地震破裂过程的研究不仅与地震发生的成因有关，而且还涉及到地震趋势判定的研究内容，一直受到国内外地震学家们的重视.地震破裂过程的研究主要包括两个方面：一是利用波形反演技术研究主震破裂的时空过程(Chen et al.，1996; 许力生和陈运泰，1997，1999)；另一是基于余震通常沿主破裂展布，利用地震序列的精确定位结果，分析地震破裂过程(Hurukawa，1998; Ohnaka and Kuwahara，1990; Ohnaka，1992; 陈学忠等，2001a，b，2008).

2014年8月3日16点30分，在云南鲁甸县发生M_S6.5级强烈地震，根据中国地震台网测定的结果，震中位置为27.1°N，103.3°E.鲁甸6.5级地震附近分布的主要断裂有三条NE向的断裂：西鱼河—昭通断裂、昭通—鲁甸断裂和莲峰断裂，还有一条NW向断裂，即包谷垴—小河断裂，在其西面有NNW向小江断裂.附近地区自公元624年以来发生了多次M_S≥5.7地震，如图 1所示.鲁甸6.5级地震附近地区有三个强震活动地区：一个是位于其西北部的冕宁—西昌一带，另一个是在其北部的峨边—马边—大关一带，还有一个是其南部的巧家—东川一带，也就是说，在鲁甸6.5级地震发生地附近西北部、北部和南部都是强震活动区，而在其本地，据历史地震记载，却没有发生过强震.

图 1

Fig. 1

图 1 鲁甸MS6.5地震附近地区公元624年以来发生的MS≥5.7地震、地震构造和地震观测台站分布 绿色实心圆为624年—1899年地震，红色实心圆为1900年—2014年地震，黄色五角星为2014年鲁甸MS6.5地震，兰色空心三角形为本文用于重新定位的地震观测台站.F1：西鱼河—昭通断裂，F2：昭通—鲁甸断裂，F3：包谷垴—小河断裂，F4：小江断裂；F5:莲峰断裂．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 stations The 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．

刘超等(2014)给出这次地震的震源机制解显示其断层节面为NE和NW两组节面，错动性质为近纯走滑型.鲁甸地震发生的地方十分靠近NE向的西鱼河—昭通断裂和NW向的包谷垴—小河断裂.由区域台网给出的余震震中分布显示出SSE和近EW向的“L”型分布，用双差定位方法给出的余震定位结果与此基本上一致(王未来等，2014; 张广伟等，2014)，无论是将西鱼河—昭通断裂，还是将包谷垴—小河断裂作为发震断层，都不能很好地解释余震的震中分布图像.许力生等(2014)对此次地震的视震源时间函数进行分析之后，认为这次地震发生于两个走向分别为NE向和NW向的相互交叉的断层，破裂开始于NE向的断层，但很快触动了NW向的断层，两条断层同时参与了这次地震.徐锡伟等(2014)认为此次地震的发震断层为NW向的包谷垴—小河断裂，呈左旋走滑性质，属大凉山断裂南端部组成部分.张勇等(2014)认为鲁甸地震的发震断层走向为162°.从上述研究结果看来，关于鲁甸地震的发震断层面是NE向的断层还是NW向的断层仍存争议.

主地震相对定位法的基本原理是选定一个震源位置较为精确的主地震(或叫参考地震)，计算待定地震相对于它的位置，进而确定这些待定地震的震源位置.由于相对定位法对所假设的地壳模型依赖较小，因此与通常的绝对定位法相比，所得到的震源位置受地壳模型的影响较小.对于震源破裂过程的研究，只要知道相对位置变化即可，因此，由这种方法得到的结果，适合于地震序列的破裂过程的研究.

为了揭示鲁甸地震破裂面与断裂的关系，本文将利用主地震相对定位法，对2014年8月3日—2014年9月30日鲁甸地震序列中的地震进行重新定位.根据定位结果，借助于时空图象分析方法，分析序列发展过程中各次地震震源位置的相对变化，进而揭示该序列的破裂过程.

本文收集了中国地震台网中心2014年8月3日—2014年9月30日的震相观测报告资料，对发生在经纬度范围在(26.7°N—27.5°N，102.8°E—103.8°)之内的M_L≥0.8级共698次地震进行重新定位，使用的台站分布如图 1所示.

定位时取6.5级主震为参考地震，即主地震，其震中位置为(27.11°N，103.33°E)，震源深度为10 km.重新定位前后的地震空间分布如图 2，图 3为重新定位地震的M-t图.

图 2

Fig. 2

图 2 鲁甸MS6.5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.

图 3

Fig. 3

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

重新定位的经度误差平均约为0.07 km，最大为0.27 km，最小为0.06 km.纬度误差平均为0.07 km，最大0.55 km，最小为0.054 km.定位时使用的观测报告中只有直达波震相资料，缺乏首波资料，这种情况下主地震相对定位法给出的震源深度的定位误差为2.0 km，考虑到有近台资料，震源深度的误差不会太大.

图 2为重新定位前后的地震震中分布图，对比图 2a和图 2b可以看出，重新定位的地震震中空间分布比重新定位前地震的空间分布更加向主震集中，重新定位前余震活动已经穿过西鱼河—昭通断裂，重新定位的结果显示余震主要分布在西鱼河—昭通断裂以西，似乎并未穿过它.

图 2c和图 2d分别是重新定位前和重新定位后M_L≥3.0地震的空间分布.重新定位前，M_L≥3.0地震似乎显示出NW(AA′)和NE(BB′)两个方向的分布，但NW向更为明显.经重新定位之后，M_L≥3.0地震似乎更加集中于NW(AA′)方向分布，NE(BB′)向分布几乎辨认不出来.各家得到的震源机制解中，NW向截面的走向分布在150°~167°内(许力生等，2014; 徐锡伟等，2014)，本文结果NW方向分布走向大约为146°，与震源机制解结果基本一致.

图 4和图 5分别为重新定位前后地震沿震源深度方向的剖面图.图 4a和图 5a为图 2中AA′截面的，图 4b和图 5b为BB′截面的深度剖面.重新定位前的地震，其深度的分布显示余震在4~25 km的深度范围内，余震不光发生在主震上方，在主震下方，也发生了一定数量的余震，有的余震已经达到20 km深处的下方.重新定位之后，余震分布在9~10 km的深度范围内，主要位于主震上方，主震位于余震分布区下方边缘.图 5b显示，破裂面倾角较陡，近乎直立.张勇等(2014)利用全球范围内震中距介于10°~90°范围内的28个宽频带垂直向P波波形资料对鲁甸地震破裂过程进行反演，得到的结果表明此次地震破裂方向是朝地表扩展，这可能是导致余震分布在主震上方的原因.

图 4

Fig. 4

图 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′

图 5

Fig. 5

图 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′

一次强震发生之后，通常都会发生许多的余震，形成一个地震序列.地震序列可以分成三种基本类型，即主余震型序列、前主余震型序列和双震型或震群型序列.鲁甸地震属于主余震型序列.对于主余震型地震序列，主震发生时形成了破裂面的绝大部分，余震发生时破裂面继续扩展，余震沿主震形成的破裂面分布.所以，余震的空间分布可以勾画出破裂面的概貌.我们利用重新定位的地震，进行地震频次空间扫描，结果如图 6所示.

图 6

Fig. 6

图 6 地震频次空间扫描结果(空间窗：0.01°×0.01°的矩形区域，滑动步长：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.

重新定位的地震频次空间扫描图像显示地震频次相对高值区呈一NW走向的带状区域，长轴走向约为156°，长度大约10 km，主震位于地震频次高值区北端附近(图 6a).为了了解破裂过程细节，我们分析了地震序列不同时间段的地震频次空间分布.从序列开始的2天即8月3—4日地震频次空间分布可以看出，地震频次呈明显的NW向带状分布，余震往主震两侧扩展，余震分布区域展布尺度大约7 km(图 6b).8月5—7日，余震频次分布变成NE向带状分布，NW向的余震活动稀少(图 6c).8月8—14日，余震呈现出非常清晰的NW向带状分布，并继续往主震东南方向扩展了大约3 km的距离(图 6d).8月15日以后，余震局限在已经形成的破裂带及附近的局部区域内活动，破裂带不再扩展(图 6e—6f).

从上述余震频次空间分布可以得到如下认识：此次地震以NW向破裂为主，兼有NE向的破裂，主破裂面为NW向，其长度大约为10 km，与刘成利等(2014)利用区域宽频带数据反演得到的破裂长度一致.

图 7为余震分布区域尺度随时间的变化，可以看出余震分布区域的尺度于8月4日凌晨4点左右就达到7 km，之后再没有大的变化，大约仅仅扩展了3 km，最终破裂尺度约为10 km.

图 7

Fig. 7

图 7 余震分布区域尺度随时间的变化Fig. 7 The aftershock distribution scale changes with time

根据上述对重新定位的鲁甸M_S6.5地震序列的破裂过程的分析，得到以下结论.

(1)2014年鲁甸M_S6.5地震主要沿NW向破裂，存在沿NE向破裂的成分，但是NE向破裂并不明显.无论是M_L≥3.0地震震中分布，还是地震频次空间扫描结果，都清楚地显示出余震沿NW向分布的特征，似乎余震沿NE向分布的迹象并不明显.

(2)地震破裂时，主要从主震震中沿ES方向传播，破裂带长度大约为10 km，破裂面近乎直立.

(3)余震活动主要集中于主震上方区域，震源深度大于主震的余震稀少.

在鲁甸M_S6.5地震震中附近的西鱼河—昭通断裂、昭通—鲁甸断裂和莲峰断裂等三条NE向断裂，他们都是逆冲兼右旋走滑型断裂，而震源机制解给出的鲁甸M_S6.5地震的发震断层却是几乎纯走滑型，这显然与当地存在的NE向断裂的运动性质是不一致的.因此，根据上述结果，本次地震的破裂面为NW向，其发震断层为包谷垴—小河断裂的可能性很大.