2013年4月20日四川芦山7.0级地震是继2008年5月12日四川汶川8.0级地震5年后在龙门山推覆构造带上再次发生的一次破坏性地震.芦山地震的最大烈度为Ⅸ度，等震线长轴呈北东走向^[1]，与龙门山推覆构造带走向基本一致；据中国地震局地质研究所网站科研动态栏目公布：本次地震没有产生明显的地震地表破裂带，属典型的盲逆断层型地震，其发震断层尚未出露地表，隐伏在地下^[2]，到目前，芦山地震暂未发现明显的地表破裂；国内外地球物理学家利用远场体波地震资料快速反演获取了芦山地震震源力学机制、震源破裂过程^[3-5]，结果显示地震破裂分量主要以逆冲方式为主，矩震级M_W6.6~6.7级；震源破裂过程显示最大滑移量在1.3~1.5 m，且在初始破裂点下方（深部），地表破裂不显著.

芦山7.0级地震发生在汶川8.0级地震未引起破裂的龙门山断裂南段，两次地震震中相距90 km，两次地震的余震密集区相距50 km.汶川地震震中位于汶川县映秀镇，地震造成龙门山中央断裂-映秀-北川断裂240 km地表破裂，同时造成龙门山前山断裂-灌县-安县断裂的72 km地表破裂^[6]，有文献认为彭县-灌县断裂上的同震地表破裂长约100 km^[7]；汶川地震以逆冲为主兼右旋走滑；芦山地震发生在龙门山断裂南段，至今已过去15天，其主震和余震的震源力学机制、破裂过程以及余震空间展布和衰减等特征怎样？芦山地震与汶川地震在震源力学机制、破裂过程、余震空间展布以及地表破裂存在怎样异同？值得探讨.

四川省雅安市芦山县M7.0级地震震中位置，位于中国地震台网中心（CENC，China Earthquake NetworksCenter，http:∥www.cenc.ac.cn/）和四川省台网覆盖监测网内，从两个单位提供的定位结果来看（表 1），震中位置相差无几.

表 1(Table 1)

表 1 2013年4月20日芦山7.0级地震基本参数 Table 1 Basic parameters of the M7.0 Lushan earthquake

表 1 2013年4月20日芦山7.0级地震基本参数 Table 1 Basic parameters of the M7.0 Lushan earthquake

从震级上看，世界各地机构测定和公布的“4·20”芦山地震的面波震级在6.5级到7.0级之间（见表 2）.例如：美国国家地震信息中心（NEIC，National Earthquake Information Center，http:∥ neic.usgs.gov/）给出M_W6.6级（体波M_W6.5，中心矩M_W6.6，Wphase M_W6.6）；法国欧洲-地中海地震中心（CSEM，Centre Sismologique Euro-Mediterraneen，http:∥www.emsc-csem.org/）公布为M_W6.6级；俄罗斯科学院地球物理勘测局（GSR，GSRAS Geophysical Survey，Russia Academy of Science，Obninsk，Russia，http:∥www.ceme.gsras.ru/）根据俄罗斯地震台网测定M_S7.0级（M_b6.7）；德国勘测中心的地球科学研究中心（GFZ，Deutsches GeoForschungsZentrum，http:∥www.gfz-potsdam.de/）给出M_W6.6级；澳大利亚澳洲地球科学（AGGA，Australian Government Geoscience Australia，http:∥www.ga.gov.au/）测定为M_W7.0级；英国地质调查局（BGS，British Geological Survey http:∥ www.bgs.ac.uk/）测定为M_S6.6；德国格拉芬堡地震台阵地震中心观测站（SZGRF，Seismological Central Observatory，http:∥www.szgrf.bgr.de/）测定体波震级M_L7.1、面波震级M_S7.0级；日本气象厅（JMA，Japan Meteorological Agency，http:∥ www.jma.go.jp/）测定为M_S6.9级；中国“台湾交通部中央气象局”（CWB，Central Weather Bureau，http:∥www.cwb.gov.tw/）测定M_S6.9；中国香港天文台（HKO，Hong Kong Observatory，http:∥ www.hko.gov.hk/）公布M_S6.5级等等.

表 2(Table 2)

表 2 全球各机构测定2013年4月20日芦山地震基本参数 Table 2 Basic parameters of the April 20, 2013 Lushan earthquake from each institution in the world

表 2 全球各机构测定2013年4月20日芦山地震基本参数 Table 2 Basic parameters of the April 20, 2013 Lushan earthquake from each institution in the world

芦山地震震源深度测定在12~20 km之间（见表 2）.全球各机构测定中除日本气象厅和中国香港天文台没有深度参数外，收集的9个机构测定中，澳大利亚澳洲地球科学和德国格拉芬堡地震台阵地震中心观测站给出的是浅源地震的判定，其余7个机构测定深度在12~20 km间，平均为16.6 km.中国地震台网测定为13 km，四川地震台网测定为17 km.

根据CAP方法^[8-9]，利用郑勇等^[10]给出的龙门山地区的速度结构，我们收集了四川区域台网60个宽频带数字台站波形资料，去除噪声干扰较大和限幅的波形后，反演了该次地震震源机制解，获得初次反演结果；对初次反演结果进行再挑选，去除理论地震图与实际记录相关度小于70%的台站记录，最后利用6个拟合效果较好的台站波形进行再次反演，反演结果显示（图 1和图 2），本次芦山7.0级地震为逆冲型地震，节面Ⅰ：断层面参数214°/39°/100°，显示为NE-SW走向，与龙门山断裂带走向相符合；倾角为39°，滑动角100°，显示与龙门山推覆构造断层面向西倾相符合；最佳拟合深度19 km，矩震级M_W6.4.

图 1

Fig. 1

图 1 芦山7.0级主震深度误差拟合图 Fitting chart of the depth and error of the M7.0 Lushan earthquake Fig. 1 当震源深度为18 km时, 目标函数的误差最小, 此深度即为拟合最佳震源深度. When the source depth is 18 km, the error of the objective function is minimum, this fitted value is a best depth.

图 2

Fig. 2

图 2 芦山7.0级地震CAP反演实际波形与理论波形对比 红线为理论波形, 黑线为实际波形.波形下方数字分别为互相关系数百分比(%)和对应时间偏移(S).台站名上方数字为震中距(km), 台站名下方数字为方位角(°). Fig. 2 Comparison of the observed and theoretical waves of the M7.0 Lushan earthquake by the CAP inversion method Red lines are the theoretical synthetic waves and black lines are observed waves. In each sub-graph, digits are the correlation coefficient (%) and corresponding time offset (s) respectively. The digits on the top of stations are epicentral distance (km). The digits on the bottom of stations are azimuth (°).

我们同时收集国内外9个机构给出的主震机制解结果（表 3），其中节面I的走向基本都在204°~220°之间，与龙门山断裂带的SW-NE走向一致.倾角在33°~47°之间，较陡，说明主震不是发生在低缓的推覆构造体的基底滑脱面上，而很可能是发生在某个具有较大倾角的冲断层上.滑动角分布在70°~104°范围内，体现了主震几乎纯逆冲断层作用的性质.

表 3(Table 3)

表 3 2013年4月20日芦山地震的矩张量解 Table 3 Moment tensor solution of the April 20, 2013 Lushan earthquake

表 3 2013年4月20日芦山地震的矩张量解 Table 3 Moment tensor solution of the April 20, 2013 Lushan earthquake

对芦山7.0级地震较强余震进行了反演（图 3），结果均显示为逆冲性质.断层面参数NE-SW走向显示均与龙门山断裂带走向相符合；倾角和滑动角显示与龙门山推覆构造断层面向西倾相符合；最佳拟合深度在11~17 km，与7.0级主震相比，余震震源深度相对要浅.图 3给出了部分较强余震的结果.

图 3

Fig. 3

图 3 芦山7.0级地震较强余震深度误差拟合图 目标函数的误差最小时，深度即为最佳震源深度. Fig. 3 Fitting chart of the depth and error of the strong aftershock of the M7.0 Lushan earthquake When the error of the objective function is minimum, this fitted value is a best depth.

我们收集国内外9个机构给出的矩震级为M_W6.6~6.7级，释放的地震矩在（0.72~1.6）×10¹⁹ Nm（见表 3）.国内4个机构给出的矩震级均在上限水平.中国地震局地球物理研究所刘超、许力生、陈运泰小组公布矩震级为M_W6.7级，释放的地震矩为1.6×10¹⁹ Nm，张勇、许力生、陈运泰快速反演破裂过程显示主释放有两次子事件^[3]；中国科学院计算地球动力学重点实验室曾祥方给出矩震级M_W6.7^[11]；中国科学院青藏高原研究所王卫民计算得到的地震矩为M_W6.7，释放的地震矩在1.54×10¹⁹ Nm^[4]；中国地震局地震预测研究所地震学室根据体波和面波联合反演的快速计算，得到该次地震的矩震级M_W6.64^[12].国外5个机构均给出相同的矩震级M_W6.6级，释放的地震矩在（0.72~1.0）×10¹⁹ Nm.我们根据波形反演矩震级偏小，为M_W6.4级，主要是使用近台资料原因.

芦山地震发生后，国内地球物理学家利用数字地震波开展了破裂过程的研究，获得了芦山主震破裂过程的反演结果（表 4）^[3-5].

表 4(Table 4)

表 4 2013年4月20日芦山地震破裂过程的反演结果 Table 4 Inversion results of the rupture process of the April 20, 2013 Lushan earthquake

表 4 2013年4月20日芦山地震破裂过程的反演结果 Table 4 Inversion results of the rupture process of the April 20, 2013 Lushan earthquake

张勇等在芦山地震发生当日，采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演了地震的破裂过程.其结果为：震源时间函数显示出两次主要的子事件，最主要的一次子事件发生在0~10.5 s，矩震级M_W6.6，释放的地震矩1.12×10¹⁹ Nm，约占总地震距的2/3；第二次子事件发生在10.5~27 s，其规模约为第一次子事件的一半，两次都发生在断层面上震源（破裂起始点）附近，整个地震破裂过程中没有表现出明显的破裂方向性^[3].

王卫民等在地震发生后，从IRIS（国际地震学研究联合会）数据中心下载了地震数据资料用于研究地震震源机制和震源破裂过程^[4].结果显示：矩震级M_W6.7，地震矩为1.54×10¹⁹ Nm，震源深度为10.2 km，为逆冲断层，最大滑动1.59 m，破裂在断层面上的分布比较集中.

郑勇等基于小波分析方法，采用30°~90°的远震P波的垂直分量对该地震进行了反演研究^[5].结果显示，地震破裂以逆冲方式为主，起震深度在12.4 km左右，最大滑移量1.5 m发生在13 km左右的深度；断层的破裂面倾角35°，断层走向为219°，推测可能是龙门山的前山断裂.断层破裂主要集中在起震点到两侧20 km的范围内，沿断层倾角方向的破裂范围主要在12~25 km.从震源时间函数看，主要能量释放在起震后10 s内，在20 s左右有另一个小的能量释放，可能为主震的一部分，也可能属于一个强余震的释放.

上述三研究组给出反演结果基本一致.均显示地震破裂分量以逆冲方式为主，震源破裂过程显示最大滑移量为1.3~1.5 m，最大滑移均在初始破裂点下方（深部），地表破裂不显著.

据四川地震台网测定，截至5月5日20时，芦山7.0级地震震区共发生余震7826次，其中5.0级以上地震4次，4.0~4.9级地震22次，3.0~3.9级地震95次，最大余震为4月21日17时5分发生在芦山、邛崃交界的5.4级地震（见表 5），主震与最大余震差1.6级.余震优势分布大致为北东-南西向（见图 7），与地震等烈度线长轴方向基本相吻合^[1].

表 5(Table 5)

表 5 2013年4月20日芦山地震序列目录(M≥4.0) Table 5 Catalogue of the April 20, 2013 Lushan earthquake sequence (M≥4.0)

表 5 2013年4月20日芦山地震序列目录(M≥4.0) Table 5 Catalogue of the April 20, 2013 Lushan earthquake sequence (M≥4.0)

图 7

Fig. 7

图 7 芦山7. 0级地震与汶川8. 0级地震的余震分布(ML≥4. 0, 2008-05-12-2013-05-05) Fig. 7 The distribution of the aftershocks of the M7.0 Lushan earthquake and the M8. 0 Wenchuan earthquake (ML≥4. 0, May 12, 2008-May 5, 2013)

此次地震余震数量多，根据震后15天的统计，M_L0.0级以上余震达7800余次.虽然lgN-M图显示序列的完整性震级可能在1.0级附近（图 4a），但考虑到序列早期由于尾波干扰造成较小地震丢失，我们将研究的起始震级提高到了2.0.从时间进程上看，序列的发震时刻相对集中但衰减快速，主震震后5天内2.0级以上余震达943余次（占15天序列总量的83.7%），第6~15天2.0级以上余震仅184次（占15天总量的16.3%）.序列的M-t图、N-t图和蠕变释放曲线（图 4b-图 4d）也体现了这些特点.

图 4

Fig. 4

图 4 芦山7.0级地震序列的(a)震级-累计频度图、(b)M-t图、(C)N-t图、(d)蠕变图 Fig. 4 (a) Magnitude-cumulative frequency diagram, (b)M-t diagram, (c)M-t Daily frequencies and (d) Curve of strain release of the M7. 0 Lushan earthquake sequence

从余震序列特征（图 5）的空间分布看，余震区集中分布呈东北至西南走向，与龙门山断裂带南段构造走向一致，余震分布密集区位于龙门山断裂带南段前山构造迹线西北一侧；余震区长轴呈东北至西南走向展布约40 km，西南起始天全县永兴区，东北达芦山县中林乡；短轴约20 km，西北起于宝兴县灵关镇，东南至芦山县隆兴乡.

图 5

Fig. 5

图 5 芦山7.0级地震ML≥2.0级余震分布(四川省台网） Fig. 5 The distribution of the ML≥2. 0 aftershocks of the M7. 0 Lushan earthquake (Seismic network in Sichuan Province)

从余震深度剖面图（图 6）可见，数字地震波反演主震深度为19 km，4次5级以上余震台网测定和深度反演在10~17 km，总体浅于主震.图 6a是图 5中A点至A′点深度剖面，A-A′剖面显示主震附近余震深度较深，沿断裂迹线向西南逐步趋浅，图 6b是图 5中B点至B′点深度剖面，B-B′剖面显示向西北趋深，与震源机制解显示倾向NW的逆冲断层作用的结果相吻合，结合机制解推测发震构造面为倾角为35°~40°的错动.

图 6

Fig. 6

图 6 芦山7.0级地震余震深度剖面 主震和5级以上强余震的深度为反演结果，其余余震的深度为四川台网测定结果.(a) A-A'剖面；(b) B-B'剖面. Fig. 6 The depth profile of the aftershocks of the M7. 0 Lushan earthquake The depths of mainshocks and the M≥5 aftershocks are calculated from the inversion method, and the depths of aftershocks are calculated from observation data of the Sichuan Network. (a) Profile A-A'; (b) Profile B-B'.

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震震源错动类型有差异.虽然两次地震震源错动类型大体一致，均表现为主要的逆冲断层性质，但存在一定差异：芦山7.0级地震表现为纯逆冲错动类型，汶川8.0级地震地表破裂^[6-8]特征显示具有明显的右旋走滑错动分量.

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震的破裂过程存在差异.芦山地震没有单侧破裂性质，破裂时间持续不到30 s，且没有表现出明显的破裂方向性^[3-5].汶川地震破裂过程^[13-14]表现出单侧破裂性质，破裂持续100~110 s，表现为由起始破裂（映秀）西南向北东方向单侧破裂性质.

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震地表破裂明显不同.据中国地震局地质研究所网站科研动态所介绍的结果，芦山地震没有产生明显的地震地表破裂带^[2].汶川地震震中位于汶川县映秀，地震造成龙门山中央断裂-映秀-北川断裂地表破裂^[3]，同时造成龙门山前山断裂-灌县-江油断裂地表破裂^[6].

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震余震区没有贯通（图 7），两次地震震中相距约90 km，两个密集余震区间隔达50 km.芦山地震与汶川地震的余震分别在各自的余震区活动.汶川余震衰减慢，虽然5年过去了，整个余震区的余震仍然持续活动（图 7、图 8）.

图 8

Fig. 8

图 8 汶川8. 0级地震M≥3. 0级余震的(a)M-t；(b)月频次N-t图 Fig. 8 (a) M-t diagram and (b) N-t diagram of the Monthly frequencies of the M8. 0 Wenchuan earthquake sequence (the magnitude is equal to or greater than M3. 0)

总之，两次地震是在同一断裂带上的相对独立的地震事件.从两次地震的震源力学机制、震源破裂特征、余震活动空间分布和余震持续衰减活动等方面来分析，可以认为：这两次地震是发生在龙门山断裂带上不同时段、不同断裂段落上的相对独立的地震事件，汶川地震造成龙门山断裂中北段较充分破裂，芦山地震则展布于龙门山断裂南段且破裂尺度有限，是两次相对独立的地震事件.

芦山7.0级地震震源力学机制、破裂过程以及余震空间展布序列特征显示：芦山地震的震源力学机制显示为纯逆冲性质.主震机制解的节面Ⅰ走向分布在204°~220°之间，显示为NE-SW走向，与龙门山断裂带走向相符合；倾角在33°~47°之间，较陡，说明主震不是发生在低缓的推覆构造体的基底滑脱面上，而很可能是发生在某个具有较大倾角的冲断层上.滑动角分布在70°~104°范围内，体现了主震几乎纯逆冲断层作用的性质；最佳拟合深度19 km；较强余震的反演结果均显示具有和主震相似的机制解特征；较强余震的最佳拟合深度在11~17 km，与主震相比，余震震源深度相对要浅.

芦山7.0级地震的余震较丰富，震后15天震区已发生7800多次余震，其中：5级以上余震4次，截止到5月5日的最大余震是4月21日17时5分芦山、邛崃交界5.4级地震；主震与最大余震差1.6级；余震分布显示长轴走向与龙门山断裂构造走向一致，余震分布密集区长轴约40 km，短轴约20 km，表明破裂尺度有限.

对芦山7.0级地震与汶川8.0级地震在震源力学机制、破裂过程、余震空间展布以及地表破裂等方面进行了对比分析.结果表明：

两次地震震源错动类型有差异.芦山地震与汶川地震震源错动类型大体一致，均表现为主要的逆冲断层性质，但存在一定差异：芦山地震表现为纯逆冲错动类型；汶川地震具有明显的右旋走滑错动分量.

两次地震的破裂过程存在差异.芦山7.0级地震破裂时间持续不到30 s，破裂过程反演没有表现出明显的破裂方向性；汶川8.0级地震破裂时间持续100~110 s，表现为由起始破裂（映秀）西南向北东方向单侧破裂性质.

两次地震的地表破裂存在差异.芦山7.0级地震暂未发现地表破裂；汶川8.0级地震不仅造成龙门山中央断裂的地表破裂，同时造成龙门山前山断裂地表破裂.

两次地震余震活动空间存在差异.芦山7.0级地震余震区长轴呈东北至西南展布约40 km，破裂尺度小；汶川8.0级地震的余震区展布达340 km，破裂尺度大；两次地震余震在各自的余震区域内活动.

由此可见，芦山7.0级地震与汶川8.0级地震的震源错动类型、破裂过程、地表破裂以及余震活动等特征均存在明显差异.芦山地震与汶川地震震中位置相距90 km，两次地震的余震密集区相距50 km，汶川地震造成龙门山断裂中北段较充分破裂，芦山地震则展布于龙门山断裂南段且破裂尺度有限，两者有发震构造上的联系，但是两次相对独立的地震事件.