2016年安徽无为M S 3.0震群序列发震构造与震后趋势研究

倪红玉 刘泽民 洪德全 赵朋 汪小厉

1）安徽省地震局，合肥市长江西路558号 230031

2）蒙城国家野外观测研究站，安徽蒙城 230026

0 引言

震群活动指发生在较小区域内没有明显主震的地震序列（Yamashita，1998）。相对于孤立地震事件，地震序列携带的震源体及构造信息更为丰富，其震源参数的时空变化图像能够反映震源破裂过程和发震构造特征。震群序列发生后，研究其发震构造、准确判断其究竟是中强以上地震的前震序列还是一般性小震群活动，具有重要的现实意义，且一直是地震研究所关注的重点之一（崔子健等，2012；曲均浩等，2015；赵小艳等，2014；谭毅培等，2016；倪红玉等，2015b）。

2016年4月15日～5月29日，安徽无为地区出现小震群活动，共发生8次地震，震级为ML1.9～3.6，其震中位置如图1所示。该震群在1级大地构造单元上属于下扬子陆块，其西北以郯庐断裂带为界与秦岭-大别造山带相接。在新构造分区上，巢湖-无为等地处于长江北差异隆起区。该区西北边界为郯庐断裂带，东南与长江河谷沉降区相邻。该区整体上呈较弱的隆起状态，地貌上以丘陵为主，其间有一些侵蚀或断陷盆地。震区地质构造复杂，断裂较发育，规模较大的断裂有2条，分别为严家桥-枫沙湖断裂和乌江-罗昌河断裂。震中西南方向13km处曾发生1585年安徽巢县南5¾级地震。自有现代仪器记录以来，震区周边50km范围内的最大震级地震为1984年安徽巢湖MS3.5地震，总体地震活动水平不高。

图1 无为震群观测台站和震中

本文通过模板匹配方法补充目录遗漏的地震事件，再利用波形互相关震相检测技术（谭毅培等，2014）标定P波、S波到时，进一步采用双差定位方法对震群进行精定位；采用Snoke方法计算较大地震的震源机制，通过重新定位和震源机制分析震群序列的发震构造；最后计算了震群序列的视应力，以期通过视应力的动态变化研判该震群后的地震活动趋势。

1 遗漏地震检测与精定位

1.1 遗漏地震检测

采用模板匹配识别方法（Peng et al，2009）进行遗漏地震检测。据安徽测震台网地震观测报告，无为震群共记录到8次地震。以这8次地震作为模板，截取距震中最近的3个台站，即白山台（BAS）、含山台（HSH）和铜陵台（TOL）的3分量直达S波到时前2s～后2s的波形，经过零相移4阶Butterworth滤波器2～8Hz滤波后，在连续波形上进行互相关扫描。计算3个台站波形互相关系数的平均值，取9倍绝对离差中位数（median absolute deviation，MAD）。挑选阈值大于0.7且目录中未记录的地震事件，基于波形互相关震相检测技术对其进行检测，若在距震中最近的3个台站中至少检测出1个P波、S波震相，则确认为遗漏地震。利用遗漏事件水平向波形S波段最大振幅与模板地震的振幅比估计遗漏事件的震级（谭毅培等，2014、2016）。

在2016年4月10日～6月10日时间段内共检测到目录遗漏的地震事件5个，震级为ML0.5～1.2（表1），加上目录中的8次，安徽地震台网共记录到无为震群的13次地震，震级为ML0.5～3.6。因得到了更加完整的地震目录，故有利于提高重新定位结果的可靠性。

表1测震台网给出的地震事件和遗漏地震事件的发震时刻与震级

1.2 精定位

本文采用HypoDD方法对无为震群进行精定位。表2给出了精定位和震源机制解计算时所采用的速度结构模型（刘泽民等，2015）。区域地震台网提供的震相到时是由人工量取得到的，存在一定的误差，影响了精定位结果的可靠性。本文采用波形互相关震相检测技术对震相到时进行校正，可有效降低到时拾取中人工误差的影响（黄媛等，2006）。

表2采用的分层地壳速度模型

由于无为震群的波形相似程度较高，故首先人工校核震群中震级最大地震的震相到时，以该地震震相到时为模板，使用波形互相关震相检测技术（谭毅培等，2014）标定其他地震事件的震相到时。为了避免Pn震相的干扰，只选择震中距为120km以内的9个台站记录。基于上述重新标定后的震相，挑选包含4个以上台站震相到时的地震事件进行精定位，无为震群13次地震中除了序号为4、13的2次地震以外，其余11次均能得到精定位结果（图2）。由图2可见，重定位后震群分布更加集中，由于地震数目较少，未见明显的优势方位分布。

图2 无为MS3.0震群序列的震中分布

2 震源机制解与发震构造

应用Snoke等（1984）发展的利用P波、SV波和SH波的初动和振幅比联合计算震源机制解的方法（简称Snoke方法），计算无为MS3.0震群序列的震源机制解。与P波初动法相比，Snoke方法的约束量由1个增至5个，降低了对台站分布的要求，反演结果更加可靠。具体计算过程详见倪红玉等（2011、2012）的文献，速度结构见表2（倪红玉等，2015a）。利用安徽地震台网提供的数字地震波形（包括“十二·五”试运行台站数据）和周边的江苏、湖北、河南台网的数字化地震波形资料，以震级最大地震——4月15日ML3.6地震为例，选用震中附近250km以内22个信噪比较高的台站（图1中三角形所示），得到22个P波初动，16个直达SH波、SV波与直达P波的振幅比资料。初动采用相对权重，最小权重控制为0.1，设置允许P波初动错误总数为1.2，以振幅比取对数的观测值与计算值之差的绝对值大于0.50为阈值，设置振幅比的矛盾数为5，得到10组解（图3（a））。表3列出了所有震源机制解，由表3可见，10组解中节面I的走向为111°～123°，倾角为64°～74°，滑动角为40°～57°，参数差别较小，表明震源机制的约束较好。选取初动矛盾数最小的第4组解为最佳解（图3（b）），各参数分别为：节面I走向122°，倾角65°，滑动角51°；节面Ⅱ走向5°，倾角45°，滑动角144°；P轴的方位角、倾角分别为239°、12°；T轴的方位角、倾角分别为345°、52°；B轴的方位角、倾角分别为140°、35°。

以同样的方法计算了无为震群序列中3次震级较大地震的震源机制解（表4），其中，4月15日ML3.2地震的震源机制解与ML3.6主震完全一致，5月29日ML2.9地震的震源机制解与ML3.6主震非常接近。表明此次震群可能为NEE向的水平挤压和NNE向的水平拉张应力场作用下具逆冲分量的走滑型地震活动，与前人对该区域构造应力场的研究结果基本一致（刘泽民等，2011）。

表3 2016年4月15日无为M L 3.6地震的震源机制解

表4无为M S3.0震群序列中3次震级较大地震的震源机制解

震区附近规模较大的断裂有2条，分别为严家桥-枫沙湖断裂和乌江-罗昌河断裂。乌江-罗昌河断裂走向NE，在航磁异常图上反映为一低磁负异常带，断裂两侧地形地貌存在明显反差，关于该断裂的已有文献不多。严家桥-枫沙湖断裂北起严家桥镇，向西南至枫沙湖西侧，总体走向NNE，在地貌上该断裂位于低山丘陵前缘，卫星影像上显示清楚。翟洪涛等（2009年）在对距无为MS3.0震群震中约13km的1585年巢县南5¾级地震发震构造的研究中，从野外地质调查、浅层地震勘探和钻探等方面对严家桥-枫沙湖断裂的活动性进行了探究。他们根据断裂影响特征、断裂物质的胶结程度以及对断层错断地层的年龄样品测试结果等综合分析后认为，该断裂是一条早中更新世活动断裂，可能为1585年巢县南5¾级地震的发震构造。震源机制解中节面Ⅱ的走向为NNE，倾角约为45°，与严家桥-枫沙湖断裂较为接近，故推测无为MS3.0震群序列可能与其有关。

3 视应力与震后趋势

主震之后余震区地壳介质物理力学性质或应力状态的动态变化过程，对于研究并预测地震序列的发展趋势至关重要。在一些合理假设的前提下，视应力可用于反映震源区应力水平（Wyss，1968），视应力高表明震源区应力水平高，而视应力的变化则可反映震源区应力状态的积累-释放过程，有利于对地震序列活动趋势作出更好的判定（吴忠良等，2002）。许多学者开展了利用视应力研判地震序列发展趋势的研究，结果表明，视应力与地震震级正相关；消除震级影响的视应力，尽管变化细节不尽相同，但基本都呈现出主震前升高、主震后降低的特征（陈学忠等，2007；钟羽云等，2004；钱晓东等，2007；华卫等，2009；李艳娥等，2012；王生文等，2014；蔡杏辉，2015；李赫等，2015），这表明视应力可作为预测震后地震活动趋势的有用依据之一。本文采用视应力分析无为震群的应力水平变化，并据此研判震后地震活动趋势。具体原理和计算步骤如下：

地震视应力为地震效率与平均应力的乘积，是平均应力的下限，表示单位地震矩的震源所辐射出的地震波能量，可作为研究区域绝对应力水平的间接估计（吴忠良等，2002），其算式为

式中，μ为剪切模量（对于地壳介质，μ可取3×104MPa）；ES和M0分别为地震辐射能量和标量地震矩，ES和M0的测定方法详见文献（陈学忠等，2007）。

为了消除个别台站的异常高值对平均值的影响，在由各台站值求平均值时采用Archuleta等（1982）的方法，即

式中，xi为各台站的地震矩或地震能量；N为台站数。误差因子Δx的意义为当x以对数坐标作图时的标准差，计算式为

在近震源条件下，选用震中距小于250km的台站。根据各台站记录波形的情况，选取信噪比较高、记录较清晰的波形数据。将这些波形数据进行去倾和仪器响应校正处理。在进行震源谱计算时，选S波波段1.0～20.0Hz范围内的波形进行分析。

表5为计算得到的无为震群中7次ML≥2.0地震的视应力。计算误差（以对数坐标作图时的标准差）小于2.4，表明计算的可靠性较好。图4为无为MS3.0震群的视应力与震级间的关系。由图4可见，无为MS3.0震群序列的视应力呈衰减趋势，视应力（取对数）与震级间为震群序列的衰减，震源区应力水平逐渐恢复，出现更高震级地震活动的可能性不大。的相关性较好，相关系数达0.98，其拟合关系为lgσapp＝0.773（73）ML－2.52（20）。

由于扣除震级后的差视应力能更客观地反映应力水平，因此，将观测的视应力值减去拟合的理论值，得到差视应力，这样就消除了震级对视应力值的影响，图5为无为MS3.0震群的视应力、差视应力和震级随时间变化的曲线。由图5可见，最大震级地震后随着地震序列的衰减，视应力、差视应力逐渐恢复。由于视应力可用于反映震源区应力水平，因此，分析认为，随着无

表5无为M S3.0震群的视应力

图4 无为MS3.0震群的视应力与震级间的关系

图5 2016年4月14日～5月30日无为MS3.0震群的视应力值、差视应力值和震级随时间的变化

4 结论与讨论

本文通过模板匹配方法检测遗漏地震事件，基于波形互相关震相检测技术标定震相到时，采用双差定位方法进行精定位，采用Snoke方法计算震源机制，并计算了震群序列的视应力和差视应力，通过上述研究对无为MS3.0震群得到如下初步认识。

（1）采用模板匹配方法识别出5次遗漏地震事件，震级为ML0.5～1.2，提高了地震目录的完整性；基于波形互相关震相检测技术标定震相到时，采用hypoDD方法进行精定位，精定位后无为MS3.0震群序列分布更加集中，但由于地震数目较少，震级较小，未见明显的优势方位分布。

（2）3次震级较大地震的震源机制解高度一致，显示为NEE向的水平挤压和NNE向的水平拉张应力场作用下具逆冲分量的走滑型地震活动，其中，节面Ⅱ的走向与震区附近的严家桥-枫沙湖断裂较为接近，故推测无为MS3.0震群序列可能与其相关。

（3）无为MS3.0震群序列的视应力和扣除震级影响后的差视应力均呈衰减趋势，根据视应力参数的动态变化并结合震例分析认为，随着无为震群序列的衰减，震区附近发生更大地震的可能性不大。截至2017年5月，无为震群序列活动已结束，未发生更大地震。

（4）以往大量震例和本文对无为MS3.0震群序列视应力的研究结果表明，扣除震级影响的视应力在地震序列中基本呈现主震前升高、主震后降低的特征，因此，似可作为研判地震序列活动趋势的有效方法。

致谢：感谢天津市地震局谭毅培高级工程师提供的遗漏地震检测程序和中国地震局地球物理研究所陈学忠研究员提供的视应力计算程序，感谢审稿专家宝贵的建设性意见。