張振國，張偉，孫耀充，朱耿尚，文健，陳曉非＊

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

2 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，地震學(xué)與地球內(nèi)部物理實(shí)驗(yàn)室，合肥 230026

3 蒙城地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站，合肥 230026

1 引言

2014年2月12日17時19分，新疆自治區(qū)和田地區(qū)于田縣發(fā)生了MS7.3級地震，震中位置為北緯36.1°，東經(jīng)82.5°，震源深度12km.初步推斷該地震的發(fā)震斷層為阿爾金斷裂帶西段，為帶NE向左旋走滑的正斷層地震（徐錫偉和于貴華，2014）.該地震震中距離人口稠密地區(qū)較遠(yuǎn)，到目前為止尚未見到有關(guān)人員傷亡的報告，但是本次地震造成了7838人受災(zāi)（中國地震信息網(wǎng)，2014）.地震發(fā)生約2小時之后，中國地震局地球物理研究所張勇等人給出了于田地震運(yùn)動學(xué)反演過程（張勇等，2014）.本文利用該震源運(yùn)動模型模擬計算于田地震的近場強(qiáng)地面運(yùn)動、計算出相應(yīng)的烈度分布圖，并在此基礎(chǔ)上評估與分析該地震的震害分布特征，為科學(xué)抗震減災(zāi)與后續(xù)恢復(fù)重建提供初步的科學(xué)依據(jù).

2 模型和方法

2.1 計算方法

地震災(zāi)害主要是由地震在地表形成的強(qiáng)地面運(yùn)動造成的.根據(jù)物理學(xué)原理，地震的強(qiáng)地面運(yùn)動是震源破裂過程產(chǎn)生的地震波傳達(dá)至地表所致.因此在已知震源破裂過程條件下，通過數(shù)值求解描述這一物理過程的彈性動力學(xué)基本方程，可以獲得地震波的傳播過程以及其在地表造成的強(qiáng)地面運(yùn)動.由于該地震發(fā)生在地形變化顯著的地區(qū)，模擬計算必須能夠處理地形影響.為此本文采用曲線網(wǎng)格有限差分方法（Zhang and Chen，2006；Zhang et al.，2012）.該方法根據(jù)起伏地表建立曲線網(wǎng)格，并采用牽引力鏡像法來處理自由表面條件，使得該方法能夠準(zhǔn)確的處理復(fù)雜地形問題.關(guān)于該方法的詳細(xì)介紹及在強(qiáng)地面運(yùn)動模擬中的應(yīng)用可參考文獻(xiàn)（Zhang et al.，2008，Zhu et al，2013）.

圖1給出了計算區(qū)域及周邊地貌情況，其中黑色邊框代表計算區(qū)域，斷層在地表的投影用藍(lán)色框表示，紅色五角星為震源在地表的位置.整個計算區(qū)域尺度為400km×300km，深度為65km.

圖1 模擬計算區(qū)域以及周邊地形圖Fig.1 Topographic map of the simulation region and its vicinity

2.2 介質(zhì)模型

為了能夠快速模擬實(shí)際地震的強(qiáng)地面運(yùn)動，我們需要構(gòu)建一個數(shù)據(jù)庫，包含感興趣的所有可能發(fā)生地震的地區(qū).如果有可能，最全面的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該是針對整個地球.CRUST2.0（Bassin et al.，2000）是一個全球地殼模型，分辨率為2°×2°，即220km左右.盡管該模型空間分辨率比較低，但在全球范圍內(nèi)有覆蓋.對于未知地點(diǎn)的地震強(qiáng)地面運(yùn)動快速模擬是一個初步選擇.如果我們對地震區(qū)域介質(zhì)有較好的了解，有更好分辨率的介質(zhì)模型，在后續(xù)的詳細(xì)的模擬中可以運(yùn)用分辨率較高的模型以更真實(shí)模擬地震波場傳播.另外，我們用全球沉積層模型（分辨率為1°×1°）（Laske and Masters，1997）代替CRUST2.0中上層的沉積層.沉積層、地殼模型覆蓋在AK135地幔模型（Kennett et al.，1995）之上.

2.3 震源模型

于田地震之后，張勇等（2014）利用全球地震臺網(wǎng)遠(yuǎn)震體波數(shù)據(jù)快速反演了該地震的震源破裂過程.該反演結(jié)果顯示，地震發(fā)生在一長85km、寬45km斷層面上，斷層出露到地表，走向242°，傾角78°.震中位置北緯35.922°，東經(jīng)82.558°，震源深度12.5km，矩震級為Mw6.9.斷層滑動出露到地表，地表附近的滑動較小，主要滑動集中在震中附近、沿斷層傾斜方向20km深度處，最大滑移量約為1.8m.

反演給出的震源模型中，子斷層的空間分辨率為5km×5km，空間采樣頻率是2，即間隔0.5s給定一個滑動速率.為了計算上的合理，我們將斷層面重采樣為2.5km×2.5km.由于張勇給出的震源模型中任意子斷層的滑動角隨時間是可變的，在空間重采樣中我們考慮到了這一因素，即在每個時間間隔上都對整個斷層面上的所有斷層的滑動速率進(jìn)行插值.

3 強(qiáng)地面運(yùn)動模擬結(jié)果

圖2 給出了于田地震模擬的Vx分量快照.紅色五角星代表震源模型中的震中位置（35.922°N，82.558°E），黑色矩形框表示地震斷層在地表的投影.

圖2 于田地震模擬速度波場快照Fig.2 Snapshots of simulated velocity field of Yutian earthquake

于田地震主要能量由位于震中附近下方的位錯產(chǎn)生，以水平走向錯動為主，因此在斷層垂向上產(chǎn)生了能量較強(qiáng)S波.由圖2（c－d）可以發(fā)現(xiàn)，地震波在斷層兩側(cè)存在不對稱性，即位于盆地一側(cè)的波場振幅比另外山區(qū)一側(cè)的要大.

圖3給出了由模擬計算得到的水平峰值速度（PGV－h(huán)），并根據(jù)《中國地震烈度表（GB／T 17742－2008）》計算的地震烈度分布.結(jié)果顯示該地震最大地震烈度為7度，位于震源模型中地表附近錯動較大區(qū)域.由于地震主要錯動發(fā)生在深部大約20km深度處，該地震對地表照成的破壞有限.于田縣城的烈度大約在5～6度之間.另外從烈度分布圖上可以看出，斷層西北方向的地震動要比另外一側(cè)強(qiáng)，這主要由兩個因素造成.一個原因是該地震斷層面朝西北傾斜，傾角為78°.地震上盤效應(yīng)使得地震能量在西北方向（上盤）要比東南方向（下盤）略大.另外一個方面是，地震波朝西北方向傳播一定距離之后進(jìn)入塔里木盆地.地震波在相對低速結(jié)構(gòu)中傳播，振幅得到加強(qiáng)（圖2c－d），這一點(diǎn)在PGV－h(huán)中也得到體現(xiàn).

從烈度分布圖還可以看出，山峰地區(qū)的峰值速度比山谷地區(qū)偏大.這主要是地震波在山峰、山脊區(qū)域多次反射，振幅加強(qiáng).Lee等（2008）以及Zhang等（2008）等研究詳細(xì)討論了起伏地表對地震波場傳播的影響.于田縣城北面的褶皺地區(qū)對地震動起到了放大作用，該放大作用主要是由于形態(tài)較為規(guī)則的褶皺地貌導(dǎo)致地震波的相干疊加所致.因而該褶皺地區(qū)的地震烈度較之周圍地區(qū)高出1～2度.

圖3 理論地震烈度圖分布Fig.3 Calculated seismic intensity map for the Yutian earthquake

4 初步結(jié)論

本文基于新疆于田地震運(yùn)動學(xué)反演模型，并根據(jù)發(fā)震地區(qū)及鄰近地區(qū)的三維速度模型和地形數(shù)據(jù)，利用地震波模擬方法在地震發(fā)生之后及時模擬了該地震的近場地震波傳播.根據(jù)地震波場的模擬結(jié)果，計算了該區(qū)域內(nèi)的地震烈度分布.結(jié)果表明：總體上地震動在西北方向明顯比東南方向大，震中最大烈度略大于7度.除震中地區(qū)，盆地邊緣山區(qū)的山脊地震烈度較大.此外，于田縣城北面的褶皺地區(qū)地震烈度較大，接近6度.相比之下，震中距較近的于田縣城和民豐縣城的地震烈度僅為5度和4.5度.計算結(jié)果還顯示該地震本身主要能量釋放區(qū)域在深部因此對地表造成的破壞有限，這與目前尚無人員傷亡報告的情況相符合.

致謝 感謝中國地震局地球物理研究所張勇博士等人提供震源模型.

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附中文參考文獻(xiàn)

徐錫偉，于貴華.2014.新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)于田縣（北緯36.1°，東經(jīng)82.5°）7.3級地震發(fā)震構(gòu)造圖，http：／／www.eq－igl.ac.cn［2014－02－16］.

張勇，許力生，陳運(yùn)泰.2014.2014年2月12日新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)于田縣7.3級地震（II）－地震破裂過程，http：／／www.ceaigp.ac.cn／tpxw／269361.shtml［2014－02－16］.

中國地震信息網(wǎng)，《新疆地震致新疆和田7838人受災(zāi)》，http：／／www.csi.ac.cn／publish／main／1／734／100660／100661／20140213141857195364796／index.html［2014－02－16］.