對(duì)汶川8·0級(jí)地震前后震源的重新定位

黃玉婷，朱介壽，曹家敏，黃曉萍

（成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都 610059）

對(duì)汶川8·0級(jí)地震前后震源的重新定位

黃玉婷，朱介壽，曹家敏，黃曉萍

（成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都 610059）

Hypo2000；龍門(mén)山斷裂帶；汶川地震；非均勻速度模型；重新定位

0 前言

汶川地震發(fā)生在四川龍門(mén)山逆沖推覆斷裂帶上，該斷裂帶位于松潘～甘孜地塊和揚(yáng)子地塊的結(jié)合部，并于岷山隆起共同構(gòu)成了青藏高原東部邊界的中北段，是中國(guó)中西部結(jié)合帶的北東向宏觀(guān)構(gòu)造帶。該地帶地震后頻繁的自然災(zāi)害嚴(yán)重，一直是眾多地震學(xué)者研究關(guān)注的地帶。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了研究，如朱介壽［2］等對(duì)汶川地震的巖石圈深部結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)背景研究，得出汶川8·0級(jí)大地震發(fā)生在中央斷裂帶上，并引起長(zhǎng)約300km的斷裂帶破裂，在地面造成極大的破壞。傅鶯等［3］利用Hypocenter和Hypo2000地震定位法對(duì)四川攀枝花～會(huì)理發(fā)生的地震序列進(jìn)行精確定位，就二種定位法的震中分布、深度剖面、地震震中平面距離差、震源深度做了對(duì)比分析。

汶川地震發(fā)生后，很多地震學(xué)的學(xué)者對(duì)汶川地區(qū)的余震進(jìn)行了重新的定位，例如：黃援［4］、呂堅(jiān)［5］等用雙差定位方法對(duì)汶川8·0級(jí)地震及余震進(jìn)行了重新定位，定位8·0級(jí)主震的震中位置大致為31.00°N，103.38°E，震源深度13km左右。他們大部份只用了震后幾個(gè)月的資料，研究方法也基本是雙差定位方法，采用單一均勻速度模型。作者在本文中選用了震前震后十余年的八千多個(gè)震相可靠的地震資料，采用了很少人使用的Hypo2000地震定位方法，重新定位后得出汶川8·0級(jí)主震的震中位置大致為31.00°N，103.36°E，震源深15km左右?？紤]到龍門(mén)山斷裂帶東區(qū)和西區(qū)的地殼厚度和地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)存在很大差異，東西二區(qū)結(jié)構(gòu)的階躍變化，Hypo2000定位程序選用了分區(qū)速度模型。它可以考慮比較復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)狀況也可以在震中附近地區(qū)設(shè)置多達(dá)十個(gè)梯度層結(jié)構(gòu)的模型。

作者在總結(jié)前人對(duì)龍門(mén)山構(gòu)造帶研究的基礎(chǔ)上，以Hypo2000程序定位方法為技術(shù)支持，以5·12汶川大地震及余震觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為資料基礎(chǔ)，對(duì)汶川Ms8·0級(jí)地震及其余震進(jìn)行了重新定位并通過(guò)對(duì)定位結(jié)果的分析和構(gòu)造解釋?zhuān)瑏?lái)研究龍門(mén)山斷層的地下構(gòu)造，從而為我們了解龍門(mén)山斷層構(gòu)造帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征提供更多的信息。同時(shí)也為更清楚地認(rèn)識(shí)汶川地震的發(fā)生機(jī)制提供地球物理學(xué)依據(jù)。具體做了以下幾方面的研究工作：

（1）將記錄的震相資料進(jìn)行復(fù)核，篩選符合條件的震相報(bào)告文件，對(duì)臺(tái)站資料進(jìn)行逐一核對(duì)。整理1999年～2011年地震臺(tái)網(wǎng)記錄的龍門(mén)山斷裂帶地區(qū)地震觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，并轉(zhuǎn)換為Hypo2000程序中的輸入格式，設(shè)置參數(shù)，選取并分析速度模型。

（2）繪制震前震后分布圖及震后深度剖面圖。

（3）重新定位結(jié)果的成圖和成果的地質(zhì)構(gòu)造解釋及討論。

1 HYPO2000定位方法區(qū)重新定位

1.1 HYPO2000定位方法

從網(wǎng)上下載hypo2000的Linux程序包，并安裝在Linux操作系統(tǒng)下，進(jìn)行定位時(shí)需以下文件：

（1）各臺(tái)站的P波、S波到時(shí)文件，需要轉(zhuǎn)換成hopo2000需要的文件格式：×××.arc。

（2）命令參數(shù)控制文件：×××.inp。

（3）打印文件：×××.prt。

（4）輸出存檔文件：×××.out.arc。

（5）臺(tái)站信息文件，需要臺(tái)站編號(hào)、經(jīng)緯度：station.txt。

（6）速度模型文件：Lm1.crh～Lm6.crh。

1.2 分區(qū)速度模型的計(jì)算與選取

確定所用地殼模型的算法是見(jiàn)圖1：如果震中位于包圍任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的圓內(nèi)，則排他地使用該模型。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還必須定義一個(gè)外圓，描述該模型向外的影響有多遠(yuǎn)。如果震中位于內(nèi)圓和外圓之間，它對(duì)那個(gè)模型接受一個(gè)部份“權(quán)”。該權(quán)是在內(nèi)圓（權(quán)1）和外圓（權(quán)0）之間的平滑余弦削減。對(duì)于給定的地震位置，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試（按其被定義的順序），看該震中是否位于該節(jié)點(diǎn)的外圓之內(nèi)，但當(dāng)發(fā)現(xiàn)震中位于三個(gè)外圓之內(nèi)時(shí)測(cè)試停止。如果總權(quán)值大于1.0，則這些權(quán)值被歸一化到1.0；如果它們的總權(quán)值小于1.0，則差值部份用默認(rèn)模型補(bǔ)上，使得總的權(quán)值總為1.0；如果震中位于所有圓圈之外，則排他地使用默認(rèn)模型。模型的混合是對(duì)每次迭代的確定，震中可以從一個(gè)模型遷移到另一個(gè)模型。

Hypo2000定位程序?qū)φ鹬兴诘牟煌瑓^(qū)域進(jìn)行分區(qū)分塊對(duì)應(yīng)，得出分區(qū)分層多重非均勻速度模型，利用爆破地震剖面和其它地球物理方法得到的地殼速度模型，給出了本次定位所使用的分區(qū)地殼模型（見(jiàn)下頁(yè)表1）。作品也依據(jù)龍門(mén)山兩側(cè)的構(gòu)造情況的特殊，把龍門(mén)山斷裂帶速度模型由龍門(mén)山西側(cè)十個(gè)梯度的橫向速度模型和龍門(mén)山東側(cè)九個(gè)梯度的橫向速度模型組成。

圖1 兩地殼模型區(qū)和其過(guò)渡區(qū)算法Fig.1 Two crustal model area and its transition zone algorithm

定位程序中使用的分區(qū)速度模型（見(jiàn)下頁(yè)表2及圖2），龍門(mén)山西側(cè)采取青藏高原的地殼速度模型，莫霍面選60km，選取的三個(gè)圓的主區(qū)帶，半徑分別為83km、140km、52km，對(duì)應(yīng)的過(guò)渡帶寬為112km、101km、76km；龍門(mén)山東側(cè)采取揚(yáng)子地臺(tái)的地殼速度模型，莫霍面選45km，選取的三個(gè)圓的主區(qū)帶半徑分別為：112km、101km、76km，對(duì)應(yīng)的過(guò)渡帶寬為7km、34km、31km（見(jiàn)下頁(yè)圖3），我們可以用主區(qū)圓和過(guò)渡區(qū)圓的組合來(lái)定義一個(gè)不規(guī)則的地區(qū)。如果震中在某個(gè)所包圍的主區(qū)圓內(nèi)，定位時(shí)只唯一使用這個(gè)主區(qū)圓所對(duì)應(yīng)的速度模型；如果震中在過(guò)渡區(qū)圓的交匯區(qū)域，定位時(shí)應(yīng)該用那個(gè)速度模型賦予部份權(quán)重，兩個(gè)過(guò)渡圓的交匯區(qū)域，其權(quán)重為兩種模型的平均，如果是三個(gè)模型的交匯，則是三者的平均；如果震中位于所有圓之外，只使用默認(rèn)的速度模型值。

1.3 重新定位結(jié)果

通過(guò)后面的圖4和圖5得出：

（1）汶川8·0級(jí)地震前九年的中小地震活動(dòng)基本發(fā)生在映秀及其以北的都江堰市虹口一帶及彭州西北龍門(mén)山鎮(zhèn)和小魚(yú)洞一帶，而且都集中發(fā)生在映秀～北川斷層上。在映秀以南三江鎮(zhèn)以北，地震反而很少。這些中小地震活躍區(qū)，也是汶川8·0級(jí)地震及余震活動(dòng)區(qū)。

表1 地殼模型對(duì)照表Tab.1 Crustal model table

表2 Hypo2000定位速度模型Tab.2 Hypo2000positioning velocity model

圖2 Hypo2000定位分區(qū)速度模型Fig.2 Hypo2000positioning velocity model partition

圖3 Hypo2000定位過(guò)渡帶模型Fig.3 Hypo2000positioned transition zone model

（2）震前龍門(mén)山斷裂帶北端即北川以北，沒(méi)有太多地震，主要還是活躍在中南部映秀地帶，汶川8·0級(jí)地震也發(fā)生在這個(gè)地區(qū)。震后余震沿龍門(mén)山斷裂帶往北，北川以北出現(xiàn)了較多的余震。

（3）震后較震前定位結(jié)果比較，震中分布圖像更加集中，震前主震發(fā)生在破裂帶南端，重定位震中分布圖像顯示，此次地震為單向破裂，地震的主發(fā)震構(gòu)造為龍門(mén)山中央斷裂，余震基本分布在斷層上盤(pán)，地震斷層大致與龍門(mén)山中央斷裂一致，但在青川縣以北，余震分布偏離龍門(mén)山中央斷裂向西發(fā)展，并穿過(guò)青川～平武斷裂，沿該斷裂繼續(xù)向北分布。

（4）汶川8·0級(jí)地震前龍門(mén)山斷裂帶中南段地震活動(dòng)性明顯較北段活動(dòng)性強(qiáng)；越靠近主震發(fā)震區(qū)域，隨著區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的逐漸增強(qiáng)，主震周?chē)恼鹑夯顒?dòng)有增多的跡象。汶川8·0級(jí)地震余震的震中沿北東～南西向分布，總長(zhǎng)度約300km，余震主要集中在龍門(mén)山斷裂帶中央斷裂上；在北川以北余震帶主要集中在中央斷裂以西，向平武～青川斷裂偏移，向北橫穿了平武～青川斷裂。根據(jù)余震震中分布圖的線(xiàn)性分布特征，推斷后山斷裂和青川平武斷裂之間可能存在一條隱伏斷裂帶。

1.4 2008.5～2011.3地震深度剖面圖選?。ㄒ?jiàn)圖6）

從震后的震中分布圖上看出，地震序列的主要發(fā)震構(gòu)造為龍門(mén)山中央斷裂，主震和大部份余震都發(fā)生在該斷裂。2008年5月12日主震位于余震區(qū)最南端，有較明顯的單側(cè)破裂特征。龍門(mén)山斷裂構(gòu)造結(jié)合地震的分段活動(dòng)特性，垂直于斷裂帶的走向選取五個(gè)剖面：AA′、BB′、CC′、DD′、EE′段。

（1）AA′段位于龍門(mén)山斷裂帶的最北端，包括文縣、青川、劍閣等地區(qū)。

（2）BB′段處于龍門(mén)山斷裂帶北端，包括平武江油等地區(qū)。

（3）CC′段包括北川、安縣、綿陽(yáng)等地區(qū)。DD′段包括茂汶、漢旺、綿竹等地區(qū)。

（4）EE′段包括理縣、映秀、都江堰、彭州等地區(qū)，主震發(fā)生在此。

圖6 震后深度剖面圖選取Fig.6 Depth profile selected after the earthquake

1.5 余震分段討論

（1）AA′剖面（見(jiàn)下頁(yè)圖7）位于龍門(mén)山斷裂帶的最北端，此段是龍門(mén)山斷裂帶北端余震分布最密集處，余震主要分布在青川～平武斷裂和中央斷裂上。F1表示龍門(mén)山后山斷裂；F2表示龍門(mén)山主中央斷裂；F3表示龍門(mén)山山前斷裂；F4表示龍門(mén)山前隱伏斷裂；F5青川～平武斷裂。中央斷裂二側(cè)均有余震分布，余震分布在30km以上，在10km～20km處尤為集中，具有花狀破裂結(jié)構(gòu)，走滑型地震在斷層兩側(cè)的余震分布相對(duì)均勻。

（2）BB′剖面（見(jiàn)下頁(yè)圖8）處于龍門(mén)山斷裂帶北端，此段余震主要分布在青川～平武斷裂和中央斷裂之間，中央斷裂上余震分布較多，主要也是集中在10km～20km。北段的余震分布寬度相對(duì)較窄，可能幾條發(fā)震斷裂的傾角都相對(duì)較陡，是否在青川～平武間有一個(gè)隱伏斷層，這還要作進(jìn)一步的研究。

（3）CC′剖面（見(jiàn)下頁(yè)圖9）余震主要集中在龍門(mén)山中央斷裂偏西方向，震源深度較集中在20km以上，其下有缺震層，推測(cè)為龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶底部滑脫帶。

（4）DD′剖面（見(jiàn)圖10）余震主要集中在龍門(mén)山中央斷裂和山前斷裂之間，震源深度較集中在20 km以上。剖面中央余震比較密集，二邊余震相比要少些。

（5）EE′剖面（見(jiàn)圖11）余震基本覆蓋了龍門(mén)山斷裂的后山斷裂，中央斷裂和前山斷裂，形成疊瓦狀破裂分布，余震主要集中在20km以上。此段含有整個(gè)地震最寬的地區(qū)，這一特征和地表考察破裂一致，在映秀、理縣和黑水有一條北西向的余震帶與龍門(mén)山斷裂帶的分布的捩斷層一致。

2 結(jié)束語(yǔ)

（1）作者用Hypo2000定位程序?qū)堥T(mén)山斷裂帶地區(qū)（29.5°～34°N，101°～106.5°E）十余年（1999年1月1日～2011年3月31日）187個(gè)地震臺(tái)網(wǎng)記錄進(jìn)行了整理、篩選。從輸出的二萬(wàn)多個(gè)大于2·0級(jí)的地震中挑選了八千多個(gè)震相可靠的地震（汶川8·0級(jí)地震前震級(jí)大于2·0的地震4 404個(gè)，震后震級(jí)大于3·0的地震3 903個(gè)）進(jìn)行重新定位。定位得到時(shí)殘差為±0.36s，震源水平距離誤差為±1.04km，深度誤差±2.73km。

（2）通過(guò)Hypo2000定位方法和非均勻速度模型重新定位后我們發(fā)現(xiàn)，重新定位的震源位置得到了改善，無(wú)論是汶川8·0級(jí)地震以前的中小地震還是地震后的余震，重新定位后震源深度主要分布在0km～20km間的上地殼，25km～40km的下地殼也有少量地震發(fā)生，與下地殼存在脆性變形的斷裂活動(dòng)相對(duì)應(yīng)。

（3）汶川8·0級(jí)地震余震的震中沿北東～南西向分布，總長(zhǎng)度約300km，余震主要集中在龍門(mén)山斷裂帶中央斷裂上。在北川以北，余震帶主要集中在中央斷裂以西，向平武～青川斷裂偏移，向北橫穿了平武～青川斷裂。從震源分布在空間的變化上，地震破裂由南向北單側(cè)破裂且存在明顯的分段活動(dòng)性，推測(cè)可能存在逆沖推覆與右旋走滑破裂相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程。從余震深度剖面圖看出，汶川大地震余震的震源深度與震前中小地震的震源深度分布特征相同，地震密集區(qū)總與已知斷層有密切關(guān)系，其中震源的簇狀分布與龍門(mén)山鏟狀斷裂及龍門(mén)山前隱伏鏟狀斷裂有明顯關(guān)系。結(jié)合深度剖面圖，在一定程度上驗(yàn)證了斷層的性質(zhì)，分析出斷層中南段以逆沖為主，北段以走滑為主。

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book=134,ebook=134

1001—1749（2012）03—0272—06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.06

黃玉婷（1987－），女，碩士，從事深部地球物理方面研究。

國(guó)家自然基金（41074062、40839969）

2012－01－05改回日期：2012－03－14