共轭断层破裂过程地震动模拟——以云南鲁甸地震为例

郭金萍 陈学良 王建龙（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

共轭断层破裂过程地震动模拟
——以云南鲁甸地震为例

郭金萍 陈学良 王建龙
（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

针对鲁甸地震，目前已经有一些较为成熟的研究理论和结果。但是最新研究结果表明，由于主震和余震呈现出复杂分布特征，余震分布在南北向和东西向两个方向都有一定尺度的延伸。并且断层近东西向和近南北向都发生了破裂，震源破裂过程可能带有共轭断层的性质。因此根据北京大学张勇最新得出的鲁甸地震的共轭发震断层，进行地震动模拟研究。将模拟结果与实际烈度图进行对比，探讨震源破裂过程及方式对鲁甸地区地震动及烈度的影响。

张勇关于鲁甸地震提出了3组破裂模式，分别是近南北向单一断层，近东西向单一断层，以及两条交叉的共轭断层。交叉共轭断层表示南北向断层与东西向断层均发生了一定尺度的破裂，共同作用形成了新的震源机制。震源参数主要包括子断层的经度、纬度、深度、走向、倾向、倾角、地震矩、破裂时间，以及上升时间，这些参数能够较为全面地表达地震的震源破裂过程（表略）。

由实际烈度分布图可以判断，单一的近东西向断层明显不能描述实际的发震断层；实际烈度分布的长轴两侧式不对称分布，西侧强于东侧，故单一的近南北向断层也不能完全符合实际。因此，研究主要模拟的是共轭断层地震动变化情况。地震动模拟主要利用日本防灾研究所提供的GMS（Ground Motion Simulator）软件。该软件在日本进行了大量的模拟研究，较为成熟。其核心算法是三维有限差分算法，仅能模拟低频地震动。由于鲁甸地震震中所在的川滇地区是地震多发区域，地下三维速度结构对地震动模拟具有重要影响。模拟采用了由中国地震局地球物理研究所李永华提供的三维速度结构模型，该区域模型的分辨率高达0.5°×0.5°。

选定模拟的震中位置为（27.1°N，103.3°E），研究区域大小为：南北向102 km，东西向72 km，深度为30 km。将研究区域划分为1 021×721个网格点，每个网格点的距离是100 m。为了保证网格划分是符合低频地震波条件，同时也避免高频成分的发散。首先验证安定条件。

公式（1）是安定条件，Δt表示时间间隔，选取Δt=0.00833 s；VP表示最大P波速度，VP=6 600 m/s；Δx、Δy、Δz分别表示南北方向、东西方向、及竖向的网格间距，Δx=Δy=Δz=100 m。验证发现满足条件，即可进行地震波模拟。

在选定的研究区域上，设置相应的输出场点，模拟结果会依次输出各场点的速度。仅考虑Vx方向和Vy方向的速度值，Vz方向可以忽略。公式（2）给出了每个场点的总速度时程V。根据每个点的总速度时程，做出相应的烈度图以及波场快照图。

研究结果表明：共轭断层的模拟地震烈度图和现场考察得到的地震烈度图具有相似的尺度，长轴方向基本一致。地震动分布有较大的向西延伸的分量，反映出了烈度分布在长轴两侧不对称的特征，故判断鲁甸地震存在共轭断层破裂模式，并且这种模式是导致复杂余震分布的主要原因。

另一方面，地震波传播能够表达震源破裂过程中能量辐射的过程。由波场快照图得到，共轭断层的南北向地震动能量要高于东西向的地震动能量，但是在东西向也能看到地震动能量的传播过程。验证了张勇提出的南北向断层发生的破裂规模在共轭断层中呈现主要优势，而东西向断层也发生了破裂的说法。