1、第 9 卷 增刊2014 年 10 月震災(zāi)防御技術(shù)Technology for Earthquake Disaster PreventionVol. 9，Suppl. Oct.，2014傅鶯，2014汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震活動時空特征分析. 震災(zāi)防御技術(shù)，9（增刊）：600608. doi：10.11899/zzfy2014s105汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂 帶地震活動時空特征分析1傅鶯（四川省地震局，成都 610041）摘要 本文采用朱介壽等（1984）提供的非均勻速度模型，使用 Hypo2000 地震定位方法，篩選 出汶川 MS8.0 級地震前 8 年的 27

2、23 條地震記錄進(jìn)行精定位；震源深度的優(yōu)勢分布介于 520km 之間，平均震源深度是 12 km。結(jié)合地震震中分布圖、震源深度剖面圖、M-T 圖等結(jié)果，得出汶 川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶北段地震活動性比中段和南段的活動性弱；時間越臨近 2008 年5 月 12 日汶川 8.0 級地震發(fā)生前，周邊的應(yīng)力場逐步增強(qiáng)，靠近汶川主震區(qū)域的震群活動有增加 的跡象。關(guān)鍵詞：汶川 MS8.0 級地震 Hypo2000 速度模型引言地震定位結(jié)果的精確程度對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，震源的幾何構(gòu)造以及地震的活動構(gòu)造 等諸多問題的研究起著非常重要的作用。汶川 8.0 級地震的能量強(qiáng)度，破壞程度以及影 響范圍，在我國

3、地震史上是非常罕見的。本文選用了 Hypo2000 地震定位方法，使用龍 門山斷裂帶周邊臺站觀測的震相數(shù)據(jù)，對龍門山斷裂帶震前 8 年的地震震源位置進(jìn)行 定位。1 研究區(qū)的歷史地震活動背景汶川 8.0 級地震是龍門山斷裂帶有史以來發(fā)生的最大地震，也是 200 多年以來四川境內(nèi)發(fā)生的最強(qiáng)烈地震。史料記載龍門山斷裂帶發(fā)生過 6 級以上地震 5 次，它們分別為：1327 年天全西 6 級和 1941 年寶興西 6 級地震；三條北東向的主干活動斷裂發(fā)生的 1970 年 2 月 24日大邑西 6.3 級地震、1958 年 2 月 8 日北川 6.25 級地震和 1657 年 4 月 21 日汶川 6.5

4、 級地震 等代表性震例（聞學(xué)澤等，2000；2009；唐榮昌等，1993）。據(jù)史料記載還沒有 7 級以上的地 震發(fā)生。就地震活動性來講，龍門山斷裂帶南段比起北段較強(qiáng)；汶川 8.0 級地震的起始破裂 發(fā)生在中南段地震活動性較強(qiáng)地區(qū)，斷層破裂長度為 300450km（鄧起東等，1994；王二七1 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40839969，41074062）和中國地震局蘆山 7.0 級地震科學(xué)考察項(xiàng)目聯(lián)合資助收稿日期 2014-05-21作者簡介 傅鶯，女，生于 1982 年。碩士，工程師。2011 年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院。主要研究方向：地球物 理，地震定位。E-mail： HYP

5、ERLINK mailto:11381018qq 11381018qq 增刊傅鶯等：汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震活動時空特征分析601等，2001；王椿鏞等，2003）。2地震觀測數(shù)據(jù)資料整理與定位2.1定位臺站四川地震臺網(wǎng) 20002008 年的臺站由有人值守臺站、遙測地震臺網(wǎng)（含數(shù)字遙測和模擬 記錄遙測）組成，這期間臺網(wǎng)經(jīng)歷了不斷優(yōu)化、改建、觀測設(shè)備和觀測技術(shù)的更新、由最初 的模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換換代等發(fā)展過程（圖 1）。至 2008 年 1 月四川數(shù)字測震臺網(wǎng)已建成 52 個 數(shù)字測震臺站、1 個數(shù)字流動臺網(wǎng)（12 個數(shù)字流動臺）、3 個水庫數(shù)字地震臺網(wǎng)（24 個數(shù)字臺 站）及

6、共享鄰省（19 個臺站）資料匯集到四川區(qū)域臺網(wǎng)中心，完成了四川及鄰省周邊地區(qū)的 地震監(jiān)測任務(wù)。F1 后山斷裂；F2 中央斷裂；F3 前山斷裂；F4 山前隱伏斷裂；F5 青川平武斷裂；地震臺站圖 1 震前 20002008 年 5 月地震臺站分布圖Fig .1 Distribution map of stations before mainshock from January 2000 to May 20082.2速度模型速度模型的劃分越精細(xì)準(zhǔn)確得到的定位結(jié)果越精確。龍門山推覆構(gòu)造帶兩側(cè)地殼速度 結(jié)構(gòu)相差較大，針對這一情況本文定位使用朱介壽等（1984）利用礦山爆破的地震波走時 進(jìn)行反演求得的分

7、區(qū)速度模型。同時將該模型分為龍門山西側(cè)和東側(cè)兩部分，具體如表 1 所示。本文使用 Hypo2000 在研究區(qū)不同區(qū)域設(shè)置符合該區(qū)域速度結(jié)構(gòu)的分區(qū)、分層多重水平 層狀速度模型，對速度模型的交界區(qū)域使用分配不同權(quán)重的方法進(jìn)行處理（傅鶯等，2010）。 根據(jù)龍門山的速度差異將研究區(qū)域分成了西側(cè)速度帶、東側(cè)速度帶和兩個速度帶之間的速度 過渡帶三個區(qū)域，這樣可以減少龍門山斷裂帶附近地殼和上地幔速度結(jié)構(gòu)巨大橫向差異的影 響，圖 2 是研究區(qū)域速度分帶示意圖。602震災(zāi)防御技術(shù)9 卷表 1 Hypo2000 定位使用的分區(qū)速度模型Table 1 zoning velocity model used by H

8、ypo2000 for positioning龍門山西側(cè)速度模型（1）龍門山東側(cè)速度模型（2）速度 km/s界面深度/km速度 km/s界面深度/km5.0000.004.5000.005.4004.005.0003.005.8007.005.4007.006.0010.006.0010.006.2015.006.4015.006.4030.006.8025.006.7040.007.5040.006.9050.008.0050.007.8060.008.3060.008.3070.00表 2 Hypo2000 定位使用的速度分區(qū)表Table 2 The velocity of the par

9、tition table used by Hypo2000節(jié)點(diǎn)號區(qū)帶中心位置主區(qū)帶半徑（km）過渡帶寬（km）速度模型13300N10200E19595龍門山西側(cè)23500 N10300 E29090龍門山西側(cè)33200 N10000 E29565龍門山西側(cè)42830 N10600 E34060龍門山東側(cè)53100 N10700 E20090龍門山東側(cè)63300 N10800 E145139龍門山東側(cè)Hypo2000 對不同區(qū)域賦予模型的幾何構(gòu)成是由“節(jié)點(diǎn)”給出的。圖 2 中的 1、2、3 是龍 門山西側(cè)的節(jié)點(diǎn)，4、5、6 是龍門山東側(cè)的節(jié)點(diǎn)，對每個節(jié)點(diǎn)賦予一個模型以及在其中使用 該模型的圓的

10、半徑。對同一模型可賦予多個節(jié)點(diǎn)，這種情況下這些圓圈往往會重疊。紅色虛 線代表對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)圓，如果震中位于內(nèi)圓內(nèi)，則使用該內(nèi)圓節(jié)點(diǎn)所賦予的速度模型。藍(lán)色 虛線代表對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的外圓，它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， 它對那個模型接受一個部分“權(quán)”。該權(quán)是在內(nèi)圓和外圓之間的平滑余弦削減。紅色實(shí)線區(qū)域 作為龍門山西側(cè)內(nèi)圓和龍門山東側(cè)內(nèi)圓的并集。藍(lán)色實(shí)線區(qū)域作為龍門山西側(cè)外圓和龍門山 東側(cè)外圓的并集。圖中陰影部分為過渡區(qū)，可實(shí)現(xiàn)相鄰模型之間的平滑過渡，在過渡區(qū)內(nèi)的 地震使用對 2 個或 3 個不同模型的加權(quán)平均走時。增刊傅鶯等：汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震活動時空特

11、征分析603圖 2 研究區(qū)域速度分帶示意圖Fig. 2 Schematic representation of velocity zoning in research area2.3定位方法Hypoinverse 算法的基礎(chǔ)是 Geiger 法。本文采用的是 2007 年發(fā)布的 HYPOINVERSE-2000（Klein，2002）1.1 版。 作為經(jīng)典的非線性反演實(shí)例，地震定位的初始數(shù)學(xué)模型常被寫為如下的形式（Klein，2002）：或者是：T-T0=A(X-X0)（1）R=ADX（2）式中，T 和 T0 分別是觀測和理論走時；A 為雅可比矩陣；X 為震源參數(shù)；X0 為震源初始位置；R 為

12、走時殘差；DX 為震源參數(shù)每次迭代的修正量。顯而易見的是，DX=A-1R，然而絕大多數(shù)情況下，作為超定方程的地震定位并沒有真正 的 A-1。一般的做法是對（2）式左乘 AT，得到最小二乘條件：ATR=(ATA)DX（3）由于（ATA）是個方陣，便可對其進(jìn)行求逆運(yùn)算，進(jìn)而得到 DX。 另一種方法則是采用奇異值分解（SVD）直接對矩陣 A 求廣義逆。A 的分解由下式給出：A=USVT（4）式中，U、V 是特征向量矩陣；S 是由（ATA）的特征值構(gòu)成的對角矩陣。并有：604則有：震災(zāi)防御技術(shù)9 卷UTU=I（5）VTV=I（6）A-1=VS-1UT（7）可根據(jù)（2）式獲得 DX。奇異值分解不僅能產(chǎn)生

13、通常的最小二乘解，而且還允許處理（ATA）的本征值、計算誤差和對數(shù)據(jù)的信息量進(jìn)行評估，HYPOINVERSE-2000 中便采用 了這種反演方法。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是：可以考慮地下結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的狀況，針對不同的研究范圍和具體 的地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以在震中附近地區(qū)設(shè)置多達(dá) 10 個梯度層結(jié)構(gòu)的模型。2.4地震資料整理與定位結(jié)果分析地震精定位觀測數(shù)據(jù)的可靠性是定位精度的重要保障，所以本文對四川數(shù)字地震臺網(wǎng) 觀測報告中震相數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。對于地震進(jìn)行隨機(jī)抽樣，選取大于 3 級的 100 個地震，調(diào)取波形重新讀取震相，將其結(jié)果與四川地震正式觀測報告中給出的震相到時進(jìn) 行比對，震相到時誤差平均值小于 0.

14、18s，證明四川地震臺網(wǎng)讀數(shù)精確，報告中觀測數(shù)據(jù)可 靠。對于個別定位殘差大的震相數(shù)據(jù)，重新判讀了震相，并對觀測報告進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選 和數(shù)據(jù)修訂。圖 3 Hypo2000 定位誤差分布圖Fig. 3 The positioning error distribution map of Hypo2000本文將四川數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄到的 2000 年 1 月 1 日至 2008 年 5 月 11 日，29.534N， 101106.5E 的 5664 個地震記錄，篩選其中 ML2.0，震相數(shù)8，震相可靠的 2723 條地 震記錄進(jìn)行重新定位研究，得到垂直誤差10km，水平誤差10km，走時殘差1s，定位

15、 效果較好的 2412 條地震，其中 ML2 級 2171 條，ML3 級 218 條，ML4 級 21 條，ML5 級 2 條，繪制 Hypo2000 定位誤差分布圖（圖 3）。可以看出，利用 Hypo2000 初步定位后的 水平向誤差主要集中在 2km 以內(nèi)，對水平誤差進(jìn)行簡單平均得到平均誤差為 1.03km；垂直 誤差主要集中在 3km 以內(nèi)，對垂直誤差進(jìn)行簡單平均得到平均誤差為 2.15km；走時均方根 殘差主要集中在 0.4s 以內(nèi)，對走時均方根殘差進(jìn)行簡單平均得到走時殘差為 0.31s。3定位結(jié)果時空特征分析3.1 時間特征分析從圖 4 可以看出，2001 年 8 月 6 日 02

16、 時 12 分發(fā)生邛崍 4.2 級地震后，2001 年 9 月 1 日至 2007 年 3 月 10 日形成龍門山斷裂帶 400 余公里的 4 級地震空區(qū)。此間四川地區(qū)馬爾康震群從 2004 年 12 月 14 日至 2007 年 10 月 30 日，共發(fā)生 2 級以上地震 300 余次。其中 3.0ML3.9增刊傅鶯等：汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震活動時空特征分析605地震 41 次，4.0ML 4.9 地震 5 次，2005 年 1 月 5 日 6 時 5 分馬爾康發(fā)生 5.0 級地震。2007 年 3 月 11 日發(fā)生了平武 ML4.2 級、2007 年 9 月 16 日平

17、武 ML4.1 級地震（薛艷等，2009）。 龍門山斷裂帶附近 2007 年 4 月 27 日發(fā)生了松潘 ML4.3 級地震，2007 年 7 月 31 日龍門山斷 裂帶南段與鮮水河斷裂帶的交匯處附近發(fā)生了漢源 ML4.3 級地震。龍門山斷裂帶空區(qū)兩端地 震活動明顯增強(qiáng)，這些地震的相繼發(fā)生標(biāo)志著空區(qū)逐步縮小，具有“逼近地震”的性質(zhì)，這 也是強(qiáng)震孕育到中短期階段的標(biāo)志（陸遠(yuǎn)忠等，1982）。圖 4 20002008 年 M-T 圖Fig.4 M-T diagram during 2000 20083.2 空間特征分析高精度的定位結(jié)果，可以準(zhǔn)確地顯示空間分布和地震序列發(fā)展情況。通過對龍門山地區(qū) 地

18、震的精確定位，可得到清晰、可靠的震中分布圖像。圖 69 給出了震前垂直于龍門山走向的 4 個深度剖面圖（具體剖面位置在圖 5 中給出）。本文對垂直于龍門山斷裂帶選取 4 個剖面，繪制了深度剖面圖及對深部斷層進(jìn)行推 測繪制。從深度剖面圖可以看出，地震沿斷裂帶集中分布在不同的深度上，表明了斷裂活動 的深度范圍。震源深度的重新定位，主要分布在地殼上部的 520km，平均震源深度 12.04km。 發(fā)生在下地殼的 2535km 地震非常稀少，這表明下地殼存在脆性變形。本文研究時間段的震中分布圖顯示出龍門山斷裂帶北段地震活動性較弱。龍門山斷 裂帶中、南段，如天全、北川屬于地震活動密集區(qū)；龍門山斷裂帶的中

19、、北段，如北川、 青川地震活動相對稀疏；而在龍門山斷裂帶最北段，如青川、寧強(qiáng)則地震活動相當(dāng)稀疏。2000 年 1 月 1 日至 2008 年 5 月 11 日，在垂直于龍門山斷裂帶的 4 個剖面上地震主 要分布為：AA 剖面 2 級地震主要分布在隱伏斷裂和后山斷裂；BB 剖面 2 級地震主 要分布在中央斷裂和前山斷裂，在映秀比較集中；CC 剖面 2 級地震主要分布在中央斷 裂和前山斷裂，在北川和江油比較集中；DD 剖面 2 級地震主要分布在前山斷裂。AA 剖面 3 級地震主要分布在隱伏斷裂和前山斷裂之間及后山斷裂；BB 剖面 3 級地震主要 分布在中央斷裂和前山斷裂，在映秀比較集中；CC 剖面

20、 3 級地震主要集中在北川和江 油；DD 剖面在龍門山斷裂帶沒有發(fā)生 3 級地震。4 級地震在龍門山斷裂南段的邛崍發(fā) 生過 1 次，龍門山斷裂帶北段的平武發(fā)生過 2 次。本文的研究時間段內(nèi)，龍門山斷裂帶是 5 級地震的空區(qū)。606震災(zāi)防御技術(shù)9 卷F1 后山斷裂；F2 中央斷裂；F3 前山斷裂；F4 山前隱伏斷裂；F5 青川平武斷裂。龍門山斷裂構(gòu)造結(jié)合地震的分段活動特征，垂直于斷裂帶 的走向選取四個剖面： AA、BB、CC和 DD段。AA段是龍門山斷裂帶的最南端，包括丹巴、康定、寶興、瀘定和雅安等地 區(qū)； BB段是地震區(qū)的最南端，包括理縣、汶川、映秀、都江堰、成都和龍泉等地區(qū)；CC段包括松潘、

21、茂汶、北川、安縣和綿陽等 地區(qū)；DD段包括平武和青川等地區(qū)圖 5 2000 年2008 年 5 月 11 日震中分布圖及剖面線劃分圖Fig.5 The location of epicenter and profile from Jan 1st 2000 to May 11st 2008圖 6 2000 年2008 年 5 月 11 日 AA深度剖面圖Fig.6 Focal depth distribution in profile AA from Jan 1st 2000 to May 11st 2008圖 7 2000 年2008 年 5 月 11 日 BB深度剖面圖Fig.7 Focal

22、 depth distribution in profile BB from Jan 1st 2000 to May 11st 2008增刊傅鶯等：汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震活動時空特征分析607圖 8 2000 年2008 年 5 月 11 日 CC深度剖面圖Fig.8 Focal depth distribution in profile CC from Jan 1st 2000 to May 11st 2008圖 9 2000 年2008 年 5 月 11 日 DD深度剖面圖Fig.9 Focal depth distribution in profile DD from

23、 Jan 1st 2000 to May 11st 2008圖 102000 年2008 年 5 月 11 日沿斷層走向的深度剖面圖Fig.10 Focal depth distribution along the fault direction from Jan 1st 2000 to May 11st 2008龍門山斷裂帶外地震的主要分布（圖 10）：2 級地震在康定所在的鮮水河斷裂帶南段、 馬爾康一帶、虎牙斷裂等地區(qū)分布比較密集；3 級地震在鮮水河斷裂、馬爾康一帶分布比較 密集。4 級地震發(fā)生在龍門山斷裂帶以西川西高原；5 級地震發(fā)生在康定、馬爾康。4結(jié)論利用 Hypo2000 定位程序

24、采用多重速度模型對汶川 MS8.0 級地震前龍門山斷裂帶地震進(jìn) 行重新定位的結(jié)果表明，汶川 MS8.0 級震前龍門山斷裂帶北段地震活動性比中段和南段的活 動性弱。震源深度主要分布在地殼上部的 520km，平均震源深度 12.0km。從時間特征來看，2007 年到 2008 年龍門山斷裂帶空區(qū)兩端地震活動明顯增強(qiáng)，這些地震 的相繼發(fā)生標(biāo)志著空區(qū)逐步縮小，這也是強(qiáng)震孕育到中短期階段的標(biāo)志，具有“逼近地震”的 性質(zhì)（陸遠(yuǎn)忠等，1982）。2008 年 2 月 14 日在龍門山斷裂帶上距汶川地震震中僅約 20km 處發(fā) 生了 ML3.8 震群，這表明時間越臨近 2008 年 5 月 12 日，汶川 8

25、.0 級地震周邊的應(yīng)力場在逐步 增強(qiáng)，靠近汶川主震區(qū)域的震群活動有增加的跡象，與薛艷等（2009）的推斷一致。參考文獻(xiàn)鄧起東，陳社發(fā)，1994龍門山及其鄰區(qū)的構(gòu)造和地震活動及動力學(xué)地震地質(zhì)，16（4）：389403. 傅鶯，范軍，2010Hypocenter 和 Hypo2000 地震定位方法在攀枝花會理地震序列中的應(yīng)用四川地震，（1）：812608震災(zāi)防御技術(shù)9 卷陸遠(yuǎn)忠，沈建文，宋俊高，1982地震空區(qū)與“逼近地震”地震學(xué)報，（4）：327336. 唐榮昌，韓渭賓，1993四川活動斷裂與地震北京：地震出版社，368 王椿鏞，吳建平，樓海，周民都，白志明，2003川西藏東地區(qū)的地殼 P 波速

26、度結(jié)構(gòu)中國科學(xué) D 輯，33（Z1）：181181.王二七，陳智梁等，2001龍門山斷裂帶印支期左旋走滑運(yùn)動及其大地構(gòu)造成因地學(xué)前緣，8（2）：375384. 聞學(xué)澤，2000四川西部鮮水河-安寧河-則木河斷裂帶的地震破裂分段特征地震地質(zhì)，22（3）：239249. 聞學(xué)澤，張培震，杜方，龍鋒，20092008 年汶川 8.0 級地震發(fā)生的歷史與現(xiàn)今地震活動背景地球物理學(xué)報，52（2）：444454薛艷，劉杰，梅世蓉，宋治平，20092008 年汶川 MS8.0 地震前地震活動異常特征地震學(xué)報，31（6）：606619. 朱介壽，曹家敏，劉舜化，蔣國芳，余敏，蔣華琳，1984用人工地震初探川西地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，3：111122Klein F.W.，2002. Users Guide to HYPOINVERSE-2000, a Fortran Program to Solve for Earthquake Locations and Magnitudes. United States Department of The Interior Geological Survey, 4/2002 version.Analysis of Spatial Temporal Feature of Seismicity in L