郯庐断裂带安徽段中小地震震源机制及现代应力场特征①

倪红玉，刘泽民，何 康

（1．安徽省地震局，安徽 合肥 230031；2．蒙城地球物理国家野外科学观测研究站，安徽 蒙城 233500）

0 引言

郯庐断裂带斜贯中国东部，总体走向NNE，绵延上千公里［1］，是一条规模巨大的活动断裂带［2］。从1957年的航磁资料确认其存在以来的50多年里，对郯庐断裂带的研究受到了广泛的关注和高度的重视。本文研究的郯庐带安徽段，北起宿迁，向南经泗洪、五河、嘉山（明光）、肥东、庐江、太湖、宿松和黄梅，止于湖北广济附近，范围在34°～30°N之间。该段及两侧的邻近区域历史上曾发生过多次中强以上地震；现代也曾发生过1979年安徽固镇MS5．0地震、2011年安庆MS4．8地震和2012年高邮、宝应交界MS4．9地震。

地壳构造应力场是地球动力学研究的核心问题之一，研究地壳构造应力状态及其时空分布特征，特别是应力变化的信息，是探讨地震成因、分析发震条件的重要有效途径之一。在地震学研究中，震源机制解是研究区域构造应力场最基础的资料和常用的方法。基于震源机制反演郯庐带安徽段现代应力场的研究较少，仅文献［3－5］有所涉及，其研究范围较大，部分资料的时间较早，仅得到了郯庐带安徽段及邻近地区应力场的总体特征，尚未针对应力场在时间变化上的研究。

随着数字地震台网的广泛应用及时间的推移，积累的数字地震资料越来越多。本文利用1970年以来239次中小地震记录资料系统计算郯庐带安徽段及邻区震源机制解，根据刘东旺等［5］的分段方法，将郯庐带安徽段分为北、南两个亚段，采用力轴张量计算法［6］反演研究区及二亚段的平均应力场，并在时间上滑动，试图分析郯庐带安徽段应力场方位时空变化特征及其与周边中强地震的关系［7］，为该区震情跟踪工作提供有益的帮助。

1 震源机制解资料

1976年以来安徽地震台网观测报告和模拟波形较完整；自2000年开始安徽无线传输地震遥测数字化台网投入运行，地震监测能力大大提高；自2007年5月开始安徽“十五”数字化地震台网开始记录，地震台站数量也有一定的增长，共有24个测震台站。根据安徽台网不同时段波形资料的运行情况，系统整理了郯庐带安徽段及邻近地区1970－1975年ML≥4．0地震和1976－1999年ML≥3．0地震的观测报告和模拟波形，2000年－2007年5月ML≥2．7地震和2007年6月－2012年的ML≥2．3地震的数字化地震波资料。

本文采用垂直向P波和SV波振幅比方法［8］和联合利用P波、SV波和SH波的初动和振幅比求解震源机制的方法（简称Snoke方法）［9－11］两种方法计算研究区的震源机制解。在采用垂直向P波和SV波振幅比方法时，平均每个地震使用了7～8个振幅比数据，其中方位角分布在270°到360°之间的地震占70%，少部分边界地震＜270°。当数据增、减1～2个时，其P轴方位误差在30°左右，而方位分布＞270°时，P轴方位误差在10°以内，因此本文的反演结果总体可靠［12］。Snoke方法与垂直向P波和SV波振幅比方法相比，增加了SH波与P波的振幅比和SV波、SH波的初动数据，对震源机制解的约束更好。对用垂直向P波和SV波振幅比方法无法反演的地震和2009年以后的地震均采用Snoke方法反演震源机制，具体计算过程见文献［13］。本文利用Snoke方法反演震源机制解时，初动数据至少6个，振幅比数据至少5个，拟合的均方根误差均小于0．33，刘杰等［14］认为本文的反演结果基本可靠。基于两种方法共计算了郯庐带安徽段及邻近地区自1970年以来239次2．3≤ML＜4．9地震的震源机制解，其中北亚段93次，南亚段146次。地震震中分布见图1，其中NW向虚线是分段界限，NE向虚线是断裂带两侧研究区域界线。地震的时间和震级分布见表1。

图1 郯庐断裂带安徽段及邻区239次中－小地震震源机制解分布图Fig．1 The distribution of 239focal mechanisms of moderatesmall earthquakes in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

表1 1970年以来郯庐断裂带安徽段及邻区中小地震震源机制解的时间和震级分布Table 1 Time and magnitude distribution of focal mechanisms of moderate－small earthquakes in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area from 1970

2 郯庐断裂带安徽段的现代构造应力场特征

在区域应力场作用之下的现代地壳活动控制着地震的孕育发展过程和发震力学机制（即震源应力场）。震源应力场并不等于区域构造应力场，可以通过大量地震震源应力场的统计再现区域构造应力场［15－16］。本文通过对震源机制参数进行统计和力轴张量计算法［6］反演郯庐断裂带安徽段现代应力场特征及分段特征。

2．1 震源力学机制推测的构造应力场

现代构造应力场决定了处在其中的发震断层的性质：当构造应力场的P轴和T轴都是水平或接近水平（即P轴和T轴的倾角均≤45°）时，断层以走滑为主；当构造应力场的P轴垂直地面或接近垂直地面（即P轴倾角＞45°）时，断层为正断层或倾滑正断层；当T轴垂直于地面或接近垂直（即T轴倾角＞45°）时，断层为逆断层或倾滑逆断层［17］。在分区的基础上，对郯庐断裂带安徽段及其两个分区北亚段和南亚段的震源机制解进行了统计分析（表2）。统计结果表明北亚段和南亚段的断层性质较为接近，郯庐断裂带安徽段及邻区的断层性质总体以走滑断层为主（54%），逆断层次之（26%）；正断层最少（20%）。

表2 郯庐断裂带安徽段及邻区断层性质及划分结果Table 2 Division results of fault types in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

图2为按10°间隔分别统计得到的郯庐断裂带安徽段及其两个分段北亚段和南亚段地震震源机制P、T、B轴的方位分布。结果显示：北亚段和南亚段的P轴、T轴方位分布总体较为一致，均具有明显的优势分布，B轴方位分布相对杂乱，表明郯庐断裂带安徽段及其邻区地震主压应力轴和主张应力轴方位大致呈近EW向和近NS向的主要分布特征，但也呈现不同地段、不同时段应力轴方向存在差异的特征，与华北南部最大主应力方向为近EW向的结果较为一致［18］。

图2 郯庐断裂带安徽段及其分段的P、T轴方位分布Fig．2 Azimuth distribution of P axis and T axis of the Anhui sector of Tanlu fault zone and its two sub－sectors

为了考察郯庐断裂带安徽段及其邻区的受力情况，根据倾角β大小，将其作用力划分为：水平力（β＜10°）、近水平力（10°≤β≤30°）、斜向力（31°≤β≤60°）、近垂直力（61°≤β≤80°）垂直力（β＞80°）5种类型。表3为对P、T轴倾角的统计结果，βP≤30°占55%；βP≤60°占91%；βT≤30°占55%；βP≤60°占88%。平均P轴倾角为βP＝27°±18°；平均T轴倾角为βT＝29°±20°。表明该断裂带现今承受的作用力以近水平力和斜向力为主，但仍有9%的P轴倾角和11%的T轴倾角＞60°，说明存在一定的近垂向作用力。

2．2 平均应力张量反演结果

力轴张量计算法的基本点是，许多地震的震源机制解近似相同时能给出合理的结果，同时不必考虑震源机制解两个节面中哪个是实际发震断层面。从图2可以看出，郯庐断裂带安徽段及其邻区震源机制参数中P、T轴的方位角和倾角有明显的优势分布，适合采用力轴张量计算法反演平均应力场。本文计算平均应力场的做法是，首先基于震源机制解资料，得到相应应力张量在地理坐标系下的表达式，并对所有震源机制解的应力张量求平均，得到平均应力张量，然后求解平均应力张量的的本征值和本征向量，本征向量即为平均构造应力场的3个主轴。刘泽民等［19］利用东大别地区的震源机制解资料比较了不同相似程度和不同起算震级资料得到的主轴方向，认为该方法计算结果非常稳定，主轴方位角的误差小于5°，倾角的误差小于10°。

表3 郯庐断裂带安徽段及邻区P、T轴倾角的统计结果Table 3 Statistic results of obliquity of P axis and T axis in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

本文基于郯庐断裂带安徽段239次地震震源机制解资料，其中北亚段93次，南亚段146次，通过研制的计算区域平均应力张量的计算程序［19］，给出研究区平均应力场的计算结果（图3、表4）。结果表明郯庐断裂带安徽段及其分段北亚段和南亚段的最大主应力轴（σ1）方位均呈现近东西向（260°～269°）、近水平（4°～8°），且南亚段方位比北亚段顺时针偏转约9°；中等主应力轴（σ2）方位角分别为142°、110°和143°，倾角为76°～86°，近直立；最小主应力轴（σ3）方位均呈现近南北向（356°～1°），近水平（2°～11°），显示郯庐断裂带安徽段及其邻区构造应力场为近EW向的水平挤压和近NS向的水平拉张作用，与震源机制参数统计结果一致。

图3 震源机制解P、T轴和主应力轴σ1、σ2、σ3在下半球吴尔夫网上的投影（空心圆、空心三角形分别表示P轴、T轴，实心圆、实心正方形和实心三角形分别表示主应力轴σ1、σ2、σ3）Fig．3 Projection of P，T，σ1，σ2，σ3axes on Wulff net of lower hemisphere（hollow circle and hollow triangle for P，T axes，solid circle，solid square and solid triangle forσ1，σ2，σ3axes respectively）

表4 郯庐断裂带安徽段及其二分段的应力场反演结果Table 4 Results of stress field inversion of the Anhui sector of Tanlu fault zone and its two sub－sectors

3 郯庐断裂带安徽段现代构造应力场随时间的变化

采用10年的震源机制解资料累积，1年滑动的方式，利用力轴张量计算法得到郯庐断裂带安徽段及其分段北亚段和南亚段最大主压应力轴σ1的方位角随时间的变化曲线（图4），标注地震为距研究区100km范围内的破坏性地震。可以看出，郯庐断裂带安徽段及其分区北亚段和南亚段最大主压应力轴σ1的方位角的总体趋势较为一致，均呈现出1998年前后由顺时针偏转转折至逆时针偏转。北亚段最大主压应力轴方位角从1988～1993年持续顺时针偏转，由247°偏转至270°，偏转幅度远大于反演误差，1994年开始转折，转折回升后发生1995年苍山MS5．2地震，并且同期南亚段最大主压应力轴方位角偏转幅度较小。周翠英等［20］的研究结果表明：1995年苍山MS5．2地震前震区附近P轴方位角1985年以前基本维持在70°左右，1986年开始P轴方位从70°猛增到100°左右，直到发震，与本文结果基本一致。1998年左右安徽段包括北亚段和南亚段均转折为逆时针偏转，偏转幅度相当，逆时针偏转期间南亚段发生了2005年九江－瑞昌MS5．7和2011年安庆MS4．8地震，北亚段发生了2012年高邮、宝应交界MS4．9地震。

图4 最大主压应力轴σ1的方位角随时间变化曲线Fig．4 Variation curves of azimuth of maximum principal stressaxisσ1

4 讨论与结论

本文采用垂直向P波和SV波振幅比和联合利用P波、SV波和SH波的初动和振幅比两种计算震源机制解的方法，在郯庐断裂带安徽段及邻近地区获得了比前人丰富得多的中小地震的震源机制解，这为分析郯庐断裂带安徽段及其分段的构造应力场特征奠定了坚实的基础。

通过对震源机制参数统计表明，郯庐断裂带安徽段及邻区的断层性质总体以走滑断层为主（54%）、逆断层次之（26%）、正断层最少（20%），震源机制解的P、T轴的方位角和倾角具有明显的优势分布，表现为近EW向的水平挤压和近NS向的水平拉张作用，与华北南部最大主应力方向为近EW向的结果较为一致［18］。

基于大量的震源机制解资料，采用力轴张量计算法反演了郯庐断裂带安徽段及其分区北亚段和南亚段的平均构造应力场。反演结果与震源机制参数统计结果一致，也与刘东旺等［5］采用系统聚类法得到的结果一致，均显示该地区的现代构造应力场表现为近EW向的水平挤压和近NS向的水平拉张作用。

分析郯庐断裂带安徽段及邻区的最大主压应力轴σ1的方位角随时间变化曲线，结果表明北亚段和南亚段最大主压应力轴σ1的方位角的总体趋势较为一致，均呈现出1998年前后由顺时针偏转转折至逆时针偏转。北亚段最大主压应力轴方位角从1988～1993年持续顺时针偏转，偏转幅度达23°，1994年开始转折，转折回升后发生1995年苍山MS5．2地震，与周翠英等［20］利用小震综合节面解得到的苍山地震前P轴方位的变化趋势一致。

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