据中国地震台网测定，北京时间2014年8月3日16时30分，在云南省昭通市鲁甸县(27.1°N，103.3°E)发生了M_S6.5地震(简称鲁甸地震)，震源深度12 km.此次地震是2000年以来云南省境内发生的最大地震，由于震源浅、灾区人口密度高、建筑物抗震能力较弱，且灾区地形崎岖，滚石、滑坡、泥石流等次生灾害频发，该地震已造成严重的人员伤亡和财产损失(http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/515/20140804151821024812366/index.html). 截至2014年8月8日15时，地震造成昭通市鲁甸县、巧家县、昭阳区、永善县和曲靖市会泽县108.84万人受灾，617人死亡，112人失踪，3143人受伤，22.97万人紧急转移安置(http://news.sina.com.cn/c/2014-08-08/191030655126.shtml).据中国地震台网中心资料统计，截至2014年8月11日8时，共记录到余震1335个.其中M4.0~4.9级地震4个，M3.0~3.9级地震8个(http: //www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/515/ 20140811084413870213972/index.html).

震区附近有两条大型NE向逆冲型断裂：昭通断裂带、莲峰断裂带(图 1)，它们是在早期形成的NE向逆冲-推覆构造带的基础上，新生代进一步发展而成的、两条相对独立的大型逆冲-右旋走滑活动断裂带，其活动与变形的动力源直接来自大凉山次级块体的SE向运动，而间接来自川滇块体的SSE向运动(张培震，2008；张培震等，2003；闻学泽等，2013).此次鲁甸地震发生在昭通断裂中段西侧，而其余震分布并非沿着昭通断裂的NE走向，主震震源机制以走滑特性为主，也非昭通断裂的逆冲特性，这些都表明此次地震发震断层非昭通断裂.因此，有必要详细研究此次鲁甸地震序列的特征，进一步探讨地震与断裂的关系.

图 1

Fig. 1

图 1 鲁甸MS6.5地震震中及其邻区地质构造图，图中断裂源于闻学泽等(2013)蓝色五角星代表 2014年鲁甸地震主震的震中位置，红色三角形表示震后布设的流动台站，黄色三角形为巧家流动台阵的部分台站，绿色三角形为固定台站，黑色实线代表断裂. Fig. 1 The epicenter of the Ludian MS6.5 earthquake and its surrounding geological-tectonic map，the faults are from Wen et al.(2013)The blue star indicates the location of the Ludian MS6.5 main shock，the red triangles mobile stations deployed after the earthquake，the yellow triangles part of stations of the Qiaojia seismic array，the green triangles fixed stations， and the black solid lines indicate the faults.

表 2(Table 2)

表 2 鲁甸地震序列重定位后部分震源位置信息Table 2 Part of information about the epicenter locations of the Ludian MS6.5 earthquake sequences after relocation 时间 震级 经度(°E) 纬度(°N) 深度(km) 2014-08-03 16∶30∶10.680 6.5 103.354 27.109 15.0 2014-08-03 19∶07∶20.540 4.1 103.369 27.102 7.1 2014-08-03 21∶47∶07.980 4.0 103.391 27.118 12.8 2014-08-03 22∶28∶29.010 4.0 103.363 27.119 17.0 2014-08-04 03∶30∶31.330 4.2 103.373 27.106 7.5

表 2 鲁甸地震序列重定位后部分震源位置信息Table 2 Part of information about the epicenter locations of the Ludian MS6.5 earthquake sequences after relocation

本文将利用中国地震台网中心2014年8月3日至19日的震相观测报告，采用双差定位方法，对主震及其余震序列进行重新定位，探讨地震序列的分布特征及其构造意义.

双差定位方法(Waldhauser and Ellsworth， 2000，2002)是一种相对定位方法，给出的地震相对位置特征可以很好地描述发震断层的特性，已在国内几次重大地震序列重定位工作中发挥了重要作用(黄嫒等，2008；王未来等，2012；房立华等， 2013a，2013b).双差定位方法通过对一定空间范围内的地震事件两两组对，根据组对事件之间震相到时的差别来获得事件对的相对空间分布，其基本方程(Waldhauser and Ellsworth， 2000，2002)为：

鲁甸地震发生后，云南省地震局在余震区布设了由3套数字地震仪组成的小孔径流动地震台网，为双差定位研究提供了宝贵的近台数据和资料.为了确保震相数据的可靠性，我们对2014年8月3日至8月19日的震相观测报告数据进行了筛选，从中挑选出符合要求的地震事件：地震定位的台站数量不小于4 个、震级大于1.0，共选取1563个地震震相资料(图 2a).对这些震相数据采用双差定位方法进行地震重定位，要求震相数量不小于6个(地震个数为965).经过地震事件组对后参与重定位的地震数量为961个，台站40个(图 2b)，P波绝对到时28304个，S波绝对到时26530个.一维速度模型参考天然地震和人工地震的观测结果综合构建.首先采用接收函数H-κ扫描方法(Zhu and Kanamori， 2000)，获得了震区邻近固定台站昭通台(ZAT)下方的地壳厚度和波速比，分别为46.4 km和1.73(图 3)(Wang et al., 2014).反演中壳内速度模型采用人工地震测深结果(熊绍柏等，1993)，如表 1所示.

图 2

Fig. 2

图 2(a)2014年8月3日云南鲁甸MS 6.5主震及余震序列的初始位置分布；(b)本文双差定位中使用的台站位置分布红色五角星和蓝色圆圈分别表示主震和余震序列，余震截至2014年8月19日.Fig. 2(a)Initial locations of the main shock and aftershock sequences of the Ludian MS6.5 earthquake on August 3，2014 in Yunnan province;(b)The locations of the stations used during the double difference location in this studyThe red star and blue circles indicate the main shock and aftershock sequences，respectively. The aftershock sequences are from August 3，2014 to August 19，2014.

图 3

Fig. 3

图 3 昭通地震台(ZAT)接收函数H-κ扫描结果(Zhu and Kanamori， 2000; Wang et al., 2014)左图为各水平慢度上的平均接收函数，红色和蓝色竖线分别表示震相Pms、PPPS和PPSS/PSPS的理论走时；右图为H-κ扫描获得的地壳厚度和波速比.Fig. 3 Receiver function stacking results of the Zhaotong station(ZAT)(Zhu and Kanamori， 2000; Wang et al., 2014)The average receiver functions for different horizontal slowness are shown on the left panel; The red and blue vertical lines represent the theoretical phase arrival times corresponding to the optimal values of crustal thickness and velocity ratio(on the right panel)from receiver function stacking，respectively. The phases are Pms，PPPS， and PPSS/PSPS.

表 1(Table 1)

表 1 鲁甸地区P波速度结构模型(熊绍柏等，1993)Table 1 P-wave velocity structure model for the Ludian region(Xiong et al., 1993) 速度(km·s-1) 上界面深度(km) 5.50 0 5.75 2 6.00 8 6.30 16 5.60 24 6.70 32 7.70 46(Wang et al., 2014)

表 1 鲁甸地区P波速度结构模型(熊绍柏等，1993)Table 1 P-wave velocity structure model for the Ludian region(Xiong et al., 1993)

重定位后的震中分布图像显示(图 4)，鲁甸地 震主震位于27.11°N，103.35°E，震源深度约15 km. 重定位后沿着纬度方向、经度方向和深度方向的定位残差分别为0.712 km、0.800 km和1.520 km，走时残差为0.220 s(图 5).双差定位是一种相对定位方法，定位后明显提高了震源相对位置的精度.重定位后的震中分布形态与初始定位结果存在明显差异，余震序列主要呈“L”形优势分布，分为SSE向和近EW向两支，二者长度均为15 km左右.地震序列的近EW向条带分布在昭通—鲁甸断裂西侧，而SSE向余震条带垂直穿过昭通断裂.

图 4

Fig. 4

图 4 采用双差定位法获得的鲁甸MS 6.5地震序列震中分布图中的蓝色五角星和圆圈分别表示重定位后的主震和余震序列，色标表示地震序列距离主震发生时刻的时间.Fig. 4 Distribution of the Ludian MS6.5 earthquake sequences from double-difference location algorithmThe blue star and circles indicate the main shock and aftershock sequences after relocation，respectively. The color bar indicates the elapsed time from the main shock to the earthquake sequences.

图 5

Fig. 5

图 5 重定位后鲁甸MS 6.5地震序列的纬度方向误差、经度方向误差、深度误差和走时残差分布Fig. 5 The errors along latitude，longitude and depth and the distribution of the travel time residuals of the Ludian MS6.5 earthquake sequences after relocation

根据双差定位以后得到的地震序列的图像，拟合得到两支优势分布的走向分别为155°和265°.图 6给出了沿着两支优势条带走向AA′和CC′剖面，以及两个垂直剖面BB′和DD′的震源深度分布情况.图中显示余震主要分布在主震上方，AA′剖面(SSE向条带)的余震呈现梯形分布，CC′剖面(近EW向条带)的余震呈现三角形分布，表明主震和多数余震集中分布在两个条带的交汇部位.此次地震与2010年玉树地震序列中的最大余震M_S5.9及最大余震周围的其他余震的分布特征有较多相似之处：二者的余震均具有近垂直的两支，并且集中分布在交汇地带(王未来等，2012). 根据余震序列分布特征，我们推测鲁甸M_S6.5地震的破裂区域呈“L”形分布，在反演震源机制和地震破裂过程中也需要考虑这一破裂面特征.

图 6

Fig. 6

图 6 重定位后地震序列震源深度沿AA′、BB′、CC′和DD′剖面方向的垂向分布图中的蓝色五角星和圆圈分别表示重定位后的主震和余震序列，与图 4中的地震序列相对应.Fig. 6 The focal depth distribution of the earthquake sequences after relocation in the vertical direction along profiles AA′，BB′，CC′ and DD′The blue star and circles indicate the main shock and aftershock sequences after relocation，respectively，the same as shown in Fig. 4.

图 7给出了地震序列震源随深度分布的柱状统计图.余震主要分布在4~16 km深度，极少分布在24 km以下，这可能与该地区存在中下地壳低速层(熊绍柏等，1993)具有一定关系.低速层的存在表明物质可能具有较高的温度和较低的黏滞系数.中上地壳8~24 km范围内速度值较高，表明力学强度较大的介质主要局限在这一深度范围，重定位结果显示主震和多数余震序列深度分布与其相一致，表明此次地震主要错断这一层位的介质.

图 7

Fig. 7

图 7 重定位后鲁甸MS6.5地震序列震源深度的分布Fig. 7 The focal depth distribution of the Ludian MS6.5 earthquake sequences after relocation

图 8给出了此次地震序列在10个横截面上的分布特征，其中，每个横截面在地面的投影如图 8a所示，投影的地震事件取自距离横截面3 km范围内，可以较好地展示此次地震序列两支优势条带的横截面变化特征.在图 8中，近EW向地震条带和SSE向地震条带分别在截面EE′—II′和截面JJ′—NN′进行展示.近EW向地震条带上地震分布在约±3 km内，总体上呈近垂直分布，深度范围从6~12 km逐渐变宽到3~22 km的范围.截面FF′和GG′显示这个近垂直地震带有小幅北倾的现象，同时在其北部零散的地震也呈现出近垂直分布.SSE向地震条带比近EW向地震条带略窄，主要集中在 ±2 km的宽度范围内. 地震呈近垂直分布，在接近两支的交汇部位，向北东小幅度倾斜.由此可见，近垂直的“L”形断裂表现为向北东侧微倾的特征.

综合两个地震条带的各截面特征，余震震中主 要近垂直分布，呈现走滑型地震的特征，这与此次 鲁甸主震震源机制一致(http://www.cea.gov.cn/ publish/dizhenj/464/515/20140806203350989985054/in-dex.html). 从图 4中来看，位于近EW向地震条带北侧零星的地震在水平位置上主要分布在AA′剖面的西南侧，这表明这些地震不在SSE向地震条带上.这些零星的地震在一定程度上组成了第二个近EW向条带，这在EE′和FF′截面上具有清楚的特征，因此，我们推断这些零散的地震可能是平行于近EW向破裂带的小破裂导致的.

从图 8a可以看出，鲁甸地震周边的断裂主要有NE向昭通断裂、龙树断裂、大岩洞断裂、SE向小河断裂和SN向包谷垴断裂.其中昭通断裂带由一个规模大、结构复杂的逆冲断裂带组成，其前缘主断裂为彝良—会泽断裂，倾向NW，并在15~20 km 的深度与基底滑脱带相连，主滑脱带上方除发育有NW倾的次级断裂外，还有SE倾的反冲断裂，其中规模最大的反冲断裂是龙树断裂(闻学泽等，2013).从地震分布和已有断层的关系来看，地震序列的SSE向条带横穿昭通断裂带，而近EW向条带与昭通断裂距离约10 km，因此可以排除昭通断裂是鲁甸地震发震断裂的可能性.从各个截面中地震分布特征来看，余震的两支均呈现近垂直的分布，与昭通断裂的倾向NW逆冲特征不同，也与倾向SE反冲断裂特性不同.余震展布正好位于NE向昭通断裂及其反冲断裂(龙树断裂、大岩洞断裂)的错断区域，表明此次走滑型地震同时对昭通断裂及其反冲断裂进行了切割.

SE向小河断裂、SN向包谷垴断裂为区域次级走滑型断裂，然而根据地质调查(闻学泽等，2013)，在接近鲁甸地震的地区这两条断裂的线条显示为断开.从图 8a可以看出，小河断裂在接近震源区，断裂走向逐渐从SE转变到近EW向，与此次余震序列的近EW向条带平行；包谷垴断裂的北段也存在向NW转向，与余震序列的SSE向条带平行.考虑到断层走向及断层面特性，我们认为鲁甸地震是小河断裂和包谷垴断裂的联接处发生的地震，此次地震在一定程度上将两个断裂贯通，但受两个断裂走向控制，余震序列呈现出两个优势分布.

自2001年来，中国西南地区地震活动背景明显增加，已进入构造运动明显增强的阶段，地震活动进入活跃期(Jia et al., 2012；Peng et al., 2012)，鲁甸地震是本活跃期中继汶川地震和芦山地震后的又一次重大地震.据图 8a断裂走向来看，在接近鲁甸震区附近，反冲断裂龙树断裂、大岩洞断裂均向昭通断裂方向弯曲，间距变窄，与本次发震断裂小河断裂和包谷垴断裂交叉，呈现放射状. 从力学角度来看，断裂交汇地带是区域应力调整的关键地区，鲁甸地震 “L”形破裂与此地区多断裂的应力集中有关.

图 8

Fig. 8

图 8 鲁甸MS 6.5地震序列优势方向的截面特征图中的蓝色五角星和圆圈分别表示重定位后的主震和余震序列；颜色表示地震序列距离主震发生时刻的时间，如图 4色标所示.蓝色虚线表示剖面位置.Fig. 8 The characteristics of the profiles along dominant directions of the Ludian MS6.5 earthquake sequencesThe blue star and circles indicate the main shock and aftershock sequences after relocation，respectively. The colors indicate the elapsed time from the main shock to the earthquake sequences，as shown by the color bar in Fig. 4. The blue dashed lines indicate the location of profiles.

2014年鲁甸地震发生在昭通断裂中段，而其余震分布并非沿着昭通断裂的NE走向，主震震源机制以走滑特性为主，与昭通断裂的逆冲特性明显不同，表明鲁甸地震发震断层不是昭通断裂.本文采用双差方法对云南鲁甸M_S6.5地震后16天的地震序列进行重新定位，获得了以下认识：

(1)重定位结果显示余震序列主要呈“L”形优势分布，分为SSE向和近EW向两支，通过拟合优势分布两支的走向，分别为155°和265°，二者长度均为15 km左右. 鲁甸地震序列近EW向条带分布在昭通—鲁甸断裂的西侧，而SSE向条带垂直穿过昭通断裂. 根据余震序列分布特征，我们认为鲁甸M_S6.5地震的破裂区域也呈“L”形分布.

(2)地震序列横截面图像显示，“L”形余震带SSE向和近EW向两支均呈现近垂直向北东微倾的震源分布特征，具有走滑型地震的典型特征；位于近EW向地震条带北侧零星的地震在一定程度上组成了第二个近EW向条带，可能是平行于近EW向破裂带的小破裂导致的.

(3)虽然鲁甸地震发生在NE向昭通断裂及其反冲断裂(龙树断裂、大岩洞断裂)附近，但这两个断裂均为逆冲型断裂，排除了它们作为发震断裂的可能性；鲁甸地震是在小河断裂和包谷垴断裂的联接处附近发生的，地震可能在深部已将两个断裂贯通，同时受两个断裂走向的控制，余震序列呈现出两个不同的优势方向分布.

(4)鲁甸地震是中国西南地区在新地震活跃期中继汶川地震和芦山地震后的又一次重大地震. 在接近鲁甸震区附近，反冲断裂龙树断裂、大岩洞断裂均向昭通断裂方向弯曲，间距变窄，与本次发震断裂小河断裂和包谷垴断裂交叉，呈现放射状. 从力学角度来看，断裂交汇地带是区域应力调整的关键地区，鲁甸地震“L”形破裂与此地区多断裂的应力集中有关.