地震学报  2010, Vol. 32 Issue (3): 361-365
引用本文
张勇, 许力生, 陈运泰. 2010. 2010年4月14日青海玉树地震破裂过程快速反演. 地震学报, 32 (3): 361-365. doi: 10.3969/j.issn.0253-3782.2010.03.011   
Zhang Y, Xu L SH, Chen Y T. 2010. Fast inversion of rupture process for 14 April 2010 Yushu, Qinghai, earthquake. Acta Seismologica Sinica , 32 (3): 361-365. doi: 10.3969/j.issn.0253-3782.2010.03.011   
2010年4月14日青海玉树地震破裂过程快速反演
张勇, 许力生, 陈运泰    
中国地震局地球物理研究所, 100081
收稿日期 2010-04-30收到初稿， 2010-05-05决定采用修改稿.
基金项目： 中国博士后科学基金项目,中国博士后科学基金项目,中国博士后科学基金项目
通讯联系人,E-mail:xuls@cea-igp.ac.cn
摘要：基于远震资料的破裂过程反演方法, 通过反演2010年4月14日玉树地震的全球宽频带地震垂直向P波波形记录, 先后4次反演得到了玉树地震的破裂过程, 并比较和讨论了这 4次结果.结果表明, 玉树地震的破裂过程具有如下基本特征:①地震主要由两次子事件组成, 分别对应于震中附近以及震中东南方向上的两块滑动量集中的破裂区域, 其中与第2次子事件对应的震中东南方向上滑动集中的区域破裂贯穿至地表;②最大滑动量和最大滑动速率分别为2.1 m和1.1 m/s, 断层滑动速率较大;③玉树地震总体上是一次单侧破裂事件, 破裂从初始破裂点(即仪器测定的震源位置)开始, 主要向震中东南方向扩展, 由“地震多普勒效应”导致在震中东南方向上产生强烈能量聚焦, 是玉树城区遭受严重破坏在震源方面的主要原因.
关键词： 地震破裂过程    快速反演    青海玉树地震    地震应急响应    
Fast inversion of rupture process for 14 April 2010 Yushu, Qinghai, earthquake
Zhang Yong, Xu Lisheng, Chen Yuntai    
Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, 100081
Abstract: Four inversion results of the rupture process of 14 April 2010 Yushu, Qinghai, earthquake, obtained by inverting the broadband seismic data of Global Seismographic Network (GSN) based on the inversion method of earthquake rupture process, was compared and discussed. It is found that the Yushu earthquake has several basic characteristics as follows:①There exist two principal sub-events which correspond to two slip-concentrated patches locating near the hypocenter and to the southeast of the epicenter. The rupture of the slip-concentrated patch to the southeast of the epicenter broken though the ground surface;②The peak slip and peak slip-rate are about 2.1 m and 1.1 m/s, respectively, indicating that the Yushu earthquake is an event with large slip-rate on the fault plane;③Overall the Yushu earthquake is a unilateral rupture event with the rupture mainly propagating southeastward. The strong focusing of the seismic energy in the southeast of the epicenter due to the“seismic Doppler effect”reasonably accounts for the tremendous damage of Yushu city.
Key words: earthquake rupture process    fast inversion    2010 Yushu, Qinghai, earthquake    earthquake emergency response    

据中国国家地震台网中心测定，北京时间2010年4月14日7点49分(协调世界时2010年4月13日23点49分)，在我国青海省玉树藏族自治州发生了MS7.1地震，震中位置33.1°N，96.7°E，震源深度33 km. 地震发生后，作者运用近20年来发展起来的地震破裂过程反演方法(许力生，1995; 许力生，陈运泰，1996; Chen，Xu，2000; Xu et al，2002; 张勇，2008； 张勇等，2008)，快速反演了这次地震的破裂过程，在震后约2.5小时得到了这次地震破裂过程的反演结果. 此次反演完成后，作者注意到国家地震台网中心在测定时预先设定的33 km的震源深度可能过深，因此随后作者基于更多台站的数据，分别根据USGS和中国国家地震台网测定的震中位置以及预先设定的震源深度(10 km)，在震后约5小时后更新了破裂过程的反演结果. 在玉树地震发生2天之后，我们下载和搜集到更多的记录资料，采用中国国家地震台网确定的震中位置和10 km震源深度再一次对玉树地震的破裂过程进行了反演. 上述3次反演结果作为作者在玉树地震震后应急响应的主要工作的内容，已及时向有关部门上报并在网上发布. 在上述3次反演结果上报与发布后，作者根据中国国家地震台网更新的震中位置(33.2°N，96.6°E)和震源深度(14 km)，再一次反演了玉树地震的破裂过程. 我们在本文中将比较和分析讨论上述4次反演的结果.

反演中采用由IRIS数据中心下载的全球地震台网(GSN)远震宽频带竖直向P波波形数据，运用反射率方法(Kennett，1983)和经过展平变换的IASPEI91速度结构模型(Kennett，Engdahl，1991)计算格林函数. 根据青海玉树地区的构造背景，确定走向南东的节面为发震断层的断层面.

1 断层面参数

参考刘超等(2010)发布的矩张量快速测定结果(节面Ⅰ： 走向119°、 倾角83°、 滑动角-2°； 节面Ⅱ： 走向209°、 倾角88°、 滑动角-173°)，作者在玉树地震破裂过程的反演中都选择了走向南东的节面I为发震断层面. 采用了滑动角可变的破裂过程反演方法(张勇等，2010)反演这次地震的破裂过程.

2 三次震后快速反演结果

图 1是震后2.5小时、 5小时和2天三次反演时所采用的地震台站、 得到的震源时间函数和滑动量分布的结果. 这三次反演所采用的地震台站的数目分别为13、 26和35个. 总体上看，尽管所采用的地震台站数量有所不同，但反演结果仍具有较大的一致性，即： 玉树地震的震源过程主要由两次子事件组成，两次子事件对应着两个在断层面上滑动集中的区域. 这两个滑动集中的区域分别位于震源处和沿走向方向(东南方向)距震源10—40 km处. 这一情况表明，玉树地震是一次以单侧破裂为主的地震事件，破裂主要朝向断层走向方向(南东方向)传播，地震的多普勒效应致使破裂传播方向(震中东南方向)上地震能量强烈聚焦，这是震中东南方向30—40 km的玉树县震灾严重在震源方面的主要原因.

图 1 玉树地震破裂过程快速反演结果(a)震后2.5小时快速反演结果；(b)震后5小时快速反演结果；(c)震后2天的反演结果. 图(a)、(b)和(c)中由上到下依次为震中—台站分布图、 震源时间函数和断层面上滑动量分布图. 图中八角星为震源位置，三角形为地震台站 Fig. 1 Fast inversion results of rupture process of the Yushu earthquake (a)Fast inversion results obtained within 2.5 hours after the occurrence of the Yushu earthquake；(b)fast inversion results obtained within 5 hours after the occurrence of the Yushu earthquake；(c)fast inversion results obtained within 2 days after the occurrence of the Yushu earthquake. From top to bottom in(a)，(b) and (c)are distribution of epicenter and seismic stations，source time function and static slip distribution. Aniseed stars denote the location of epicenter， and triangles denote the seismic stations
3 最新反演结果

图 2为最新反演结果. 图 2a是震中(33.2°N，96.6°E)和35个地震台的位置分布图. 由反演得到的断层面上的滑动量分布(图 2b)可见，地震破裂主要发生在走向119°、 倾向南西(SW)倾角为83°、 长约50—70 km、 宽约30 km的断层面上，滑动角总体上为-4°. 断层面上有两个滑动量集中分布的区域，它们在地面上的投影分别主要位于震中附近(震中西北10 km至震中东南20 km)和震中东南距震中10—40 km处，破裂面积约为1 500 km2. 断层面上最大滑动量达到2.1 m，对应的最大滑动速率约为1.1 m/s，该点位于震中附近滑动量集中区域(图 2b和2d中深红—红—黄色区域). 从震源时间函数(图 2c)看，这次地震包括2个主要的子事件，其释放的地震矩率的峰值出现在震后2.7 s和7.7 s. 整个地震的地震矩M0=3.2×1019 N · m，相当于矩震级MW6.9. 断层面上静态(最终)位移的分布在地面上的投影图表明(图 2d)，图 2b所示的滑动量较大的区域主要位于震中区附近和震中东南，表明玉树地震是一次以单侧破裂为主的地震事件.

图 2 2010年4月14日玉树地震破裂过程反演结果 (a)震中和地震台位置分布；(b)静态(最终)滑动量的分布；(c)震源时间函数；(d)断层面和静态(最终)滑动量分布在地面上的投影. 图(a)、(d)中的八角星表示震中位置； 图(b)中的八角星表示震源在断层面上的位置； 图(d)中的实黑线表示断层线，即断层面与地面的交线，虚线表示断层面的边界在地面的投影，图(d)中红线为所示区域内的活动断层 Fig. 2 Inversion results of 14 April 2010 Yushu earthquake (a)Distribution of the main shock epicenter of Yushu earthquake and seismic stations;(b)static(final)slip distribution;(c)source time function;(d)projection of rectangular fault plane and static(final)slip distribution on the ground surface. Aniseed stars denote the location of epicenter in(a) and (d)， and the position of hypocenter on fault in(b). Full black line in(d)is the fault trace，i.e. the intersection of fault plane and ground surface. Dot lines in(d)are the projection of other 3 edges of the rectangular fault plane on the ground surface. Red lines are active faults in the area shown in(d)
4 讨论

以上概要总结了作者在玉树地震后破裂过程快速反演工作的结果. 通过对震后2.5小时、 震后5小时、 震后2天的三次应急反演工作的结果和最新反演(第4次反演)结果的对比，基本上可以确定的是，在震后较短时间内，在能搜集到的地震资料较少的情况下，仍然可以基本确定地震震源的主要破裂特征，为震后应急救援和防震减灾工作提供有益的参考. 这在一定程度上肯定了作者利用地震波资料进行地震破裂过程反演在地震应急救援工作中的积极意义.

必须指出，以上4次反演结果仍然有一定的区别. 造成这些区别的原因除了所用的地震资料的数量不同等因素外，震源位置的不确定性对破裂过程反演结果也会有不可忽视的影响. 不同的震中位置将导致滑动量分布在地表的投影结果出现在不同的位置上； 震源深度的影响则更加明显，过深的震源深度将会模糊破裂是否出露地表这一重要的致灾特征. 在震后2.5小时的反演结果中，由于采用了定位误差较大的33 km的震源深度，导致未能揭示破裂出露地表的明显特征； 而在震后5小时、 震后2天和最新反演结果中，由于采用了约束较好的、 相对较浅的震源深度，第二个滑动集中分布区域的破裂出露地表的趋势就非常明显. 因此，快速准确的地震定位是影响破裂过程快速反演结果的可靠性和准确性的重要因素.

综上所述，玉树地震具有以下几个重要的破裂特征： ① 破裂出露地表的趋势比较明显. 由断层面上的静态滑动量的分布可见，震中附近的滑动量集中的区域发生在地表以下，因此地震对震中附近造成的破坏不会太大，但是位于地震断层走向方向上、 距震中10—40 km的滑动量集中区域的破裂明显地贯穿到地表，使破裂出露至地表的区域成为了这次地震的极震区； ② 尽管玉树地震的最大滑动量不是特别大，仅2.1 m，但其最大滑动速率达到1.1 m/s，与作者测定的汶川地震的最大滑动速率1.2 m/s(张勇等，2008)相近. 反映了玉树地震与汶川地震类似，是一次断层滑动速率较高、 高频辐射较强、 因而由地震波所造成的破坏非常严重的地震； ③ 玉树地震是一次以单侧破裂为主的地震，破裂扩展的优势方向是东南方向，沿东南方向上出现地震波强烈聚焦的“地震多普勒效应”，是正好分布在震中东南处的玉树城区虽然滑动量比较小、 但遭受破坏相当严重在地震震源方面的原因.

参考文献
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