据中国地震台网测定，2013年4月20日08时02分，在我国四川省雅安市芦山县境内发了M_S7.0(美国地质调查局给出的矩震级为M_W6.6)级地震，这是龙门山断裂带继2008年5月12日四川汶川发生8级地震后的又一次显著灾害事件.地震发生后我国地震工作者充分利用近场和远场宽频带数字地震波形资料快速发布了地震震源破裂过程、震源机制解、精定位及其与汶川地震的关系等研究结果(陈运泰等，2013；单斌等，2013；杜方等，2013；高原等，2013；刘成利等，2013；刘杰等，2013；吕坚等，2013；王卫民等，2013；谢祖军等，2013；曾祥方等，2013；张广伟等，2013；张勇等，2013；郑勇等，2013).武艳强等(2013)也利用近场连续GPS数据给出了此次地震的同震位移场分布.然而在我国，近场强震动记录资料目前仍主要应用于工程地震学领域研究，开发应用于对同震位移场和震源滑动模型的研究仍在不断探索中(Wang et al.,2011；金明培等，2013).

此次地震震级虽没有汶川8级地震那么大，却发生在我国强震动台网相对密集的龙门山断裂带南段地区，震中周围60 km范围内有可用记录的强震动台13个，连续GPS站点有10个(见图1).离震中较近的51BXD(宝兴地办)台记录到了我国内陆地区首条超过1 g(东西向最大为1024.8 cm·s^-2)的强震记录.上述近场强震动记录虽分布不均匀且密集程度不高，加之在震中南侧距离震中较近的三个台站因种种原因记录资料不可用，但在目前我国强震动台分布依然稀疏且起步较晚的情况下，此次地震已为我们在国内尝试充分利用近场强震动记录进行同震永久位移场估算并由此反演震源滑动模型分布研究提供了难得的震例.

图1展示了芦山7级地震震中周围60 km范围内四川省地震局架设的18个强震动台站和多个部门在震前布设的10个连续GPS观测站.该区是目前我国强震动台站架设较为密集的地区之一.令人遗憾的是，离震中较近的51LSJ(与GPS之LS05共点)， 51LSH两个台站虽有记录但无法打开使用，51TQD台(与GPS之SCTQ共点)则主震记录被后续小震记录覆盖，类似情况也发生在稍远的51DXY和51YAS两个台站.所幸图1中黑色三角形所示的13个台站绝大部份仍有较好的记录，而且发震断层两侧均有展布，这为同震位移场的研究提供了宝贵的资料.在估计同震永久位移场时，我们使用了本文作者之一的汪荣江博士新近编写的自动快速经验基线校正程序SMBLOC(Wang et al.,2011；金明培等，2013)，该程序能够在获取强震记录后快速估计同震位移场分布.图中的断层面与地表交线、断层面参数(走向、倾角的变化)和隐伏断层标识采用了徐锡伟等(2013)的结果.

图2a给出了可用资料中离震中最近的51BXD台记录到的未校正三分量加速度记录和由加速度经过简单积分后的速度、位移时程图.可以看到在加速度时程中并不明显的基线漂移，在速度时程中逐渐显现，并最终突显于位移时程.因此，如果能够设法利用计算机程序快速有效地去掉这些漂移，就能在震后及时给出同震位移场，即同一地点震前与震后 相比的永久位移场变化.图2b给出了利用SMBLOC 程序校正后的51BXD台加速度、速度、位移时程图，由图可见，此次地震使该台站向东、向南、向上各永久移动了1.1 cm，1.7 cm，2.2 cm.从该台估算结果来看，此次地震造成的永久位移量很小，仅为cm级.从更大范围来看，虽然该台离震中最近，且记录到了东西、南北、垂直三分向均为最大的加速度记录，但非常奇怪的是，无论从水平还是垂直位移来看均不是所有已估算出的结果中最大的，而相邻且离震中更近的同样位于震中西侧的GPS站LS06也仅观测到东西向-0.85 cm、南北向-0.71 cm、垂直向1.63 cm(武艳强等，2013)的cm级较小位移.

图2

Fig. 2

图2 (a) 51BXD台未校正的加速度(左)、速度及相应的基线校正(中)和位移(右)时程图；(b) 经过经验基线校正后的51BXD台加速度(左)、速度(中)和位移(右)时程图 Fig.2 (a)Seismograms at Station 51BXD, 16.5 km from the epicenter.Left: Uncorrected acceleration. Middle: Uncorrected velocity (grey) and their baseline corrections (black). Right: Uncorrected displacement. (b)Seismograms at Station 51BXD, after baseline corrections. Left: Corrected acceleration. Middle: Corrected velocity. Right: Corrected displacement

图3比较了本研究解算出来的强震(红色)和武艳强等(2013)给出的GPS(蓝色)同震位移场结果.从两种不同方法给出的结果相比有以下共同特点：①同震位移分布可测范围、方向与幅度一致性较好. 从图3a所示的水平位移场可以看出，震中周围60 km 范围内无论是垂直于发震断层方向还是沿发震断层方向，两种不同方法给出的同震位移场无论可测范围展布还是位移幅度、方向一致性均较好，最大均不超过cm级.由于两种台站分布均较为稀疏，强震与GPS能够共点观测的台只有3对，更为遗憾的是，在这3对台站中，仅51YAD(与GPS站YAAN共点)有强震记录资料可用.51YAD(强震)与YAAN(GPS)解算的同震位移分别为东西向-2.37 cm与-0.70 cm，南北向0.99 cm与0.64 cm， 垂直向-1.88 cm与-0.35 cm.虽然强震的结果比GPS结果均略偏大，但三分量的方向均一致.且从其他相邻台站不同方法的同震位移方向和幅度来看均显示了较好的一致性.强震最大水平位移出现在发震断层 东侧的51YAM台(东西向为-3.6 cm,南北向2.6 cm, 水平向合成为4.9 cm)，而GPS最大水平位移出现在发震断层西侧的LS05台(东西向 为-2.1 cm,南北向-6.4 cm,水平向合成为6.8 cm), 二者均为cm级变化.②同震位移场反映的断层错动方式高度吻合.从较大范围来看，两种结果的水平位移场特征均表现为：西北盘(上盘)向南东运动，同时东南盘(下盘)向西北运动，显示发震断层错动以逆冲为主.另一个值得一提的一致性较好的结果是：震中南侧GPS之LS05、LS06、SCTQ观测到了向南西方向的较大的左旋特征的水平位移，由于与逆冲型的震源机制解不相吻合，一直以来被很多专家置疑(与江在森老师私人通讯).在震中西南侧的强震51LSF和51YAL结果中同样观测到了类似的水平位移场特征，为佐证该地震具有左旋分量提供了强 有力支持.③发震断层西侧的同震位移场同样具有奇异分布特征.正如GPS中离震中较近的LS06台所得水平位移仅为1.1 cm，而西侧离震中更远的LS07(青江)站却观测到了3.0 cm的最大逆冲水平位移一样，就在附近的强震台中离震中较近的51BXD观测到的最大水平位移仅为2.0 cm，而同样 位于西侧的更远距离的51BXM台却观测到了3.9 cm 的较大逆冲水平位移.最大逆冲水平位移点出现在最西边的耿达—陇东断裂带附近且离震中越近水平位移却越小(从3.9 cm至2.0 cm到1.1 cm递减)，武艳强等(2013)认为这显示龙门山断裂系由于深部存在滑脱面的关联性(张培震等，2008).④再从图3来看，相对于水平向同震位移，除了位于震中附近的几个台站垂直向同震位移稍微可观外，其余台站(即 使是非常近源的台站)给出的垂直同震位移都非常小，除51BXM(上盘)和51YAM(下盘)结果奇异外，仍然呈现了上盘向上，下盘向下的典型逆冲特征，但幅值变化无明显随离发震断层的距离而衰减的规律，主要原因可能与基线校正方法的精度和垂直向永久位移变化量较小(GPS同样如此)有关.因此，在随后实施的滑动模型反演中我们取垂直向位移的权重值仅为水平向的四分之一.

图3

Fig. 3

图3 近场强震(红色)和GPS(蓝色)解算得到的水平(a)和垂直(b)同震位移场比较 Fig.3 Horizontal (a) and vertical (b) co-seismic displacements derived from strong-motion data (red), compared with the GPS observations (blue)

图3还表明，与GPS单独分析有所不同，当把两种方法给出的同震位移场合起来看，随着点位分布的密度增大，一定程度上还是能看到水平向同震位移随震中距的衰减特征，特别是沿发震断层方向更为明显：距离震中越近，幅度越大，随震中距加大，幅值衰减较快.上述结果充分说明，在我国利用近场强震记录快速估计同震位移场是可行的，而且在连续GPS站点稀疏的地区，强震结果将是GPS结果很好的佐证和有益的补充.

反演所用地壳速度结构采用了由吕坚等(2013)综合了朱介寿等(1984)、赵珠等(1997)、王椿镛等(2003)用人工地震测深和天然地震反演的结果给出的一维速度模型,如表1.

表1(Table 1)

表1 反演所用地壳一维速度模型 Table 1 Crustal velocity model 地壳分层/km Vp/(km·s-1) Vs/(km·s-1) 密度/(g·cm-3) 0.00～2.94 4.88 2.86 2.60 2.94～8.34 5.80 3.40 2.78 8.34～21.70 6.04 3.55 2.83 21.70～43.09 6.82 3.98 3.00 43.09～50.00 7.00 4.00 3.05 ≥50.00 7.85 4.40 3.30

表1 反演所用地壳一维速度模型 Table 1 Crustal velocity model

在反演震源滑动模型时，先要确定地震的震源机制解.而芦山地震的震源机制解，不同机构给出的结果略有差异，总结来看，走向从198°～222°，倾角从33°～47°，滑动角从71°～112°，矩心深度从10～25 km, 矩震级从M_w6.5～6.8不等.结果的差异与所用资料、方法及速度模型有关.本文采用了由徐锡伟等(2013)根据地震现场科学考察结果，综合了余震精定位后的空间分布特征、震源机制解、地表地形等给出的发震构造模型，即走向取212°，倾角由54°线性渐变至35°，滑动角允许在100±20°之间变化.断层面长L=60 km，宽W=39 km，根据震中经纬度和震源深度快速计算了参考点位置(30.4466°N，103.2594°E)，断层子单元为3 km×3 km，共260个子断层.反演所用的软件采用由本文作者之一汪荣江博士根据约束条件下最小二乘原理及最速下降法(Steepest Decent Method)编写的SDM2008程序.该软件近年来已广泛应用于同震或震后滑动分布的反演(Motagh et al.,2007；Wang et al.,2009；Diao et al.,2010；Xu et al.,2010；Diao et al.,2011； Zhang et al.,2011)，所得结果详见表2和图4.从表2和图4来看，强震和GPS单一结果给出的矩震级M_W均为6.7左右、滑动均主要以逆冲为主且展布在倾向10~35 km, 走向15~45 km的范围内,两种模型均沿断层面西南角至东北角展布,投影到地表则几乎为南北走向,这与中国地震局公布的等震线图基本一致；较大错动均集中在初始破裂点周围，尤其是沿断层面倾向15~30 km，走向20~35 km约25个子断层面的集中核心区；平均滑动量均较 小，仅0.2 m左右；三种结果最大滑动量均为1.10 m 左右，且最大应力降均为3.40 MPa左右，结果一致性较好，与张勇等(2013)、王卫民等(2013)用远震波形反演的最大滑动量1.30 m和1.59 m相比略微偏小，但量级相当.两种结果的差异主要表现在强震模型的多事件型特征比GPS结果(基本上是单事件)更为显著，且强震结果的地表破裂在局部地区大于cm级，而GPS结果地表破裂非常小，究其原因，可能与强震数据中51YAM、51YAD、51QLY三个较大水平位移台站与断层线较为接近，即反演中的数据效应因素有关.

表2(Table 2)

表2 不同资料在同一断层面参数下反演的震源滑动模型比较 Table 2 Slip parameters derived from strong motion and GPS data 参数比较 GPS SM GPS+SM Mw 6.62 6.75 6.70 数-模相关系数 0.99 0.93 0.95 平均滑动/m 0.14 0.21 0.16 最大滑动/m 1.09 1.14 1.10 平均应力降/MPa 0.81 1.05 0.88 最大应力降/MPa 3.43 3.33 3.48

表2 不同资料在同一断层面参数下反演的震源滑动模型比较 Table 2 Slip parameters derived from strong motion and GPS data

图4

Fig. 4

图4 根据近场强震(a)、GPS(b)和两者 联合(c)同震位移场反演的断层面滑动模型 Fig.4 Slip models inverted from the strong-motion based SM and GPS co-seismic displacement data separately and jointly SM+GPS

此次芦山地震让我们有机会在我国首次尝试利用近场强震动记录快速估算M_w6～7级的同震位移场并据此反演震源滑动分布，以试图与诸多利用远场波形资料和近场GPS所得的结果进行比较.与远场波形数据相比，近场同震位移对地壳的介质结构不敏感，因而能对断层大小和滑动分布提供更强的约束.与GPS观测相比较，虽然由强震资料解算的同震位移精度稍差，但从所得同震位移方向、幅度、范围、反映的断层错动方式、局部的奇异解(如左旋分量的存在、与滑脱面存在关联的远点比近点水平逆冲位移大)、模型最大滑动量、最大应力降、矩震级等均有很好的一致性.然而后者观测成本小，数据处理简单、快捷.理论上一般在震后几十分钟内(主要取决于资料获取所需时间)即能由近场强震记录解算出同震位移，并据此快速反演滑动模型，从而为震后快速信息响应、震害和灾情预估、应急救援力量分配、余震趋势研判等提供重要参考.

利用近场强震资料快速解算位移场，对强震记录有一定的技术要求，如规范的事件头文件，准确的分量和极性标识，以及较好的事件前后记录(一般要求事件前10～20 s左右，事件后更长些).此次芦山地震给我们提供了很好的M_w6～7级地震的强震动记录，特别是在我国大陆内首次记录到了超过1 g的加速度记录，弥补了我国近震源强震观测记录不足的遗憾，为近场强震动记录资料的充分开发利用提供了更为宝贵的平台.然而也应看到，我国目前普遍采用的无线网络转输数据的组网方式在较大地震中往往因通讯瘫痪造成数据回收困难(此次地震8 天后才基本收齐数据)，甚至出现象51TQD、51DXY 和51YAS等台的冲卡等突出问题，应该加以改进.此外，我国强震动台网数据及时共享难度大、且四川省大部份台站极性和分量标识混乱等现象的普遍存在，也给不熟悉和了解相关情况的研究人员快速应用带来极大的不便，甚至得出错误的结果，建议统一调整和规范.特别是即将实施的十二五规划中应该制定严格和统一的国家标准，使基础工作更加扎实和规范，以方便资料的快速产出和共享使用.