2014年魯?shù)?.5級地震成因、破裂特征和余震分布特征的庫侖應力作用

程佳， 徐錫偉， 劉杰

1 中國地震局地質(zhì)研究所活動構(gòu)造與火山重點實驗室, 北京　100029 2 中國地震臺網(wǎng)中心， 北京　100045

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2014年魯?shù)?.5級地震成因、破裂特征和余震分布特征的庫侖應力作用

程佳1,2， 徐錫偉1*， 劉杰2

1 中國地震局地質(zhì)研究所活動構(gòu)造與火山重點實驗室, 北京100029 2 中國地震臺網(wǎng)中心， 北京100045

摘要根據(jù)2014年魯?shù)镸S6.5地震的區(qū)域構(gòu)造和余震共軛分布特征，本文首先計算了1733年小江斷裂帶北段M7.75地震，1850年則木河斷裂帶M7.5地震和1974年馬邊MS7.1地震對魯?shù)镸S6.5地震震源機制解兩個節(jié)面的黏彈性庫侖應力作用，結(jié)果顯示NNW向發(fā)生主破裂的包谷垴—小河斷裂受到這3次地震，尤其是1850年M7.5地震明顯的庫侖應力作用，我們認為則木河斷裂的高速左旋走滑運動以及7級以上強震的重復發(fā)生對于包谷垴—小河斷裂的強震孕育和斷裂演化方面具有促進作用；然后分析了魯?shù)?.5級地震的共軛破裂與余震分布特征，并分別計算了兩個共軛破裂面單獨破裂對另一破裂面的庫侖應力作用，結(jié)果顯示NEE向破裂促進NNW向破裂的發(fā)生，而NNW向破裂后則阻礙了NEE向破裂的進一步發(fā)展，最終發(fā)展成以NNW向破裂為主的共軛破裂事件；最后計算了共軛破裂產(chǎn)生的庫侖應力變化對余震的影響，認為位于NEE向破裂面西側(cè)的余震集中分布主要是由于應力觸發(fā)作用而形成.

關鍵詞2014年魯?shù)?.5級地震; 包谷垴—小河斷裂; 庫侖應力; 共軛破裂; 余震分布

1引言

2014年8月3日16時30分，在我國云南魯?shù)榘l(fā)生了MS6.5地震，中國地震臺網(wǎng)中心(http:∥www.ceic.ac.cn)給出的該地震震中位于103.3°E， 27.1°N， 震源深度為12 km.王未來等(2014)重新定位后給出的震中位置位于103.36°E，27.11°N.Global CMT Catalog給出的震源機制參數(shù)顯示地震為走滑型地震，節(jié)面I走向71°，傾角81°，滑動角-175°；節(jié)面II走向340°，傾角86°，滑動角 -9°，標量地震矩為2.12×1018N·m(http:∥www.globalcmt.org).震后余震重新定位結(jié)果顯示該地震的余震分布呈現(xiàn)NNW向和NEE向的共軛分布特征(王未來等，2014； Cheng et al., 2015).在破裂過程的研究方面，劉成利等(2014)給出的結(jié)果顯示NNW向是主破裂面，位移主要集中在破裂面上部，最大滑動量為0.7 m，主震發(fā)生了共軛破裂；張勇等(2014)給出的破裂過程顯示與昭通—魯?shù)閿嗔炎呦蛞恢碌墓?jié)面I可能是發(fā)震斷層面，給出的震級為Mw6.1；許力生等(2014)利用寬頻帶勒夫波提取了視震源時間函數(shù)，分析認為83%的能量集中釋放在前10 s，并發(fā)生在NNW向和NEE向兩個方向上，破裂首先從NEE取向的斷層開始，然后觸動NNW向斷層.張勇等(2015)也認為破裂首先發(fā)生在NEE向斷層上，然后轉(zhuǎn)到NNW向斷層，62%的地震矩釋放在近南北向(NNW向)斷層上，其對波形擬合的貢獻約60%；38%的地震矩釋放在近東西向(NEE向)斷層上，其對波形擬合的貢獻約為40%.上述結(jié)果中NEE向是由NNW向破裂觸發(fā)還是NEE向破裂觸發(fā)了NNW向破裂仍然是個值得討論的問題.

從野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果看，Xu等(2015)在對該斷裂的地表破裂考察中發(fā)現(xiàn)了NNW向地表破裂帶，發(fā)震斷層為NNW向的包谷垴—小河斷裂，具有左旋走滑特征，最大位錯量在0.62 m左右，顯示NNW向破裂達到地表并產(chǎn)生了破裂，這與劉成利等(2014)結(jié)果較為吻合.從區(qū)域斷裂活動特征看，包谷垴—小河斷裂位于昭通—魯?shù)閿嗔雅c蓮峰斷裂之間，而這兩條斷裂均受到來自大涼山次級塊體南東向運動的作用，以逆沖擠壓為主要運動特征(聞學澤等，2013；Cheng et al.,2015)(圖1)，包谷垴—小河斷裂的左旋走滑速率可能是因為這種擠壓作用的不均勻而產(chǎn)生.這種矩震級MW小于6.5的中等地震產(chǎn)生地表破裂帶的現(xiàn)象較為少見，我國大陸僅在1888年景泰M6.25地震時有過地表破裂跡象(Xu et al.，2015), 也說明包谷垴—小河斷裂以淺部活動為主要特征，規(guī)?？赡茌^小.這種規(guī)模較小的斷裂也較易受到周邊強震的應力觸發(fā)作用而發(fā)生中強地震. 從歷史強震分布看，魯?shù)镸S6.5地震周邊7級以上歷史地震主要分布在川滇菱形塊體東邊界安寧河斷裂、則木河斷裂、大涼山斷裂和小江斷裂帶上，其中距離2014年魯?shù)?.5級震中較近、強度較大且可能有明顯應力影響的有1733年小江斷裂帶北段M7.75地震，1850年則木河斷裂帶M7.5地震和1974年馬邊MS7.1地震(程佳等，2014).上述歷史地震的發(fā)生可能對魯?shù)?.5級地震有一定的應力積累或釋放作用，而哪些地震在這一作用中占據(jù)主要地位，對于認識魯?shù)?.5級地震的成因具有重要意義.同樣，對于這一問題的認識也對研究云南其它地區(qū)近年來發(fā)生的多次共軛型地震具有借鑒作用,如魯?shù)橹苓叺?012年彝良MS5.7和MS5.6雙震(呂堅等，2013)以及2011年盈江地震(Lei et al.,2014; 趙小艷等，2013) .

圖1　2014年魯?shù)镸S6.5地震周邊強震分布與活動構(gòu)造圖 (修改自Cheng et al., 2015)Fig.1　Regional tectonic map and strong earthquakes around the MS6.5 Ludian earthquake in 2014 (Modified from Cheng et al., 2015)

針對上述問題，本文將從應力應變轉(zhuǎn)換即庫侖應力作用來進行討論.在這一方面的研究中，程佳等(2014)利用彈性分層模型計算了歷史強震對魯?shù)?.5級地震的庫侖應力作用以及該地震后續(xù)對周邊斷層的影響情況，而更深入的黏彈性應力作用以及在庫侖應力作用方面針對斷層破裂方向與破裂特征的研究尚未進行.在地震能量積累過程中，黏彈性下地殼和上地幔弛豫形變引起的持續(xù)應力作用不可忽視(萬永革等，2007, 2008；程佳等，2011a；張晁軍等，2008；范桃園等，2012； Freed and Lin,1998)，黏彈性下地殼可能在魯?shù)?.5級地震孕育過程中具有重要的作用.魯?shù)?.5級地震位于川滇塊體東邊界地震帶附近，該地區(qū)在下地殼存在著軟弱層(Zhao et al.,2008; Bai et al., 2010)，因而在計算魯?shù)?.5級地震受到歷史強震所引起的應力變化時，考慮中長期時間內(nèi)下地殼和上地幔的黏彈性調(diào)整作用尤為重要. 本文擬采用黏彈性模型來計算1733年M7.75地震、1850年M7.5地震和1974年馬邊MS7.1對2014年魯?shù)?.5級地震NNW向和NEE向兩個破裂面的庫侖應力作用情況，分析在這幾次地震所引起的應力變化場中哪個破裂面更容易發(fā)生破裂；并計算單個破裂面破裂和兩個破裂面同時破裂情況下各自對余震分布的控制情況；最后討論魯?shù)?.5級地震的成因、破裂特征和共軛破裂面之間應力轉(zhuǎn)換的關系，為認識魯?shù)榈卣饦?gòu)造成因和破裂特征提供參考.

2地殼流變模型以及強震破裂參數(shù)

在本文計算強震同震和震后所引起的應力變化過程中，使用了黏彈性應力應變程序PSGRN/PSCMP (Wang et al.,2006), 考慮了地球重力對形變場的影響，并可確保計算瞬間形變的數(shù)值穩(wěn)定性(程佳等，2011a).在地殼結(jié)構(gòu)的選取上，我們使用了包括彈性層上地殼和中地殼、黏彈性Maxwell體下地殼和黏彈性Maxwell體的上地幔結(jié)構(gòu)(陳石等，2014)，各分層來源于王椿鏞等(2002)和吳建平等(2006)對川滇地區(qū)的地震波反演結(jié)果，各層密度數(shù)據(jù)來源于陳石等(2014)，其它參數(shù)參考了程佳等(2011b)的模型，分層結(jié)果和參數(shù)見表1.

在計算強震對魯?shù)?.5級地震的作用過程中，本文主要考慮了離該斷層較近且震級較大的地震，即1733年M7.75地震、1850年M7.5地震和1974年馬邊MS7.1，這些強震的破裂參數(shù)主要來源于程佳等(2014)的數(shù)據(jù).在庫侖應力計算過程中，有

(1)

其中σf為庫侖應力，τ′為滑動方向的剪應力，σn為滑動面上所受的正應力，正應力以拉張為正，本文取常見值0.4 (Lin and Freed, 2004).

表1　本研究所用的地殼與上地幔模型參數(shù)

其中G為剪切模量，η為粘滯系數(shù)，ρ為地殼巖石密度(單位：kg·m-3).

表2　歷史地震破裂參數(shù)表

3歷史強震對魯?shù)榈卣鹫鹪礄C制兩個節(jié)面的庫侖應力作用

利用上述模型和參數(shù)，本文計算了1733年M7.75地震、1850年M7.5地震和1974年馬邊MS7.1對GCMT給出的2014年魯?shù)?.5級地震震源機制兩個節(jié)面的同震和震后應力觸發(fā)作用，其中節(jié)面Ⅰ走向340°,傾角86°，滑動角-9°，節(jié)面Ⅱ走向71°，傾角81°,滑動角為-175°. 主震震源深度為12 km，因此我們選擇了常用的10 km處的庫侖應力變化特征來顯示.圖2給出了歷史地震所引起10 km處的庫侖應力變化情況，其中圖2a和圖2b分別為歷史地震對魯?shù)榈卣餘EE向和NNW向節(jié)面的同震庫侖應力作用，圖2c和圖2d分別為歷史地震對魯?shù)榈卣餘EE向和NNW向節(jié)面震前的黏彈性庫侖應力作用.

從圖2a給出的歷史強震對NEE向節(jié)面的庫侖應力分布情況看，魯?shù)?.5級地震位于負值區(qū)，3次強震對這一節(jié)面的能量積累有負影響作用；而從圖2b給出的3次歷史強震對NNW向節(jié)面的庫侖應力分布情況看，魯?shù)?.5級地震余震區(qū)南段位于負值區(qū)，北段位于正值區(qū)， 震中點(103.36°E，27.11°N)位于余震分布區(qū)北端，其所受到的庫侖應力值為0.0094 MPa；從黏彈性庫侖應力結(jié)果看(圖2c和圖2d)，隨著時間的推移和黏彈性下地殼作用的增強，歷史地震對周邊斷層的影響逐漸增大，范圍也有小幅度的變化，其中NEE向節(jié)面所受到的應力值仍為負值，而NNW向節(jié)面受到的庫侖應力正值也在逐漸增大，震中點(103.36°E，27.11°N)處的庫侖應力變化最為顯著，約為0.04 MPa，顯示在下地殼黏彈性層連續(xù)作用下魯?shù)?.5級受到1733年M7.75地震、1850年M7.5地震和1974年馬邊MS7.1的庫侖應力作用逐漸增強. 從上述結(jié)果看，周邊最顯著的3次歷史地震對NNW向節(jié)面能量積累的促進作用大，而對NEE向破裂有抑制作用；從NNW向受到庫侖應力的分布特征看，魯?shù)?.5級震中點所在的余震分布區(qū)北段位于庫侖應力增強區(qū)，也與趙旭等(2014)給出的魯?shù)榈卣鹌屏蜒刂鳱NW節(jié)面從北向南傳播的研究結(jié)果具有一致性，即魯?shù)?.5級余震區(qū)北端震中附近在受到3次歷史地震的黏彈性應力觸發(fā)作用下破裂，并自北向南發(fā)展.圖3給出了魯?shù)?.5級地震震中10 km處受到庫侖應力的時間變化曲線圖，可以看出其主要受到了則木河斷裂1850年M7.5地震的影響，這次地震對魯?shù)榈卣鹱饔幂^為明顯.因此從上述結(jié)果可以看出，位于包谷垴—小河斷裂上的魯?shù)榈卣餘NW向破裂面主要受到了1850年M7.5地震的應力觸發(fā)作用，而1733年M7.75和1974年MS7.1地震對魯?shù)?.5級地震庫侖應力影響值較弱.上述結(jié)果顯示在歷史強震引起的應力變化場中2014年魯?shù)榈卣鸬腘NW向破裂面更易發(fā)生破裂，其主要受到了則木河斷裂帶1850年M7.5地震的作用.

圖2　2014年魯?shù)?.5級震源機制兩個節(jié)面所受到歷史強同震和黏彈性庫侖應力作用(a) NEE節(jié)面所受同震庫侖應力作用； (b) NNW節(jié)面所受同震庫侖應力作用； (c) 魯?shù)榈卣鹎癗EE節(jié)面所受黏彈性庫侖應力作用；(d) 魯?shù)榈卣鹎癗NW節(jié)面所受黏彈性庫侖應力作用.Fig.2　Coseismic and Postseismic coulomb stress changes of the historical earthquakes on the two nodal plane of the MS6.5 Ludian earthquake(a) Coseismic coulomb stress change on the NEE nodal plane; (b) Coseismic coulomb stress change on the NNW nodal plane; (a) Postseismic coulomb stress change on the NEE nodal plane before Ludian earthquake; (b) Postseismic coseismic coulomb stress change on the NNW nodal plane before Ludian earthquake.

圖3　2014年魯?shù)?.5級地震NNW向節(jié)面在震中處所受到歷史強震庫侖應力隨時間變化圖Fig.3　Time series of the Coulomb stress changes by the historical earthquakes on the NNW nodal plane at the epicenter of the Ludian earthquake

綜上所述，魯?shù)?.5級地震NNW向破裂面所在的包谷垴—小河斷裂位于昭通—魯?shù)閿嗔雅c蓮峰斷裂之間且垂直于這兩條斷裂，包谷垴—小河斷裂的形成主要是由于逆沖斷裂帶在該斷裂兩側(cè)速率不均而導致(徐錫偉等，2014；程佳等，2014).則木河斷裂帶1850年M7.5地震對魯?shù)?.5級地震的應力作用則加速了NNW向包谷垴—小河斷裂的破裂，尤其是則木河斷裂具有左旋走滑速率為6.4±0.5 mm·a-1左右的高速運動(徐錫偉等，2003；王閻昭等，2008)和以3000年左右為復發(fā)間隔的多次7級地震事件(田勤儉等，2008)，這種加速作用一直在持續(xù)發(fā)生.因此，則木河斷裂帶的高速左旋運動特征和7級以上強震作用，在包谷垴—小河斷裂的演化和中強震的發(fā)生中具有明顯的促進作用.

4魯?shù)?.5級地震余震分布特征與兩個破裂面之間的作用

在余震序列的研究中，重新定位結(jié)果給出的余震呈現(xiàn)沿著NNW向和NEE向共軛分布特征(王未來等，2014；張廣偉等，2014).根據(jù)王未來等(2014)給出重新定位后的余震分布特征(圖4)，余震區(qū)大致可以分為3個部分(圖4a)，余震區(qū)Ⅰ主要以NNW向分布為主，余震分布密集，各時段余震均有分布；余震區(qū)Ⅱ分布也較為密集，余震以NEE向排列，序列早期活動主要發(fā)生在主震周圍，其后逐漸向西發(fā)展，在與余震區(qū)Ⅲ交界處逐漸減弱；余震區(qū)Ⅲ余震分布密集程度較前兩個余震區(qū)低，且排列與余震區(qū)Ⅱ有所差異，以近E-W向分布為主要特征.圖4b給出了余震區(qū)Ⅱ和余震區(qū)Ⅲ兩個區(qū)域中余震深度隨經(jīng)度的變化情況，其中余震區(qū)Ⅲ的深度明顯較余震區(qū)Ⅱ淺，且在兩個余震區(qū)交界處有明顯的跳躍; 圖4c給出的余震區(qū)Ⅰ中余震深度隨緯度變化中，深度自南向北逐漸加深，在北端達到15 km左右.從整個余震分布看，余震序列中較大余震主要發(fā)生在主震東側(cè)附近區(qū)域，包括了8月3日19時07分MS3.9、8月3日22時28分MS4.0和8月4日3時30分MS4.2地震(圖4和表3)，而在主震西側(cè)3天內(nèi)發(fā)生的3級以上強余震只有8月6日6時33分MS3.5.

圖4　魯?shù)?.5級地震余震序列展布與較大余震的震源機制解(a) 余震序列空間展布情況與較大余震震源機制解； (b) 余震區(qū)II和III深度隨經(jīng)度變化圖；(c) 余震區(qū)I經(jīng)度隨深度變化圖.(余震重新定位數(shù)據(jù)來源于王未來等，2014).Fig.4　Aftershock distribution and focal mechanisms of the major aftershocks(a) Aftershock distribution and focal mechanisms for the major aftershocks; (b) Depth of the aftershocks along the longitude in area Ⅱ and area Ⅲ; (c) Depth of the aftershocks along the latitude in area Ⅰ.

根據(jù)前述結(jié)果和地表破裂資料，NNW向破裂可確定為2014年魯?shù)?.5級地震的主破裂單元，而NNW向破裂和NEE向破裂的先后順序也同樣需要深入分析，本文結(jié)合兩個節(jié)面相互之間的庫侖應力作用來探討這一關系.在這一庫侖應力計算過程中，最重要的問題是兩個平面的破裂參數(shù)，這與主震震源機制解給出的兩個節(jié)面參數(shù)有一定的區(qū)別，因為主震震源機制解給出的是綜合整個地震破裂過程的結(jié)果，包括了NEE向破裂和NNW向破裂，因此我們沒有使用主震兩個節(jié)面參數(shù)，而是使用了主震發(fā)生后發(fā)生在兩個破裂面上的早期強余震的震源參數(shù).表3給出了地震發(fā)生后3天內(nèi)發(fā)生的3級以上強余震的震源機制解(韓立波等，個人通訊)，震源機制解中震中位置與王未來等(2014)一致，反演使用了CAP算法, 主要反演過程類似于Han等(2014). 從這些震源機制解可以看出，8月3日19時07分MS3.9和8月4日3時30分MS4.2兩個地震的一致性較好，深度分別為8 km和 12 km，明顯小于余震區(qū)II的最大深度15km，如果位于圖4中NEE向余震區(qū)Ⅱ，那么這兩次地震應該位于余震區(qū)Ⅱ中間，而不是余震區(qū)II的以南，由此認為這兩個余震位于NNW向破裂面上，根據(jù)余震是遲滯主震破裂的障礙體的后續(xù)破裂所致，本文將主震發(fā)生后2.5 h后發(fā)生的8月3日19時07分MS3.9的震源參數(shù)作為NNW向破裂面的破裂參數(shù)；NEE向的破裂參數(shù)則使用了8月6日6時33分MS3.5余震的震源參數(shù).

根據(jù)上述特征，本文計算了主震破裂后對余震的影響情況.在此計算過程中，我們使用了3種震源模型: 1) 破裂只發(fā)生在NNW向破裂面上； 2) 破裂只發(fā)生在NEE向破裂面上； 3) 破裂同時在兩個共軛破裂面上.其中NNW向破裂和NEE向破裂長度主要根據(jù)1 h內(nèi)的余震分布特征得到，分別為12 km和4 km(圖4a)；深度15 km則根據(jù)余震深度分布特征給出(圖4b、4c)，兩個共軛破裂均破裂至15 km左右；對于兩個平面的平均位錯量的選取上，根據(jù)劉成利等(2014)給出的斷層破裂模型兩個破裂面最大位錯分別為70 cm與45 cm左右，平均位錯量的比值也大致在70∶45左右，最終代入平均位錯與標量地震矩的公式(2)，得到各計算破裂面的參考平均位錯.主要破裂參數(shù)見表4.公式為

(2)

其中μ為彈性地殼層的剛度，本文取3×1010N·m-2，L為破裂長度，W為破裂寬度，D為平均位錯.

表3　魯?shù)榈卣饛娪嗾鹫鹪礄C制參數(shù)(韓立波，個人通訊)

表4　魯?shù)榈卣?種破裂模型參數(shù)表

圖5給出了三種模型的計算結(jié)果，其中圖5a為NNW向單獨破裂時所產(chǎn)生的庫侖應力對NEE向破裂面10 km處的影響，可以看出NNW向單獨破裂產(chǎn)生的庫侖應力對NEE向破裂面上余震的控制作用較弱，很難觸發(fā)NEE向破裂.圖5b為NEE向單獨破裂時所產(chǎn)生的庫侖應力對NNW向破裂面10 km處的影響，可以看出NEE向單獨破裂產(chǎn)生的庫侖應力作用在NNW破裂面上均為正值，且大于0.01 MPa的觸發(fā)中強地震的閾值(Stein, 1999)，NEE向破裂有助于NNW向破裂的產(chǎn)生和發(fā)展.圖5c給出了兩個共軛面均發(fā)生破裂后對NEE向破裂面10 km處的觸發(fā)作用，這種作用對余震的控制作用明顯，從結(jié)果看共軛破裂后余震區(qū)III位于庫侖應力增強區(qū)，該增強區(qū)余震分布密集且在深度上與余震區(qū)Ⅱ具有明顯差異，可見該余震區(qū)主要由破裂后庫侖應力增強而觸發(fā)；昭通—魯?shù)閿嗔褞习l(fā)生的2012年9月7日MS5.6、MS5.7和2004年8月10日MS5.6地震震源機制解可以顯示該斷裂也具有右旋走滑特征，因此圖5c也顯示了魯?shù)閿嗔褞嗔涯蟼?cè)附近的昭通—魯?shù)閿嗔褞Ь哂械卣鹉芰繙p緩作用，魯?shù)?.5級地震沒有激發(fā)該斷裂帶的小震活動.圖5d 給出了兩個共軛面均發(fā)生破裂后對NNW向破裂面10 km處的觸發(fā)作用，其引起的庫侖應力增強區(qū)主要分布在余震區(qū)Ⅲ和余震區(qū)Ⅰ的南端; 其中余震區(qū)Ⅲ內(nèi)不僅存在NEE向小斷裂而且也可能存在NNW向小斷裂，因此該余震區(qū)余震密集程度較高; 余震區(qū)Ⅰ的南端庫侖應力增強區(qū)只有少量余震分布，可能與包谷垴—小河斷裂的規(guī)模有關，因為該斷裂尚未能在切穿昭通—魯?shù)閿嗔褞Ш蟠笠?guī)模往南發(fā)展.

綜合上述計算結(jié)果，我們認為魯?shù)?.5級地震主要發(fā)生在NNW向破裂面上，但從過程上看，破裂可能首先開始于NEE向，NEE向破裂觸發(fā)了NNW向破裂，這與張勇等(2015)和許力生(2014)的結(jié)論較為吻合；余震區(qū)Ⅲ主要受到了兩個共軛破裂面的觸發(fā)作用而發(fā)生了余震集中分布.

5討論與結(jié)論

5.12014年魯?shù)榈卣鸢l(fā)生的大涼山次級塊體內(nèi)部，該次級塊體不僅受到了川滇塊體在安寧河斷裂帶上的擠壓作用，還受到了巴顏喀拉塊體在龍門山斷裂帶上的擠壓作用(程佳等，2014; 徐錫偉等，2014；Cheng et al., 2015)，塊體內(nèi)部NEE向和NNW向兩組斷裂地震活動較為明顯，2014年魯?shù)?.5級地震主要是這兩組斷裂發(fā)生相互作用共同破裂的結(jié)果.這種現(xiàn)象也在其它地區(qū)普遍存在，如2013年、2014年云南盈江地區(qū)的多次地震活動，其主要與青藏高原東部的下地殼流動(Bao et al.,2015)以及緬甸弧附近印度板塊的深俯沖作用(Lei et al., 2009, 2014) 有關.

5.2針對魯?shù)?.5級地震的共軛破裂特征，本文從黏彈性應力觸發(fā)角度討論了歷史強震對2014年魯?shù)?.5級地震的庫侖應力作用，從計算結(jié)果看1733年M7.75地震、1850年M7.5地震和1974年馬邊MS7.1對2014年魯?shù)?.5級地震的NEE向破裂面具有減緩作用，而對NNW向破裂的能量積累具有促進作用，該作用主要來自于則木河斷裂帶1850年M7.5地震，該地震發(fā)生后所引起的魯?shù)?.5級地震NNW向破裂面上的庫侖應力值抵消了1733年M7.75地震的負值作用并轉(zhuǎn)變?yōu)?.013 MPa的正值，明顯大于可觸發(fā)中強地震的閾值0.01 MPa，此時并未發(fā)生破裂；而在黏彈性下地殼持續(xù)作用下該值逐漸增強，一直到2014年該值達到0.04 MPa才發(fā)生了魯?shù)?.5級地震，表明地震破裂主要能量來自于自身積累.另外，則木河斷裂帶上較少發(fā)生強震，其中1850年M7.5地震的復發(fā)周期達到了3000 a(田勤儉等，2008)，而在這期間1733年M7.75地震所在的小江斷裂帶北段則發(fā)生頻繁中強地震，以及諸如1974年馬邊MS7.1等其它強震，都一定程度上緩解了NNW向包谷垴—小河斷裂帶的地震能量積累作用.從整體上看，1850年M7.5地震對這一斷裂帶上的黏彈性庫侖應力作用最為明顯，不僅可以確定該地震對于2014年魯?shù)榈卣鹁哂写龠M作用，也可以推斷則木河斷裂帶同等規(guī)模強震的重復發(fā)生很可能在包谷垴—小河斷裂的演化和發(fā)展中起到了明顯的促進作用.

5.3從本文計算的魯?shù)?.5級地震發(fā)生的三種破裂模式看，NNW向首先破裂很難引起與之共軛的NEE向破裂面的活動，而NEE向率先破裂后則易于觸發(fā)NNW向斷層的破裂，魯?shù)?.5級地震的破裂過程很可能就是NEE向破裂面積累能量后發(fā)生地震并釋放能量，然后觸發(fā)了NNW向斷層的破裂；由于NNW向斷層已經(jīng)歷了相當長時間的能量積累作用以及周邊歷史強震的促進作用，NNW向斷層破裂被觸發(fā)后就成為這次地震的主要破裂面并釋放大部分能量，而NNW向斷層的錯動所引起的庫侖應力作用則減緩了NEE向破裂的進一步發(fā)展.另外由于包谷垴—小河斷裂規(guī)模有限，受到觸發(fā)并引起地震后，地震能量主要仍集中在淺部，因此該地震的破壞性也較強. 從余震分布特征看，余震區(qū)主要包括了NEE向破裂面、NNW向破裂面以及NEE向破裂面西側(cè)的余震區(qū)Ⅲ，余震區(qū)III在兩個共軛面破裂時，其內(nèi)部的NEE向小斷裂和NNW向小斷裂均受到了正的庫侖應力作用，因此形成了較為密集的余震集中區(qū)；同樣由于包谷垴—小河斷裂規(guī)模有限，雖然魯?shù)?.5級地震破裂面切穿了昭通—魯?shù)閿嗔?，但能量主要集中在了震中附近，而未在NNW向破裂面南端觸發(fā)出一定數(shù)目的小震.

5.4從整個應力觸發(fā)的計算過程看，不可避免的存在著誤差，其中云南地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)復雜，地震測深、層析成像和接收函數(shù)等研究結(jié)果顯示的中上地殼波速結(jié)構(gòu)明顯的橫向變化特征(王椿鏞等，2002; 吳建平等，2006； Zhao et al.,2008)，介質(zhì)密度和波速等參數(shù)的變化，沉積盆地和深大斷裂的區(qū)域分布等因素都或多或少地影響結(jié)果，這些特征在地球物理實際探測本身也很難在微觀尺度上進行把握，對于本文而言，我們計算了10 km處的庫侖應力，這一部位所受的應力特征的敏感性則主要來源于斷層破裂特征、中下地殼平均粘彈性系數(shù)以及接收斷層參數(shù)特征(Freed and Lin, 1998)，因此本文則主要集中在對這些敏感性高的參數(shù)的選取上.基于上述討論，可以得到如下結(jié)論： 2014年魯?shù)?.5級地震受到了主要來自于則木河斷裂帶上1850年M7.5地震的應力作用并積累地震能量，高速左旋走滑并重復發(fā)生7級以上強震的則木河斷裂對于由于逆沖速率不均而形成的包谷垴—小河斷裂強震孕育和斷裂演化方面具有一定的促進作用；在魯?shù)?.5級地震的共軛破裂中，NEE向的破裂面首先發(fā)生破裂并觸發(fā)NNW向包谷垴—小河斷裂發(fā)生破裂，NNW向破裂反過來又阻礙了NEE向破裂的進一步發(fā)展，最終該地震發(fā)展成以NNW向破裂為主的共軛破裂；余震區(qū)包括了兩個共軛破裂面上的余震集中區(qū)和NEE向破裂西側(cè)的余震集中區(qū)，該集中區(qū)內(nèi)NEE向小斷裂和NNW向小斷裂均受到了應力觸發(fā)作用而形成了余震集中分布特征.

致謝感謝兩位審稿專家提出的寶貴意見，感謝中國地震局“云南魯?shù)?.5級地震專題研究”項目吳忠良教授、蔣長勝研究員對本工作的支持，感謝中國地震局地球物理研究所房立華博士提供了余震重新定位結(jié)果以及韓立波博士提供的余震震源機制解，感謝北京大學張勇教授提供的斷層破裂模型和相關討論；圖形繪制采用了GMT程序(Wessel and Smith.,1998).

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(本文編輯劉少華)

基金項目國家自然科學基金(41404043)、中國地震局地震科技星火項目(XH15047Y)和中國地震局“云南魯?shù)?.5級地震專題研究”共同資助.

作者簡介程佳，男，中國地震局地質(zhì)研究所在讀博士研究生，中國地震臺網(wǎng)中心副研究員，主要從事活動構(gòu)造、地殼形變、強震模擬和預測方面的研究工作．E-mail:Chengjiajc@gmail.com E-mail:xiweixu@vip.sina.com

*通訊作者徐錫偉，男，中國地震局地質(zhì)研究所研究員，主要從事活動構(gòu)造及其在減輕地震災害中的應用方面的研究工作．

doi:10.6038/cjg20160214 中圖分類號P315

收稿日期2015-05-06，2015-11-18收修定稿

Cause and rupture characteristics of the 2014 LudianMS6.5 mainshock and its aftershock distribution using the Coulomb stress changes

CHENG Jia1,2, XU Xi-Wei1*, LIU Jie2

1KeylaboratoryofActiveTectonics&Volcano,InstituteofGeology,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100029,China2ChinaEarthquakeNetworksCenter,Beijing100045,China

AbstractThe MS6.5 Ludian earthquake in 2014 occurred in a complex tectonic region with aftershocks distributed on two conjugated fault planes. To study this detailed rupture characteristic and the tectonic regime of the earthquake, we first calculated the viscoelastic coulomb stress changes of the three nearby historical earthquakes on the two nodal planes of the MS6.5 Ludian earthquake, including the 1733 M7.75 earthquake on the Xiaojiang fault, the 1850 M7.5 earthquake on the Zemuhe fault, and the 1974 MS7.1 Mabian earthquake. The results show that the NNW rupture plane, the Baogunao-xiaohe fault, received the obvious positive coulomb stress changes caused by the 1850 M7.5 earthquake on the Zemuhe fault. While the NNE rupture plane obtained negative coulomb stress changes by the three earthquakes. We considered the high left-lateral slip behavior and repeated strong earthquake activities of the Zemuhe faults promoted the formation and strong earthquake activities of the Baogunao-Xiaohe fault. Then we analyzed the characteristics of the aftershock distribution on the conjugated rupture planes. After dividing the Ludian earthquake into 2 separate events on each of the rupture plane, we calculated the coulomb stress changes of the 2 events on the other conjugated fault plane, respectively. The results show the rupture of the NEE plane activated the dislocation of the NNW plane, while the dislocation of the NNW plane obstructed the further movement of the NEE plane. And the Ludian earthquake in 2014 behaved as a mainly NNW-ruptured event with conjugated aftershock distribution. Finally, we calculated the coulomb stress changes on the aftershocks by the mainshock. And the results show the aftershocks clustered in the area west to the NEE rupture plane were triggered by the MS6.5 Ludian earthquake.

KeywordsLudian earthquake; Baogunao-Xiaohe fault; Coulomb stress change; Conjugated ruptured earthquake; Aftershock distribution

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