2014年8月3日云南魯?shù)?.5級地震序列破裂過程研究

李艷娥， 陳學忠， 陳麗娟， 郭祥云

中國地震局地球物理研究所， 北京 100081

?

2014年8月3日云南魯?shù)?.5級地震序列破裂過程研究

李艷娥， 陳學忠*， 陳麗娟， 郭祥云

中國地震局地球物理研究所， 北京 100081

本文利用主地震相對定位法，對2014年魯?shù)镸S6.5地震序列中的8月3日—9月30日地震進行了重新定位，借助于時空圖像分析方法，對本次地震破裂過程進行了分析，得到如下結(jié)果：(1)2014年魯?shù)镸S6.5地震主要沿NW向破裂，存在沿NE向破裂的成分，但是NE向破裂并不明顯；(2)地震破裂時，主要從主震震中處往ES方向傳播，破裂帶長度大約為10 km，破裂面近乎直立；(3)余震活動主要集中于主震上方區(qū)域，震源深度大于主震的余震稀少.根據(jù)上述結(jié)果，結(jié)合當?shù)氐牡卣饦?gòu)造情況和本次地震的震源機制解，分析表明，本次地震的破裂面為NW向，其發(fā)震斷層為包谷垴—小河斷裂的可能性很大.

魯?shù)镸S6.5地震； 主地震； 相對定位； 破裂過程

1 引言

地震破裂過程的研究不僅與地震發(fā)生的成因有關(guān)，而且還涉及到地震趨勢判定的研究內(nèi)容，一直受到國內(nèi)外地震學家們的重視.地震破裂過程的研究主要包括兩個方面：一是利用波形反演技術(shù)研究主震破裂的時空過程(Chen et al., 1996; 許力生和陳運泰, 1997, 1999)；另一是基于余震通常沿主破裂展布，利用地震序列的精確定位結(jié)果，分析地震破裂過程(Hurukawa,1998; Ohnaka and Kuwahara, 1990; Ohnaka,1992; 陳學忠等, 2001a, b, 2008).

2014年8月3日16點30分,在云南魯?shù)榭h發(fā)生MS6.5級強烈地震，根據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定的結(jié)果，震中位置為27.1°N，103.3°E.魯?shù)?.5級地震附近分布的主要斷裂有三條NE向的斷裂：西魚河—昭通斷裂、昭通—魯?shù)閿嗔押蜕彿鍞嗔?，還有一條NW向斷裂，即包谷垴—小河斷裂，在其西面有NNW向小江斷裂.附近地區(qū)自公元624年以來發(fā)生了多次MS≥5.7地震，如圖1所示.魯?shù)?.5級地震附近地區(qū)有三個強震活動地區(qū)：一個是位于其西北部的冕寧—西昌一帶，另一個是在其北部的峨邊—馬邊—大關(guān)一帶，還有一個是其南部的巧家—東川一帶，也就是說，在魯?shù)?.5級地震發(fā)生地附近西北部、北部和南部都是強震活動區(qū)，而在其本地，據(jù)歷史地震記載，卻沒有發(fā)生過強震.

劉超等(2014)給出這次地震的震源機制解顯示其斷層節(jié)面為NE和NW兩組節(jié)面，錯動性質(zhì)為近純走滑型.魯?shù)榈卣鸢l(fā)生的地方十分靠近NE向的西魚河—昭通斷裂和NW向的包谷垴—小河斷裂.由區(qū)域臺網(wǎng)給出的余震震中分布顯示出SSE和近EW向的“L”型分布，用雙差定位方法給出的余震定位結(jié)果與此基本上一致(王未來等, 2014; 張廣偉等,2014)，無論是將西魚河—昭通斷裂，還是將包谷垴—小河斷裂作為發(fā)震斷層，都不能很好地解釋余震的震中分布圖像.許力生等(2014)對此次地震的視震源時間函數(shù)進行分析之后，認為這次地震發(fā)生于兩個走向分別為NE向和NW向的相互交叉的斷層，破裂開始于NE向的斷層，但很快觸動了NW向的斷層，兩條斷層同時參與了這次地震.徐錫偉等(2014)認為此次地震的發(fā)震斷層為NW向的包谷垴—小河斷裂，呈左旋走滑性質(zhì)，屬大涼山斷裂南端部組成部分.張勇等(2014)認為魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震斷層走向為162°.從上述研究結(jié)果看來，關(guān)于魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震斷層面是NE向的斷層還是NW向的斷層仍存爭議.

圖1 魯?shù)镸S6.5地震附近地區(qū)公元624年以來發(fā)生的MS≥5.7地震、地震構(gòu)造和地震觀測臺站分布綠色實心圓為624年—1899年地震，紅色實心圓為1900年—2014年地震，黃色五角星為2014年魯?shù)镸S6.5地震，蘭色空心三角形為本文用于重新定位的地震觀測臺站.F1：西魚河—昭通斷裂，F(xiàn)2：昭通—魯?shù)閿嗔?，F(xiàn)3：包谷垴—小河斷裂，F(xiàn)4：小江斷裂；F5:蓮峰斷裂．Fig.1 The tectonic background and the distribution of epicenters of earthquakes with MS≥5.7 occurring after 624 around the epicenter of the Ludian earthquake and the distribution of regional seismic stationsThe green solid circles indicate earthquakes occurring from 624 to 1899; The red solid circles indicate earthquakes occurring from 1900 to 2014; The yellow star denotes the Ludian MS6.5 earthquake. The bule triangles indicate the regional seismic stations used in this paper. F1 is Xiyuhe-Zhaotong fault, F2 is Zhaotong-Ludian fault, F3 is Baogunao-Xiaohe fault, F4 is Xiaojiang fault, F5 is Lianfeng fault．

主地震相對定位法的基本原理是選定一個震源位置較為精確的主地震(或叫參考地震)，計算待定地震相對于它的位置，進而確定這些待定地震的震源位置.由于相對定位法對所假設(shè)的地殼模型依賴較小，因此與通常的絕對定位法相比，所得到的震源位置受地殼模型的影響較小.對于震源破裂過程的研究，只要知道相對位置變化即可，因此，由這種方法得到的結(jié)果，適合于地震序列的破裂過程的研究.

為了揭示魯?shù)榈卣鹌屏衙媾c斷裂的關(guān)系，本文將利用主地震相對定位法，對2014年8月3日—2014年9月30日魯?shù)榈卣鹦蛄兄械牡卣疬M行重新定位.根據(jù)定位結(jié)果，借助于時空圖象分析方法，分析序列發(fā)展過程中各次地震震源位置的相對變化，進而揭示該序列的破裂過程.

2 資料和定位結(jié)果

本文收集了中國地震臺網(wǎng)中心2014年8月3日—2014年9月30日的震相觀測報告資料，對發(fā)生在經(jīng)緯度范圍在(26.7°N—27.5°N,102.8°E—103.8°)之內(nèi)的ML≥0.8級共698次地震進行重新定位，使用的臺站分布如圖1所示.

定位時取6.5級主震為參考地震，即主地震，其震中位置為(27.11°N，103.33°E)，震源深度為10 km.重新定位前后的地震空間分布如圖2，圖3為重新定位地震的M-t圖.

重新定位的經(jīng)度誤差平均約為0.07 km,最大為0.27 km，最小為0.06 km.緯度誤差平均為0.07 km，最大0.55 km，最小為0.054 km.定位時使用的觀測報告中只有直達波震相資料，缺乏首波資料，這種情況下主地震相對定位法給出的震源深度的定位誤差為2.0 km，考慮到有近臺資料，震源深度的誤差不會太大.

圖2為重新定位前后的地震震中分布圖，對比圖2a和圖2b可以看出，重新定位的地震震中空間分布比重新定位前地震的空間分布更加向主震集中，重新定位前余震活動已經(jīng)穿過西魚河—昭通斷裂，重新定位的結(jié)果顯示余震主要分布在西魚河—昭通斷裂以西，似乎并未穿過它.

圖2c和圖2d分別是重新定位前和重新定位后ML≥3.0地震的空間分布.重新定位前，ML≥3.0地震似乎顯示出NW(AA′)和NE(BB′)兩個方向的分布，但NW向更為明顯.經(jīng)重新定位之后，ML≥3.0地震似乎更加集中于NW(AA′)方向分布，NE(BB′)向分布幾乎辨認不出來.各家得到的震源機制解中，NW向截面的走向分布在150°～167°內(nèi)(許力生等, 2014; 徐錫偉等, 2014)，本文結(jié)果NW方向分布走向大約為146°，與震源機制解結(jié)果基本一致.

圖4和圖5分別為重新定位前后地震沿震源深度方向的剖面圖.圖4a和圖5a為圖2中AA′截面的，圖4b和圖5b為BB′截面的深度剖面.重新定位前的地震，其深度的分布顯示余震在4～25 km的深度范圍內(nèi)，余震不光發(fā)生在主震上方，在主震下方，也發(fā)生了一定數(shù)量的余震，有的余震已經(jīng)達到20 km深處的下方.重新定位之后，余震分布在9～10 km的深度范圍內(nèi)，主要位于主震上方，主震位于余震分布區(qū)下方邊緣.圖5b顯示，破裂面傾角較陡，近乎直立.張勇等(2014)利用全球范圍內(nèi)震中距介于10°～90°范圍內(nèi)的28個寬頻帶垂直向P波波形資料對魯?shù)榈卣鹌屏堰^程進行反演，得到的結(jié)果表明此次地震破裂方向是朝地表擴展，這可能是導致余震分布在主震上方的原因.

3 破裂過程分析

一次強震發(fā)生之后，通常都會發(fā)生許多的余震，形成一個地震序列.地震序列可以分成三種基本類型，即主余震型序列、前主余震型序列和雙震型或震群型序列.魯?shù)榈卣饘儆谥饔嗾鹦托蛄?對于主余震型地震序列，主震發(fā)生時形成了破裂面的絕大部分，余震發(fā)生時破裂面繼續(xù)擴展，余震沿主震形成的破裂面分布.所以，余震的空間分布可以勾畫出破裂面的概貌.我們利用重新定位的地震，進行地震頻次空間掃描，結(jié)果如圖6所示.

圖2 魯?shù)镸S6.5地震及其余震震中分布(2014年8月3日—9月30日)(a)重新定位前ML≥0.8；(b) 重新定位后ML≥0.8；(c)重新定位前ML≥3.0；(d) 重新定位后ML≥3.0．Fig.2 The distribution of Ludian MS6.5 earthquake sequence(3 August 2014 to 30 September )(a) Before relocated earthquakes with ML≥0.8; (b) After relocated earthquakes with ML≥0.8;(c) Before relocated earthquakes with ML≥3.0; (d) After relocated earthquakes with ML≥3.0.

圖3 重新定位地震的M-t圖Fig.3 The M-t diagram of the relocated earthquakes

圖4 重新定位前地震沿A-A′、B-B′截面的深度剖面Fig.4 Focal depth profiles of the before relocation earthquakes along profiles A-A′、B-B′

圖5 重新定位后地震沿A-A′、B-B′截面深度剖面Fig.5 Focal depth profiles of the after relocated earthquakes along profiles A-A′、B-B′

圖6 地震頻次空間掃描結(jié)果(空間窗：0.01°×0.01°的矩形區(qū)域，滑動步長：0.001°)(a) 2014年8月3日—9月30日； (b) 8月3—4日; (c) 8月5—7日； (d) 8月8—14日； (e) 8月15—20日； (f) 8月21日—9月30日.Fig.6 The spatial distribution of the earthquake number (spatial window: 0.01°×0.01°, slip step: 0.001°)(a) 3 August 2014 to 30 September ; (b) 3 August 2014 to 4 August 2014；(c) 5 August to 7 August ; (d) 8 August to 14 August; (e) 15 August to 20 August ; (f) 21August 2014 to 30 September.

圖7 余震分布區(qū)域尺度隨時間的變化Fig.7 The aftershock distribution scale changes with time

重新定位的地震頻次空間掃描圖像顯示地震頻次相對高值區(qū)呈一NW走向的帶狀區(qū)域，長軸走向約為156°，長度大約10 km，主震位于地震頻次高值區(qū)北端附近(圖6a).為了了解破裂過程細節(jié)，我們分析了地震序列不同時間段的地震頻次空間分布.從序列開始的2天即8月3—4日地震頻次空間分布可以看出，地震頻次呈明顯的NW向帶狀分布，余震往主震兩側(cè)擴展，余震分布區(qū)域展布尺度大約7 km(圖6b).8月5—7日，余震頻次分布變成NE向帶狀分布，NW向的余震活動稀少(圖6c).8月8—14日，余震呈現(xiàn)出非常清晰的NW向帶狀分布，并繼續(xù)往主震東南方向擴展了大約3 km的距離(圖6d).8月15日以后，余震局限在已經(jīng)形成的破裂帶及附近的局部區(qū)域內(nèi)活動，破裂帶不再擴展(圖6e—6f).

從上述余震頻次空間分布可以得到如下認識：此次地震以NW向破裂為主，兼有NE向的破裂，主破裂面為NW向，其長度大約為10 km，與劉成利等(2014)利用區(qū)域?qū)掝l帶數(shù)據(jù)反演得到的破裂長度一致.

圖7為余震分布區(qū)域尺度隨時間的變化，可以看出余震分布區(qū)域的尺度于8月4日凌晨4點左右就達到7 km，之后再沒有大的變化，大約僅僅擴展了3 km，最終破裂尺度約為10 km.

4 結(jié)論

根據(jù)上述對重新定位的魯?shù)镸S6.5地震序列的破裂過程的分析，得到以下結(jié)論.

(1) 2014年魯?shù)镸S6.5地震主要沿NW向破裂，存在沿NE向破裂的成分，但是NE向破裂并不明顯.無論是ML≥3.0地震震中分布，還是地震頻次空間掃描結(jié)果，都清楚地顯示出余震沿NW向分布的特征，似乎余震沿NE向分布的跡象并不明顯.

(2) 地震破裂時，主要從主震震中沿ES方向傳播，破裂帶長度大約為10 km，破裂面近乎直立.

(3) 余震活動主要集中于主震上方區(qū)域，震源深度大于主震的余震稀少.

在魯?shù)镸S6.5地震震中附近的西魚河—昭通斷裂、昭通—魯?shù)閿嗔押蜕彿鍞嗔训热龡lNE向斷裂，他們都是逆沖兼右旋走滑型斷裂，而震源機制解給出的魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)震斷層卻是幾乎純走滑型，這顯然與當?shù)卮嬖诘腘E向斷裂的運動性質(zhì)是不一致的.因此，根據(jù)上述結(jié)果，本次地震的破裂面為NW向，其發(fā)震斷層為包谷垴—小河斷裂的可能性很大.

致謝 感謝中國地震臺網(wǎng)中心提供的震相報告數(shù)據(jù)，感謝許力生研究員、嚴川博士的有益討論，感謝兩位審稿專家提出的評審意見.

Chen X Z, Guo T S, Zhu L R. 2001a. An example of earthquake nucleation of the strong continental earthquakes.ActaSeismologicaSinica(in Chinese), 23(2): 213-216.Chen X Z, Gai Z X, Zhou S Y, et al. 2001b. The investigation of rupture process of the Xiuyan 5.4 earthquake on November 29, 1999.ActaSeismologicaSinica(in Chinese), 23(6): 659-662.

Chen X Z, Lü J, Wang H M. 2008. Investigation on rupture process of the Jiujiang-Ruichang earthquake sequence of November 26, 2005.Earthquake(in Chinese), 28(1):100-106.

Chen Y T, Xu L S, Li X, et al. 1996. Source process of the 1990 Gonghe, China, earthquake and tectonic stress field in the Northeastern Qinghai-Xizang (Tibetan) plateau.PureandAppliedGeophysics, 146(3-4): 697-715.

Hurukawa N. 1998. The 1995 Off-Etorofu earthquake: joint relocation of foreshocks, the mainshock, and aftershocks and implication for the earthquake nucleation process.Bull.Seism.Soc.Am., 88(5): 1112-1126.Liu C L, Zheng Y, Xiong X, et al. 2014. Rupture process ofMS6.5 Ludian earthquake constrained by regional broadband seismograms.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3028-3037, doi: 10.6038/cig20140927.Ohnaka M, Kuwahara Y. 1990. Characteristic features of local breakdown near a crack-tip in the transition zone from nucleation to unstable rupture during stick-slip shear failure.Tectonophysics, 175(1-3): 197-220.

Ohnaka M. 1992. Earthquake source nucleation: a physical model for short-term precursors.Tectonophysics, 211(1-4): 149-178.Wang W L, Wu J P, Fang L H, et al. 2014. Double difference location of the LudianMS6.5 earthquake sequences in Yunnan province in 2014.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3042-3051, doi: 10.6038/cig20140929.

Xu L S, Chen Y T. 1997. Inversion of source parameters of Gonghe earthquake by using broadband digital seismic wave data.ActaSeismologicaSinica(in Chinese), 19(2): 113-128.

Xu L S, Chen Y T. 1999. Temporal-spatial rupture process of the 1997 Mani, Tibet earthquake.ActaSeismologicaSinica(in Chinese), 21(5): 449-459.

Xu L S, Zhang X, Yan C, et al. 2014. Analysis of the Love waves for the source complexity of the LudianMS6.5 earthquake.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3006-3017, doi: 10.6038/cig20140925.Xu X W, Jiang G Y, Yu G H, et al. 2014. Discussion on seismogenic fault of the LudianMS6.5 earthquake and its tectonic attribution.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3060-3068. doi: 10.6038/cig20140931.Zhang G W, Lei J S, Liang S S, et al. 2014. Relocations and focal mechanism solutions of the 3th August 2014 Ludian, YunnanMS6.5 earthquake sequence.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3018-3027, doi: 10. 6038/cig20140926.Zhang Y, Xu L S, Chen Y T, et al. 2014. Rupture process of the 3 August 2014 Ludian Yunnan,Mw6.1 (MS6.5) earthquake.ChineseJ.Geophys. (in Chinese), 57(9): 3052-3059, doi: 10.6038/cig20140930.

附中文參考文獻

陳學忠, 郭鐵栓, 朱令人. 2001a. 一次大陸強震前震成核的實例. 地震學報, 23(2): 213-216.

陳學忠, 蓋增喜, 周仕勇等. 2001b. 1999年11月29日遼寧岫巖5.4級地震序列的破裂過程研究. 地震學報, 23(6): 659-662.

陳學忠, 呂堅, 王慧敏. 2008. 2005年11月26日江西九江—瑞昌MS5.7地震序列的破裂過程研究. 地震, 28(1): 100-106.

劉超, 許力生, 陳運泰. 2014. 2014年8月3日云南魯?shù)?.5級地震. http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/270724.shtml.

劉成利, 鄭勇 熊熊等. 2014. 利用區(qū)域?qū)掝l帶數(shù)據(jù)反演魯?shù)镸S6.5級地震震源破裂過程. 地球物理學報, 57(9): 3028-3037, doi: 10.6038/cig20140927.

王未來, 吳建平, 房立華等. 2014. 2014年云南魯?shù)镸S6.5地震序列的雙差定位. 地球物理學報, 57(9): 3042-3051, doi: 10.6038/cig20140929.

許力生, 陳運泰. 1997. 用數(shù)字化寬頻帶波形資料反演共和地震的震源參數(shù). 地震學報, 19(2): 113-128.

許力生, 陳運泰. 1999. 1997年中國西藏瑪尼MS7.9地震的時空破裂過程. 地震學報, 21(5): 449-459.

許力生, 張旭, 嚴川等. 2014. 基于勒夫波的魯?shù)镸S6.5地震震源復雜性分析. 地球物理學報, 57(9): 3006- 3017, doi: 10.6038/cig20140925.

徐錫偉, 江國焰, 于貴華等. 2014. 魯?shù)?.5級地震發(fā)震斷層判定及其構(gòu)造屬性討論. 地球物理學報, 57(9): 3060-3068, doi: 10.6038/cig20140931.

張廣偉, 雷建設(shè), 梁姍姍等. 2014. 2014年8月3日云南魯?shù)镸S6.5級地震序列重定位與震源機制研究. 地球物理學報, 57(9): 3018-3027, doi: 10.6038/cig20140926.

張勇, 許力生, 陳運泰等. 2014. 2014年8月3日云南魯?shù)镸w6.1 (MS6.5) 地震破裂過程. 地球物理學報, 57(9): 3052-3059, doi: 10.6038/cig20140930.

(本文編輯 胡素芳)

Investigation on the rupture process of the LudianMS6.5 earthquake sequence on 3 August, 2014 in Yunnan province

LI Yan-E, CHEN Xue-Zhong*, CHEN Li-Juan, GUO Xiang-Yun

InstituteofGeophysics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100081，China

AnMS6.5 earthquake occurred in Ludian, Yunnan province. The rupture process has been analyzed by different researchers. From existing research results, it remains controversial that the seismogenic fault plane is NE or NW fault. Investigation of the aftershock distribution along the main fault is one of the important methods for analysis of earthquake rupture process. In this paper we use the master event relative location method. We select an earthquake with more accurate location than other earthquakes as the main earthquake or reference earthquake, then calculated aftershocks relative to the main location. Compared with absolute location method, this method is more suitable for analyzing the rupture process of earthquake sequence. To investigate the rupture process and seismogenic fault of LudianMS6.5 earthquake, we have selected the earthquake phase data recorded by Yunnan, Sichuan and nearby Digital Seismic Networks from 3 August 2014 to 30 September 2014. We use master event relative location method and have relocated the LudianMS6.5 sequence. We take the mainshock as the master event，and then obtain the aftershock′s relative location. We analyzed the relocated result with the aid of spatial-temporal pattern analyzing method, the following result is obtained. (1) The rupture process for the LudianMS6.5 earthquake contains mainly the rupture in the direction of NW and a little one in the direction of NE; (2) The main shock ruptures from the epicenter of the main shock towards the southeast, and the rupture surface is nearly vertical with a rupture length of about 10 km; (3) Most of aftershocks are located in the upper region of the main shock, the aftershocks with the focal depth greater than that of the main shock are very few.According to the above results, combining with tectonic conditions and focal mechanism, we can infer that the rupture surface of the Ludian earthquake is along NW, and the possibility that Baogunao-Xiaohe fault could be the seismogenic fault is very large.

LudianMS6.5 earthquake; Master event; Relative location; Rupture process

李艷娥， 陳學忠， 陳麗娟等. 2015. 2014年8月3日云南魯?shù)?.5級地震序列破裂過程研究.地球物理學報，58(9):3232-3238,

10.6038/cjg20150918.

Li Y E, Chen X Z, Chen L J, et al. 2015. Investigation on the rupture process of the LudianMS6.5 earthquake sequence on 3 August, 2014 in Yunnan province.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(9):3232-3238,doi:10.6038/cjg20150918.

10.6038/cjg20150918

P315

2015-01-15，2015-06-09收修定稿

地震行業(yè)科研專項(201508020)資助.

李艷娥，女，1983年生，助理研究員，主要從事數(shù)字地震學及地震預測預報等研究.E-mail：liyane05@cea-igp.ac.cn

*通訊作者 陳學忠，教授，主要從事地震成因與地震預測研究. E-mail：cxz8675@163.com