Wei Yang　Zhigang Peng　Baoshan Wang Zefeng Li　Songyong Yuan

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利用斷裂帶首波獲得2010年MW6.9玉樹(shù)地震斷裂帶的速度差異

Wei YangZhigang PengBaoshan Wang Zefeng LiSongyong Yuan

摘要斷裂帶首波(FZHW)沿著存在巖性差異的斷裂面?zhèn)鞑ィ瑸閿嗔褞卣餮芯刻峁┝烁呔鹊男畔?。本文利?010年4月13日(世界時(shí))MW6.9玉樹(shù)地震的余震資料對(duì)甘孜—玉樹(shù)斷裂帶(GYF)進(jìn)行了定量分析。與直達(dá)P波波形相比，斷裂帶首波具有振幅低、周期長(zhǎng)和初至極性相反等特征。結(jié)隆盆地是一個(gè)拉張性盆地且被隆寶湖填充，在盆地邊緣兩側(cè)斷裂帶附近的4個(gè)臺(tái)站觀測(cè)到了斷裂帶首波。直達(dá)P波和斷裂帶首波之間的走時(shí)差隨著沿?cái)嗔衙娴木嚯x呈線性增加，相應(yīng)的速度差異為5%～8%，但我們沒(méi)有觀測(cè)到走時(shí)差隨震源深度的變化，結(jié)果顯示拉張盆地形成了一個(gè)地表淺層幾千米的低速區(qū)。主震震中往東南方向的速度差異很小(1%～3%)，與野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地震成像的結(jié)果較一致。

關(guān)鍵詞巖性差異界面甘孜—玉樹(shù)斷裂帶斷裂帶首波速度差異低速區(qū)

0引言

沿著斷裂帶的巖性差異通常會(huì)產(chǎn)生兩側(cè)存在巖性差異較大的斷層界面，這可能會(huì)導(dǎo)致地震波輻射和傳播的顯著差異。作為一個(gè)例子，地震波可在地震波速度較快的一側(cè)產(chǎn)生折射(初至極性)，進(jìn)而從斷層界面?zhèn)鞑サ剿俣容^慢的一側(cè)。超過(guò)臨界距離，折射波會(huì)比直接波更先到達(dá)，也被稱為斷裂帶首波，出現(xiàn)波形的初至極性與直達(dá)波的相反(Ben-Zion and Malin，1991)。因?yàn)閿嗔褞撞ㄖ饕刂鴶鄬咏缑鎮(zhèn)鞑?，它們?yōu)檎鹪瓷疃纫陨系乃俣炔町愄峁┝祟~外的重要信息。

目前，斷裂帶首波已經(jīng)在幾個(gè)板塊邊界的斷層附近被觀測(cè)到。這些斷層包括在帕克菲爾德的圣安德烈斯斷層(SAF)(Ben-Zion and Malin，1991；Zhaoetal，2010)和霍利斯特?cái)鄬拥哪喜?McGuire and Ben-Zion，2005；Lewisetal，2007)、卡拉韋拉斯斷層(Zhao and Peng，2008)和在海灣地區(qū)的海沃德斷層(Allametal，2014)，以及土耳其西北部的北安納托利亞斷層(NAF)(Bulutetal，2012；Najdahmadietal，2014)。斷裂帶首波也可在板塊內(nèi)存在速度差異的界面產(chǎn)生(Houghetal，1994)。本文

討論的就是這樣一個(gè)例子，我們?cè)?010年MW6.9玉樹(shù)地震斷裂帶(圖1)上進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。

選擇該區(qū)域主要原因是主震發(fā)生后，布設(shè)了密集的流動(dòng)地震觀測(cè)臺(tái)站，記錄了豐富的余震數(shù)據(jù)(第1節(jié))。另外，最近的成像研究也表明，該區(qū)域在約10km以下存在明顯的速度差異(Wangetal，2013)。本文首先介紹了研究區(qū)域的構(gòu)造背景和地震臺(tái)站分布，接著對(duì)分析過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，給出了該區(qū)域存在斷裂帶首波的證據(jù)，并估算了速度差異。最后，我們對(duì)觀測(cè)到的速度差異和與地震破裂特性之間的可能性關(guān)系進(jìn)行了討論。

1研究區(qū)域與地震數(shù)據(jù)

甘孜—玉樹(shù)斷裂帶是一個(gè)左旋兼走滑的斷層，在青藏高原東部將東北側(cè)的巴顏喀拉塊體(NE)和西南側(cè)的羌塘地塊(SW)分隔(圖1)。甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的玉樹(shù)段在全新世的左旋走滑速率估計(jì)是7.3～12mm/a(Zhou and Ma，1996；Wenetal，2003)。甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的西部由結(jié)隆盆地周圍的兩個(gè)斷層分支組成(圖1)，結(jié)隆盆地是由甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的拉張作用產(chǎn)生的一個(gè)盆地，部分被隆寶湖所填充(Wangetal，2008)。

從20世紀(jì)開(kāi)始，在巴顏喀拉塊體周圍發(fā)生了超過(guò)10次MS≥7.0的強(qiáng)震(Chenetal，2010)，包括2008年在四川盆地邊界附近發(fā)生的汶川MW7.9(MS8.0)地震。另一個(gè)主要的事件是2010年4月發(fā)生在甘孜—玉樹(shù)斷裂帶，其中玉樹(shù)段破裂到地表，震中在中國(guó)青海省玉樹(shù)縣結(jié)古鎮(zhèn)往西約40km處。主震和最大余震(MW6.0)導(dǎo)致沿著走向310°～320°破裂了約70km長(zhǎng)(Chenetal，2010；Lietal，2012；Xuetal，2013)。地表破裂可以分為兩段(圖1)：一段是主震震中往西北方向在結(jié)隆段破裂長(zhǎng)約15km，另一段是震中往東南方向在結(jié)古段破裂約30km長(zhǎng)，中間是拉張的結(jié)隆盆地。

Wang和Mori(2012)分析了在結(jié)古鎮(zhèn)附近的YUS固定臺(tái)站和遠(yuǎn)震臺(tái)站記錄的波形，表明主震破裂往東南方向的部分破裂是超剪切破裂(即破裂速度比局部剪切波速度快)。這可以部分解釋在破裂方向的結(jié)古鎮(zhèn)的嚴(yán)重?fù)p害。Yokota等(2012)基于遠(yuǎn)震和InSAR數(shù)據(jù)聯(lián)合反演，也發(fā)現(xiàn)了類似的超剪切破裂的證據(jù)。另外，Zhang等(2013)也進(jìn)行了類似的聯(lián)合反演，卻發(fā)現(xiàn)沒(méi)有證據(jù)支持是超剪切破裂。

主震發(fā)生20天后，中國(guó)地震局(CEA)的科研人員在主震破裂帶周圍布設(shè)了26個(gè)流動(dòng)地震觀測(cè)臺(tái)站，以監(jiān)測(cè)后續(xù)的余震事件。特別是其中的10個(gè)臺(tái)站分布在甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的兩側(cè)(9個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站和1個(gè)YUS固定臺(tái)站)，位置分布圖見(jiàn)圖1。每個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站的設(shè)備有一個(gè)RefTek-130B數(shù)據(jù)采集器和Guralp-3ESPC三分量寬頻帶地震儀，地震儀的平坦頻率響應(yīng)是0.016(60s)～50Hz。YUS固定地震臺(tái)站架設(shè)的是三分量的KS2000型寬頻帶地震計(jì)，平坦頻率響應(yīng)是0.008 3(120s)～50Hz。流動(dòng)和固定地震臺(tái)站的采樣率均為100sps。在觀測(cè)期間(2010年5月至11月)，一共記錄約2 000次余震事件(Wangetal，2013，2014)，為在該區(qū)域開(kāi)展斷層帶精細(xì)結(jié)構(gòu)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2分析步驟

分析步驟通常按照以前斷裂帶首波的研究(Zhaoetal，2010；Allametal，2014)。首先在甘孜—玉樹(shù)斷裂帶兩側(cè)選擇了10個(gè)地震臺(tái)站(圖1，表S1)。接著挑選具有較高信噪比(SNR)的波形事件，然后手動(dòng)拾取直達(dá)P波的到時(shí)。為了避免斷裂帶首波受到數(shù)字濾波潛在的影響，對(duì)數(shù)據(jù)只去除均值，不進(jìn)行濾波(Allametal，2014)。斷裂帶首波比直達(dá)體波的高頻成分要少(Ben-Zion，1990)，因此識(shí)別為低振幅的初至波，信號(hào)頻率較低，與直達(dá)P波極性相反。我們還對(duì)相近事件的震相拾取進(jìn)行了檢查，以確保手動(dòng)拾取的一致性。

圖1　玉樹(shù)MW6.9地震周圍研究區(qū)域分布圖。紅色和綠色五角星的位置分別代表2010年玉樹(shù)MW6.9地震主震和最大余震(MW6.0)的震中。震源機(jī)制解源于全球質(zhì)心矩張量地震目錄(http：//www.globalcmt.org)。黑實(shí)線表示該區(qū)域的斷裂帶，紅實(shí)線表示沿?cái)嗔褞У牡乇砥屏?Guo et al，2012)，灰色區(qū)域表示結(jié)隆盆地(Wang et al，2008)，藍(lán)綠色實(shí)線表示研究過(guò)程中簡(jiǎn)化的斷層面(走向294.95°)。三角形表示地震觀測(cè)臺(tái)站，其中藍(lán)色的三角表示記錄到斷裂帶首波的地震臺(tái)站。圓點(diǎn)表示觀測(cè)到斷裂帶首波的地震事件，黃色是重新精定位的事件，灰色是使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)定位的事件。插圖顯示的是青藏高原更大的圖(該圖的彩色解釋，讀者可以參考本文的網(wǎng)絡(luò)版)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所識(shí)別的斷裂帶首波震相，我們將斷裂帶首波和直達(dá)P波在水平分量上進(jìn)行偏振極化分析(Bulutetal，2012)。在理論上，直達(dá)P波的偏振方向是沿著震源距方向，而斷裂帶首波從斷層界面折射到速度較慢一側(cè)的臺(tái)站，因此，當(dāng)斷裂帶首波到達(dá)臺(tái)站時(shí)偏振方向是傾斜于斷層面的。利用在水平方向上的極化特征差異來(lái)區(qū)分?jǐn)嗔褞撞ê椭边_(dá)P波的震相到達(dá)。

震相識(shí)別后獲得了斷裂帶首波和直達(dá)P波之間的走時(shí)差(Δt)或時(shí)差，然后可對(duì)一個(gè)給定的臺(tái)站進(jìn)行平均速度差異的估算。Ben-Zion和Malin(1991)給出了走時(shí)差(Δt)與沿?cái)鄬用娴木嚯x(r)之間的關(guān)系：

(1)

式中Δα和α分別表示首波與直達(dá)P波之間的速度差和平均P波速度。如果我們把研究區(qū)域的平均速度(α)設(shè)定為常數(shù)，就可以根據(jù)公式(1)利用走時(shí)差數(shù)據(jù)通過(guò)線性回歸分析擬合來(lái)估算沿?cái)鄬用娴钠骄俣炔町?Δα/α)。

3結(jié)果

在被選擇進(jìn)行分析的10個(gè)臺(tái)站中，L6303臺(tái)站位于甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的西南側(cè)，YS01，ys03，YUS和YS07位于東北側(cè)。其余的5個(gè)臺(tái)站(ys02，L6304，YS04，YS05和YS06)在地表破裂帶上或者非常接近地表破裂帶(圖1)，因此被視為在斷裂帶(FZ)上的臺(tái)站。記錄到的1 682個(gè)余震事件共產(chǎn)生了49 020個(gè)波形，其中1 248個(gè)事件的位置從采用雙差定位的地震目錄中獲得(Wangetal，2014)，剩余的434個(gè)事件的位置使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)的地震目錄獲得(圖1)。

圖2　(a)和(b)分別是ys02和L6304臺(tái)站記錄到的沿?cái)嗔褞Ь嚯x與斷裂帶首波和直達(dá)P波的走時(shí)差圖。其中紅色豎直的虛線標(biāo)記直達(dá)P波的初至，紅色和藍(lán)色的圓點(diǎn)分別表示沿?cái)嗔褞鞅焙蜄|南方向的斷裂帶首波初至；(c)和(d)分別是(a)和(b)相對(duì)應(yīng)的斷裂帶首波與直達(dá)P波走時(shí)差與沿?cái)鄬用婢嚯x的關(guān)系。黑色的實(shí)線表示最小線性擬合的斜率，可靠度優(yōu)于95%(該圖的彩色解釋，讀者可以參考本文的網(wǎng)絡(luò)版)

通過(guò)系統(tǒng)的分析后，在6個(gè)臺(tái)站(ys02，L6304，ys03，YS04，YS05和YS06)的記錄上識(shí)別到了斷裂帶首波，然后對(duì)10個(gè)臺(tái)站進(jìn)行波形和相應(yīng)的震相拾取檢查以確保手動(dòng)拾取的一致性(圖S1)，并與直達(dá)P波在水平方向上的極化特征進(jìn)行對(duì)比分析以進(jìn)一步確認(rèn)觀測(cè)到了斷裂帶首波(圖S2，S3)。最后，拾取到485個(gè)斷裂帶首波震相到時(shí)以及相應(yīng)的直達(dá)P波震相。其中，ys02和L6304臺(tái)站分別記錄到234和97個(gè)事件，記錄的斷裂帶首波和直達(dá)P波的波形和到達(dá)時(shí)間見(jiàn)圖2。將直達(dá)P波的震相調(diào)整對(duì)齊后，在這兩個(gè)臺(tái)站記錄的斷裂帶首波到時(shí)與沿?cái)鄬用娴膫鞑ゾ嚯x具有一定的線性關(guān)系。

為進(jìn)一步估算平均速度差異，我們首先根據(jù)公式(1)將數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘線性擬合。正如前人所做的工作(Zhao and Peng，2008；Zhaoetal，2010；Allametal，2014)，我們利用發(fā)生在臺(tái)站西北方向或東南方向的地震事件信息來(lái)擬合從臺(tái)站往兩個(gè)方向各自的速度差異，該研究區(qū)域的平均速度取為5.5km/s(Liuetal，2012；Wangetal，2013)，估算ys02臺(tái)站往西北和東南方向的平均速度差異分別約為7.65%和5.13%。相比之下，在L6304臺(tái)站往兩個(gè)方向的平均速度差異分別約為7.9%和6.72%，比ys02臺(tái)站的略大一些。其他觀測(cè)到斷裂帶首波和沒(méi)有斷裂帶首波的例子請(qǐng)見(jiàn)網(wǎng)上補(bǔ)充材料(圖S4，S5)。

為進(jìn)一步確認(rèn)我們手動(dòng)拾取的斷裂帶首波震相的可靠性，我們也采用了最近開(kāi)發(fā)的自動(dòng)拾取斷裂帶首波的程序(Li and Peng，2015，已投稿)來(lái)分析ys02和L6304臺(tái)站記錄的波形，在斷裂帶首波的震相拾取和數(shù)量上有所不同，但總體上的形態(tài)和估算的速度差異是相似的，如圖S6所示。

圖3給出了6個(gè)臺(tái)站記錄的斷裂帶首波和直達(dá)P波之間獲得的走時(shí)差的空間分布。產(chǎn)生斷裂帶首波的地震事件主要集中在兩個(gè)地方：一個(gè)是在ys02臺(tái)站沿?cái)鄬幼呦蛲鞅狈较?40km～-25km的范圍，另一個(gè)是在L6304臺(tái)站的下方和東南方向-5km～15km的范圍，震源深度主要集中在12km以上?？偟膩?lái)說(shuō)，斷裂帶首波與直達(dá)P波之間的走時(shí)差隨沿?cái)鄬用婢嚯x的增加而增加，說(shuō)明存在一個(gè)連續(xù)的巖性差異界面。然而，我們也觀測(cè)到明顯的空間變化。例如，在-32km處的群體事件在ys02臺(tái)站記錄產(chǎn)生高達(dá)0.5s的時(shí)間延遲，而在ys03臺(tái)站記錄僅約為0.3s，盡管ys03臺(tái)站沿?cái)鄬幼呦虻木嚯x幾乎是ys02臺(tái)站的兩倍。

圖4a給出了該研究區(qū)域10個(gè)臺(tái)站的平均速度差異特征?？傮w來(lái)說(shuō)，在主震震中往東南方向的速度差異為1%～3%，震中附近和往西北方向的速度差異(5%～8%)更大。在主震震中附近，ys02和L6304臺(tái)站觀測(cè)到的速度差異比ys03和YS04的大。另外，在拉張性結(jié)隆盆地的兩側(cè)臺(tái)站(西南側(cè)的ys02和YS04臺(tái)站，東北側(cè)的L6304和ys03臺(tái)站)都有觀測(cè)到了斷裂帶首波的證據(jù)。然而，較遠(yuǎn)的臺(tái)站(YS01，YS07，YUS和L6303)沒(méi)有任何觀測(cè)到斷裂帶首波的明顯證據(jù)(圖S5)。同震滑移主要發(fā)生在主震震中的東南方向，最大滑動(dòng)位移量高達(dá)約1.5m(圖4b)。然而，最大的速度差異(約8%)是在主震震中附近的L6304臺(tái)站觀測(cè)到，在最大同震滑移帶附近的YS05和YS06臺(tái)站觀測(cè)到的速度差異較小(小于3%)，表明觀測(cè)到的速度差異與主震滑移之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。

最后還研究了震源深度與走時(shí)差Δt(直達(dá)P波和斷裂帶首波)之間的關(guān)系。為了消除沿走向變化的影響，我們只選擇了到臺(tái)站的震中距小于5km的事件。如圖5所示，沒(méi)有觀測(cè)到走時(shí)差Δt隨震源深度的增加而變化。

4討論

我們對(duì)2010年MW6.9玉樹(shù)地震沿破裂帶進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)沿?cái)嗔褞ё呦蛏系乃俣炔町惔嬖诎俜种畮琢考?jí)的變化。在主震震中附近的結(jié)隆盆地周圍的臺(tái)站觀測(cè)到5%～8%較大的速度差異。相比之下，在震中往東南方向沿著結(jié)古段只有1%～3%的速度差異。觀測(cè)獲得的速度差異值與那些在板塊邊界的斷裂帶所觀測(cè)到的相類似，沿帕克菲爾德的圣安德烈斯斷層段的速度差異范圍為5%～10%(Ben-Zion and Malin，1991；Zhaoetal，2010)，在卡拉韋拉斯斷層帶的差異為3%～12%(Zhao and Peng，2008)，在海沃德斷層帶為3%～8%(Allametal，2014)，在北安納托利亞斷層帶的差異約為6%(Bulutetal，2012)。

圖3　記錄到斷裂帶首波的6個(gè)臺(tái)站的地震事件分布概括圖。每個(gè)事件震中的顏色表示斷裂帶首波和直達(dá)P波的走時(shí)差幅度。記錄到斷裂帶首波的地震事件主要分布在玉樹(shù)地震主震的西北端和震中附近，震源深度主要分布在12km之上(該圖的彩色解釋，讀者可以參考本文的網(wǎng)絡(luò)版)

Wang等(2013)對(duì)同一研究區(qū)域進(jìn)行了層析成像反演，發(fā)現(xiàn)在破裂帶的西北部(結(jié)隆段)延伸至約10km深度存在明顯的速度差異。他們發(fā)現(xiàn)在巴顏喀拉塊體的P波速度比在羌塘地塊快達(dá)8%。然而，他們并沒(méi)有在破裂區(qū)的東南部(結(jié)古段)發(fā)現(xiàn)有明顯的速度差異。這與我們?cè)诮Y(jié)古段沒(méi)有觀測(cè)到明顯的速度差異基本一致。最近的觀測(cè)(Wangetal，2008)也認(rèn)為，雖然甘孜—玉樹(shù)斷裂帶的東南段是地貌邊界，但兩側(cè)的巖石非常相似，主要是深綠色的火山巖夾雜著巴塘形變產(chǎn)生的雜砂巖。

圖4　(a)沿?cái)嗔褞в涗浀綌嗔褞撞ǖ乃信_(tái)站估算的速度差異圖。綠色和黃色箭頭分別表示不同臺(tái)站沿?cái)鄬用嫱鞅焙蜄|南方向的速度差異值，箭頭的長(zhǎng)短與速度差異的百分?jǐn)?shù)成正比，其他的標(biāo)記與圖1相同；(b)沿?cái)嗔褞У闹髡鸹品植?Li et al，2011)。紅色的虛線方框表示結(jié)隆盆地可能在地下形成的低速區(qū)，小的灰色空心圓表示該區(qū)域產(chǎn)生斷裂帶首波的余震事件震中位置，紅色五角星表示MW6.9主震的震中位置。黑色和灰色的空心圓表示重新精定位的地震事件(Wang et al，2014)。插圖給出了沿?cái)嗔褞?26.5km～-38.5km(或投影的中心點(diǎn)是N33.32°，E96.23°，投影的方位角為23°，范圍為-6km～6km)的地震事件位置界面圖。紅色虛線表示由地震事件勾畫楔形構(gòu)造的可能證據(jù)(該圖的彩色解釋，讀者可以參考本文的網(wǎng)絡(luò)版)

也許這項(xiàng)研究最有趣的發(fā)現(xiàn)是在主震震中附近的結(jié)隆盆地兩側(cè)的臺(tái)站都記錄到了明顯的斷裂帶首波。因此，我們的觀測(cè)結(jié)果不能簡(jiǎn)單地用一個(gè)單一的巖性差異斷層面來(lái)解釋。如同前面曾提到的，結(jié)隆盆地是一個(gè)拉張性盆地，且是由兩個(gè)斷層為界，目前被隆寶湖所填充。在該盆地下方的物質(zhì)可能包括沉積物或飽和水的破碎介質(zhì)，導(dǎo)致形成了一個(gè)低速區(qū)，至少在地殼上層的幾千米，這是非常有可能的。Wang等(2014)利用雙差定位算法對(duì)余震事件進(jìn)行了重新定位，發(fā)現(xiàn)在該研究區(qū)域的余震事件呈楔形分布延伸到震源深度(圖4b)。此外，在2010年玉樹(shù)地震之前的詳細(xì)野外調(diào)查研究(Wangetal，2008)表明，在盆地東北側(cè)的斷裂段是呈約50°下侵到西南側(cè)，下盤(羌塘塊體)新近系紅砂巖床層和上盤(巴顏喀拉塊體)三疊系深綠色的火山碎屑巖相互在一起。拉張盆地沿?cái)鄬油鞅狈较蛑辽傺由煊?5km，很有可能在巴顏喀拉塊體和羌塘塊體之間形成了一個(gè)楔形的低速區(qū)，在盆地邊界附近產(chǎn)生了兩個(gè)巖性差異界面。位于低速區(qū)里或附近的臺(tái)站有望最先記錄到沿著波速較快塊體一側(cè)折射或從低速區(qū)底部衍射過(guò)來(lái)的波(Yang and Zhu，2010)，其次是直達(dá)P波或在低速區(qū)里傳播的圍陷P波(Ellsworth and Malin，2011)。這與最近的數(shù)值模擬相一致，在整個(gè)地震周期拉張斷層內(nèi)的物質(zhì)破壞(即降低剛度和速度)到更大的深度(Finzietal，2009)。注意到走時(shí)差Δt沒(méi)有隨著震源深度的增加而增加(圖5)，這表明低速區(qū)可能只存在于淺表層幾千米，而沒(méi)有延伸到震源深度。

在橫向介質(zhì)的莫霍面或殼內(nèi)界面也會(huì)產(chǎn)生首波(Stein and Wysession，2003)。但是只在斷層帶里或非常接近斷裂帶的臺(tái)站記錄到清晰的斷裂帶首波，在較遠(yuǎn)的臺(tái)站(YS01，YUS，YS07和L6303)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何表明首波的證據(jù)。另外，水平極化方向不是斜交于斷層面方向(圖S2，S3)。此外，在離斷層帶較遠(yuǎn)的臺(tái)站記錄的波形簡(jiǎn)單，說(shuō)明在斷層帶的臺(tái)站記錄的復(fù)雜波形不是震源效應(yīng)引起的。因此，最有可能的結(jié)構(gòu)是一個(gè)存在巖性差異的垂直界面，而不是一個(gè)水平界面。

為進(jìn)一步探討淺表層低速區(qū)的解釋，我們也檢查了所有觀測(cè)到斷裂帶首波事件的6個(gè)臺(tái)站的水平分量的初始質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖S7所示，ys02，ys03和YS04等幾個(gè)臺(tái)站的初始極化并不是沿著震源距或斷層走向方向，但與斷層走向存在不同的角度，說(shuō)明第一個(gè)到達(dá)的地震波是在低速區(qū)外的介質(zhì)里傳播。在L6304臺(tái)站的圖形特征不是很清晰(圖S7)。因此，極化結(jié)果與低速區(qū)的解釋部分一致。

存在巖性差異的斷層界面將影響地震震源特征的多個(gè)方面，包括對(duì)于一個(gè)非超剪切破裂在波速較慢塊體的滑移方向?qū)?huì)產(chǎn)生首選的破裂方向(Ben-Zion，2001；Ampuero and Ben-Zion，2008)。而對(duì)于超剪切破裂，傳播方向?qū)⑾喾?Weertman，2002；Shi and Ben-Zion，2006)。最近的一些研究表明，MW4.7前震、MW6.9玉樹(shù)主震和MW6.0余震都是在結(jié)隆盆地周圍起始(Lüetal，2011)。詳細(xì)的野外調(diào)查也證實(shí)結(jié)隆盆地南部18km的地表破裂與MW6.0余震相關(guān)(Lietal，2012)。因?yàn)椴ㄋ佥^慢的塊體(結(jié)隆盆地)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是往西北方向，MW6.0余震破裂往西北方向的傳播與首選的破裂方向一致。另一方面，由于從低速區(qū)觀測(cè)到的速度差異主要在地殼表層幾千米，而在該段的大多數(shù)滑移都在5km以下(Lietal，2011)，低速區(qū)的存在與否對(duì)破裂方向的影響不是很清楚。

主震破裂主要是往東南方向傳播，這似乎與非超剪切破裂的首選破裂方向一致。然而，主震震中在結(jié)隆盆地北邊傾斜斷層的東北方向，深度在15km～20km(Lüetal，2011)。因此，傾斜斷層不可能在震中附近開(kāi)始破裂。YS05和YS06臺(tái)站分別位于先前繪圖的斷層線和玉樹(shù)主震的地表破裂區(qū)上。推斷的速度差異是1%～3%，主要與結(jié)隆盆地西邊的余震事件相關(guān)(圖3)。另外，在該區(qū)域最近的地震層析成像(Wangetal，2013)和地面成圖(Wangetal，2008)也表明，沿著主震的起始地表破裂的速度差異非常小。因此，在這兩個(gè)臺(tái)站觀測(cè)到斷裂帶首波主要是由于主震震中附近臺(tái)站觀測(cè)到的斷裂帶首波的低速區(qū)產(chǎn)生的。如果是這樣的話，低速區(qū)將延伸到更大的深度已影響到射線路徑(圖3)，這與走時(shí)差隨震源深度的增加而不變不一致(圖5)。總之，玉樹(shù)主震(和最大余震)的初始和主滑移沒(méi)有與該研究中的巖性差異界面特征呈明顯的關(guān)系。

圖5　(a)和(b)分別是ys02和L6304臺(tái)陣記錄到離臺(tái)站5km距離內(nèi)地震事件的斷裂帶首波和直達(dá)P波走時(shí)差與震源深度的關(guān)系圖。紅色實(shí)心圓和垂直虛線分別表示斷裂帶首波和直達(dá)P波的初至(該圖的彩色解釋，讀者可以參考本文的網(wǎng)絡(luò)版)

本文和Hough等(1994)的斷裂帶首波觀測(cè)表明，大多數(shù)斷層，不一定是在板塊邊界上，可能會(huì)產(chǎn)生斷裂帶首波，只要兩側(cè)具有不同的巖性。需要更多的研究來(lái)進(jìn)一步理解存在巖性差異的斷層界面是否(或如何)影響地震的破裂特征(Ampuero and Ben-Zion，2008)。

附錄A補(bǔ)充材料

與本文相關(guān)的補(bǔ)充材料詳見(jiàn)：http：//dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2015.01.043。

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譯 者 簡(jiǎn) 介

楊微(1982—)，男。中國(guó)地震局地球物理研究所副研究員，主要致力于利用人工主動(dòng)源探測(cè)地下結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程研究。E-mail：weiyang05@163.com。

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中國(guó)地震局地球物理研究所楊微譯

中國(guó)地震局地球物理研究所朱玉萍校