2014年云南魯甸6.5級地震序列重定位研究*

徐甫坤，李 靜，蘇有錦

0 引言

據中國地震臺網測定，2014年8月3日16時30分，云南省昭通市魯甸縣發生6.5級地震，震中位置 (27.1°N，103.3°E)，震源深度12 km，極震區烈度達到IX度。截至8月13日24時，云南省地震臺網記錄到余震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。

魯甸地震發生在昭通—魯甸斷裂的西側，震中距魯甸縣城西南約23 km。中國地震局地球物理研究所 (2014a)震源機制解和中國臺網中心(2014)提供的美國哈佛大學快速震源機制解顯示該地震為走滑型地震。但當地地質構造較為復雜，云南地震臺網初定位顯示，地震序列成NW向條帶分布于昭通—魯甸斷裂西側，在主震附近也有部分余震呈NEE向或近EW向分布，表現出一定的共軛特征。而此次地震震級較小 (矩震級為6.1)，破裂很難穿透地表，從地震現場調查來看，也確實并未發現明顯的地表破裂，這些給確定發震斷層造成了一定困難。對于這樣的中強地震，可以結合余震的展布和震源機制解等來判定發震斷層的性質。地震序列重定位結果能為分析斷層的地下形狀、確定發震斷層和分析地震的發震機理提供重要參考 (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地震。本文利用“川滇地區三維走時表”和“三維速度模型”對主震進行了重定位，并使用雙差定位方法對余震序列進行了重定位研究。本文基于云南省地震臺網編目組提供的震相報告，使用雙差定位方法，對余震序列進行重定位研究，并對此次地震的發震構造進行了討論。

1 主震重定位

考慮到雙差定位方法是一種相對定位方法，定位的結果可能出現整體性的位置偏移 (房立華等，2011)，筆者利用云南省地震臺網中心的連續波形數據，對主震的震相進行了分析。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，下關小孔徑臺網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通用的MSDP軟件，使用的速度模型為地震行業科技專項“川滇地區地震走時表編制”的研究成果“川滇地區三維速度模型”(LOC3D)，使用的定位算法為單純形法。筆者使用了56個地震臺站的波形數據，選擇信噪比高、震相清楚、方位覆蓋較好的波形記錄進行震相標注，并對震中距超過400 km的臺站只取P波到時參與定位。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 資料選取及參數設定

本文利用雙差定位方法，對魯甸地震序列(云南省地震速報目錄，空間范圍為26.8°～27.3°N，103.1°～103.6°E)進行重新定位。在震中距200 km范圍內共有29個臺站參與定位，其中包括云南省測震臺網中10個測震臺、四川區域臺網6個測震臺、貴州區域臺網2個測震臺、另有昭通地震臺網3個測震臺、中國地震局地球物理所所屬巧家臺陣5個臺，以及魯甸地震后，云南省地震局在震中附近架設的3個流動測震臺，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提供的觀測報告，8月3日至13日24時該序列共包含1 364個地震事件，其中有1 132個事件有震相記錄。172次地震無初始震源深度，約占地震總數的15%。設定每次事件參與計算的地震震相記錄不少于5個，挑選出符合條件的1 098個事件參與計算，共有13 899條震相數據。利用云南測震臺網獲取的連續波形數據，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，使用互相關方法獲取較為精確的震相到時數據，共獲得21 209對互相關記錄 (其中，P波震相18 409對，S波震相2 800對)參與重定位計算。

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構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結構研究。在地震定位問題中，震源深度的精確確定最為困難，其受地震波走時影響極大。尤其對于震中距大于30 km的臺站，直達波走時對震源深度變化不敏感，是造成震源深度精確確定的一個主要原因，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差數據，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果存在較大影響 (Waldhauser，Ellsworth，2000;李麗等，2011)，本文采用多個速度模型嘗試計算的結果也反映了這點，因此需要選用最接近真實地殼的速度模型。

云南地區地殼速度結構的變化非常顯著 (蘇有錦等，1999，王椿鏞等，2002;馬宏生等，2008)，前人運用多種方法對云南地區地殼速度結構進行了大量的研究，其中人工測深方法能給出測點較精確的速度結構。近20多年來，云南地區先后實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果 (王椿鏞等，2002)，很多學者根據觀測結果和速度反演獲得了云南地區25個測點的水平速度結構 (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 (26.50°N，103.42°E)約60 km，故選用者海測點的速度模型結果。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，波速比設定為1.73。

3 重定位結果

采用以上參數對魯甸6.5級地震序列8月3日16時至8月13日24時的1 098次地震事件進行重新定位，共獲得主震和897次余震的震源位置參數。由于地震數量較多，采用LSQR迭代算法進行計算，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

魯甸6.5級地震發生后，中國地震局地球物理所 (2014b)利用雙差定位算法，迅速給出發震后44小時的序列展布，顯示余震整體呈NNW向展布，并認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參考了該結果，參考節面的選取與其存在一定差異，詳細定位結果圖2所示，圖中斷層引自聞學澤等(2013)，震源機制解結果為CAP反演方法獲得，數據由中國地震局地球物理所韓立波提供①韓立波.2014.魯甸地震震源機制解.。

(1)圖2a為46次ML≥3.0地震震中分布，除分布在西側的兩個地震外，其余地震整體呈NNW向展布，并存在兩個主要分布區域，一個在主震附近，集中分布了34次地震;另一個位于東南側，龍樹斷裂以南、昭通—魯甸斷裂附近區域，有10次地震分布在該區域內。兩個區域之間存在一個約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 (聞學澤等，2013)相近的展布形態。北側地震較少，且較為分散;中段 (主震附近)西側由包谷垴—小河斷裂橫貫而過，東側由龍樹斷裂限制，由南往北看，呈一個倒三角形;南側則沿著近北西向的包谷垴—小河斷裂延伸至昭通—魯甸斷裂附近。

(2)余震分布呈現兩個優勢方向 (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域，余震的數量和強度均較高。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域，至東南段末端則在昭通—魯甸斷裂南側有少量地震分布，很可能已跨過昭通—魯甸斷裂，集中分布的余震展布約15 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，地震主要分布于主震西側，除去主震附近區域，分支上僅有2次3級以上地震，最大震級3.2，地震強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，主震位于兩個分支的交匯區域，兩支分支均主體位于主震的單側區域。

(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，參考節面的位置如圖2所示。上部的圖為地震個數沿著參考節面的分布，統計窗長為1 km，滑動長度為1 km。用紅色曲線標出了參考的斷層面位置，虛線表示斷層底部的可能深度，斷層引自聞學澤等 (2013)。從NNW(圖4a)及NEE(圖4b)兩個參考剖面角度看:余震集中分布在主震附近，且大致勾勒出斷層的產狀;序列深度則呈現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底部，可能表征主震的初始破裂點位于深部，然后向淺部發展 (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，深度已在9 km以內，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，至主震東側達到最深，且地震數量迅速減少，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)從時間演化角度:余震分布呈現明顯的時空交替變化特征 (圖5)。主震發生后2 d內，余震迅速散列分布，呈現出兩個優勢方向分布格局，在各個方向均有地震分布，南段達到昭通—魯甸斷裂附近，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低于NWW分支，主震位于兩個優勢分布的交叉部位。第3～6天，余震分布較為集中，活動強度整體有所降低，而在兩個分支的端點處未明顯降低，向外存在一定的擴展。第7～9天，余震活動有明顯起伏，南段昭通—魯甸斷裂附近發生地震，同時北側區域的地震活動也有明顯增加。第10～11天 (截至8月13日24時)活動再次變低。整個余震序列呈現活躍—平靜—活躍交替的變化特征。

圖5 重定位后不同時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，在魯甸震區附近還有昭通、西昌測點以及平均速度模型共3組可用數據，不同速度模型定位得到的結果存在一個整體性的位置差異，反映水平分層速度模型對雙差定位結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，不同測點的速度結構數據的差異反映了附近區域速度結構的復雜性，馬宏生等(2008)利用P波反演得到的分層掃描結果顯示，地震區域即存在明顯的速度梯度，缺乏震區的速度結構數據，可能是導致定位結果差異的原因。但是從討論發震構造及斷層結構的角度，更重要的是序列的展布形狀，因此這個整體性的差異對討論結果造成的影響是可以忽略的。

4 討論

本文利用云南臺網的震相資料，采用雙差定位方法獲得了2014年8月3日至13日24時云南魯甸6.5級地震序列共882次地震的高精度定位結果。重定位后，震相走時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。

關于主震的震源位置和深度，不同研究機構給出的結果略有差異，水平位置基本一致，而震源深度差異較大。云南省測震臺網及中國地震臺網的定位深度為12 km，劉成利等 (2014)利用波形數據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。結果的差異可能是因為震區附近臺站較為稀疏，在震中距100 km范圍僅有云南臺網的昭通、巧家、貴州威寧及四川普格4個臺站，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果是震中位于 (27.10°N，103.39°E)，震源深度9.5 km，與以上結果基本一致。

根據中國地震局地質研究所 (2014)的分析結果，魯甸地震的發震斷層為NNW向的包谷垴—小河斷裂，為NEE向的昭通—魯甸斷裂系下屬的NNW向次級走滑斷層，本次地震初步判定為左旋走滑地震。但該地區斷裂復雜，周圍展布著NE向的昭通—魯甸斷裂、龍樹斷裂、以及近NW向的包谷垴—小河斷裂等多條構造 (圖2)，從地表構造形跡看，震中區屬多方向構造匯合部位，構造的匯合、交切提供了應力集中的構造條件。由于地震未造成明顯的地表破裂，因此對發震構造需要結合多種手段進一步討論。

重定位得到的余震成條帶狀集中分布，分布呈現兩個優勢方向。一支沿NNW向展布，地震數量和強度均較高，方向與中國地質研究所 (2014)給出的分析結果一致，條帶主要分布在昭通—魯甸斷裂的西側，且往東南方向跨過昭通—魯甸斷裂;另一分支沿NEE方向，地震數量和強度均稍小。地震破裂區是地震時沿發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、尺度及其與發震構造的關系 (聞學澤等，2013)。故從余震分布的頻度及強度可以得出，NNW方向約15 km的條帶區域應為本次地震的主要破裂區。

昭通—魯甸斷裂呈右階雁列連貫分布，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—推覆構造帶的基礎上，新生代進一步發展而成的、兩條相對獨立的大型逆沖右旋走滑活動斷裂帶 (聞學澤等，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。魯甸地震的極震區附近發育NE及NW、近EW向三組斷裂，其中北東向的昭通—魯甸斷裂為主體構造，其余兩組為次級構造。魯甸地震及其序列位于北東向昭通—魯甸斷裂帶與斷續分布的北西向次級斷裂組 (含包谷垴—小河斷裂)的交匯地區①謝英情.2014.魯甸6.5級地震構造背景探討.。從地貌形態上，震區河谷深切，形成深達數百米的多條“V”型谷，東側NE向河谷與昭通—魯甸斷裂一致，西北邊的NW向河谷與包谷垴—小河斷裂一致，而在極震區附近存在斷續、但清晰可見西側近EW向的包谷垴—小河斷裂一段、以及由龍頭山鎮至牛欄江堰塞湖的NNW向河谷地貌。這與圖2中的包谷垴—小河斷裂在極震區附近的斷裂結構基本一致 (存在約30°的差異)，結合地震破裂區的分布，認為可將此NW向的次級構造包谷垴—小河斷裂一段作為本次地震的發震構造，構造應力的集中積累主要環繞此構造，其他的構造起著配合和輔助作用。

在NNW分支的南端、昭通—魯甸斷裂南側亦有一部分余震分布 (圖2b、圖4)，這與中國地震局 (2014)發布的烈度分布圖中IX度區范圍一致。而按聞學澤等 (2013)的研究成果，在昭通—魯甸斷裂南側亦存在一條連通至會澤—彝良斷裂的、呈弧形的次級走滑斷裂，其北端隔著昭通—魯甸斷裂與包谷垴—小河斷裂相望，預示著二者存在連通的可能性。如果深部存在這樣的連通結構、或本次地震已將昭通—魯甸斷裂貫穿，則該區有發生震群性地震的構造條件。另外，在主震的北側和東側區域地震分布較少且強度較低，后續余震并未向這兩處進一步擴展，這些地方或者是較為軟弱的區域，難以積累足夠的應力形成地震，或者是較為堅硬的區域，目前正在閉鎖積累能量過程，其未來地震序列發展趨勢需做更多工作進一步探究。

本文所用震相觀測報告來自云南省測震臺網，地質、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;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方面給予指導;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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