北京时间2008年10月6日16时30分，在西藏自治区拉萨市当雄县大致北纬29.8°，东经90.4°位置发生了M_s6.6级地震.在主震发生仅仅4个小时之后，震中附近又发生5.2级余震，两天后在该地区再次发生5.4级余震.在区域构造上，该地震处于青藏高原内规模最大的近南北走向的亚东-谷露裂谷带上.该裂谷带的北部为班公-怒江断裂带，南部为雅鲁藏布断裂带（图 1）.这一区域历史上发生了多次强地震活动（图 1），如1411年尼木8级地震、1915年拉萨东南7级地震、1951年当雄8级地震和1952年当雄7.5级地震，说明该南北走向裂谷近代一直有强烈的活动性.在青藏高原内部，近南北向的裂谷带是最重要的活动构造之一，但对裂谷带主要构造的运动方式、活动断裂的空间分布等仍然知之甚少，对于其成因的认识一直存在很大的争议^[2~4].

图 1

Fig. 1

图 1 当雄及其周边地区历史地震分布图[1] 图中同时给出了2008年青藏高原及其周边地区震级大于6级的主要地震分布（震源机制解取自GCMT）.绿色圆给出了当雄周边历史上发生的大于7级的地震位置. Fig. 1 The distribution map of the historical earthquakes in and around Damxung region[1] The earthquake locations with magnitude greater than M6 in and around Tibetan plateau for the year of 2008, are shown in figure. (Source mechanism obtained from GCMT). Green dots rndicate historic earthquake greater than M7 around Damxung.

本文利用宽频带地震资料，对2008年10月6日发生在当雄地区的M_s6.6级地震破裂过程进行了研究，结果表明，此次地震的发震断裂主要为高倾角的正断层断裂活动，深度小于15km，破裂滑动主要以伸展为主，含一定的右旋走滑.这对认识青藏高原在目前区域运动背景下高原内裂谷构造的运动学和变形方式有一定理论意义.

在地震发生时，大部分能量以地震波的形式向外传播，地震体波是研究地震发生时断层面上破裂的动态扩展过程的主要资料.一般而言，要获取比较精确的地震震源过程，需要具备具有高的时间和空间分辨率的近场强震记录资料，地震断层的地质构造信息（确定断层面走向倾角等）、近场的静态位移观测资料等^[5].由于受到观测手段和实际资料的制约，特别是在青藏高原这种极地地区，通常缺少近场的观测资料，一般通过具有一定时间和空间分辩力的远场地震波形记录结合震源机制解和地质资料来研究地震震源过程.前人对使用远震体波反演获取地震破裂过程的研究^[6~8]表明，对于缺乏近场记录的中强地震，如果可以获得远场宽频带数字地震记录，利用波形反演的方法可以获得地震时断层面上破裂扩展情况^[9~11].

我们在中国数字地震台网（CENC）和IRIS分布在全球的地震观测台网获取了该地震大量的数字宽频带波形资料，选取其中信噪比较高并且沿方位角分布比较均匀的25个远场P波波形（震中距位于30° < Δ < 90°范围之内）和13个震中距较近的P波初动资料进行点源模型的波形反演（图 2）；根据反演结果再利用25个远场P波波形并增加24个SH波波形资料用于震源过程研究，图 3给出了这些地震台站位置分布.利用远场地震波形记录，可以有效地避开传播路径以及地球深部结构对地震波形的影响.由于台站分布或数据质量方面的原因，在北部和南部方向符合要求的地震记录较少，而西部和东部较多，但总体来说方位角覆盖情况比较理想，能满足波形反演的要求.

图 2

Fig. 2

图 2 当雄地震震源机制解 采用下半球投影，同时给出了点源模型的P波垂向位移理论图（暗红线）与资料（黑线）的拟合情况.“+”（绿）和“-”（蓝）的圆圈表示P波初动极性及投影位置，红色圆圈表示用于波形反演的台站的投影位置.图形下方给出了两组节面解（左下，λ，δ，θ，h分别表示错动倾伏角、断层倾角、断层走向、震源深度）和点源模型的震源时间函数（右下）. Fig. 2 Focal mechanism of the Damxung earthquake Lower-hemisphere projection is used here. The observed P wave records (black line) and the synthetic seismogram (red line) based on the simple point model are compared. The green and blue circles with " + " and "-" indicate the polarity of the direct P wave? and the dark red circles are the projection of the stations. The parameters of two possible fault planes are listed also, with λ, δ, θ, h indicating the rake angle, dip angle, strike direction and source depth respectively. The obtained source time function are plotted.

我们下载的原始数据全部为宽频带数字地震仪记录到的波形资料.相对于长周期资料来说，宽频带资料所包含的高频成分更为丰富，而且信噪比也比较好.为了充分利用宽频带资料所包含的丰富频谱信息，从而获取断层面上破裂的详细情况，我们对下载到的原始资料未作滤波处理.在反演之前，我们把需要的宽频带资料去除仪器响应得到相应的位移记录，并以0.1s采样间隔重新采样.研究中我们选取初至后25s的P和SH记录来参与波形的拟合反演，从波形图（图 3）中可看出这一时窗包含了震源过程的主要信息.

图 3

Fig. 3

图 3 有限断层模型的远场P波和SH波波形拟合 上图为台站分布，其中黑色三角为选用P波记录的台站，蓝色圆为选用SH波记录的台站.下图左列为P波垂向位移理论图（黑线）与记录（红线）的对比；右列为SH波切向位移理论图（黑线）与记录（红线）的对比；并给出每个记录的方位角（左上）、震中距（左下）、振幅比（上）和台站名（右） Fig. 3 Comparison of the observed teleseismic P and SH recordswith the synthetic waveforms The location of the stations (upper panel) : the black triangles and blue circles represent the stations used for P wave and SI I wave inversion respectively. Comparison of observed (red) and synthetic waveforms (black) for P vertical components, and SH components are shown m the lower panel, the azimuth, epicentral distance, amplitude ratio and station name are also indicated.

在研究中我们采用广义射线理论^[12]来计算理论地震图.为了能够比较准确地了解本次地震的震源机制和破裂过程，我们把研究分为两个步骤：首先通过一个剪切位错点源模型的波形拟合方法，确定地震的震源机制解，包括断层的走向（θ），倾向（δ），滑动角（λ）和震源的深度（h）；之后，以获取的震源机制参数为基础，构造有限断层模型进行反演，获取地震断层面上详细的破裂滑动时空分布.

根据广义射线理论，对于点源模型，远场（30° < Δ < 90°）范围内P波垂直方向的位移W_z（t）可以表示为：

(1)

公式中为地震波幅度因子，其中M0为标量地震矩，ρ为介质密度.A_m（λ，δ，θ）为由地震震源参数所确定的方向性因子，其中δ为断层面倾角（倾向），λ为错动方向倾角，θ为断层走向的方位角.G_m（t）分别表示45°倾滑（m=0）、正倾滑（m=1）和走滑（m=2）断层对应的格林函数^[6]，A（t，t^*）表示衰减系数.

点源模型描述了地震震源的基本物理特征，利用点源模型通过不太复杂的计算就可以对地震震源机制各个参数有比较准确的了解.但这种对实际地震断层的简化处理并不能反映地震发生时断层面上破裂滑动在时间空间上的分布情况.为了弥补点源模型的不足，了解地震震源破裂过程的详细信息，地震学家们发展了有限断层震源模型^[13].简单地说，有限断层模型就是将地震断层面离散为多个子断层，通过计算并叠加每个参数化的子断层单元所产生的地震响应，获得整个地震断层的理论位移或地震图，通过反演来研究每个子断层面元上的滑动方向、滑动量、破裂上升时间，以及破裂的传播速度等参数，从而获取地震发生时断层面上破裂的详细信息.对于一个中强地震可以使用长为X，宽为Y的矩形来近似地震断层面，其中X表示地震断层面沿走向的长度，Y为沿倾向的宽度.矩形断层面沿走向和倾向可划分为N×M个子面元，整个地震断层面产生的理论地震图可表示为：

(2)

表达式中Δt_i，j为断层面元（i，j）的破裂开始时间相对于初始破裂时间的延迟.式中其他参数的意义与公式（1）一致.

地震震源机制及其破裂过程的反演涉及到多个变量的求解，并且在反演过程中各个变量之间的关系呈现高度的非线性关系.为了能有效地处理在反演过程中遇到的非线性多参数的情况，我们采用模拟退火算法^{[14, 15]}（Simulated Annealing，SA）来进行反演计算.本文的目标函数f定义为：

(3)

表达式包括两部分，前一部分为观测记录与理论地震图的相关系数，它对地震体波振幅的绝对大小并不敏感，而是强调波形的拟合，其中f_k（t）和O_k（t）分别表示台站k（N为总的资料数）的理论地震图与实际地震波形记录；后一部分为模型的光滑和地震矩最小约束.w₁和w₂表示相应的权系数.

在有限断层模型反演时，断层面划分为12×9个子面元、每个子面元为（长度×宽度）2.5km× 2.1km、整个地震断层为30.0km×18.9km的平面矩形（图 4）.为了减少反演所耗时间，根据经验我们对一些参数给定一个合理范围：断层面上的破裂传播速度处在2~4km之间，子面元的破裂滑动方向处在-60°~-140°之间.在有限断层模型的整个反演过程中断层面的走向（θ）和倾角（δ）固定不变.

图 4

Fig. 4

图 4 地震断层面上滑动分布 图中分别给出了有限断层模型的地表投影（左上）和三维示意图（右上）. Fig. 4 Inverted slip distribution on the fault Surface projection of fault model (up-lett) and 3D view of the fault model (up-right) are shown.

图 2是我们采用点源模型，以13个P波初动资料作为约束条件，通过拟合25个远场P波波形记录反演得到的震源机制解.从表 1可以看到，本文的结果与其他研究机构给出的震源参数非常接近.

表 1(Table 1)

表 1 2008年10月6日当雄地震震源参数 Table 1 Source parameters for Damxung earthquake. Oct. 6, 2008

表 1 2008年10月6日当雄地震震源参数 Table 1 Source parameters for Damxung earthquake. Oct. 6, 2008

点源模型反演获得的震源机制反映此次地震为一次拉张型地震破裂事件.震源机制解给出了两组可能的发震断层倾角、走向等参数，但确定其中一组为实际发震断层，需要结合震源区附近的地质构造情况、地表破裂、近场观测资料、余震分布以及等震线等地震调查资料.2008年M_s6.6当雄地震没有形成明显的地表破裂，也缺乏近场观测资料，这为确定实际发震断层带来了一定困难.地震发生后，西藏地震局（http://www.eq-xz.net^[2008-10]）和吴中海等^[16]分别进行了震源区的野外调查，并给出了等震线等重要资料，调查显示极震区位于当雄县达格乡羊易村一带，最高地震烈度Ⅷ度.等震线形状呈椭圆形，长轴呈北北东走向.吴中海等^[16]认为极震区所处的羊易盆地西部边界断层（倾向东）为发震断层，我们利用两组机制解参数分别构建了有限断层模型进行震源过程研究，震源位置取中国地震台网中心的结果（东经90.35°，北纬29.81°），深度取9.6km.结果显示，根据断层走向38.9°，倾角46.4°（走向北东，倾向东）的一组震源机制解构造的有限断层模型反演获得的滑动分布与极震区分布差异较大，大的滑动分布并不在极震区内.而根据另一组机制解构建的断层面走向183.3°，倾角为49.5°（走向北北东，倾向西）的有限断层模型反演结果则与极震区十分吻合.我们认为这次地震的破裂滑动发生在倾向西，走向北北东的羊易盆地东部断层的深处，而不在羊易盆地的西部边界断层上.

图 3为采用有限断层模型所拟合的远场P波和SH波波形.图 4和图 5为有限断层模型获得的地震断层面上滑动分布和破裂扩展快照.图 6给出了滑动分布与等震线及余震分布.从破裂扩展过程来看，这次地震主要表现为由初始破裂点向断层南部扩展的破裂过程，其中最大滑动发生在南部的断层上，滑动量达到了130cm，地震破裂持续时间为10s左右.根据反演结果计算的这次地震标量地震矩为2.84×10¹⁸N·m，换算成矩震级为M_w6.2，大于美国地质调查局（USGS）所给出结果M_w6.1，而小于GCMT测定的M_w6.3.

图 5

Fig. 5

图 5 当雄地震震源破裂过程（地表投影） Fig. 5 Rupture process snapshots of Damxung earthquake

图 6

Fig. 6

图 6 地震断层滑动分布投影与地震烈度分布图 黑色实线和虚线分别为西藏地震局和吴中海等[13]给出的地震烈度分布，红点为震中位置，暗红色圆圈为余震分布 Fig. 6 The map shows the projection of slip distribution on the ground and the Shake map of this earthquake Map show the intensity of the Damxung earthquake present by Xizang Seismological Bureau (black lines) andWuetal. [13] (black dash lines). Red dot and dark red circles indicate epicenter and aftershock distributions, respectively.

通过上述分析，2008年10月6日M_s6.6级当雄地震是一个断层走向183.3°，倾角49.5°，滑动角约-115°的高倾角近南北向破裂事件.该地震的同震破裂滑动主要为西侧上盘下降，东侧下盘上升的正断层性质，并有一定的右旋走滑分量.地震的最大滑动量达130cm，并分布在深度小于15km的浅层地壳中.

地震是地壳内应力积累达到一定极限后的瞬间变形，但它所揭示的地震断裂几何学和运动学通常与活动断裂平均到几个地震旋回上的长期变形具有一致性.与区域活动断裂对比，2008年10月6日M_s6.6级当雄地震主要分布在近南北走向的亚东-谷露裂谷带内（图 6）.在青藏高原内部，近南北向裂谷是最重要的活动构造单元之一.现有的地震机制解分析表明了青藏高原近南北向构造的正断层性质，说明它是高原内正在活动的新构造^{[17, 18]}.就这些活动的伸展构造，目前一直认为它对指示青藏高原达到一定高度的时间有重要意义^{[19, 20]}，然而对这些南北向正断层的形成机制还存在很大争议，如走滑断裂末端的拉张构造^{[2, 21]}或是弱的下地壳及上地幔的流动造成的上部地壳的伸展^{[3, 18, 22, 23]}，或是喜马拉雅弧向外扩展而造成喜马拉雅及青藏高原平行弧的伸展^[4].造成这些成因解释不一致的一个原因是目前对这些正断层的几何学和断裂不同部位的运动学仍然知之甚少.通过对2008年M_s6.6级当雄地震的研究可以发现，导致这一地震的近南北向正断层主要分布在深度小于15km的上部地壳中.如果排除在15km以下该断层有自由滑移的行为，那么本文的结果暗示高原内的大量近南北走向正断层可能主要发育在岩石圈浅层的脆性地壳中，这和前人对高原内大量走滑断裂研究结果一致^{[24, 25]}.其次反演结果表明该正断层的倾角高达近50°，这说明导致该断裂运动和地震发生的主压应力方向近于与地表垂直.结合当雄地震同震破裂运动学的垂直运动分量远大于水平运动分量的特征（图 4），说明该地震断裂的运动受印度板块推移所导致的水平剪切作用十分有限.由此可见，发育在亚东-谷露南北向裂谷中的正断层的成因可能主要与重力位能作用有关^[26].这暗示目前GPS测量等得到的印度板块向北推挤所导致的青藏高原地壳运动可能主要控制了这些伸展断层在高原内的走向分布.

在本文的讨论中，丁林研究员给予了大量的帮助和指导，在此表示感谢.