综合地震成像方法研究芦山地震震源区及其周边精细结构

This research proposes to use the abundant aftershocks and relatively dense temporary seismic stations to study the seismogenic zone structure of the 2013 Ms 7.0 Lushan earthquake by using multiple seismic imaging methods. These methods include seismic velocity tomography, seismic attenuation tomography, seismic anisotropy tomography, and seismic structure imaging using scattered waves. To more reliably determine Vs, Vp/Vs and Q models, we plan to develop cross-gradient based seismic imaging methods, in which these models are required to be structurally consistent with the Vp model while fitting the data. From multiple seismic imaging, we can obtain different models of Vp, Vs, Vp/Vs, Q, anisotropy and discontinuity. The combination of these models is very helpful for understanding the potential mechanisms for causing the Lushan earthquake, and the relationship between the fault structure and the earthquake rupture. In addition, we also plan to determine the velocity structure of the aftershock gap between the Lushan and Wenchuan earthquakes. This research is useful for better understanding the generation of large earthquakes along the Longmenshan fault system and for better characterizing the future earthquake hazard.

本项目计划利用2013年4月发生的Ms7.0级四川芦山地震丰富的余震和较密集的临时地震台站，综合运用多种地震成像方法对发震区结构进行精细成像。计划采用的地震成像方法包括地震速度成像，地震衰减成像，地震各向异性成像和地下介质间断面地震散射成像。为了更准确地确定Vs、Vp/Vs模型和地震衰减模型Q，计划发展新的基于交叉梯度约束的地震成像算法。在约束成像算法中，Vs、Vp/Vs模型以及Q模型要在满足各自数据的前提下，尽可能在结构上和Vp模型一致。通过综合地震成像，可以获得发震区的Vp、Vs、Vp/Vs、Q、各向异性和间断面结构，有助于研究芦山地震的发震机理以及结构和破裂过程之间的关系。另外，计划利用芦山地震和汶川地震的余震确定两个地震之间余震空白区的速度结构。本项研究有助于更好地理解龙门山断裂带大地震的发生和地震灾害的评估。

本项目针对发生在四川龙门山断层的2013年Ms7.0级芦山地震发震构造开展研究，主要目标是研究发震断层的精细结构及其与主震破裂分布的关系。为了达到这个目标，我们首先发展了先进的地震定位和成像方法，包括利用台站对和地震对走时差的新双差定位算法，提高Vp/Vs模型可靠度的新的双差成像算法，基于速度模型结构约束的地震衰减成像方法，基于地震干涉成像的结构成像方法，地震横波分裂各向异性成像和地震体波走时各向异性成像，以及地震体波和面波联合速度成像算法。在这个基础上，我们利用芦山地震丰富的余震事件和较密集的临时地震台站，确定了芦山地震余震的精确定位，发现余震呈现y型分布并且沿着断层走向呈现一定程度的变化。通过综合运用多种地震成像方法，对芦山地震发震区结构进行了精细成像。发现主震主破裂分布区域对应高速度、低Vp/Vs、低各向异性和低衰减异常，这也意味着主破裂分布区是一个介质强度高的块体，容易积累应力而形成较大地震的凸凹体。而在8公里以上区域，呈现低速、高Vp/Vs，高衰减和高各向异性，意味着该区域可能存在着较多裂缝，导致介质强度低，不容易积累应力，因此起到阻碍破裂向上传播的作用。另外，利用地震体波和面波联合成像算法确定了龙门山断层区域的速度结构，发现芦山地震和汶川地震之间的余震空白区呈现低速异常，较大地震一般发生在高速异常体的边缘。总体来讲，本项研究发现沿着断层面的结构分布对破裂的分布和传播起到一定的控制作用，较强的块体对应较大的主震破裂分布，较弱的异常区域在某种程度上起到阻碍破裂传播的作用。本项研究有助于更好地理解龙门山断裂带大地震的发生机制和地震灾害的评估。