Are there links between the localized deformation in the northeastern section of Wenchuan earthquake source zone and the May 25，2008 Qingchuan strong aftershock?
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摘要: 2008年汶川地震之后，通过InSAR观测到青川县木鱼镇附近存在一个长约为15 km、宽约为10 km、地表位移数十厘米的局部形变区。前人分析认为，该形变区是由MS6.4的青川强余震造成的，但拟合地表形变数据所采用的震源深度和震源机制解与地震学反演的结果具有较大差异。本文利用远震体波和瑞雷波振幅谱进一步测定了青川强余震的震源深度和震源机制解，计算了此次事件造成的地表位移场，认为青川强余震并非造成木鱼镇地区局部形变的直接原因，并讨论该局部形变区可能的成因。Abstract: A localized deformation zone near Muyu town of Qingchuan county was observed on the InSAR interferograms of the great 2008 Wenchuan earthquake. The Muyu deformation zone was about 15 km long and 10 km wide, with line of sight displacement up to dozens of centimeters. Some researchers proposed that the deformation zone is caused by a strong aftershock （MW6.1） in Qingchuan county on May 25, 2008, and they adopted seismic source parameters very different from seismic inversions. To verify reliability of the seismic source inversions, we use teleseismic body wave and local Rayleigh wave spectra to constrain focal depth and fault plane of the strong aftershock. Thereafter, we compute ground displacement and proposed that the aftershock was not the direct cause of the localized deformation zone. Then we discuss some candidate mechanisms which might explain the localized deformation.
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Keywords:
- focal depth /
- source mechanism /
- ground deformation /
- InSAR
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根据美国地质调查局（United States Geological Survey，缩写为USGS）国家地震信息中心（National Earthquake Information Centre，缩写为NEIC）的测定，2021年2月13日14时7分50秒（UTC），日本本州以东发生了一次矩震级高达MW7.2的地震，震中位于（37.745°N，141.749°E），震源深度为49.94 km，这是截至本文发稿时最终更新的定位结果，更新前为（37.686°N，141.992°E），震源深度为54.0 km。美国地质调查局（USGS，2021）和全球矩心矩张量组（GCMT，2021）随后发布了这次地震的矩心矩张量解（表1）。震后48小时内累计发生M＞2.5余震13次，其中最大的余震震级达到MW5.3，主震和余震的深度分布在35—65 km之间。该事件所在区域曾于2011年3月11日发生过MW9.1特大地震（Duputel et al，2012a）并引起破坏性海啸，相较于2011年MW9.1事件，本次事件的位置更靠近西侧，发生在俯冲带较深的区域。
表 1 GCMT，USGS 和本研究所得日本本州东海岸MW7.2地震矩心矩张量解Table 1. The centroid moment tensor solutions for the MW7.2 earthquake in the east coast of Honshu，Janpan，from GCMT，USGS and this study机构 矩张量/（1019 N·m） 矩心参数 Mrr Mtt Mpp Mrt Mrp Mtp τc/s 北纬/° 东经/° 矩心深度/km GCMT （2021） 5.540 −0.647 −4.890 0.269 −1.760 −1.740 9.6 37.60 141.63 50.7 USGS （2021）（W震相） 4.557 −0.220 −4.337 0.724 −0.773 −1.550 13.2 37.63 141.88 60.5 USGS （2021）（体波） 5.964 −1.531 −4.434 0.313 −2.151 −1.156 − 37.75 141.72 50.6 本文 8.588 −0.147 −8.440 −0.217 −2.755 −1.000 12.0 37.65 141.45 50.0 基于对该事件震级、噪声水平及空间分辨率的综合考虑，我们收集了震中距处于34.53°—89.92°范围内全球地震台网（Global Seismograph Network，缩写为GSN）和宽频带数字地震台网联盟（International Federation of Digital Seismograph Network，缩写为FDSN） 61个台站的宽频带垂直分量数据作为观测资料，采用AK135模型计算格林函数（Wang，1999）并截取P波数据，根据震级将滤波频带设定为0.01—0.05 Hz。与Kanamori和Rivera （2008）、Duputel等（2012b）以及先前的研究（张喆等，2020）相同，本文采用网格搜索的方法对矩心时空信息进行非线性反演，结果如图1所示。反演结果显示，矩心时间为12 s，矩心水平坐标为（37.65°N，141.45°E），矩心深度为50 km，其中双力偶成分占比接近100%。根据矩心矩张量解（表1，图2），我们也得到了相应的最佳双力偶解（表2）。图3展示了利用反演结果计算的合成波形与观测波形的比较，二者的整体相关系数达到0.93，二次误差为5.785×10−8，大多数台站的相关系数在0.90以上。
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图 1 日本本州东海岸MW7.2地震矩心矩张量解反演过程（a） 矩心时间τc搜索；（b） 矩心水平空间搜索，黄色圆圈表示矩心水平坐标；（c） 矩心深度hc搜索；（d） 矩心相对震中的位置，红色沙滩球表示矩心矩张量解，红色星形表示震中Figure 1. Inversion process of the centroid moment tensor solution for the MW7.2 earthquake in the east coast of Honshu，Japan（a） Search for centroid time τc；（b） Search for the horizontal location of the centroid （yellow circle）；（c） Search for centroid depth hc； （d） The centroid location （beach-ball） with respect to the instrumental epicenter （red hexagon）![]()
图 2 矩心矩张量反演参数以及台站分布与反演结果Figure 2. The parameters of the centroid moment tensor inversion，the station distribution and the inversion results表 2 GCMT，USGS以及本研究得到的日本本州东海岸MW7.2地震的最佳双力偶解Table 2. The best double-couple solutions for the MW7.2 earthquake in the east coast of Honshu，Japan，from USGS，GCMT and this study机构 标量地震矩
/（1019 N·m）双力偶
成分占比节面Ⅰ 节面Ⅱ 走向/° 倾角/° 滑动角/° 走向/° 倾角/° 滑动角/° GCMT （2021） 5.800 99% 192 53 80 28 38 103 USGS （2021）（W震相） 4.831 96% 187 49 74 30 43 107 USGS （2021）（体波） 5.903 61% 191 55 82 25 35 102 本文 9.008 100% 186 54 89 7 36 91 ![]()
图 3 观测数据与合成数据的比较Figure 3. Comparison between the observed （blue） and synthetic （red） waveforms与USGS和GCMT的结果（图4）相比，本文反演所得矩心时间12 s介于二者之间，而矩心位置（37.65°N，141.45°E，深度50 km）要更偏向西侧。本文反演得到的标量地震矩达到9.008×1019 N·m，换算为矩震级约MW7.24，高于其它机构（约MW7.1）的结果。此外，本文反演得到矩张量解中双力偶成分占比接近100%，这个数值要略高于GCMT和USGS （W震相）的结果，明显高于USGS （体波）发布的结果。从最佳双力偶解所确定的断层面来看，本研究的走向和倾角与其它研究结果近似，滑动角上存在接近10°的差异。经反复测试我们认为滑动角、矩心位置与其它研究结果的差异与观测资料、滤波频带的不同以及参考震中（Preliminary Determination Epicenter，缩写为PDE）的变更相关。从本文反演得到的震源机制解来看这是一次纯逆冲事件。
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图 4 2011年MW9.1地震（灰色沙滩球）后M＞2.5事件以及本州东海岸MW7.2地震的余震分布和各机构发布的该主震的矩心矩张量反演结果Figure 4. The centroid moment tensor solutions （colored beach-balls） from various institutions and aftershocks of the MW7.2 earthquake in east coast of Honshu as well as the M＞2.5 earthquakes since the 2011 MW9.1 earthquake （gray beach-ball）本研究使用的数字波形数据均通过地震学联合研究会（Incorporated Research Institutions for Seismology，缩写为IRIS）数据中心获取，震源机制数据分别来自于全球矩心矩张量（GCMT）和美国地质调查局（USGS），余震数据来自于美国地质调查局（USGS），作者在此表示感谢！
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图 1 汶川地震震源区东北端InSAR位移场及余震分布(修改自Hashimoto et al，2009 )
Figure 1. Deformation observed by InSAR and after-shocks (circles) in the northeastern section of Wenchuan earthquake source zone（modified from Hashimoto et al, 2009 ）
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图 2 青川强余震及用于震源参数反演的远震台站分布（a）和波形拟合残差随深度分布（b）
Figure 2. Teleseismic stations and the Qingchuan strong aftershocks （a） as well as waveforms misfit versus depth （b）
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图 3 青川强余震震源机制解及CAPtel反演后的远震体波观测波形（黑色）与理论波形（红色）对比图
台网及台站代号标记在波形左侧上方，台站下方分别为震中距/方位角，波形下方的两行数字分别为波形对齐所需的时移 （上行）和相关系数百分值 （下行）
Figure 3. Comparison between observed (black) and synthetic (red) seismograms after the CAPtel inversion of the Qingchuan strong aftershock.
Seismic network and stations are labeled to the left of the traces，while epicentral distance and azimuth are displayed below the station code，time shift （above） and percentile of cross correlation coefficient （below） are displayed under the waveforms
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图 4 ABKT地震台的远震直达P波及其深度震相观测与理论波形对比
P波按照实际到时对齐，理论地震图所使用的深度标记于波形的下方
Figure 4. Observed and synthetic P，pP and sP for station ABKT
The waveforms are aligned on onset of P wave，and the focal depth used in synthetics are displayed below each trace
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图 5 恩施地震台的三分量波形对比
Figure 5. Comparison among radial，tangential and vertical waveform recorded by station ENH
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图 6 恩施台的振幅谱 （a），频散曲线测量图 （b） 以及时间域地震波形图 （c）
Figure 6. Spectral amplitude versus period （a），group velocity versus period （b） and seismograms （c） at station ENH
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图 7 恩施台的瑞雷波频谱极小点周期与震源深度的关系
Figure 7. The dependence of period at spectral null and focal depth
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图 8 不同质心深度时的InSAR位移场
断层位错上端点深度分别为 6.02 km （a）， 11.02 km （b）， 16.02 km （c）及21.02 km （d）
Figure 8. Prediction InSAR deformation with different depths
The depth of the upper edge of the ruptured fault is placed at 6.02 km （a），11.02 km （b）， 16.02 km （c） and 21.02 km （d），respectively
表 1 汶川强余震目录
Table 1 Catalog of strong aftershocks of the Wenchuan earthquake
序号 发震时刻 （UTC） 震中位置 震源
深度/kmMS MS7 mL mb mB MW 年-月-日 时：分：秒 东经/° 北纬/° 1 2008-05-12 06：43：14 103.82 31.27 14 6.3 5.9 5.7 6.2 6.3 2 2008-05-12 06：54：16 103.59 31.26 13 5.8 5.8 5.3 5.8 6.2 3 2008-05-12 11：11：01 103.67 31.26 14 6.3 6.2 5.8 5.8 6.2 6.1 4 2008-05-13 07：07：08 103.42 30.95 14 6.1 5.9 5.7 5.6 6.0 5 2008-05-17 17：08：24 105.08 32.20 13 6.1 5.9 5.9 5.5 6.1 6 2008-05-25 08：21：47 105.48 32.55 14 6.4 6.2 6.3 5.7 6.1 6.1 7 2008-07-24 07：09：27 105.61 32.76 10 6.0 5.6 5.7 5.7 5.7 8 2008-08-01 08：32：41 104.85 32.02 14 6.2 6.0 5.9 5.6 6.1 9 2008-08-05 09：49：15 105.61 32.72 13 6.5 6.3 6.0 5.8 6.3 6.0 注：表中序号为3，6，9的数据来自GCMT （2008），其余来自中国地震台网中心 （2008）。 
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表 2 2008年5月25日青川MW6.1余震震源参数对比
Table 2 The source parameters of the May 25，2008 MW6.1 Qinchuan aftershock from various authors or agencies
数据来源 震中位置 深度/km 节面Ⅰ 节面Ⅱ 东经/° 北纬/° 走向/° 倾角/° 滑动角/° 走向/° 倾角/° 滑动角/° GCMT （2008） 105.45 32.57 27 59 84 178 149 88 6 郑勇等 （2009） 105.39 32.62 18 63 64 −171 329 82 −26 郭祥云等 （2010） 251 74 170 344 80 16 吕坚等 （2008） 105.37 32.62 19* 中国地震台网中心 （2008） 105.48 32.55 14* 注：深度为质心深度，标*为破裂起始深度。
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表 3 理论地震图及地表形变使用的速度结构模型
Table 3 Crustal structure used in this study
底部深度/km vP/(km·s−1） vS/（km·s−1） 密度/（103 kg·m−3） 1 2.50 1.00 1.20 2 4.00 2.10 2.40 22 6.10 3.50 2.75 42 6.30 3.60 2.80 46 7.20 4.00 3.10 ∞ 8.00 4.47 3.35
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期刊类型引用(4)
1. 陈长龙，刘启方. 三种非线性时变识别方法的对比研究——以2021年日本福岛地震为例. 地震工程学报. 2023(02): 372-381 . 
百度学术
2. 吴双兰，野津厚，長坂陽介. 2021年日本福岛县冲地震的震源破裂过程分析——基于采用经验格林函数方法的波形反演. 世界地震工程. 2021(02): 1-12 . 百度学术
3. 徐志国，梁姗姗，张广伟，梁建宏，邹立晔，李旭茂，陈彦含. 2021年5月22日青海玛多M_S7.4地震发震构造分析. 地球物理学报. 2021(08): 2657-2670 . 百度学术
4. 张喆，许力生. 2021年青海玛多M_W7.5地震矩心矩张量解. 地震学报. 2021(03): 387-391 . 本站查看
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