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1、汶川地震震源特性分析报告 初步研究及考察成果（一） 2022年5月12日汶川特大地震震源特性分析报告 陈运泰许力生张勇杜海林冯万鹏刘超李春来 中国地震局地球物理所，北京 100081 2022年5月12日下午2点28分（北京时间），在四川省的汶川县发生特大地震，陈运泰院士的研究组迅速开展地震资料的分析工作，通过多种分析手段获得了这次地震及两个强余震的震源参数。现将结果报告如下。 注：时间仓促，行文粗糙，纰漏难免，敬请谅解。 一、震源机制 1、2022年5月12日14点28分主震震源机制 从全球长周期台站挑选了如图1左图所示的18个台站的垂直向波形资料通过矩张量反演得到的这次主震震的矩张量解及其
2、最佳双力偶解如图1右图所示。使用的资料采样率为1sps，资料的频率范围为0.0050.02Hz。结果表明，这次地震是一次以拟冲为主、兼少量右旋走滑分量的地震。断层向西北方向倾斜，走向为229。这次地震释放的标量地震矩为4.4 1021 Nm，震级为Mw8.3。其它参数见表1、2和3。观测地震图和合成地震图的比较如图2所示。 N S E W 图 1 长周期台站分布（左）；矩张量解及其震源机制解（右） 图 2 观测地震图与合成地震图的比较。上面的波形为观测地震图，下面的波形为合成地震图。 表1 2022年5月12日汶川主震震源参数 Date yyyy-mm-dd Time hh:mm:ss Lat
3、itude /N Longitude /E Depth /km Magnitude Sources 表2 2022年5月12日汶川主震矩张量解（10e21 Nm ） No 11M 12M 13M 22M 23 M 33 M DC M exp M CLVD M Source 1 2.53 2.53 -0.22 -1.18-1.10 5.13 4.04 2.15 0.70 IGP-CEA 表3 2022年5月12日汶川主震最佳双力偶解 Plane I Plane II T-axis B-axis P-axis Stri ke/ Di p/ Rak e/ Strik e/ Di p/ Rak e/
4、Az m / Pl g / Az m / Pl g / Az m / Pl g / Source 229 43 123 7 55 63 222 67 23 22 116 7 IGP-CEA 2、2022年5月12日20点强余震震源机制 从全球宽频带台站挑选了如图3左图所示的12个台站的垂直向波形资料、通过矩张量反演得到的这次强余震的矩张量解及其最佳双力偶解如图3右图所示。使用的资料采样率为5sps ，资料的频率范围为0.0050.05Hz 。结果表明，这次地震是一次以拟冲为主、兼少量右旋走滑分量的地震。断层向西北方向倾斜，走向为226。这次地震释放的标量地震矩为4.9 1017 Nm ，震级为
5、Mw5.7。其它参数见表4、5和6。观测地震图和合成地震图的比较如图4所示。 图3 宽频带台站分布（左）；矩张量解及其震源机制解（右） 2022-5-12 06:28:00.00 31.021 103.367 10 Mw:8.3 IGP-CEA 图 4 观测地震图与合成地震图的比较。上面的波形为观测地震图，下面的波形为合成地震 图。 表4 Mw5.7余震震源参数 表5 Mw5.7余震矩张量解（10e17 Nm ） 表6 Mw5.7余震最佳双力偶解 3、2022年5月13日7点强余震震源机制 从全球宽频带台站挑选了如图5左图所示的12个台站的垂直向波形资料， No Date yyyy-mm-dd
6、 Time hh:mm:ss Latitude /N Longitude /E Depth /km Magnitude Sources 1 2022-5-1 2 20:08:48.7331.428 103.834 10 Mw:5.7 IGP-CEA No 11M 12M 13M 22M 23 M 33 M DC M exp M CLVD M Source 1 0.01 2.46 -1.27 -4.36-0.80 3.80 4.97 -0.18-0.32 IGP-CEA Plane I Plane II T-axis B-axis P-axis Strike/ Dip/ Rake/ Strike
7、/ Dip/ Rake/ Azm /Plg /Azm /Plg /Azm / Plg / Source 226 49 123 2 51 58 207 66 23 24 114 1 IGP-CEA 通过矩张量反演得到的这次强余震的矩张量解及其最佳双力偶解如图5右图所示。使用的资料采样率为5sps，资料的频率范围为0.0050.05Hz。结果表明，这次地震是一次以拟冲为主、兼少量右旋走滑分量的地震。断层向西北方向倾斜，走向为204。这次地震释放的标量地震矩为1.9 1018 Nm，震级为Mw6.1。其它参数见表7、8和9。观测地震图和合成地震图的比较如图6所示。 N S E W 图5 宽频带台站分
8、布（左）；矩张量解及其震源机制解（右） 图 6 观测地震图与合成地震图的比较。上面的波形为观测地震图，下面的波形为合成地震图。 表7 Mw6.1余震震源参数 表8 Mw6.1余震矩张量解（10e18Nm ） 表9 Mw6.1余震震源参数最佳双力偶解 二、远场台阵数据分析 美国阿拉斯加区域台网（Alaska Regional Network ，简称AK ），由25个宽频带台站构成，其中有24个台站成功地记录到我国四川省汶川县特大地震。我们挑选其中17个台站构成台阵，这个台阵距离震中约7000km （图7）。仅利用垂直向波形记录，借助于非平面波台阵技术，追踪了这次地震的能量辐射源随时间和空间的变化
9、过程。我们所使用的资料为P 波初动后120秒的直达波。在数据分析之前，采用0.210Hz 的4阶巴特沃斯零相移带通滤波器对原始记录进行了滤波。分析所采用的滑动窗长为20秒，移动步长为1秒，空间搜索精度为0.01。由此得到的能量辐射源的位置如图8所示。分析表明，这次地震能量辐射源跨度达600km ，但主要能量释放发生在前80秒，在这段时间内的破裂长度约 300km ，位于震中东北方向，由此推断的平均破裂速度约3.1km/s 。换句话说，这次地震开始于汶川县震中位置，然后以3.1km/s 速度向东北方向传播300km ，最后，破裂反向传播，在震中西南也有微弱的能量辐射。 No Date yyyy-
10、mm-dd Time hh:mm:ss Latitude /N Longitude /E Depth /km Magnitude Sources 1 2022-5-13 07:07:09:8.2630.734 103.113 10 Mw:6.1 IGP-CEA No 11M 12M 13M 22M 23 M 33 M DC M exp M CLVD M Source 1 0.04 0.48 -0.43 -1.390.55 1.97 1.88 0.20 -0.03 IGP-CEA Plane I Plane II T-axis B-axis P-axis Strike/ Dip/ Rake/ S
11、trike/ Dip/ Rake/ Azm /Plg /Azm /Plg /Azm / Plg / Source 204 56 98 10 35 78 143 78 20 7 288 10 IGP-CEA 图7 2022年5月12日四川省汶川县特大地震震中位置与使用台阵的相对位置。红色菱形表示震中位置，白色三角形表示AK台阵 图8 2022年5月12日四川省汶川县特大地震的破裂传播图像。图中的黄色菱形为地震震中或地震断层的初始破裂点，圆圈用来描述地震断层的破裂传播过程，圈的大小表示地震能量的相对大小，圈的颜色由深到浅表示传播的先后顺序。 图9 2022年5月12日四川省汶川县特大地震能量辐射源
12、相对于震中的距离随时间的变化。 图10 2022年5月12日四川省汶川县特大地震过程中破裂速度随时间的变化。 三、基于全球台网的宽频带波形资料的震源过程分析 为保证足够长的直达P波波形和理想的台站分布，我们选用全球范围内最小方位角间隔为5的21个震中距超过7000km的长周期远震台站的资料（图11）。综合多种地震矩张量的反演结果，经过多次试解之后，我们选取的发震断层参数为：走向230/倾角39/滑动角120。反演分析中所使用的格林函数是基于IASPEI91全球速度模型计算的。对观测资料和格林函数都使用了0.0020.2Hz 的滤波器。 图11 震中和所使用的台站位置分布。 图2 （a）观测波形
13、；（b）格林函数波形。图中的波形包括了P波初动之前的10s 首先给定一个走向230/倾角39/滑动角120的断层平面（图12），此断层面的尺度为：走向方向620km，倾向方向50km。将此断层分别在走向方向和倾向方向均匀地分成315块子断层，因此每个子断层的尺度为20km10km。设定震源（初始破裂点）位于走向方向第21个，倾向方向第2个子断层。 反演得到的断层面上的静态位移分布如图13所示，最大静态位错约为6.7m，平均滑动量1.5m，最大滑动速率为1.2m/s，平均滑动速率为0.3m/s。整个破裂以单侧破裂为主，主要的破裂向北东方向传播了约200km，但在北东方向300km 处也存在着较小
14、的滑动位移量（1m）；在震中西南方向，滑动位移和破裂延伸范围总体上都比较小。从最大滑动位移的分布位置来看，最大静态滑动位移主要位于震中和震中北东方向100km以内；另外在震中北东方向150km左右，也存在着最高达4.4m的静态滑动位移。整个断层面上的滑动位移分布比较零散，说明破裂在传播过程中遭遇了多个障碍体的阻挡，因此在受阻挡区域出现破裂空区。 图14所示的震源时间函数结果反映了此次地震破裂的时间过程。破裂大致由3个主要的子事件组成。第一个子事件为位于015s，这个时间内释放了整个过程的16%的地震矩；第二个子事件开始于第17s，结束于第46s，为本次地震过程中最大也是最主要的一次事件，释放了
15、63%的地震矩；最后一次事件在第48s和第60s之间，同样释放了16%的地震矩。第60s以后，总体上整个破裂已经基本完成，破裂进入愈合阶段，仍有一些地方在继续发生断断续续的破裂，这些破裂只占所有地震矩的5%。因此，此次地震的主要能量释放时间大约为60s，比根据台阵资料分析的结果短20s。图15展示了破裂沿走向方向的延伸情况，可以看出，整个地震过程中，破裂主要向北东方向延伸，经过估算，得到此次的平均破裂速度约为2.8km/s。图16给出了此次反演得到的21个台站处观测波形与合成波形的比较。大多数台站的相关系数都非常高，意味着反演结果对资料的解释程度较好。这从一个方面验证了此次反演结果的可信性。 另外，需要指出的是，从滑动量的静态位移分布看，滑动区域之间存在空区，已经发生的余震也没有完全填充这些空区。这些空区很可能是未来发生强余震的地方。 S trike Dip 20km 31 = 620 km 10km 5 = 50 km 图12 断层面划分的子断层示意图。白色八角星表示震中 图13 断层面上的静态位错分布。白色八角星表示震中，小圆点为余震在断层面上的投影 图14 地震震源时间函数 图15 破裂沿走向方向的延伸情况