2014年云南魯?shù)?.5級地震序列重定位研究*

徐甫坤，李 靜，蘇有錦

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2014年8月3日16時(shí)30分，云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生6.5級地震，震中位置 (27.1°N，103.3°E)，震源深度12 km，極震區(qū)烈度達(dá)到IX度。截至8月13日24時(shí)，云南省地震臺網(wǎng)記錄到余震1 364次，其中4.0～4.9級地震5次，3.0～3.9級地震49次，最大余震4.2級。

魯?shù)榈卣鸢l(fā)生在昭通—魯?shù)閿嗔训奈鱾?cè)，震中距魯?shù)榭h城西南約23 km。中國地震局地球物理研究所 (2014a)震源機(jī)制解和中國臺網(wǎng)中心(2014)提供的美國哈佛大學(xué)快速震源機(jī)制解顯示該地震為走滑型地震。但當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，云南地震臺網(wǎng)初定位顯示，地震序列成NW向條帶分布于昭通—魯?shù)閿嗔盐鱾?cè)，在主震附近也有部分余震呈NEE向或近EW向分布，表現(xiàn)出一定的共軛特征。而此次地震震級較小 (矩震級為6.1)，破裂很難穿透地表，從地震現(xiàn)場調(diào)查來看，也確實(shí)并未發(fā)現(xiàn)明顯的地表破裂，這些給確定發(fā)震斷層造成了一定困難。對于這樣的中強(qiáng)地震，可以結(jié)合余震的展布和震源機(jī)制解等來判定發(fā)震斷層的性質(zhì)。地震序列重定位結(jié)果能為分析斷層的地下形狀、確定發(fā)震斷層和分析地震的發(fā)震機(jī)理提供重要參考 (房立華等，2013;Balfour，Cassidy，2012)，特別是針對這些沒有明顯地表破裂的中強(qiáng)地震。本文利用“川滇地區(qū)三維走時(shí)表”和“三維速度模型”對主震進(jìn)行了重定位，并使用雙差定位方法對余震序列進(jìn)行了重定位研究。本文基于云南省地震臺網(wǎng)編目組提供的震相報(bào)告，使用雙差定位方法，對余震序列進(jìn)行重定位研究，并對此次地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了討論。

1 主震重定位

考慮到雙差定位方法是一種相對定位方法，定位的結(jié)果可能出現(xiàn)整體性的位置偏移 (房立華等，2011)，筆者利用云南省地震臺網(wǎng)中心的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，對主震的震相進(jìn)行了分析。使用的臺站除云南省的測震臺站外，還包含貴州、四川、廣西以及西藏的部分臺站，另外，下關(guān)小孔徑臺網(wǎng)的彩鳳臺和象鼻臺亦參與定位，具有基本的方位覆蓋，對本次地震的震中確定具有較好的約束作用。

本文地震定位使用的軟件為中國地震臺網(wǎng)通用的MSDP軟件，使用的速度模型為地震行業(yè)科技專項(xiàng)“川滇地區(qū)地震走時(shí)表編制”的研究成果“川滇地區(qū)三維速度模型”(LOC3D)，使用的定位算法為單純形法。筆者使用了56個(gè)地震臺站的波形數(shù)據(jù)，選擇信噪比高、震相清楚、方位覆蓋較好的波形記錄進(jìn)行震相標(biāo)注，并對震中距超過400 km的臺站只取P波到時(shí)參與定位。重新定位后的主震位置為 (27.10°N，103.39°E)，震源深度9.5 km。水平和垂直方向的定位誤差分別為1.00 km和1.78 km。

2 資料選取及參數(shù)設(shè)定

本文利用雙差定位方法，對魯?shù)榈卣鹦蛄?云南省地震速報(bào)目錄，空間范圍為26.8°～27.3°N，103.1°～103.6°E)進(jìn)行重新定位。在震中距200 km范圍內(nèi)共有29個(gè)臺站參與定位，其中包括云南省測震臺網(wǎng)中10個(gè)測震臺、四川區(qū)域臺網(wǎng)6個(gè)測震臺、貴州區(qū)域臺網(wǎng)2個(gè)測震臺、另有昭通地震臺網(wǎng)3個(gè)測震臺、中國地震局地球物理所所屬巧家臺陣5個(gè)臺，以及魯?shù)榈卣鸷?，云南省地震局在震中附近架設(shè)的3個(gè)流動測震臺，臺站分布與震中位置如圖1所示。采用云南省地震編目系統(tǒng)提供的觀測報(bào)告，8月3日至13日24時(shí)該序列共包含1 364個(gè)地震事件，其中有1 132個(gè)事件有震相記錄。172次地震無初始震源深度，約占地震總數(shù)的15%。設(shè)定每次事件參與計(jì)算的地震震相記錄不少于5個(gè)，挑選出符合條件的1 098個(gè)事件參與計(jì)算，共有13 899條震相數(shù)據(jù)。利用云南測震臺網(wǎng)獲取的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，從49次ML≥3.0地震事件中選擇信噪比高、震相清楚的地震波形記錄，使用互相關(guān)方法獲取較為精確的震相到時(shí)數(shù)據(jù)，共獲得21 209對互相關(guān)記錄 (其中，P波震相18 409對，S波震相2 800對)參與重定位計(jì)算。

圖1 參與重定位的臺站分布圖Fig.1 Distribution of stations used in relocation

雙差定位方法 (Waldhauser，Ellsworth，2000;Balfour et al．，2012;楊智嫻等，2004;黃媛，2008;房立華等，2011，2013;宋美琴等，2012;蔡妍等，2014)是目前廣泛使用的叢集地震精定位方法，相比絕對定位方法，該方法在很大程度上可以消除速度結(jié)構(gòu)不均勻性引起的定位誤差，可較大幅度地提高地震之間相對位置的精度，用于活動斷層的精細(xì)結(jié)構(gòu)研究。在地震定位問題中，震源深度的精確確定最為困難，其受地震波走時(shí)影響極大。尤其對于震中距大于30 km的臺站，直達(dá)波走時(shí)對震源深度變化不敏感，是造成震源深度精確確定的一個(gè)主要原因，對于震源深度的確定目前還沒有完全有效的方法 (黃媛，2006)。速度模型在地震定位中，尤其是在震源深度的確定中具有重要作用，雙差定位方法采用相對走時(shí)差數(shù)據(jù)，很好的克服了速度橫向不均勻性的影響(呂鵬等，2011)，但水平分層速度模型仍對定位結(jié)果存在較大影響 (Waldhauser，Ellsworth，2000;李麗等，2011)，本文采用多個(gè)速度模型嘗試計(jì)算的結(jié)果也反映了這點(diǎn)，因此需要選用最接近真實(shí)地殼的速度模型。

云南地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)的變化非常顯著 (蘇有錦等，1999，王椿鏞等，2002;馬宏生等，2008)，前人運(yùn)用多種方法對云南地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，其中人工測深方法能給出測點(diǎn)較精確的速度結(jié)構(gòu)。近20多年來，云南地區(qū)先后實(shí)施過多次人工測深工程，得到了多條人工地震測深剖面的觀測結(jié)果 (王椿鏞等，2002)，很多學(xué)者根據(jù)觀測結(jié)果和速度反演獲得了云南地區(qū)25個(gè)測點(diǎn)的水平速度結(jié)構(gòu) (林中洋等，1993;胡鴻翔，高世玉，1993)。本次地震距離麗江—攀枝花—者海剖面 (熊紹柏等，1993)最 近， 距 離 者 海 測 點(diǎn) (26.50°N，103.42°E)約60 km，故選用者海測點(diǎn)的速度模型結(jié)果。模型共分6層，每層的頂界面深度依次為0.0、2.0、5.0、20.0、36.5和57.0 km，對應(yīng)的層速度依 次為 5.50、5.63、5.80、6.20、6.50 和7.75 km/s，波速比設(shè)定為1.73。

3 重定位結(jié)果

采用以上參數(shù)對魯?shù)?.5級地震序列8月3日16時(shí)至8月13日24時(shí)的1 098次地震事件進(jìn)行重新定位，共獲得主震和897次余震的震源位置參數(shù)。由于地震數(shù)量較多，采用LSQR迭代算法進(jìn)行計(jì)算，重定位后的南北向平均誤差為0.9 km，東西向平均誤差為0.8 km，深度誤差為1.5 km;序列中心位置相對定位前南北向偏移0.2 km，東西向偏移0.0 km，深度偏移1.1 km。與重定位前相比，地震分布具有明顯的集中性，較好地勾勒出地震的集中分布特征。

圖2 重定位后的序列震中分布圖(a)ML≥3.0地震分布;(b)所有地震震中分布Fig.2 The distribution of sequences after relocation(a)distribution of ML≥3.0 earthquakes;(b)distribution of all earthquakes

魯?shù)?.5級地震發(fā)生后，中國地震局地球物理所 (2014b)利用雙差定位算法，迅速給出發(fā)震后44小時(shí)的序列展布，顯示余震整體呈NNW向展布，并認(rèn)為在主震附近也存在近NEE向的余震分布，但較為分散。本文選取參考剖面時(shí)參考了該結(jié)果，參考節(jié)面的選取與其存在一定差異，詳細(xì)定位結(jié)果圖2所示，圖中斷層引自聞學(xué)澤等(2013)，震源機(jī)制解結(jié)果為CAP反演方法獲得，數(shù)據(jù)由中國地震局地球物理所韓立波提供①韓立波.2014.魯?shù)榈卣鹫鹪礄C(jī)制解.。

(1)圖2a為46次ML≥3.0地震震中分布，除分布在西側(cè)的兩個(gè)地震外，其余地震整體呈NNW向展布，并存在兩個(gè)主要分布區(qū)域，一個(gè)在主震附近，集中分布了34次地震;另一個(gè)位于東南側(cè)，龍樹斷裂以南、昭通—魯?shù)閿嗔迅浇鼌^(qū)域，有10次地震分布在該區(qū)域內(nèi)。兩個(gè)區(qū)域之間存在一個(gè)約2.5 km的空段，位于包谷垴—小河斷裂與龍樹斷裂的交匯部位。

余震分布集中在主震附近 (圖2b)，并勾勒出與附近斷層 (聞學(xué)澤等，2013)相近的展布形態(tài)。北側(cè)地震較少，且較為分散;中段 (主震附近)西側(cè)由包谷垴—小河斷裂橫貫而過，東側(cè)由龍樹斷裂限制，由南往北看，呈一個(gè)倒三角形;南側(cè)則沿著近北西向的包谷垴—小河斷裂延伸至昭通—魯?shù)閿嗔迅浇?/p>

(2)余震分布呈現(xiàn)兩個(gè)優(yōu)勢方向 (圖2b)。一支沿NNW方向展布 (圖中AA'參考線)，與包谷垴—小河斷裂方向相近，為主要的余震分布區(qū)域，余震的數(shù)量和強(qiáng)度均較高。該分支上地震分布集中，呈條帶狀。北段位于龍樹斷裂及包谷垴—小河斷裂以北區(qū)域，地震在北端分布較少且分散，靠近中段集中于主震周邊區(qū)域，至東南段末端則在昭通—魯?shù)閿嗔涯蟼?cè)有少量地震分布，很可能已跨過昭通—魯?shù)閿嗔眩蟹植嫉挠嗾鹫共技s15 km。另一支呈NEE向分布 (圖中BB'參考線)，東端截止于龍樹斷裂附近，西端延伸至包谷垴—小河斷裂西側(cè)，地震主要分布于主震西側(cè)，除去主震附近區(qū)域，分支上僅有2次3級以上地震，最大震級3.2，地震強(qiáng)度和頻次均低于前一分支，地震分布也相對分散。從整體分布看，主震位于兩個(gè)分支的交匯區(qū)域，兩支分支均主體位于主震的單側(cè)區(qū)域。

(3)震源深度分布特征顯示 (圖3):余震震源深度主要集中在9～15 km范圍。

圖3 震源深度分布柱狀圖Fig.3 Histogrolm of the distribution of focal depth

(4)圖4為序列的震源深度沿NNW方向和NEE方向的分布，參考節(jié)面的位置如圖2所示。上部的圖為地震個(gè)數(shù)沿著參考節(jié)面的分布，統(tǒng)計(jì)窗長為1 km，滑動長度為1 km。用紅色曲線標(biāo)出了參考的斷層面位置，虛線表示斷層底部的可能深度，斷層引自聞學(xué)澤等 (2013)。從NNW(圖4a)及NEE(圖4b)兩個(gè)參考剖面角度看:余震集中分布在主震附近，且大致勾勒出斷層的產(chǎn)狀;序列深度則呈現(xiàn)大部分余震的震源深度淺于主震深度、較小余震的震源深度淺于較大余震的特征主震位于序列破裂區(qū)底部，可能表征主震的初始破裂點(diǎn)位于深部，然后向淺部發(fā)展 (張廣偉等，2014;劉成利等，2014)。NNW分支由主震開始，往北段 (A)方向深度迅速變淺，破裂至3 km左右時(shí)，深度已在9 km以內(nèi)，再往北則僅有地震零散分布，未顯示出集中性;往南段 (A')方向深度逐漸變淺，至龍樹斷裂附近地震明顯減少，再往南則再次增多，余震分布與昭通斷裂的深部傾向一致，有少量地震在昭通斷裂南側(cè)分布 (圖4a)。8月10日的ML4.1地震位于昭通斷裂與龍樹斷裂的深部交匯部位，深于局部的其他地震，反映該地震為本次序列中昭通斷裂上的一次顯著地震事件。NEE分支的震源深度沿剖面由西 (B)往東 (B')呈逐漸加深的趨勢，至主震東側(cè)達(dá)到最深，且地震數(shù)量迅速減少，可能為受龍樹斷裂約束的作用 (圖 4b)。由圖 2所示聞學(xué)澤等(2013)的研究成果，龍樹斷裂與該分支呈一定角度斜交，自主震附近開始即有約束作用，圖中所示參考線為龍樹斷裂與BB'參考面的交線。另外自主震發(fā)生后余震有向地表遷移的趨勢。

圖4 地震序列的震源深度沿NNW(a)和NEE方向 (b)的分布Fig.4 Distribution the focal depth of earthquake sequence in NNW(a)and NEE(b)

(5)從時(shí)間演化角度:余震分布呈現(xiàn)明顯的時(shí)空交替變化特征 (圖5)。主震發(fā)生后2 d內(nèi)，余震迅速散列分布，呈現(xiàn)出兩個(gè)優(yōu)勢方向分布格局，在各個(gè)方向均有地震分布，南段達(dá)到昭通—魯?shù)閿嗔迅浇?，西段則跨過包谷垴—小河斷裂，但NEE方向上地震的震級和頻度均遠(yuǎn)低于NWW分支，主震位于兩個(gè)優(yōu)勢分布的交叉部位。第3～6天，余震分布較為集中，活動強(qiáng)度整體有所降低，而在兩個(gè)分支的端點(diǎn)處未明顯降低，向外存在一定的擴(kuò)展。第7～9天，余震活動有明顯起伏，南段昭通—魯?shù)閿嗔迅浇l(fā)生地震，同時(shí)北側(cè)區(qū)域的地震活動也有明顯增加。第10～11天 (截至8月13日24時(shí))活動再次變低。整個(gè)余震序列呈現(xiàn)活躍—平靜—活躍交替的變化特征。

圖5 重定位后不同時(shí)段的余震震中分布圖(a)第0～2天;(b)第3～6天;(c)第7～9天;(d)第10～11天Fig.5 Epicentre distribution of aftershocks at different time after relocation

(6)考慮不同速度模型的影響，在魯?shù)檎饏^(qū)附近還有昭通、西昌測點(diǎn)以及平均速度模型共3組可用數(shù)據(jù)，不同速度模型定位得到的結(jié)果存在一個(gè)整體性的位置差異，反映水平分層速度模型對雙差定位結(jié)果整體性的位置偏移有明顯影響;而不同速度模型得到的序列事件間的相對位置基本一致。另外，不同測點(diǎn)的速度結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的差異反映了附近區(qū)域速度結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，馬宏生等(2008)利用P波反演得到的分層掃描結(jié)果顯示，地震區(qū)域即存在明顯的速度梯度，缺乏震區(qū)的速度結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，可能是導(dǎo)致定位結(jié)果差異的原因。但是從討論發(fā)震構(gòu)造及斷層結(jié)構(gòu)的角度，更重要的是序列的展布形狀，因此這個(gè)整體性的差異對討論結(jié)果造成的影響是可以忽略的。

4 討論

本文利用云南臺網(wǎng)的震相資料，采用雙差定位方法獲得了2014年8月3日至13日24時(shí)云南魯?shù)?.5級地震序列共882次地震的高精度定位結(jié)果。重定位后，震相走時(shí)的均方根殘差平均值由0.59 s降低為0.33 s，震源位置的南北向平均誤差為0.9 km，東西向平均誤差為0.8 km，深度誤差為1.5 km;序列中心位置相對定位前南北向偏移0.2 km，東西向偏移0.0 km，深度偏移1.1 km。與定位前的地震相比，雙差重定位后的地震均方根殘差明顯降低，序列的定位精度得到較好改善。

關(guān)于主震的震源位置和深度，不同研究機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果略有差異，水平位置基本一致，而震源深度差異較大。云南省測震臺網(wǎng)及中國地震臺網(wǎng)的定位深度為12 km，劉成利等 (2014)利用波形數(shù)據(jù)反演破裂過程得到的破裂起始位置為11 km，張廣偉等 (2014)和王未來等 (2014)利用雙差定位獲得的深度分別為13.3 km及15 km。結(jié)果的差異可能是因?yàn)檎饏^(qū)附近臺站較為稀疏，在震中距100 km范圍僅有云南臺網(wǎng)的昭通、巧家、貴州威寧及四川普格4個(gè)臺站，最近的為相距約41 km昭通臺。筆者基于三維速度模型的地震定位結(jié)果是震中位于 (27.10°N，103.39°E)，震源深度9.5 km，與以上結(jié)果基本一致。

根據(jù)中國地震局地質(zhì)研究所 (2014)的分析結(jié)果，魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震斷層為NNW向的包谷垴—小河斷裂，為NEE向的昭通—魯?shù)閿嗔严迪聦俚腘NW向次級走滑斷層，本次地震初步判定為左旋走滑地震。但該地區(qū)斷裂復(fù)雜，周圍展布著NE向的昭通—魯?shù)閿嗔?、龍樹斷裂、以及近NW向的包谷垴—小河斷裂等多條構(gòu)造 (圖2)，從地表構(gòu)造形跡看，震中區(qū)屬多方向構(gòu)造匯合部位，構(gòu)造的匯合、交切提供了應(yīng)力集中的構(gòu)造條件。由于地震未造成明顯的地表破裂，因此對發(fā)震構(gòu)造需要結(jié)合多種手段進(jìn)一步討論。

重定位得到的余震成條帶狀集中分布，分布呈現(xiàn)兩個(gè)優(yōu)勢方向。一支沿NNW向展布，地震數(shù)量和強(qiáng)度均較高，方向與中國地質(zhì)研究所 (2014)給出的分析結(jié)果一致，條帶主要分布在昭通—魯?shù)閿嗔训奈鱾?cè)，且往東南方向跨過昭通—魯?shù)閿嗔?另一分支沿NEE方向，地震數(shù)量和強(qiáng)度均稍小。地震破裂區(qū)是地震時(shí)沿發(fā)震斷裂帶同震錯動面 (破裂面)在地面的垂直投影，指示了地震破裂的位置、尺度及其與發(fā)震構(gòu)造的關(guān)系 (聞學(xué)澤等，2013)。故從余震分布的頻度及強(qiáng)度可以得出，NNW方向約15 km的條帶區(qū)域應(yīng)為本次地震的主要破裂區(qū)。

昭通—魯?shù)閿嗔殉视译A雁列連貫分布，走向近NE，為昭通昭通、蓮峰斷裂帶之分支斷裂，昭通、蓮峰斷裂帶是在早期形成的NE向逆沖—推覆構(gòu)造帶的基礎(chǔ)上，新生代進(jìn)一步發(fā)展而成的、兩條相對獨(dú)立的大型逆沖右旋走滑活動斷裂帶 (聞學(xué)澤等，2013)，近NW向分段展布的包谷垴—小河斷裂為切割該斷裂帶的次級橫向斷裂，具有左旋走滑性質(zhì)。魯?shù)榈卣鸬臉O震區(qū)附近發(fā)育NE及NW、近EW向三組斷裂，其中北東向的昭通—魯?shù)閿嗔褳橹黧w構(gòu)造，其余兩組為次級構(gòu)造。魯?shù)榈卣鸺捌湫蛄形挥诒睎|向昭通—魯?shù)閿嗔褞c斷續(xù)分布的北西向次級斷裂組 (含包谷垴—小河斷裂)的交匯地區(qū)①謝英情.2014.魯?shù)?.5級地震構(gòu)造背景探討.。從地貌形態(tài)上，震區(qū)河谷深切，形成深達(dá)數(shù)百米的多條“V”型谷，東側(cè)NE向河谷與昭通—魯?shù)閿嗔岩恢?，西北邊的NW向河谷與包谷垴—小河斷裂一致，而在極震區(qū)附近存在斷續(xù)、但清晰可見西側(cè)近EW向的包谷垴—小河斷裂一段、以及由龍頭山鎮(zhèn)至牛欄江堰塞湖的NNW向河谷地貌。這與圖2中的包谷垴—小河斷裂在極震區(qū)附近的斷裂結(jié)構(gòu)基本一致 (存在約30°的差異)，結(jié)合地震破裂區(qū)的分布，認(rèn)為可將此NW向的次級構(gòu)造包谷垴—小河斷裂一段作為本次地震的發(fā)震構(gòu)造，構(gòu)造應(yīng)力的集中積累主要環(huán)繞此構(gòu)造，其他的構(gòu)造起著配合和輔助作用。

在NNW分支的南端、昭通—魯?shù)閿嗔涯蟼?cè)亦有一部分余震分布 (圖2b、圖4)，這與中國地震局 (2014)發(fā)布的烈度分布圖中IX度區(qū)范圍一致。而按聞學(xué)澤等 (2013)的研究成果，在昭通—魯?shù)閿嗔涯蟼?cè)亦存在一條連通至?xí)伞土紨嗔训?、呈弧形的次級走滑斷裂，其北端隔著昭通—魯?shù)閿嗔雅c包谷垴—小河斷裂相望，預(yù)示著二者存在連通的可能性。如果深部存在這樣的連通結(jié)構(gòu)、或本次地震已將昭通—魯?shù)閿嗔沿灤?，則該區(qū)有發(fā)生震群性地震的構(gòu)造條件。另外，在主震的北側(cè)和東側(cè)區(qū)域地震分布較少且強(qiáng)度較低，后續(xù)余震并未向這兩處進(jìn)一步擴(kuò)展，這些地方或者是較為軟弱的區(qū)域，難以積累足夠的應(yīng)力形成地震，或者是較為堅(jiān)硬的區(qū)域，目前正在閉鎖積累能量過程，其未來地震序列發(fā)展趨勢需做更多工作進(jìn)一步探究。

本文所用震相觀測報(bào)告來自云南省測震臺網(wǎng)，地質(zhì)、地表考察資料來自謝英情高級工程師。成文過程得到了韓立波博士、蘇有錦研究員和付虹研究員的指導(dǎo);皇甫崗研究員、謝英情高級工程師、申波高級工程師、金明培高級工程師在地質(zhì)方面給予指導(dǎo);孟令媛博士、趙小艷工程師在繪圖方面也提出了諸多有益建議，在此一并致謝。

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