2012年7月20日高邮M4.9级地震发震构造探讨

郭　斌，张　鹏，王　俊，王　斌，刘　琨

(1.江苏省盐城市地震局， 江苏 盐城　224001；2.江苏省地震局， 南京　210014；

3.江苏省扬州市地震局，江苏 扬州　225002)



2012年7月20日高邮M4.9级地震发震构造探讨

郭斌1，张鹏2，王俊2，王斌2，刘琨3

(1.江苏省盐城市地震局， 江苏 盐城224001；2.江苏省地震局， 南京210014；

3.江苏省扬州市地震局，江苏 扬州225002)

摘要：应用PTD方法、双差法等对2012年7月20日高邮M4.9级地震序列震源深度进行了分析，结合前人对此次地震震源参数研究结果以及区域深部结构、构造变形、地球物理剖面特征、区域震源深度统计等，对该地震发震构造存在的不同认识中的关键问题进行了讨论：其一是滁河断裂是否延伸至震中附近；其二是临泽断裂是否具有发生中强震的深部构造基础。分析结果表明，滁河断裂作为印支—早燕山期前陆盆地的主要控制性断裂，其在苏北地区由杨村断裂、石港断裂及建湖断裂组成，走向NE，并向NW凸出，未延伸至震中地区； 临泽断裂由中生代逆冲断层反转为新生代正断层，是柳堡低凸起和临泽凹陷的分界断裂，其在地壳深部的解耦深度与该地震序列震源深度接近，断裂的几何特征、构造性质等与余震分布、烈度分布、震源深度、震源机制解等地震参数分析结果较为一致。综合分析认为，临泽断裂为此次地震可能的发震构造。

关键词：高邮；地震；发震构造

0引言

发震构造研究对区域地震监测预测、建设工程选址规划及抗震设防等具有重要的现实意义[1]。2012年7月20日在高邮—宝应交界发生的M4.9级地震，是自1990年常熟M5.1级地震以来江苏陆地地区发生的最大地震。此次地震震中在大地构造上位于下扬子地块苏北盆地，该区域为新生代巨厚的沉积地层所覆盖，区域主要的构造及断裂均隐伏于沉积盖层之下[2]，使得对此次地震的发震断裂的判识存在不同的认识：一种观点认为滁河断裂在苏北盆地的东延部分为其发震断裂[3，5]；而另一种观点则支持临泽断裂(又称杨汊苍一桑树头断裂)为其发震断裂[6-7]。前人对该地震的研究主要集中在地震学参数的分析计算，对区域地质构造、深部结构特征等少有论述[3,5-9]。苏北地区地震以中强震为主，盆地内由若干次级凹陷与隆起组成，且往往以一定规模的断裂为边界，这些次级构造单元在地层沉积、构造演化等方面都具有相似性[23-24]。因此，对此次高邮M4.9级地震发震构造的探讨亦具有重要的指示意义。

1地震参数

余震分布、震源深度与震源机制解是确定发震构造的重要资料。高邮M4.9级地震发生后，一些研究者即对这次地震的特征进行了分析，并对相关地震数据进行了处理与反演[3-9]。应用CAP、Snoke、TMDT等方法对震源机制解的计算结果表明[3，8]：节面I走向约197°，节面II走向约290°左右，倾角均为60°～80°，以走滑性质为主，兼具有少量正断成分[6]；通过双差法对此次地震序列的精确定位显示[5]：精定位后的震中位置更为集中，呈NE向条带分布；江苏省地震局现场实际考察所绘制的地震烈度分布[6]与余震序列精定位结果相似，长轴NE向，走向45°左右。以上信息显示出此次地震的发震构造可能为NE走向，倾角较陡的走滑兼少量正断分量的断裂。

震源深度是地震的重要参数之一，是研究孕震环境、深部构造及地震成因的重要基础[10]，余震的深度展布也能一定程度地反映发震断裂的深部构造环境、几何形态等。可靠的震源深度能够更好地约束对发震构造的判识，目前测定震源深度的方法主要分为基于走时的定位和基于波形的定位方法[11]，采用不同方法对高邮M4.9级地震序列主震深度较为精确的测定结果为10 km左右，误差小于1 km[3，9](表1)。

表1　2012年7月20日高邮M4.9级地震震源深度

对余震序列震源深度的测定，由于数据量较大，目前广泛采用的是双差定位法。该算法减少了速度模型引起的误差，其精度较传统定位方法有所提高，但仍依赖于参考事件的精度。PTD方法[12-14]能够避免台网稀疏、深度震相记录不清晰等因素干扰，利用不同震中距上的初至震相，将初至Pn到时作相应变换后减去初至Pg到时来测定震源深度。该方法对速度模型的精度要求较高，同时研究表明当震源深度变化5 km，到时差变化0.7 s，其灵敏度是到时法的20倍[15]。但是由于该方法要求在所有台站接收的地震波震相中至少有一个Pn震相才能进行数据分析，对于震级过小的地震，一般难以接收到Pn震相，因此，本文主要对此次地震序列的ML≥2.0以上地震(共计16个)进行了PTD方法计算，与双差法计算的深度定位结果互为检验，计算过程中采用了刘建达等[4]2009年给出的区域较为精确的地壳速度模型[4]。

采用双差法对此次地震序列定位的误差分布情况如下：其平面定位误差1～2 km左右，深度定位误差2～3 km为主，个别达到4～5 km，表明其平面定位较为可靠，深度定位结果较差。其中，ML≥1.5级地震主要分布在9～13 km、16～19 km。而采用PTD方法对于震级近似的ML≥2级地震深度测定，其主要分布在9～14 km，与前人计算的结果[5]较为接近。在采用双差法对地震序列精定位时参数设置的差异，可能是导致此次双差法计算震源深度结果误差较大的原因之一，还需要不断完善，但总体上其计算结果是可以作为定性分析及不同方法结果对比分析的参考。

图1给出了双差法定位的地震序列平面分布结果，其中A-A’线为最小二乘线性拟合法求得的地震序列分布的优势长轴方向，走向NE42°左右，与江苏省地震局调查的地震烈度分布[6](图1)长轴方位较为一致。图2分别给出了PTD方法、双差法测定震源深度沿长轴法线方向的分布情况，SE为正，NW为负。通过最小二乘线性拟合分别计算出了断层面的倾角，PTD方法为78.31°，双差法为85.15°，两者较为接近。如果将误差范围带入计算，双差法测定断层面倾角范围约79°～85°。

图1　地震分布与烈度图

图2　沿A-A’法线方向震源深度剖面/km

以上对此次地震相关参数的资料分析表明，高邮M4.9地震的发震构造走向NE，倾向角较陡，其性质为走滑断裂兼具少量正断，发震构造的主要破裂点在10 km左右，其向下延伸至少可以达到14 km左右。

2深部结构

从地表到地壳深部岩石物理特征的变化反映出了地壳中存在地质—地球物理的垂直分带[1]。对中国大陆地震震源深度与地壳结构研究发现，地震震源在某一地区一定的深度范围内呈优势分布，具有部分流变特征的低速高导层、磁结构厚度变异带等韧性流变带是上地壳断裂解耦消失的主要部位，也是地震密集分布的范围[16]。对江苏地区的地震震源深度研究表明，该地区在10～11 km、15～17 km深度处存在2个明显地震优势分布[17，22]，而本次地震主震深度10 km，余震深度集中在9～14 km。由于江苏地区由华北、下扬子不同地块组成，下扬子地块内又分为苏北—南黄海凹陷和苏南隆起，不同的深部结构导致局部地区震源深度优势并不完全与总体一致，需要区别对待。因此，要研究其发震构造，就需要进一步分析地震所在地区的深部结构情况。

现有的勘探资料和研究成果表明，苏北盆地莫霍面埋深30～31 km，下地壳由2部分组成：其上部为第一水平破裂带(低速高导层)，顶面深度约16～20 km，下部由中—基性麻粒岩相变质岩组成；上地壳自下而上分别为深变质结晶基底、浅变质岩系基底、海相中古生界盖层和陆相中新生界盖层，具有双基底双盖层的特点[18-19]。区域主要的构造界面有印支面、前志留面(部分地区存在)、结晶基底面等，这些界面多表现为上下地层的角度不整合[20]，其电性特征表现为高阻[19]、波速上表现为主要不整合面的层速突变[18]，为区域性的构造滑脱面，断裂向深部最终消失在地壳中的不同滑脱层，滑脱层不同则导致断裂的活动性差异极大[21-22]。

表2反映苏北地区在8～14 km以及16～20 km深度为2个主要的地质界面，即深变质岩系顶面和中地壳低速高导层顶面。这一特征与区域地震主要发生在10～11 km、15～17 km的特征相一致，表明该地区地震的活动与这2个地质结构界面密切相关。而此次高邮M4.9级地震发震构造依据震源深度(10 km)推测，其发震构造很可能向深部收敛于深变质岩组成的磁性基底构造层。

表2　下扬子地区深部结构岩性层位特征表

3断裂构造

本文的重点在于研究震中附近可能的发震构造，主要涉及到滁河断裂是否向东延伸并与盐城—南洋岸断裂相接，以及临泽断裂是否具有发生中强震的深部构造基础，而要讨论这些问题都与苏北盆地构造演化历史密切相关，尤其是印支—燕山早期的挤压碰撞及前陆盆地的形成。

3.1　滁河断裂

滁河断裂是由地球物理异常揭示出来的一条深大断裂带，西起庐江县冶父山南麓，经巢湖、滁县至江苏滨海，其中在皖东和苏北境内被新生代沉积物所覆盖，NE向延伸达400 km[20,29]。资料显示沿该断裂重力异常反映为正、负异常交变带，磁场为NE向正异常梯级变化带[20]。岩相资料表明滁河断裂大致形成于震旦纪，此后便成为一条重要的地层单元界限，至早奥陶世断裂活动趋于消亡，印支—燕山期随着造山运动该断裂再次活动、至喜山期又经历了以拉张性质为主的构造活动[29]，控制了区域中、新生代盆地沉积。

印支—早燕山期是滁河断裂活动的最强盛期，随着下扬子与华北地块的俯冲碰撞，在苏北地区形成了大规模的前陆盆地，滁河断裂作为前陆盆地内一条主要断裂，以大规模频繁的逆冲推覆活动为特征，对前陆盆地的构造变形有重要影响，也是进一步理清滁河断裂在皖东及苏北地区延伸位置的重要依据。

注:1.中下三叠统；2.泥盆系-二叠系；3.志留系；4.寒武系-奥陶系；5.震旦系；6.前震旦系；7.新元古界；8.逆冲断层；9.走滑断层；10.推断断层；11.解释地层界限；12.露头地层界线；F1.滁河断裂；F2.石港断裂；F3.建湖断裂；F4.泰州断裂；F5.海安断裂；F6.无锡-宿迁断裂；F7.淮阴-东台断裂；F8.闵桥断裂；F9.大丰断裂；F10.陈家堡-小海断裂；F11.盐城-南洋岸断裂；F12.临泽断裂；图3　苏北地区印支期角度不整合地质图及震中位置(据丁卫星等[26]修改)

近年来随着苏北地区油气勘探及对该地区构造变形特征深入研究表明[26-28]，下扬子印支—早燕山期前陆带上的变形构造，主要呈现NE-NEE向展布，自北而南划分为根带、中带、峰带。图3中，嘉山—响水断裂与滁河-石港-建湖断裂之间为前陆根带，滁河-石港-建湖断裂与陈家堡-小海断裂之间为中带，陈家堡-小海断裂以南至下扬子中央对冲带为前陆峰带，构造变形从北往南、由东而西变形强度减弱。丁卫星等[26]、朱光等[27]对这几个带的划分虽有变化，但都认为滁河断裂—石港断裂—建湖断裂为滁全坳陷变形带的南部边界，该区域构造特征为密集的向南东逆冲的逆断层组合成的叠瓦扇，褶皱主要为紧闭—同斜断错褶皱，反映了十分强烈的前陆逆冲变形，造成上古生界基本缺失，具有前陆断褶带根带的典型特征。滁河断裂带以南中带为大型铲状逆冲—推覆断层，内部发育叠瓦状逆冲断层，局部出现构造三角带、对冲断层或冲起构造，其变形程度较根带弱。

苏北盆地内印支期角度不整合面地质图(图3)，较为明确地反映出了杨村—石港—建湖断裂对区域沉积与构造的控制作用，断裂带以北志留系及以上地层多遭受剥蚀，以南显示为晚古生界以上地层遭受剥蚀，表明该断裂带作为南北不同区域构造活动强度的分界线，对该盆地的形成演化具有重要影响。结合沿滁河—石港—建湖断裂一线在早寒武世早中期为盆地相沉积，东南侧为台地相沉积，早寒武世晚期至晚寒武世早期其北西侧转为陆棚沉积，南东测仍为台地相沉积，至早奥陶世其两侧沉积岩相差异不大的事实[20]，表明滁河断裂带(对滁河—石港—建湖断裂的简称)为区域一条重要的深大断裂，印支—早燕山期的造山运动是其再次恢复活动的明显证据。另外，江苏油田在苏北地区做的G78、G44、G13、G132等剖面显示杨村断裂、石港断裂、建湖断裂，均为倾向NW，向深部至少深入到结晶基底的重要断裂[19，21，26-28]。综合分析认为，滁河断裂在苏北地区由杨村—石港—建湖断裂组成，其并没有向东直接与盐城—南洋岸断裂连接，在空间上距离高邮M4.9级地震较远，可以排除其作为此次地震发震构造的可能。

3.2　临泽断裂

临泽断裂，又称为杨汊苍—桑树头断裂，位于柳堡低凸起与临泽凹陷之间，走向30°～50°，倾向NW，倾角70°～80°，总长37 km，对临泽凹陷中的阜宁组(E1)、三垛组(E2)的沉积起控制作用，断裂切割了盐城组(N1)正断层，断距150～300 m。但各层断距不一，阜宁组断距大，三垛组及盐城组下段断距小，说明有多期活动特点[2]。

沿该断裂有仪器观测记录以来发生ML≥2.0级地震4次(不含余震)，分别为1991年7月4日的ML2.0级、2006年9月9日的ML3.3级、2012年7月20日的ML5.3级、2013年5月19日的ML2.4级，显示沿该断裂小震活动相对较弱。

图4　G44地震解释剖面(局部)(据 胡红雷等[28])

G44地震剖面由南到北穿过了苏北盆地，对临泽凹陷及柳堡低凸起有较好的反映(图4)。在地震剖面图上，临泽断裂是由2条较陡的向南倾斜的正断裂组成的破碎带，控制了其南侧临泽凹陷的中、新生代沉积，该断裂向深部穿过了浅变质的岩系，消失于深变质岩组成的磁性基底，表明该断层为一条基底断裂。前人对下扬子地区的磁性基底埋深做了深入的工作[2，18，20]，在临泽凹陷与柳堡低凸起交界部位，磁性基底的埋深为9～10 km。研究表明[23-24，30]，苏北盆地断裂的活动具有继承性和新生性的特点，印支—早燕山期区域的主要断裂为逆冲断裂，在构造形式上为由一系列逆冲断裂组成叠瓦扇构造，局部出现对冲构造，主要断裂周围出现多条次级羽状断裂，晚燕山期以后区域应力变为张引，区域主要逆冲断裂反转为负向正断层，而新生的正断裂其规模较小，向下一般消失于较浅的盖层滑脱层。据图3、图4等推测，印支—早燕山期临泽断裂作为闵桥断裂带向NE延伸的分支断裂，其为逆冲性质，在现在柳堡低凸起位置同其北侧断裂构成典型对冲构造，喜山运动后临泽断裂反转为正断层，新构造期以来受构造应力调整，区域主要断裂均表现出一定的右旋走滑。

对该断裂尤其是深部构造的分析表明，此次高邮M4.9级地震序列的震源深度与临泽断裂在地壳深部的解耦深度较为一致，与表2所示的区域内受深部地壳2个主要地质界面(10～11 km、15～17 km)控制的震源深度优势分布范围一致。另外，此次地震不仅在空间位置上接近该断裂，对其进行的精定位结果表明，地震序列的优势长轴方位为42°左右，其与地震烈度长轴方位均接近于该断裂走向，通过不同分析方法求得的段层面倾角在78°～85°之间，与区域地质志记载的70°～80°倾角接近，震源机制解显示为正走滑断层，与临泽断裂性质相似，但其震源机制节面与该断裂实际走向有角度偏差，推测可能受震源破裂结构的影响。

4主要结论

本文对2012年7月20日发生在高邮的M4.9级地震的相关参数予以分析总结，并应用PTD方法、双差法等对该地震序列震源深度进行计算，研究了区域深部结构与地震的关系，并对此次地震发震构造存在不同看法的2个主要断裂分别进行了分析。结果表明：①2012年7月20日高邮M4.9级地震的发震构造为走向NE、倾角较陡的正走滑断裂，主震震源深度为9.9 km，余震深度主要分布在9～14 km之间；②苏北盆地地区深部结构存在多个地质界面，其中深变质磁性基底顶面和中地壳低速高导层顶部是区域主要断裂的收敛面，区域中强震的震源深度主要集中在这2个面附近，表明区域内发震断裂主要为基底断裂或者收敛于中地壳断裂；③滁河断裂在苏北盆地呈NE向展布，由一系列被NW向切割的断裂组成，具体由杨村断裂—石港断裂—建湖断裂组成，该断裂为晚中生代—新生代早期区域主要断裂，在空间上距离此次高邮M4.9级地震较远；④临泽断裂为印支—早燕山期活跃的逆冲断裂，喜山期反转为正断层，后期随着区域应力调整其性质转为正走滑断层，并具有多期次活动特点，深部地震剖面表明，该断裂倾向SE、为一深入深变质磁性基底的基底断裂，该断裂走向与余震长轴方向、烈度长轴方向较为接近，此次高邮M4.9地震震源深度正位于断裂的磁性基底顶面(该断裂深部解耦位置)附近，其活动性质与震源机制解较为一致。上述分析结果均表明，临泽断裂为高邮M4.9级地震可能的发震构造。

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Discussion on Seismogenic Structure of Gaoyou

M4.9 Earthquake on July 20, 2012

GUO Bin1, ZHANG Peng2, WANG Jun2, WANG Bin2, LIU Kun3

(1. Earthquake Administration of Yancheng, Yancheng 224001, China;

2. Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China;

3. Earthquake Administration of Yangzhou, Yangzhou 225002, China)

Abstract:The focal depth of Gaoyou M4.9 earthquake on July 20, 2012 is analyzed using the PTD method and two key issues about the seismogenic structure of the earthquake: whether Chuhe fault extends to the epicenter, whether Linze fault has an deep structural condition for moderate-strong earthquake is discussed combining with previous research results of regional deep structure, tectonic deformation, geophysical profile feature, statistical results of focal depth etc. The results show that as an important controlling fault during Indosinian-early Yanshan epoch in the foreland basin, the Chuhe fault pass through Tianchang and the part of which in North Jiangsu is made up of three faults, the Yangcun fault, the Shigang fault and the Jianhu fault, it extends northwest and not to the epicenter. The Linze fault is a normal fault of Cenozoic era which is reversed from a Mesozoic thrust fault, as a boundary fault of Liubao low uplift and Linze sag, its decoupling depth in the deep crust is close to the focal depth of the earthquake sequence, its geometric features and tectonics is consistent with the aftershocks distributions, seismic intensity, focal depth and the focal mechanism solution. Comprehensive analysis indicates that the Linze fault may be the seismogenic structure of the earthquake.

Key words:Gaoyou; earthquake; seismogenic structure

作者简介：蒋飞蕊(1987—)，女，云南昆明人，助理工程师，主要从事地震监测技术研究、地震编目工作.E-mail：jiangfr2009@126.com 李静(1976—)，女，河南省信阳人，工程师，主要从事地震灾害评估、地震应急救援及结构抗震研究.E-mail：zzlijing@126.com

基金项目：云南省地震局传帮带项目：云南中强地震序列研究资助(C3-2014001) “十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAK12B02-04)

收稿日期:2015-03-29 2015-06-11

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2015.04.005

中图分类号:P315.2

文献标志码:A

文章编号:1003-1375(2015)04-0024-07