2010年4月14日07时49分37秒，我国青海省玉树县发生了M_s7.1级地震.根据中国地震台网测定，震中位于33.2°N/96.6°E，震源深度14km.此次地震造成了严重的人员伤亡和财产损失，是继2008年5.12汶川地震之后又一次有极大社会影响的地震事件.玉树地震发生在青藏高原羌塘地块与巴颜喀拉地块交接处的金沙江缝合带上，发震断层为巴颜喀拉块体南边界的甘孜—玉树断裂，倾角近于直立，左旋走滑性质^[1].甘孜—玉树断裂规模巨大，是一条晚第四纪强烈活动的左旋走滑断裂，历史上曾发生过多次强烈地震^[2-5].此次地震发生后，众多学者从不同的研究领域探究其发震机理，并取得一系列重要研究成果^[6-18].玉树M_s7.1 级地震是一次以单侧破裂为主的地震事件，破裂扩展的优势方向为震中的东南方向.地震破裂主要发生在走向119°、倾角83°、长约60~80km、宽约30km 的断层面上.震中西北方向破裂长度约10km，震中东南方向破裂长度约50~70km^[8-9].玉树地震发生后，余震不断，截止2010 年4 月30 日，共发生余震1126次.对余震序列的精确定位是获得余震空间分布特征和震源区深部发震构造特征的有效途径.但仅使用固定地震台站资料进行余震序列的重新定位，常常会因为台站数量较少以及分布上的不尽合理等因素而导致定位结果存在较大的不确定性.如果将小区域流动台网余震监测资料和固定台网观测资料相结合，则由于流动台网针对性强、布局较为合理，因而能够提高定位的精度.

中国地震局地球物理勘探中心地震应急观测组在玉树地震发生后的4 月18 至4 月29 日期间，在震中区布设了30台PDS-3数字地震仪对余震序列进行观测.与此相同时段，中国科技大学也在震区布设了6个临时台站.另外，青海省地震局和中国地震局地球物理研究所架设的7 个实时传输台于4 月17日陆续开始传输.流动台站的架设，弥补了震区固定地震台站稀少、个别台站因遭到地震破坏而无法正常工作等缺陷，从而使包括速度和精度在内的余震监测能力得到大幅提高.另外，应急流动台站较为密集地分布在震区附近，有利于重新定位时对地震震源深度和位置进行有效控制.本文利用这些流动台站观测数据，并结合固定台站余震监测数据，采用Hypo2000定位方法对玉树地震部分余震进行了重新定位，获得了更加精确的余震序列空间分布图像，对余震分布特征和震区深部发震构造进行了讨论.

此次定位使用的数据为2010年4月18至4月29日期间监测到的余震，由三部分组成:一部分来源于中国地震局地球物理勘探中心在玉树震源区布设的30个流动台站记录到的余震数据(此次定位去掉了3个记录不清楚和过于偏远的地震台站)和中国科技大学布设的6 个流动台站记录到的余震数据；另一部分来源于青海省地震局和地球物理研究所布设的实时传输流动台网中4 个台站的观测数据；第三部分资料来源于青海地震台网3 个固定台站的观测数据.由于环境和交通的不便，在震区西部架设流动台站非常困难，区域固定台站的加入能够弥补震区西部流动台站资料的缺乏.本次定位共使用了40个观测台站、应急流动地震台站和固定地震台站构成的观测台网，对余震区形成了良好的方位覆盖(图 1)，从而能够保证定位的精度和准确性.

图 1

Fig. 1

图 1 重新定位前余震震中位置与观测台网分布关系 F1-1和F1-2组成甘孜一玉树断裂的北支，即玉树一隆宝断裂，其中F1_1为玉树一檫西江卡断裂,1_2为檫西江卡一隆宝断裂；F2为甘孜一玉 树断裂的南支，即巴塘一上拉秀断裂[10].插图为青藏髙原东部构造背景(据文献[19]修改)1，大型走滑断层；2，髙原边缘挤压带；3，逆冲 断层；Ⅰ，喜马拉雅地块；Ⅱ，藏北地块；Ⅲ，羌塘地块；Ⅳ，巴彦喀拉地块；Ⅴ，柴达木地块；Ⅵ，扬子地块；①雅鲁藏布缝合带；②班公一怒江缝合带；③金沙江缝合带；④东昆仑缝合带；⑤西昆仑一祁连山缝合带. Fig. 1 Distribution of epicenters before relocation relative to the earthquake observation stations North branch of Garze-Yushu fault is composed of F1-1 (Yushu-Chaxijiangka fault ) and F1-2 ( Chaxijiangka-Longbao fault) F2 is south branch of Garze-Yushu fault»Batang-Shanglaxiu fault [10]. The inset is sketch of geologic settings in the eastern Tibetan Plateau [19]. Ⅰ,Major strike-slip fault; 2,Peripheral compressional tectonic zone of the plateau; 3,Thrust fault; Ⅰ,Himalaya block; Ⅱ,orth Tibetan block; Ⅲ,iangtang block; Ⅳ,ayanllar block; Ⅴ,aidamblock; Ⅵ,angtze block; ① Yarlung Zangbo suture; ② Bangong-Nujiang suture; ③ Jinshajiang suture; ④ Eastern Kunlun suture; ⑤ WesternKunlun-Qilan suture.

本研究采用SAC2000地震波形分析软件，人工拾取应急流动台站记录到的直达波Pg 和Sg 震相到时.流动台站监测到的2 级以上地震事件地震波形记录较好，可以比较清楚地识别直达波Pg和Sg震相到时(图 2)，但震级在1.0~1.9范围内的地震波形记录背景噪音较大，震相不易识别，因此在识别震相的时候根据具体台站的波形记录清晰程度进行了取舍.震相拾取完毕后，采用和达曲线检验数据，去掉偏离和达曲线较远的台站，确保数据真实可靠(图 3).

图 2

Fig. 2

图 2 地震波形记录及震相识别 图中波形为2010年4月21日4时23分38. 6秒发生的3.8级余震地震波形. Fig. 2 Seismograms and seismic phase identification Seismic waveform records of Ms3. 8 occurred at 4 : 23 : 38. 6 on April 21，2010.

图 3

Fig. 3

图 3 和达曲线法检测各观测台站震相一致性 图中检测震相的地震与图 2中记录的3. 8级余震对应. Fig. 3 Consistency detection of seismic phase using Wadachi method The earthquake in phase consistency test corresponds to the one in Fig. 2.

经过震相识别及一致性检测，最终挑选出研究区内4月18日至4月29日期间、震相记录清楚、台站记录大于等于4、且台站对地震有较好覆盖关系的1级以上地震事件214 个，对这些地震进行重新定位.其中3.0~3.9级地震8个，2.0~2.9级地震51个.

Hypoinverse定位方法是Fred W.Klein 在Geiger定位法的基础上发展起来的一种单事件绝对定位方法.1981年,lein对线性定位法做了一些修改，使它适应于135km 之内的近场定位问题.其基本原理是首先计算近场特定模型下的走时表，通过走时反演确定地震的震中位置和深度.Klein在Hypo71的基础上增加了用于梯度层的定位算法和分区模型算法，在初始模型处各层的厚度和速度参数可作适当调整.2002年正式发布HYPOINVERSE-20001.0版，用它来代替早期所有的版本，该版本增加了“Y2000"数据格式及相应的处理功能.2007年发布HYPOINVERSE-20001.1 版，主要增加了修订发震时刻的功能，并对一些命令细节进行了完善和补充^[20].该方法最大的优点是:可以考虑比较复杂的地下结构状况，可以在震中附近地区设置多达10个梯度层结构的模型.这样就可以依据地质体的赋存位置和范围分别设定不同的地下层参数，特别适合于近场定位.

在地震定位中，除了震相识别和震相到时的读取精度及台网布局外，地震震源区的地壳速度模型也是影响定位准确性的关键因素，因而地壳速度模型的选取至关重要.本研究参考中国地震局地球物理勘探中心穿过玉树震区实施的主动源宽角反射/折射探测剖面结果¹⁾(剖面位置见图 4a)，给出定位采用的速度模型如表 1所示.

1）中国地震局地球物理勘探中心．玉树震区宽角反射/折射探测研究报告. 2011

表 1(Table 1)

表 1 定位采用的地壳速度模型 Table 1 Velocity model used in relocation

表 1 定位采用的地壳速度模型 Table 1 Velocity model used in relocation

依据表 1的速度模型，采用Hypo2000 地震定位法，对挑选出的214个地震进行了重新定位.重定位后，震源位置的水平和垂直方向平均误差分别为1.35km 和4.68km，走时残差为0.49s.

图 4、图 5分别给出了重新定位前后的余震震中分布和余震震源深度沿甘孜—玉树断裂带走向A-A′剖面的分布情况.

图 4

Fig. 4

图 4 余震震中分布及震源深度剖面位置 (a)定位前震中分布图；(b)定位后震中分布图.图中Fi_i,i_2,2的含义同图 1； (a)和(b)中的 地震事件是一一对应的；a中黑色虚线为玉树震区主动源宽角反射/折射探测剖面位置. Fig. 4 Distribution of aftershock epicenters and the location of focal depth section (a) Distribution of aftershock epicenters before relocation; (b) Distribution of aftershock epicenters after relocation. Meanings of F1-1 ,1-2 and F2 are same as in Fig. 1. Seismic event in (a) and (b) is one-to-one correspondence; The black dotted line in (a) stands for deep seismic sounding profile through Yushu earthquake area.

图 5

Fig. 5

图 5 沿甘孜一玉树断裂走向的震源深度剖面(剖面位置见图 4b中A-A')(a)定位前震源深度分布；(b)定位后震源深度分布.(a)和(b)中的地震事件是一一对应的. Fig. 5 Contrast of the two focal depth sections along the trend of Garze-Yushu fault before and after aftershocks relocation (Section location is shown in Fig. 4b A-A' ) (a) Distribution of focal depth before relocation; (b) Distribution of focal depth after relocation. Seismic event in (a) and (b) is one-to-one correspondence.

由图 4可见，重新定位后，余震震中分布的条带性更加明显，均沿甘孜—玉树断裂的北支(F_1-1、F_1-2)分布，南支(F₂)几乎无余震活动.这一余震分布格局与主震和余震过程中区域应力场的变化，即北支断裂积累了很大的应力，而南支断裂上应力积累较小有关^[15].同时也表明甘孜—玉树断裂的北支是玉树7.1级地震的发震构造.

由图 5可见，定位前震源深度集中在0~15km，并且在10km 处有很明显的条带性，地震事件在深度剖面上分辨度很差，经统计有34% 的地震震源深度为10km.出现这种情况的原因是固定台网对地震进行定位时，由于观测台站分布偏远或有记录的地震台站数过少而无法对地震进行重新定位计算，在这种情况下，定位系统会根据甘-青走时表查出一个对应的震源深度值，而不是经过反演计算得出的.因而这样的震源深度不准确，对研究发震构造无意义.重新定位后的震源深度分布范围为1.48~19.85km，地震在深度剖面上的分辨度得到明显加强.以帮洞为界，其西北方向余震的优势深度约15km，整体上比其东南方向余震震源深度更加集中，且深度偏深.这种深度上的差异可能与沿甘孜—玉树断裂带走向地壳厚度自西北向东南有所减薄有关^[21].

定位后的余震分布图像(图 4b、图 5b)显示，沿甘孜—玉树断裂带，余震震中分布长度约97km，在主震(微观震中)的西北和东南两个方向均有分布.在主震的西北，有个别震级大于3.0的余震，余震分布较为均匀，震中分布长度约38km; 在主震的东南，震中分布长度约59km，在距主震约5km 处，存在一个余震最密集且较大震级集中的区域，其震中分布范围约20km.余震分布特征在主震东南和西北两侧存在差异，主震东南的余震活动范围、密度和强度总体上大于主震西北，表明主震两侧断裂特征存在差异.将余震分布投影到断层面静态滑动量分布图^[8]上(图 6)可见，余震分布特征与静态滑动量分布特征具有相似之处，即主震造成的最大强度破裂分布在主震东南距主震一定的距离范围内，而主震之后的余震，其强度最高且密度最大的区域仍然位于主震东南距主震一定的距离范围内.表明截止4月29 日，主震东南仍是应力的主要释放区域.不同之处是，在主震破裂区静态滑动量大的区域，余震分布并不多且震级较小；余震主要分布在滑动量较小甚至为零的区域，表明主震破裂区的大部分应力在主震过程中得以释放，主震时应力未释放的区域成为余震活动的主要区域.由图 6易见，余震的连续发生可能造成主震破裂区相互连通，且破裂范围向西北方向发生扩展.

在精确定位后获得的余震空间分布图像的基础上，本文对玉树地震的深部发震构造进行了分析.余震空间分布特征显示(图 4b、5b)，以主震为界，两侧的余震分布特征存在着差异，结合甘孜—玉树断裂北支更为详细的分段情况(图 1)^[10]，以帮洞为界将余震带分为两段，帮洞以东余震段大致对应甘孜—玉树断裂北支的玉树—檫西江卡断裂段(F_1-1)，帮洞以西余震段大致对应于檫西江卡—隆宝断裂段(F_1-2).与这两个余震段对应的、垂直于甘孜—玉树断裂带走向的震源深度剖面B-B′和C-C′见图 7，其中B-B′和C-C′剖面位置见图 4b.由图 7中震源深度由浅至深的延伸趋势可见，余震震源分布所反映的结构面具有高角度、倾向北东的特征.结合甘孜—玉树断裂地表破裂考察、震源破裂过程、主震震源机制等研究结果^{[8-12, 15-17]}，推测玉树主震及余震的发震断层为北东倾向的高角度左旋走滑断层，如图 7 中红色虚线所示.为了进一步了解发震断层，对发震断层的倾角和宽度作了初步测定:测量出红色虚线与水平面之间的夹角，将它作为该段发震断层的倾角，并根据图上尺寸和比例尺测算出余震带分布的宽度，近似作为发震断层的宽度.按照这种测算方法得出帮洞以东段发震断层宽度约为12km，倾角约为83°(图 7a)；帮洞以西段发震断层宽度约为6.5km，断层倾角减缓为63°(图 7b).

图 6

Fig. 6

图 6 余震空间分布与玉树地震破裂过程关系 (a)断层面和静态滑动量分布在地面上的投影[8]与重新定位后余震震中分布的关系；(b)静态滑动量分布m与余震震源深度分布的关系. Fig. 6 Relationship between rupture process of the Yushu earthquake and spatial distribution of aftershocks (a) Relationship between projection of rectangular fault plane and static slip distribution on the ground sur!ace^8] and distribution of aftershock epicenters after relocation; (b) Relationship between static final slip distribution^8] and focal depth distribution.

图 7

Fig. 7

图 7 垂直甘孜一玉树断裂走向的震源深度剖面及断层构造解释 (a)剖面B-B% (b)剖面C-C7.图中虚线表示推测断层的展布形态. Fig. 7 Focal depth sections perpendicular to the trend of Garze-Yushu fault and fault tectonic interpretation (a) Section B-lB; (b) Section C-C’. Red dashed line represents the spread form of constructive fault.

本文利用流动台站余震监测资料和青海省固定地震台网观测资料，采用玉树震区最新的深地震测深剖面地壳速度模型，对2010年4月18日至2010年4月29日期间发生的、震级在1.0~3.9 级范围内的214个余震进行了重新定位.结合地质及地球物理等研究成果，对定位结果进行了分析，得出以下结论:

(1)余震重定位后，震中沿甘孜—玉树断裂北支呈更加集中的条带状分布；震源深度的分辨度明显提高.余震空间分布特征在主震(微观震中)两侧存在差异，反映了两侧断裂构造特征存在差异.

(2)截止2010年4月29日，主震东南仍是主要的应力释放区，余震强度高及活动密集的区域位于主震东南距主震约5~25km 的范围内.

(3)主震破裂区的大部分应力在主震过程中得以释放，余震主要分布在主震时应力未释放的区域.连续的余震活动可能已造成主震破裂区相互连通，且破裂范围向西北方向扩展.

(4)玉树主震及余震的发震构造为甘孜—玉树断裂北支，即玉树—隆宝断裂段，断层性质为北东倾向的高角度左旋走滑断层.发震断层倾角和宽度在主震两侧存在不同，帮洞以东发震断层为玉树—檫西江卡断裂段，该段断层宽度约为12km，倾角约为83°；帮洞以西发震断层为檫西江卡—隆宝断裂段，断层宽度约为6.5km，倾角约减缓为63°.

(5)由于本文所使用的资料仅为主震后4 月18^-29日期间的余震事件，资料的有限使得在对发震构造形态的推测上，尤其是对主震西北的檫西江卡—隆宝断裂形态的推测上存在一定程度的不确定性.更加准确的推测结果应建立在丰富的、经精确定位的余震事件基础之上.

中国地震局地球物理勘探中心、青海省地震局及中国地震局地球物理研究所地震应急观测人员不畏艰险，克服重重困难，为本研究提供了宝贵的流动台站监测数据；本文研究过程中得到了青海省地震局、中国科学院测量与地球物理研究所郑勇副研究员、物探中心王夫运主任，嘉世旭，段永红，徐朝繁研究员以及田晓峰博士的帮助和支持；审稿专家肯定了本文的研究价值并提出了建设性的修改意见，使本文得以顺利发表，在此一并表示感谢.