fast wave polarization directions in different regions, the red rose diagram shows the homolographic projection of the fast wave polarization directions of all stations in the study area. The number of valid splitting results in each block marks in each rose diagram.

图5 玛多MS7.4地震震源区各台站慢波延迟时间分布图 图中慢波延迟时间的大小用圆的大小和颜色表示.白色文本框给出了各区块的慢波延迟时间的平均结果.Fig.5 Distribution of slow wave delay times in the source region of the Madoi MS7.4 earthquake The size and color of the circle are proportional to the slow wave delay times. The average result of the slow wave delay times in each block shows in the white text box.

图5给出了震源区各台站的慢波延迟时间平均值的空间分布，以及对应图4的各个区块的慢波延迟时间平均值.图5显示震源区不同区域慢波延迟时间相差较大，据表1可知各台站慢波延迟时间范围为1.1～5.9 ms·km-1，沿主破裂余震密集区内的台站所得到的慢波延迟时间较大，整体平均值在3.5 ms·km-1以上，特别是区块ER内台站的慢波延迟时间最大，最大值可达5.9 ms·km-1，整体平均值为4.7 ms·km-1.主破裂两侧台站的慢波延迟时间随着台站与主破裂距离的增大而逐渐减少，到一定距离后绝大部分台站的慢波延迟时间小于2 ms·km-1，变得基本稳定.

3 讨论

3.1 震源区地壳各向异性深度分布及构造背景

印度板块向青藏高原不断推挤过程中，岩石圈有效弹性厚度相对低值的巴颜喀拉块体在高值的柴达木块体和羌塘块体南北“夹持”下发生物质东向运动(张培震等, 2003; 胡敏章等, 2021)，造成块体南北边界及内部发育大量左行走滑性质的断裂，走向以NW和WNW向为主.玛多MS7.4地震发生在巴颜喀拉块体东北边界东昆仑断裂的次级断裂——江错断裂，此次地震是21世纪围绕巴颜喀拉块体边界带，继昆仑山MS8.1地震(2001年)和汶川MS8.0地震(2008年)之后发生的最大一次地震.此次地震的余震序列非常发育，震后约10天内的固定台站精定位结果显示余震序列整体呈WNW向展布，震源深度较浅，主要分布于5～15 km(王未来等, 2021; 徐志国等, 2021).郭慧丽等(2022)基于深度学习和玛多地震科考密集台阵数据(震后第14天至第43天)构建了此次地震震源区高分辨率地震分布(图1)，整体上沿地表破裂呈现WNW向的条带状展布，集中分布于破裂带偏北一侧，发震深度主要集中在2～15 km.跨越玛多地区的人工深部地震探测剖面揭示了该区域的地壳结构特征，玛多地震震源区地壳厚度约为60 km，上地壳底界埋深约为25 km(张建狮等, 2014; 嘉世旭等, 2017; 宋向辉等, 2021).因此，玛多地震余震主要发生在上地壳.

近垂直入射的横波所得到的分裂参数表示震源到地表接收台站的综合效应.本文基于玛多地震科考密集台阵获取的地震目录(郭慧丽等, 2022)筛选的用于横波分裂有效近震事件的震源深度主要分布在6～15 km(图2f)，所以玛多地震余震序列横波分裂测量所得到的分裂结果反映了震源区上地壳各向异性的特征.

3.2 震源区上地壳各向异性变化特征

图4和图5给出了震源区上地壳各向异性快波偏振方向和慢波延迟时间的空间统计分布图，可以看出，快波偏振方向和慢波延迟时间分布具有明显的空间分区特征，特别是沿主破裂带显示出各向异性与地表破裂带和余震序列展布密切的相关性特征.

图6 沿主破裂余震、震源机制结果、速度剖面和横波分裂参数分布 (a) 沿主破裂余震事件统计个数分布(郭慧丽等, 2022)； (b) 沿主破裂的速度剖面(吴萍萍等, 2022)、余震分布(郭慧丽等, 2022)和震源机制结果分布(吕苗苗等, 2022)； (c) 沿主破裂各台站快波偏振方向分布； (d) 沿主破裂各台站慢波延迟时间分布.横坐标为 剖面上各点与主震震中之间的距离，以主震位置为零点，向西为负，向东为正.两个黑色箭头将沿主破裂余震密集区分为3个区块.Fig.6 Distribution of aftershocks, focal mechanisms, velocity slice, and shear wave splitting parameters along the main rupture (a) Statistical numbers of aftershocks along the main rupture (Guo et al., 2022); (b) Velocity slice (Wu et al., 2022), distribution of aftershocks (Guo et al., 2022) and focal mechanisms (Lü et al., 2022) along the surface rupture; (c) Distribution of fast wave polarization directions along the surface rupture; (d) Distribution of slow wave delay times along the surface rupture. The distance between each point and the mainshock epicenter shows in the horizontal axis, the center point of mainshock epicenter is zero, the west numbers are negative, and the east numbers are positive. The region of dense aftershocks along the rupture is divided into three blocks by the two black arrows.

3.2.1 沿主破裂带地壳各向异性变化特征

玛多地震主破裂带与余震序列展布呈现出明显的分段特征，根据其走向和展布特征自西向东可分为WR、MR和ER三个区块，在各个区块内，各向异性快波偏振方向、破裂带走向和余震序列展布具有高度一致性.在主破裂带中段区块MR，地表破裂带与江错断裂重合，并且快波偏振方向和余震序列展布都与WNW向的破裂带和江错断裂走向一致；而在主破裂带的东西两段，地表破裂带并未继续沿江错断裂破裂，在西段区块WR地表破裂带由WNW向转向近EW向，在东段区块ER地表破裂带并未沿NW走向的江错断裂转向，而是在中部区块MR和东部区块ER之间发生错断和北移，继续保持WNW向的破裂，与此同时，东西两段的区块WR和ER的各向异性快波偏振方向也与主破裂带的地表破裂方向一致，在西段区块WR转向近EW向，在东段区块继续保持WNW向.吕苗苗等(2022)基于玛多地震科考密集台阵数据反演了观测期内中小型余震的震源机制解结果(图1和图6b)，沿主破裂带主要以左行走滑型地震为主，但在主破裂带三个区块之间的两个分界处分别出现了1个逆冲型地震，揭示了主破裂带具有高倾角左旋走滑性质，且沿破裂带具有分段性差异，表明发震断层构造形态的复杂性.吴萍萍等(2022)基于玛多地震科考台阵记录的近震P波走时数据反演得到了震源区三维精细速度结构，沿主破裂的速度剖面图(图6b)显示三个区块之间的分界位于高速区域与低速区域交界处.图4和图6显示了快波偏振方向、地表破裂带、余震序列、震源机制解和三维精细速度结构具有一致的分段性和对应特征.

图5显示了震源区各向异性慢波延迟时间分布，可以看出，最突出的特征是沿主破裂余震密集区内的台站所得到的慢波延迟时间明显大于南北两侧余震密集区外台站的慢波延迟时间，且主破裂东段区块ER的慢波延迟时间明显大于中段区块MR和西段区块WR的值.沿主破裂余震密集区，整体上慢波延迟时间平均值在3.5 ms·km-1以上，特别是东段区块ER的慢波延迟时间表现突出，最大值为台站MB23得到的1000余个有效结果的平均慢波延迟时间可达5.9 ms·km-1(表1)，整体平均值为4.7 ms·km-1，而离开主破裂余震密集区一定距离的绝大部分台站所得到的慢波延迟时间小于2 ms·km-1，明显小于沿主破裂余震密集区的慢波延迟时间.从图6a可以看出，东段区块ER的地震数量明显多于中段区块MR和西段区块WR，对应了图6d和图5中东段区块ER的慢波延迟时间明显大于中段区块MR和西段区块WR的特征，并且玛多地震主震也发生在东段区块ER内，鉴于上地壳各向异性慢波延迟时间对区域应力场的敏感性，说明玛多地震孕震过程中东段区块ER的应力积累大于中段区块MR和西段区块WR.图5中沿主破裂的余震序列集中分布在地表破裂带的北侧.图7给出了震源区各台站慢波延迟时间随台站与主破裂带距离的分布，无论从整体面上分布特征(图7a)，还是垂直并跨越主破裂的两条剖面西线MA(图7b)和东线MB(图7c)的分布特征，可以看出，主破裂带附近北侧的慢波延迟时间明显大于南侧，且主破裂南侧各台站平均慢波延迟时间随台站与主破裂距离增加而减小的速率大于北侧.玛多地震余震序列定位和震源机制结果显示发震断裂的断裂面陡峭且略向北倾(王未来等, 2021; 徐志国等, 2021; 张喆和许力生, 2021；郭慧丽等, 2022；吕苗苗等, 2022).综合主破裂带附近区域北侧的慢波延迟时间大于南侧、余震序列集中分布在主破裂北侧和发震断裂的断裂面略向北倾的特征，说明玛多地震孕震过程中，主破裂北侧的应力积累强于南侧.

图7 各台站慢波延迟时间随台站与主破裂距离的变化图 (a) 震源区所有台站慢波延迟时间随台站与主破裂距离的变化图； (b) MA测线各台站慢波延迟时间随台站与主破裂距离的变化图； (c) MB测线各台站的慢波延迟时间随台站与主破裂距离的变化图.图中横坐标表示台站与主破裂之间 的距离：以主破裂为零点，向南为负，向北为正.Fig.7 Variation of slow wave delay times with the distance between each station and the surface rupture (a) Variation of slow wave delay times with the distance between each station and the surface rupture at all stations in the source region; (b) Variation of slow wave delay times with the distance between each station and the surface rupture at stations along MA array; (c) Variation of slow wave delay times with the distance between each station and the surface rupture at stations along MB array. The distance between each station and the surface rupture shows in the horizontal axis, the vertical line marks the zero point, i.e, the location of the surface rupture, the south numbers are negative, and the north numbers are positive.

3.2.2 主破裂带两侧地壳各向异性变化特征

沿主破裂余震密集区外的两侧区域，主要包括西线MA(区块A1和A2)、东线MB(区块B1、B2和B3)和面上区块S1和S2.由图4的快波偏振方向分布可以看出，对于西线MA，北侧区块A1和南侧区块A2的快波偏振方向整体上为WNW向，与处于主破裂余震密集区的西线MA的中部区块MR的快波偏振方向一致，并与西线MA跨越的4条WNW走向且近似平行的玛多—甘德断裂、江错断裂、甘德南缘断裂和达日断裂基本平行；而对于东线MB各区块的快波偏振方向变化较大，以东线MB的中部区块ER为中心，与其相邻的北侧区块B1为NW向，南侧区块B2为ENE向，这两个区块的快波偏振方向都趋向于主破裂WNW向的破裂方向收敛的特征，此外，与区块ER和B2相邻的区块S2的快波偏振方向也为ENE向，它和区块B2的快波偏振方向都未与相近的江错断裂和甘德南缘断裂平行，而是一起向主破裂的破裂方向收敛，这反映了包括主震在内的区块ER是这次玛多地震应力积累最强的区域，并且影响到相邻区块B1、B2和S2的各向异性特征.东线MB南段距主破裂较远的区块B3快波偏振方向为WNW向，与其跨越的甘德南缘断裂的WNW走向一致.距主破裂较远且位于北侧的区块S1的快波偏振方向为WNW向，区块S1内的台站基本沿玛多—甘德断裂分布，其快波偏振方向与玛多—甘德断裂走向一致.

由图5中震源区慢波延迟时间分布可以看出，主破裂余震密集区外两侧的慢波延迟时间相较于余震密集区内的慢波延迟时间明显变小，结合图7可知，主破裂余震密集区外两侧台站的慢波延迟时间随着台站与主破裂距离的增大而逐渐减少，到一定距离后，慢波延迟时间趋于稳定，绝大部分台站的慢波延迟时间小于2 ms·km-1.由图5和图7可以看出，主破裂两侧台站的慢波延迟时间随着台站与主破裂距离的增大而逐渐减少，到一定距离后绝大部分台站的慢波延迟时间小于2 ms·km-1，变得基本稳定.这反映了玛多地震孕震过程中，应力积累主要集中在主破裂余震密集区，随着距主破裂距离的增大，这种应力积累效应逐渐减弱，到一定距离后，各向异性快波偏振方向和慢波延迟时间趋于稳定，受玛多地震的影响变得很弱.

3.2.3 震源区横波分裂参数随时间的变化特征

图8给出了沿主破裂余震密集区三个区块(WR、MR和ER)和固定台站MAD的横波分裂参数随时间的变化趋势.从图8可以看出，震后第12天至第43天期间，区块WR、MR和ER的快波偏振方向和慢波延迟时间两个各向异性参数都未表现出随时间的规律性变化特征.一般强震发生后随着主震和余震能量的释放，震源区积累的应力也会逐步释放，相应横波分裂参数会发生规律性变化，特别是慢波延迟时间会逐渐变小的特征，这种变化特征已在多次强震的余震序列横波分裂测量中被证实，如汶川MS8.0地震(丁志峰等, 2008)、芦山MS7.0地震(Chang et al., 2018).本文在玛多MS7.4地震震源区一个月的观测期内未能观测到横波分裂参数规律性的变化，主要因为科考流动台阵在震后第12天才开始布设并投入观测，这时主震和大部分强余震已经发生，并且中小地震的最高峰也过去，根据郭慧丽等(2022)基于玛多科考台阵数据的余震序列分析，观测期内余震频次趋于稳定，说明震源区玛多地震孕震过程中积累的应力尚未释放完全，应力释放和调整过程还将持续一段时间.台站MAD的记录跨越了主震前后，本文在震前的第119天、第43天和第1天获得了3对有效横波分裂参数，在震后2个月获得11对有效横波分裂参数.无论震前还是震后，台站MAD的横波分裂参数未表现出随时间的规律性变化特征，并且其慢波延迟时间很小，只有1.6 ms·km-1，主要原因是台站MAD距离主破裂余震密集区较远，玛多地震孕震过程中应力积累和调整对其影响已经变得很弱.

4 结论

本文基于玛多地震科考密集台阵和固定台站MAD的近震波形数据测量得到的横波分裂参数，分析了震源区上地壳的各向异性变化特征，获得了如下认识：

(1)从地表破裂带走向、余震序列展布、中小型地震震源机制和上地壳三维精细结构结果来看，主破裂与余震序列展布具有一致性，且沿主破裂余震密集区具有明显的分段性，本文得到的快波偏振方向也表现出与主破裂和余震序列展布较好的一致性，且自西向东也呈现出分段性特征.

(2)沿主破裂余震密集区的慢波延迟时间明显大于两侧，特别是包括主震和高密度余震分布的主破裂东段的慢波延迟时间最大，主破裂附近区域北侧的慢波延迟时间大于南侧，主破裂余震密集区外两侧台站的慢波延迟时间随着台站与主破裂距离的增大而逐渐减少，到一定距离后，变得基本稳定.

图8 横波分裂参数的随时间变化特征 图中给出了沿主破裂余震密集区三个区块(WR、MR和ER)和固定台站MAD的横波分裂参数随时间的变化趋势. 竖线标示了玛多MS7.4地震，各图的横坐标以玛多MS7.4地震发震的日期为零点，主震之后为正，主震之前为负.Fig.8 Temporal changes of shear wave splitting parameters Temporal changes of shear wave splitting parameters in the blocks (WR, MR and ER) along the main rupture and permanent station MAD. The vertical line marks the occurrence of the Madoi MS7.4 earthquake. The number of days show in the horizontal axis, the date of the Madoi MS7.4 earthquake is zero, the number of days after the mainshock is positive, and the number of days before the mainshock is negative.

(3)余震密集区外，台阵东线MB以中部跨主破裂余震密集区的区块ER为中心，北侧和南侧的快波偏振方向表现出趋向于主破裂收敛的特征，其他距主震和主破裂较远区域的快波偏振方向基本为WNW向，与其所在区块内的断裂走向一致.

(4)震源区上地壳各向异性空间展布反映了玛多地震孕育过程中，应力积累主要集中在沿主破裂余震密集区，且主破裂东段的应力积累要强于中段和西段，主破裂附近的应力积累北侧强于南侧，随着距主破裂距离的增加，应力积累效应减弱，到一定距离后变得很弱.

(5)震源区横波分裂参数未能呈现出随时间的变化特征，主要由于密集台阵在主震后第12天才开始布设并投入观测，这时主震和大部分强余震已经发生，并且中小地震的最高峰也过去，观测期内余震频次趋于稳定，孕震过程中积累的应力尚未释放完全，应力释放和调整过程还将持续一段时间.

(6)尽管台站MAD的记录跨越了主震前后，但它的横波分裂参数也未表现出随时间的规律性变化特征，且其慢波延迟时间很小，反映了其距离主破裂余震密集区较远，玛多地震孕震过程中应力积累和调整对其影响很弱.

致谢感谢青海玛多7.4级地震科考地震深部构造环境组现场科考队为获取高质量的地震观测数据付出的艰辛.感谢中国地震局地球物理研究所国家测震台网数据备份中心(doi:10.11998/SeisDmc/SN)、中国地震台网中心和青海地震台网为本研究提供MAD台地震波形数据.感谢审稿人提出的宝贵意见和建议.