2014年8月3日16时30分,云南省昭通市鲁甸县(27.1°N,103.3°E)发生6.5级地震,震源深度12 km,发生余震达1 335次。经野外考察,得到等震线长轴呈NWNNW向,地震主要集中在莲峰至昭通断裂带之间(徐锡伟等,2014),余震序列向东南穿过通—鲁甸断裂。此外,由于震区地表无明显破裂带,导致当时对鲁甸地震的发震断裂产生了一定的疑问,后经相关地震台网记录到的余震序列分布及震后科考得到的资料显示,鲁甸地震发震断层为NW向的包谷垴—小河断裂。包谷垴—小河断裂由数条断续展布的断层组成,属于昭通—鲁甸断裂的次级断裂(王腾文等,2015)。其SE起于包谷垴以北的月亮山一带,向NW 经龙头山、乐红、小河、满天星,止于东坪一带,总长约40 km(李西,2015),呈北西—南东向,近似垂直于昭通—鲁甸断裂带、莲峰断裂带(房立华等,2014)。

本文利用2014年4月在川滇交界东部100个测点的地磁场总强度资料,经地磁日变通化、长期变化改正后,剥离掉主磁场,获得该区域岩石圈磁场模型数据。使用重磁勘探系统软件(GMS3.0)对该数据进行解析延拓,分别生成岩石圈磁场的浅表和深部异常(倪喆等,2014a,b)。文中将重点描述莲峰、昭通—鲁甸、包谷垴—小河断裂和小江断裂北段,以及鲁甸6.5级地震序列的空间分布和震源深度在岩石圈磁场浅表和深部异常中的表现,进一步探讨上述4个断裂的切割深度和其相互控制作用。

本文先对浅表和深部异常图像进行特征描述,再将莲峰、昭通—鲁甸、包谷垴—小河断裂及小江断裂北端、鲁甸6.5级地震序列的空间分布和震源深度投到异常图像上,进行相关的磁学解释。

图2、3为川滇交界东部岩石圈磁场深部异常和浅表异常图。从图2可以看出,川滇交界的西北部为岩石圈磁场的负异常区域,南部、东部主要以正异常为主,深部正负异常范围广,且正负交界处异常转换平缓,表明在地表以下15 km及其以上的岩石磁性介质分布均匀、结构单一。与图2相比,图3中岩石圈磁场浅表异常的正负区域大致均衡,且正负异常区相互交错,表明在地表0～15 km的岩石圈磁性介质分布不均匀、结构复杂。

本文进行解析延拓时,选取15 km为分界线,深部异常表现的是15 km以下岩石圈介质的磁性分布,浅表异常表现的是0～15 km以内岩石圈介质的磁性分布。

从图2与图3中可看到,莲峰断裂和小江断裂北段的走向位于深部和浅表异常的正负交界区域。袁炳强和张春灌(2015)的研究表明断裂带两侧岩石磁性不一致而引起磁异常。因此,莲峰断裂的东南与西北、小江断裂北段的西与东分别是深部异常的正和负,故认为断莲峰断裂和小江断裂北段的切割深度大于15 km。

图2 2014年川滇交界东部岩石圈磁场深部异常图(蓝色:负异常; 红色:正异常)
Fig.2 Deep magnetic anomaly in the eastern part of the junction of Sichuan and Yunnan in 2014(blue:negative anomalies; red:positive anomalies)

图3 2014年川滇交界东部岩石圈磁场浅表异常图
Fig.3 Shallow magnetic anomaly in the eastern part of the junction of Sichuan and Yunnan in 2014

昭通—鲁甸断裂在深部异常上表现为横切了正异常,沿该断裂走向的两侧均处于深部正异常当中。说明该断裂在15 km及其以上的岩石圈介质磁性表现一致,其切割深度应不足15 km。另外,昭通—鲁甸断裂的走向在浅表异常上既有正异常区域,也有负异常区域,沿该断裂走向两侧的磁异常不明显。故表明该断裂在地表以下0～15 km的范围内,顺其该断裂走向的每一段的切割深度都不一致。

包谷垴—小河断裂与昭通—鲁甸断裂在深部异常中的表现一样,断裂走向的两侧均处于深部正异常之中,说明该断裂的切割深度也不足15 km。进一步研究发现,包谷垴—小河断裂即在深部异常中的正异常区域内,也在浅表异常中的负异常区内。表明该断裂走向在0～15 km和15 km以上的深度其岩石圈介质磁性存在分层差异。对于这种差异性,以现有的理解使我们无法推断出包谷垴—小河断裂的具体切割深度。然而,鲁甸6.5级地震的余震序列给了我们新的认识。从2014年8月3日至11月20日,鲁甸地震序列发生M≥2.8地震28次,其中2.8～2.9级8次、3.0～3.9级13次、4.0～4.9级6次、5.0～5.9级0次,6.0～6.9级1次。鲁甸地震主震为6.5级,震源深度为12 km; 余震沿包谷垴—小河断裂呈北西向展布,其深度主要分布在4～12 km,其中震源最深的为14.6 km,对应震级为3.3级。根据岩石圈磁场深部、浅表异常所推测包谷垴—小河断裂切割深度应不足15 km,再结合余震的震源深度4～12 km,因此我们认为包谷垴—小河断裂的切割深度应在12 km左右。

本文利用川滇交界东部岩石圈磁场的深部异常和浅表异常,以及地震序列资料对鲁甸6.5级地震震源区周边的相关断层进行了地球物理方面的综合解释,得到了以下2点初步认识:

(1)从岩石圈磁场深部异常和浅表异常图像中推断出:莲峰断裂、小江断裂北端的地表下切割深度在15 km及以上,昭通—鲁甸断裂的切割深度不足15 km。

(2)依据包谷垴—小河断裂在岩石圈磁场的深部异常与浅表异常的表现形式,推断出该断裂的切割深度与昭通—鲁甸断裂一样,其切割深度不足15 km。再结合鲁甸6.5级地震余震序列的震源深度,进一步推测了包谷垴—小河断裂的切割深度应在12 km左右。

从本文的分析中可以看到,通过一次性的地磁场总强度观测所获得的岩石圈磁场异常分布空间,可以清晰的认识已知或未知断裂带,尤其是类似于包谷垴—小河断裂带这样的次生断裂在磁学上的表现特性。再结合测震、地震地质进行相应的物理上的综合分析,进一步能清晰的搞清相关构造的物性,将来可为地震预测预报的研究工作提供必要的基础信息和更加全面精准的研判资料,从而推动地震预报工作的进一步发展。

本文在撰写过程中,中国地震局地球物理研究所顾左文研究员、云南省地震局倪喆高级工程师给予了大力的支持,在此一并表示感谢。