汶川地震GPS形變約束的破裂分段特征及滑移

譚 凱，喬學(xué)軍，楊少敏，王 琪

中國(guó)地震局地震研究所地殼運(yùn)動(dòng)與地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430071

汶川地震GPS形變約束的破裂分段特征及滑移

譚 凱，喬學(xué)軍，楊少敏，王 琪

中國(guó)地震局地震研究所地殼運(yùn)動(dòng)與地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430071

為了解2008年汶川地震破裂分段特征及滑移，采用彈性位錯(cuò)模型和模擬退火算法，數(shù)值模擬汶川震區(qū)密集的GPS同震形變。結(jié)果表明，GPS同震形變場(chǎng)至少需要用鏟狀的位于映秀—北川之間的五個(gè)斷裂加上灌縣—江油斷裂來(lái)模擬。該模型對(duì)GPS數(shù)據(jù)的符合程度與汶川地震滑動(dòng)分布模型相當(dāng)，基本反映了汶川地震破裂特征。映秀—北川斷裂總長(zhǎng)255～294 km。南段以逆沖為主，分上下兩層，最深達(dá)30 km。中段右旋走滑和逆沖都很大，而北段以右旋走滑為主。映秀段地震周期最短為3 000 a。破裂上層深度14km可能是龍門山中央斷裂的閉鎖深度。汶川地震可能源于相鄰塊體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和擠壓、深部滑脫或淺部閉鎖，在薄弱構(gòu)造處首先爆發(fā)地震。

汶川地震；GPS；同震形變；龍門山斷裂；分段特征

1 引 言

龍門山推覆構(gòu)造帶是中國(guó)大陸南北地震構(gòu)造帶中段的重要組成部分，由后山斷裂、中央斷裂、前山斷裂和山前隱伏斷裂組成，右旋走滑兼逆沖運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。跨龍門山區(qū)的GPS觀測(cè)表明其現(xiàn)今地殼縮短速率在3mm／a以內(nèi)［1］。用不同時(shí)期的GPS資料可以獲取龍門山地區(qū)同震形變、震后形變和震間形變場(chǎng)，進(jìn)而研究斷裂分段幾何形狀、同震滑動(dòng)分布、震后和震間活動(dòng)方式等。

2008年5月12日，四川汶川MW7.9地震發(fā)生在龍門山中央斷裂和前山斷裂帶上，造成巨大的損失。地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明前山灌縣—江油破裂長(zhǎng)72km以上，純逆沖性質(zhì)。中央映秀—北川地表破裂至少240km，基本呈直線展布，從映秀逆沖逐漸過(guò)渡到青川的走滑運(yùn)動(dòng)［2］。雖然地質(zhì)調(diào)查可以最直觀地得到地表破裂位置和位錯(cuò)量，但是其采樣點(diǎn)不連續(xù)，特別是從岳家山到清平和高川采樣點(diǎn)很少，很難準(zhǔn)確判定逆沖、走滑變換點(diǎn)，對(duì)斷層深部幾何形狀和傾角也無(wú)法了解。因而很多學(xué)者只能從造山過(guò)程推測(cè)“龍門山斷裂下部?jī)A角逐漸平緩，與鏟狀斷裂類似”［2－3］。

矩張量解給出汶川震源深達(dá)14～19km，破裂面平均傾角35°，以逆沖為主沿傾向西北的斷層向上擴(kuò)展。重新精密定位的余震基本分布在5～20km深度的上層地殼［4］，暗示了破裂的最大深度。基于地震波的滑動(dòng)分布和破裂過(guò)程反演，一般先根據(jù)震源機(jī)制解或地質(zhì)調(diào)查結(jié)果給出的破裂位置和幾何形狀［5］構(gòu)建離散化的斷層模型，然后反演各小斷裂的滑動(dòng)分布和破裂過(guò)程。其預(yù)先給出的破裂位置、分段和形狀一般表征粗略的平均特征。

中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目組［6］公布了遠(yuǎn)場(chǎng)122個(gè)GPS同震形變數(shù)據(jù)，基本展現(xiàn)了南段逆沖、中段逆沖兼走滑、北段走滑的趨勢(shì)。根據(jù)GPS數(shù)據(jù)既可以直接研究斷裂分段轉(zhuǎn)折特征和滑移，也可以細(xì)致刻畫(huà)斷裂滑動(dòng)分布。然而目前用GPS數(shù)據(jù)研究汶川地震破裂的文獻(xiàn)，一般直接采用地質(zhì)或InSAR資料給出的破裂位置并假設(shè)其深部幾何形狀［7－8］，然后將斷層離散化反演其滑動(dòng)分布。文獻(xiàn)［7］采用其他學(xué)者用地震波反演得到的斷層位置和形狀，初始模型只有一個(gè)斷層，比較粗糙。文獻(xiàn)［8］綜合其他學(xué)者用地質(zhì)和InSAR資料得到的研究結(jié)果將發(fā)震斷裂分為灌縣、北川和青川三段，初始斷層模型的精度有所提高。

近場(chǎng)密集的高精度GPS數(shù)據(jù)的約束可以明顯提高地震斷裂位置、形狀和滑動(dòng)分布參數(shù)研究的精度。斷裂分段幾何特征和滑動(dòng)分布在同震形變研究中同樣重要，而表征斷裂分段幾何特征的斷層模型在震后形變、震間長(zhǎng)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究中具有更為實(shí)際的應(yīng)用［9－10］。因此，地震破裂位置、水平分段和垂直轉(zhuǎn)折特征既是深入研究地震破裂過(guò)程的基礎(chǔ)，也對(duì)震間應(yīng)變積累釋放的研究具有重要意義，表征了一定的構(gòu)造活動(dòng)特征。本文以更密集的大地測(cè)量觀測(cè)為基礎(chǔ)，用非線性反演方法研究汶川地震破裂幾何特征，了解地震深部破裂的位置、傾角及滑動(dòng)量，為汶川地震滑動(dòng)分布、破裂過(guò)程、震后形變時(shí)空演化、震間構(gòu)造應(yīng)變積累釋放、高原隆升和造山模式等研究提供參考。

2 GPS數(shù)據(jù)

汶川地震發(fā)生后，中國(guó)地震局地震研究所除了完成中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目組安排的監(jiān)測(cè)任務(wù)，還對(duì)國(guó)家大地測(cè)量A級(jí)和B級(jí)點(diǎn)進(jìn)行GPS觀測(cè)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)段在36～70h。在斷層兩側(cè)還新建20個(gè)連續(xù)GPS站。所有測(cè)站都用雙頻GPS接收機(jī)采集數(shù)據(jù)，例如Ashtech Z12、Trimble 5700、Trimble R7、Trimble R8、Leica GX1200。用GIPSY GPS軟件，聯(lián)合周邊地區(qū)IGS固定站統(tǒng)一解算、處理，獲得汶川地震水平同震形變約420個(gè)（圖1）。367個(gè)GPS點(diǎn)與地震破裂的距離在300km以內(nèi)。其他53個(gè)GPS點(diǎn)離開(kāi)地震破裂的距離在300～650km之間，形變觀測(cè)值一般在10mm以內(nèi)，與汶川地震彈性位錯(cuò)形變模擬值大致相當(dāng)，說(shuō)明這53個(gè)觀測(cè)值反映了真正的同震形變信息，可以用于約束地震破裂模型。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，90%的測(cè)站，其經(jīng)向形變中誤差在5mm以內(nèi)，緯向變形中誤差在3mm以內(nèi)，而垂向中誤差在10mm以內(nèi)。為了保障數(shù)據(jù)整體質(zhì)量，本文使用420個(gè)點(diǎn)的水平形變，并挑選了離斷層較近、觀測(cè)數(shù)據(jù)較多、精度較高的190個(gè)垂向形變參與研究，垂直形變中誤差一般在5mm以內(nèi)。由GPS同震水平形變可以初步判斷，斷層以右旋走滑為主，兼有逆沖分量。將GPS同震形變投影到走向上，顯示映秀段逆沖大于走滑，都江堰－北川段逆沖走滑都較大，而青川段走滑量大于逆沖。在斷層附近形變量很大，位于上盤(pán)的點(diǎn)H035形變達(dá)2.42m。

中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目組的成果是用GAMIT GPS軟件解算得到，在文獻(xiàn)［6］中公布了122點(diǎn)，在文獻(xiàn)［11］中公布了158個(gè)點(diǎn)。本文的420個(gè)點(diǎn)包含這158個(gè)點(diǎn)，但是用GIPSY GPS軟件對(duì)420個(gè)點(diǎn)統(tǒng)一解算。GIPSY和GAMIT兩套軟件解算結(jié)果的相同點(diǎn)最大形變差值在3cm以內(nèi)，說(shuō)明兩套數(shù)據(jù)是一致的。

3 地震破裂幾何特征反演

3.1 彈性位錯(cuò)模型和反演方法

令矩形斷層幾何特征參數(shù)矢量（位置、長(zhǎng)度、寬度、深度、傾角、走向）為g，滑動(dòng)參數(shù)矢量為s，用文獻(xiàn)［12］的模型可以計(jì)算斷層破裂引起的地表形變f

式中，f1表示斷層幾何形狀參數(shù)與地表形變之間的非線性函數(shù)關(guān)系。如果斷層幾何形狀已知，則轉(zhuǎn)變?yōu)楸碚骰瑒?dòng)參數(shù)與地表形變之間的線性函數(shù)關(guān)系f2

相應(yīng)的，根據(jù)形變觀測(cè)值反演斷層幾何形狀和滑動(dòng)量的問(wèn)題分為非線性反演和線性反演兩大類。非線性反演過(guò)程中保持非線性函數(shù)關(guān)系，采用模擬退火算法、遺傳算法或者比較簡(jiǎn)單的格網(wǎng)搜索方法，搜索尋找使形變模擬值與觀測(cè)值最佳符合的斷層幾何形狀和滑動(dòng)量。線性反演假定斷層幾何形狀已知，將復(fù)雜的非線性問(wèn)題變?yōu)楹?jiǎn)單的線性問(wèn)題，直接用線性代數(shù)求解最佳斷層滑動(dòng)量；其假定的斷層幾何形狀可以是非線性反演的結(jié)果，也可以是地質(zhì)、測(cè)震學(xué)研究結(jié)果。但是地質(zhì)調(diào)查無(wú)法知道斷層深部幾何形狀，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)震結(jié)果往往不夠精細(xì)，所以根據(jù)形變觀測(cè)值進(jìn)行非線性反演就具有重要的意義。

令模型計(jì)算形變矢量f1（g，s）與觀測(cè)形變矢量d的殘差矢量為r

最優(yōu)斷層參數(shù)矢量（g，s）應(yīng)該使地面點(diǎn)計(jì)算形變矢量與觀測(cè)形變矢量的不符值最小。目標(biāo)函數(shù)觀測(cè)值不符值采用加權(quán)殘差平方和

式中，Σ是形變矢量協(xié)方差矩陣，忽略觀測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)，則變?yōu)閷?duì)角矩陣，對(duì)角元素為形變中誤差的平方。

此處采用模擬退火算法［13］對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行搜索尋優(yōu)。在某控制參數(shù)T（稱為溫度）下，當(dāng)前解為i，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為Ei，在鄰域產(chǎn)生新解j，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為Ej，模擬退火算法接受新解j的準(zhǔn)則稱為Metroplis準(zhǔn)則：如果rand（0，1），以j取代i成為當(dāng)前解。其中rand（0，1）為0～1間均勻分布的隨機(jī)數(shù)。溫度T從較大值徐徐降低，開(kāi)始時(shí)T值大，可能接受較差的惡化解；隨著T值的減小，只能接受較好的惡化解；最后在T值接近于零時(shí)，就只能接受優(yōu)化解了。

模擬退火算法的最優(yōu)解往往在某個(gè)關(guān)鍵溫度附近獲得［14］。可以根據(jù)文獻(xiàn)［13］或者［14］的方法求得模擬退火的關(guān)鍵溫度tc，然后讓溫度從tc＋1慢慢降到tc－1，這樣可以較快找到全局最優(yōu)解。

3.2 地震破裂模型構(gòu)建和反演結(jié)果

灌縣—江油斷裂走向單一，破裂相對(duì)短而淺［2］，所以將其看做單一矩形斷裂，其出露位置固定，長(zhǎng)度可以給予很小的活動(dòng)范圍，主要考慮其長(zhǎng)度、傾角、深度和滑動(dòng)量。

映秀—北川斷裂比較復(fù)雜，需要根據(jù)同震形變特征、數(shù)值模擬效果、地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、余震分布情況，構(gòu)建沿走向與傾向的分段轉(zhuǎn)折都比較合理的數(shù)個(gè)斷裂段，并給出合理的先驗(yàn)信息和搜索上下界。

首先嘗試將映秀—北川斷裂當(dāng)做一個(gè)斷裂，模擬退火尋優(yōu)結(jié)果顯示，斷層中部觀測(cè)值的模擬效果較好，表現(xiàn)出傾滑和右旋走滑量比較平衡的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而南部和北部觀測(cè)點(diǎn)的模擬效果較差。再嘗試將其用兩個(gè)斷裂進(jìn)行模擬，觀測(cè)值擬合程度稍有提高，但還是不能使南部和北部觀測(cè)值同時(shí)模擬得很好。如果將映秀北川斷裂分成三段，則可以兼顧南部、中部、北部觀測(cè)值的模擬效果。這與同震形變觀測(cè)值分區(qū)特征一致，也與地質(zhì)調(diào)查特征相同，反映了南部逆沖、中部逆沖走滑與北部走滑的變化特征。

青川破裂很少，但還有不少地震活動(dòng)，可作為映秀－北川斷裂上的第四斷裂段。將GPS同震形變投影到傾向上，北部形變剖面比較連續(xù)，與單一傾角斷裂的形變剖面特征一致；而南部（特別是映秀段）的形變剖面中間有錯(cuò)動(dòng)，暗示南部破裂比較復(fù)雜。況且余震向西北延伸到汶川、理縣一帶。所以在映秀段，宜用上下連接的兩個(gè)斷裂段來(lái)模擬。這樣映秀—北川斷裂由五個(gè)斷裂段組成：上部四個(gè)斷裂段和下部一個(gè)斷裂段。

首先在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行模擬退火尋優(yōu)，所得斷層走向在224°～227°間，斷層上邊界跡線與地質(zhì)調(diào)查很接近。

為了關(guān)注深部特征變化，將映秀—北川斷裂的出露位置、走向用地質(zhì)資料進(jìn)行很強(qiáng)的約束（即給予很小的活動(dòng)范圍），主要考慮各段長(zhǎng)度、傾角、深度和滑動(dòng)量。所有斷裂段約束為右旋走滑和逆沖，不考慮張性位錯(cuò)分量。斷裂下邊界深度不獨(dú)立，需要根據(jù)寬度和傾角計(jì)算。映秀斷裂段水平位置獨(dú)立，北川、南壩、青川相鄰斷裂連接。非線性反演最優(yōu)結(jié)果如表1。根據(jù)最優(yōu)斷裂模型計(jì)算的形變模擬值與觀測(cè)值的比較如圖1所示，最優(yōu)破裂模型的空間展示如圖2所示。

結(jié)果顯示中央斷裂帶至少分為四段，從南部映秀到北川、南壩、青川的傾角逐漸變大，相鄰斷裂段走向有4°～10°的變化。映秀—北川斷裂最優(yōu)模型長(zhǎng)267km。映秀斷裂上層和下層總寬度約66km，以逆沖為主，兼有少量走滑。北川、南壩斷裂逆沖和走滑大致相當(dāng)，青川斷裂段走滑為主。灌縣江油斷裂逆沖為主。

根據(jù)標(biāo)量地震矩公式

式中，μ為巖石剪切模量；A為斷裂面積；D為斷裂滑動(dòng)量。一般巖石剪切模量μ＝3.0×1010Pa，則最優(yōu)模型計(jì)算的地震矩M0＝8.349 9×1020Nm。按照文獻(xiàn)［15］矩震級(jí)的定義

則大地測(cè)量觀測(cè)估算的汶川特大地震矩震級(jí)Mw＝7.92。

表1 斷裂段參數(shù)的搜索上下界、最優(yōu)模型和置信區(qū)間Tab.1 Searching ranges，best models and confidence intervals of rupture segment parameters

圖1 最優(yōu)模型破裂水平分段轉(zhuǎn)折特征、GPS形變觀測(cè)值和模擬值Fig.1 Best fitting fault horizontal geometry characteristic and GPS data postfit residuals

圖2 最優(yōu)破裂模型幾何形狀及滑移Fig.2 Best fitting fault geometry and slip

3.3 數(shù)據(jù)誤差檢驗(yàn)與置信區(qū)間確定

一般觀測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差，為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差對(duì)反演結(jié)果的影響，令某個(gè)觀測(cè)值的中誤差為mi，將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)加上（－2 mi，＋2 mi）之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，作為觀測(cè)值噪聲干擾，重復(fù)40個(gè)模擬退火過(guò)程。然后將各參數(shù)結(jié)果按大小排列，去掉最小的2.5%和最大的2.5%，得到每個(gè)參數(shù)的95%置信區(qū)間。另外，還采用文獻(xiàn)［13］的方法［13］估算置信區(qū)間，所得結(jié)果落在上節(jié)得到的置信區(qū)間內(nèi)，說(shuō)明不同方法得到的置信區(qū)間基本一致。中央斷裂總長(zhǎng)255～294km。由于對(duì)各斷裂段的走向和位置作了較強(qiáng)的約束，所以各斷裂段走向、長(zhǎng)度、位置變化不大，雖然各斷裂滑動(dòng)量變動(dòng)較大，但是基本符合南部逆沖、中部逆沖兼走滑與北部走滑的分布特征。

4 討 論

地震破裂模型包含破裂幾何形狀參數(shù)（長(zhǎng)度、寬度、深度、傾角、走向、水平位置）和滑動(dòng)參數(shù)（走滑、傾滑和張性滑動(dòng)量），不同數(shù)據(jù)和方法給出的模型各有特點(diǎn)。文獻(xiàn)［5］用遠(yuǎn)場(chǎng)地震波數(shù)據(jù)反演得到比較簡(jiǎn)單的單一矩形斷層模型，破裂位置與地質(zhì)資料差別較大。文獻(xiàn)［16］根據(jù)地質(zhì)考察資料確定破裂地表位置，其破裂位置、深度和傾角的選擇具有較大的不確定性。因而這兩個(gè)模型幾何形狀的不確定性將會(huì)對(duì)滑動(dòng)分布產(chǎn)生較大的影響。文獻(xiàn)［11］用InSAR數(shù)據(jù)確定地表破裂位置，并用到遠(yuǎn)場(chǎng)158個(gè)GPS數(shù)據(jù)，假設(shè)映秀段破裂結(jié)構(gòu)分上部逆沖斷層和下部滑脫層，假設(shè)上部逆沖斷層寬度為28km，下部滑脫層傾角為0°，用牛頓法解算六個(gè)傾角代表的破裂幾何特征值，在理論上較為嚴(yán)密。本文用地質(zhì)資料對(duì)破裂位置進(jìn)行較強(qiáng)的約束，以密集的高精度GPS數(shù)據(jù)反演破裂幾何形狀參數(shù)，為進(jìn)一步的滑動(dòng)分布反演提供合理的破裂幾何形狀特征值。其結(jié)果與地質(zhì)資料和GPS顯示的形變特征一致。

本文數(shù)據(jù)原集（420點(diǎn)）包含一個(gè)數(shù)據(jù)子集（158點(diǎn)），對(duì)應(yīng)于文獻(xiàn)［11］的數(shù)據(jù)集（158點(diǎn)）。以不符值中誤差RMS衡量破裂模型對(duì)數(shù)據(jù)的擬合程度，令不符值中誤差

式中，r為形變模擬值與形變觀測(cè)值之差；n為數(shù)據(jù)量。

根據(jù)其他模型提供的參數(shù)，計(jì)算GPS點(diǎn)形變模擬值，與觀測(cè)值比較得到殘差r。這些模型對(duì)兩套數(shù)據(jù)的擬合程度如表2。本文斷裂模型側(cè)重于描述斷層傾角、深度等幾何形狀參數(shù)，其他模型主要刻畫(huà)滑動(dòng)分布，因而不符值的大小并不說(shuō)明兩種模型的優(yōu)劣，而只為了說(shuō)明本文模型對(duì)GPS數(shù)據(jù)的符合程度與其他劃分較小的斷裂滑動(dòng)分布模型相當(dāng)。因此，本文模型基本反映了汶川地震破裂特征，可以作為同震破裂滑動(dòng)分布、震后和震間斷層活動(dòng)研究的依據(jù)。

表2 不同破裂模型對(duì)兩套數(shù)據(jù)集的擬合殘差中誤差Tab.2 Two set data postfit RMS of different rupture models

映秀段與北部各段性質(zhì)差距較大，主要是深度和寬度都較大，深達(dá)25～32km左右，分上下兩層。盡管映秀段上下兩層的搜索邊界有重合區(qū)域，但是最佳結(jié)果的上層傾角較大，下層傾角較小，推測(cè)下層可能趨向水平。這與許多學(xué)者推斷的龍門山推覆滑脫構(gòu)造模型接近。也許上層代表完全閉鎖的上地殼層，其閉鎖深度為14km左右，是應(yīng)變積累大而首先爆發(fā)地震的地方。

因此推測(cè)，龍門山中央斷裂以及平行的后山茂汶斷裂、前山彭灌斷裂可能向下歸于統(tǒng)一的低角度滑脫層，形成一個(gè)由多條傾向北西疊瓦狀逆斷層組成的推覆構(gòu)造，由于青藏高原物質(zhì)東向擠出，川西北塊體向龍門山斷裂擠壓。中央斷裂是高原與華南塊體的分界，在其上部形成閉鎖積累應(yīng)變。映秀斷裂段處于整條斷裂的前鋒，小傾角特點(diǎn)使其更易于破裂。龍門山中央斷裂段各段的傾角和走向逐漸變化特點(diǎn)，使得轉(zhuǎn)接處的映秀和北川應(yīng)力較大，也很容易誘發(fā)破裂。通過(guò)龍門山周期性的破裂，調(diào)節(jié)巴顏喀拉與華南兩地塊間縮短變形。

假設(shè)巖石剪切模量μ＝3.0×1010Pa，根據(jù)映秀、北川、南壩、青川、彭灌各段的面積和平均同震滑動(dòng)量，用公式（6）可以得到汶川地震中各段破裂的震級(jí)。假設(shè)從上一次地震到這一次地震的地震周期里，斷裂以固定的長(zhǎng)期滑動(dòng)速率滑動(dòng)并積累形變，然后在本次地震中釋放掉所有積累的滑動(dòng)變形，則各段地震復(fù)發(fā)周期T等于各段破裂的平均同震滑動(dòng)量S除以其長(zhǎng)期滑動(dòng)速率V。

式中，T是地震復(fù)發(fā)周期；S是同震滑動(dòng)量，根據(jù)本文同震形變場(chǎng)反演得到；V是震間斷層長(zhǎng)期滑動(dòng)速率，可以用震間GPS地殼運(yùn)動(dòng)速度求得，或者用地質(zhì)調(diào)查資料獲得。本文主要研究汶川同震形變及同震破裂滑動(dòng)特征（例如同震滑動(dòng)量S），所以對(duì)震間地殼運(yùn)動(dòng)速率V就直接引用其他學(xué)者的研究成果。映秀和北川擁有震間GPS和地質(zhì)資料，南壩和青川只有震間GPS估算的長(zhǎng)期滑動(dòng)資料（表3）。由表3可知，映秀和北川地震周期最短，但也在3 000年以上，南壩地震周期最長(zhǎng)。

表3 最優(yōu)模型斷裂段長(zhǎng)期構(gòu)造滑動(dòng)與地震復(fù)發(fā)周期Tab.3 Secular slip rates and earthquake recurrence intervals of best fitting fault segments

5 結(jié) 論

本文以GPS同震形變?yōu)榧s束，采用彈性位錯(cuò)模型和模擬退火算法，對(duì)2008年汶川地震的發(fā)震斷層幾何形狀進(jìn)行反演。結(jié)果表明，GPS同震形變場(chǎng)不能很好地用單一斷裂位錯(cuò)模型來(lái)模擬，而至少需要用鏟狀的映秀—北川5個(gè)斷裂加上灌縣—江油斷裂來(lái)模擬，該模型對(duì)GPS數(shù)據(jù)的符合程度與其他斷裂滑動(dòng)分布模型相當(dāng)，基本反映了汶川地震破裂特征。從映秀到青川破裂分為四段，總長(zhǎng)255～294km。南部映秀破裂段以逆沖為主，分上下兩層斷裂，下層傾角趨向平緩，最深達(dá)30km。映秀到北川的中部斷裂段右旋走滑和逆沖都很大，而北川到青川斷裂以右旋走滑為主。斷裂南段、中段、北段的傾角逐漸變大，相鄰斷裂段走向有4°～10°的變化。青藏高原物質(zhì)東向擠出，川西北塊體向龍門山斷裂擠壓，引起周期性的地震。映秀和北川地震周期最短，但也在3 000年以上。映秀斷裂段處于整條斷裂的前鋒，小傾角特點(diǎn)使其更易于破裂。龍門山中央斷裂的閉鎖深度14km。可以認(rèn)為板內(nèi)構(gòu)造地震的動(dòng)力直接來(lái)源于相鄰塊體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和擠壓，巖石圈深部蠕滑或者局部閉鎖，在淺部閉鎖區(qū)的薄弱結(jié)構(gòu)處首先爆發(fā)地震。

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Rupture Characteristic and Slip Constrained by GPS Coseismic Deformation Induced by the Wenchuan Earthquake

TAN Kai，QIAO Xunjun，YANG Shaomin，WANG Qi
Crustal Movement Laboratory，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，China

In order to study the Wenchuan MW7.9 earthquake rupture characteristic and slip，the dense GPS coseismic deformation is modeled by using simulated annealing algorithm based on uniform elastic half－space model.It’s showed that the GPS coseismic deformation can be modeled well using at least five rupture segments from Yingxiu to Beichuan combined with one rupture segment from Guanxian to Jiangyou，and the result is better than one which is inferred from seismic wave data or InSAR data.The rupture along Yingxiu－Beichuan is 255～294km in length.The south segment can be separated into the upper and the lower two layers，and is 30 km depth characterized by dipslip reverse faulting.The mid－segment characterized by right lateral oblique faulting and dip－slip reverse faulting，and the north segment characterized by right lateral oblique faulting.The shortest earthquake recurrence interval is 3 000－year at Yingxiu segment.The rupture depth 14km of upper layer is probably the locking depth along the Longmenshan fault.The Wenchuan earthquake maybe arised from block relatively moving and extrusion，sliping at depth or locking at shallow，and break out at weakness.

Wenchuan earthquake；GPS；coseismic deformation；Lonmenshan Fault；geometry characteristic

TAN Kai（1972－），male，PhD，associate professor，majors in geodesy and geodynamics.

1001－1595（2011）06－0703－07

P223

A

國(guó)家自然科學(xué)基金（40974012；40974011）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2008BAC35B04－5）；中國(guó)地震局地震研究所所長(zhǎng)基金（IS201116013）；地震科學(xué)聯(lián)合基金（606001）

叢樹(shù)平）

2010－04－20

2011－09－05

譚凱（1972－），男，博士，副研究員，研究方向?yàn)榇蟮販y(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)。

E－mail：whgpstan＠hotmail.com