汶川地震破裂区东北终止端强余震破裂方向性及发震机制研究

The 2008 Wenchuan earthquake initiated at Yingxiu County, ruptured towards northeast for more than 300 km and terminated around Qingchuan County. Three strong aftershocks (MS6+) occurred around the northeastern rupture zone after the mainshock, causing severe damage in Qingchuan County. Resolving their source parameters and seismogenic structure is necessary for future seismic hazard assessment and understanding the termination process of the Wenchuan earthquake. However, the complex tectonic setting in Longmenshan region makes it difficult to determine the causative faults only based on focal mechanism and aftershock distribution. In this study, we firstly invert for point source parameters (focal mechanism, centroid depth and source duration). Then, we determine the rupture directivity via relative centroid location method and reduced finite source method, and derive rupture plane, rupture direction, rupture length and rupture velocity via joint inversion with regional and teleseismic waveforms. Finally, we resolve the seismogenic faults combining the directivity results with previous studies including the tectonic backgrounds and aftershock distributions.

汶川地震破裂自映秀开始，沿着东北方向传播至青川县，余震分布显示地震破裂长度约三百余公里。随后，破裂区东北终止端附近发生了三次Ms6级以上的强余震，给灾区造成了严重的二次灾害。理解这些强余震的震源性质及其发震机制，可以为判定未来地震危险性、探讨汶川地震破裂的终止机制提供基础信息。龙门山地区构造复杂、断层数量多，仅通过强余震的震源机制解和它们的余震空间分布难以确定其发震构造。本项目计划在确定震源机制解的基础上，采用基于区域波形的相对质心定位方法，以及基于远震波形的约化有限源方法，联合近远震波形数据对几次强余震进行破裂方向性分析，获取破裂方向、破裂长度及破裂速度等同震破裂参数，确定强余震的发震断层。在此基础上，综合地质构造背景、余震分布等前人研究成果，探讨汶川破裂区东北终止端强余震的发震机制。

汶川地震破裂区东北终止端附近发生了三次Ms6以上的强余震，给灾区造成了严重的二次灾害。理解这些强余震的震源性质及其发震机制，可以为判定未来地震危险性、探讨汶川地震破裂的终止机制提供关键信息。通过联合区域和远震波形数据，反演了三次强余震及五次中等余震的点源参数，结果显示，这些余震的震源机制以走滑型和逆冲型为主，与汶川主震在该段的机制一致，而质心深度则表明破裂区东北端部的断层有向浅部延伸的趋势（由12~19 km变化至3~5 km），表明破裂终止区具有断裂尾端的扩展特征，存在显著的构造复杂性。在点源参数的基础上，利用区域地震波形和相对质心定位方法反演了两次走滑型强余震的破裂方向性参数；发展了适用于倾滑地震的相对质心定位方法，并结合约化有限源方法反演了逆冲型强余震的破裂方向性参数；基于波形振幅比对破裂方向性参数进行了定性验证。结果显示，5月25日Mw6.0地震沿右旋节面（60°/81°/173°）自NE向SW破裂约7 km，7月24日Mw5.4地震沿右旋节面（16°/67°/144°）自NNE向SSW破裂约8 km，8月5日Mw5.9地震沿东北倾节面（338°/57°/83°）向上破裂约6~8 km。根据矩震级和破裂长度，估算了两次走滑地震的应力降，发现浅震（4 km）的应力降远小于中地壳地震（19 km），可能与浅部地壳的低强度有关。三次强余震的发震断层与汶川主震在东北端的右旋走滑兼逆冲运动性质一致，断层走向由NE变化至NNE，与青川断裂的走向存在显著差异。同时，发现两次走滑强余震的破裂方向与主震相反。前人研究认为地震的破裂方向是由断层两侧介质物性差异、摩擦性质不均匀、初始应力不均匀等因素控制，对于汶川地震东北端出现的破裂反向现象，推测其可能是由青川地区碧口块体导致的断层两侧介质物性差异变化所造成的，因此进一步推测，坚硬的碧口块体可能阻止了汶川地震同震破裂继续向东北向的延伸。