霍山窗中小地震视应力的时空特征研究

翟 娟，李 发，倪红玉

（1.淮南市地震局，安徽 淮南 232001；2.安徽省地震局，合肥 230031）

0 引言

地震的发生，本质上是一个力学过程，控制地震发生的主要因素是背景应力场，并且在地震孕育、发展和发生的过程中，应力场也显示出时空的调整变化。在一些合理假定的前提下[1-2]，常用视应力衡量震源区应力大小。视应力与引起 地震滑动的平均应力水平之间通过地震波辐射效率联系在一起。对一个地区中引起地震滑动的平均应力水平进行区域平均，则可作为当地绝对应力水平的一个间接估计[3]。

“霍山窗” 构造区（31.0°～31.83°N， 115.0°～116.5°E）位于大别山隆起块体与华北凹陷块体接触带附近的北大别山沉降南缘[4]。据史料记载该区曾经发生过9次5级以上地震，其中6级以上地震2次，1970年以后有微震记录以来，该区微震、小震活动频繁。第四纪以来该区域附近共展布了3组断裂，分别为走向NE的落儿岭一土地岭断裂和走向NW的磨子潭一晓天断裂、梅山一龙河口断裂。其中落儿岭一土地岭断裂形成时代较近，为晚更新世。磨子潭一晓天和梅山一龙河口断裂形成时代较晚，为第四纪早期[5]。北西向的磨子潭一晓天断裂是该区规模最大的断裂之一，该断裂带被北东向的落儿岭一土地岭断裂组切割，1917年1月24日霍山61/4级地震、1917年2月22日5级地震和1934年3月18日5.0级地震都发生在两条断裂带交汇部位， “霍山窗”的小震也主要发生在此区域[4]。

本文研究了 “霍山窗”中小地震视应力的时空变化特征，并试图探讨其与华东地区中强震之间的对应关系。

1 视应力的定义及计算方法

视应力定义为：

式（1）中，μ是震源区介质的剪切模量，ES是地震波辐射能量，M0是地震矩。地震视应力是地震效率与震源断层面上平均应力的乘积，这一概念近年来已经得到越来越多的野外实验和观测结果的证实，可以作为一定区域绝对应力水平的一个间接估计。在地震学中，一般用视应力作为应力水平下限的估计。为了简化计算，ES和M0都可通过经验公式得到[6]。其中

由（1）式、（2）式和（3）式可以得到：

在计算中，（4）式中的a1和a2为经验常数，对不同地区其数值不同，我们这里a1和a2取东部地区的值，其中a1=0.71，a2=21.2[7]，地壳介质的剪切模量=3.0×104MPa。

2 资料处理及时空特征分析

本文选用了“霍山窗”（31.0°～31.83°N， 115.0°～116.5°E）2000年至2016年6月30日记录到的ML≥3.0的所有地震共32个，其中ML≤4.0地震占90.6%，ML≥4.0地震占9.4% （见图1和图2）。

图1 本文所用地震的地震数百分比与震级的关系Fig.1 The relationship between the percentage of earthquake number used in this article and earthquake magnitude

按照上面提到的定义和计算方法进行计算得出视应力值为0.003 5～0.077 7 MPa，平均为0.010 8 MPa，由此可以看出， “霍山窗”地区目前应力场总体水平相对较低，基本作为该区域的背景应力水平，时间变化曲线如图3所示。

图2 本文所用地震的震级与时间关系Fig.2 The relationship between the earthquake magnitude used in this article and time

图3 “霍山窗”视应力随时间变化曲线Fig.3 Curve of apparent stresses in"Huoshan Seismic Window"changing with time

根据视应力的计算结果，以均值为异常下限，高于均值为异常值。为了研究 “霍山窗”地区中小地震视应力的映震能力，研究距 “霍山窗”中心金寨县（31.41°N， 115.75°E）100 km 之内 ML4.0 以上、300 km之内ML4.5以上、500 km以上ML5.0以上的华东地区（29°～37°N， 113°～124°E）的地震做为对应地震，取时间尺度为视应力出现异常之后2年，则在该时间和空间范围内共有11次对应地震，表1列出了所有符合条件的11次对应地震。

2000年至今 “霍山窗”共出现8次视应力异常，若连续数月异常则为一组异常。这些异常可分为4组，分别为2002年7月至8月、2006年2月、2009年8月和2014年4月至10月。其中2002年7月至8月异常之后出现黄海5.1级和霍山4.0级两次地震，2006年2月异常之后出现定远4.7级和随州4.7级地震，2009年8月异常之后出现太康5.0级、黄海5.2级和安庆4.8级三次地震，只有2014年4月至10月异常之后至今华东地区未出现达到上述震级的地震。4组异常之后有3组发生了对应地震，并且每组对应地震包含2～3次地震，因此， “霍山窗”中小地震的高视应力水平与华东地区中强震可能存在着一定的关系，即“霍山窗”视应力高于异常下限后，2年内华东地区发生4.0级以上地震的可能性增大。

图2显示， “霍山窗”视应力目前处于均值以下，未来1～2年内华东地区出现4.0级以上中强地震的可能性较小。

根据视应力的计算结果，得出视应力的空间分布 （图 4）。

表1 2000年以来华东地区符合条件的地震Table 1 The eligible earthquakes in East China Since 2000

图4 “霍山窗”视应力等值线分布图Fig.4 The contour map of apparent stresses in"Huoshan Seismic Window"

从视应力等值线分布显示，高值区主要位于磨子潭-晓天断裂，靠近磨子潭-晓天断裂与落儿岭-土地岭断裂交汇区域，该区域在历史上曾数次发生5.0级以上地震，并且 “霍山窗”的小震也主要发生在此区域，应重点关注该区域地震活动。

3 结论与讨论

（1）从时间曲线可以看出 “霍山窗”目前视应力场总体水平相对较低，并且其高视应力水平可能与华东地区的中强震存在一定的关系。

（2）从空间分布可以看出高值区主要位于磨子潭-晓山断裂，靠近磨子潭-晓山断裂与落儿岭-土地岭断裂交汇区域，重点关注该区域地震活动。

（3）本研究所用的方法部分参数是拟合得来的，误差水平较高，且由于计算视应力值所用震级值取的较低，这都给结果带来一定影响。但视应力作为应力场的一种相对值，对地震危险区的判定及地震趋势预测仍具有一定的参考价值[8]。

参考文献：

[1]中国地震局监测预报司．地震参数一数字地震学在地震预测中的应用[M]．北京：地震出版社，2003．

[2]吴忠良，黄静，林碧苍．中国西部地震视应力的空间分布[J]．地震学报，2002，24（3）：293．301．

[3]刘芳，孙豪，张莲荣．内蒙古中西部地区视应力背景水平研究[J]．华北地震科学，2009，（1）：7-12.

[4]倪红玉，刘泽民，洪德全，等．“霍山窗”地区现代构造应力场研究[J]．中国地震．2012，28（3）：294～303．

[5]姚大全，张杰，沈小七．安徽霍山地区断层活动习性研究的新进展[J]．地球物理学进展，2006，21（3）：776-782．

[6]陈运泰．地震参数-数字地震学在地震预测中的应用[M]．北京：地震出版社，2003．

[7]马杏垣．中国岩石圈动力学地图集[M]．北京：中国地图出版社，1991．

[8]黄显良，刘东旺，沈小七，等．华东地区视应力场的研究[J]．地震地磁观测与研究，2005，26（6）：29-32．