由震源机制解分析华北地区构造应力场

刘 丽， 刘 檀， 董一兵， 朱音杰

(1.河北省地震局，石家庄 050021；2.河北省地震局黄壁庄地震台，石家庄 050021)

由震源机制解分析华北地区构造应力场

刘 丽1， 刘 檀2*， 董一兵1， 朱音杰2

(1.河北省地震局，石家庄 050021；2.河北省地震局黄壁庄地震台，石家庄 050021)

利用初动及振幅比方法对华北地区中小地震震源机制解及构造应力场进行分析。结果表明：研究区内中小地震震源断错性质主要以走滑断层为主，震中处破裂面与其附近构造走向基本保持一致，依据节面滑动角及P轴、T轴倾角数据推断，震源处应力主要以水平方向为主，主压应力P轴方向基本上为NEE-SWW向。

震源机制解；构造应力场；华北地区

0 引言

震源机制解的求解，对于发震区地震研究、孕震成因及震后的构造应力分布特征，具有重要的意义，也是人们深刻了解和认识震源断层动力学特征、地震破裂力学机制、构造应力场状态的有效途径[1]。目前对于孕育地震的地下深部直接测量应力值尚难以做到，而来自地下深处的地震波则携带着地球深部的震源信息。通过利用数字化地震波形反演大量中、小地震的震源机制，可以帮助提取到这些信息，从而得到震源区应力场状态，对研究大区域范围内构造应力场特征作铺垫，即从动力成因以及运动过程两方面分析发震区内相应时间段的演化特征。

华北研究区主要涉及汾渭地震带、阴山-燕山-张渤地震带、郯庐地震带、华北平原断裂带、秦岭—大别山构造带。研究区内构造活动强烈，因此研究该地区构造应力场特征有着极其重要的意义。

通过利用短周期体波波形反演结果研究华北地区主要动力边界带相对运动和应力应变场的动态变化，给出该地区构造应力场，探讨地震的发震机理及区域构造应力场特征，对于中强地震预测有着重要推动作用。

本文拟使用河北及邻省台网2008年以来宽频带波形记录，利用P波初动及振幅比反演进行震源机制解计算，并分析华北地区构造应力场特征。

通过河北台网及邻省台网数据库资料，选取2008—2013年间华北地区M≥3.0地震，其中震级3.0≤M≤3.9地震66个，4.0≤M≤4.9地震11个，5.0≤M≤5.9地震3个(图1)。

图1 2008—2013年华北地区震中分布图

从图1可以看出，除唐山地区、晋冀蒙交界地区地震分布较多外，其他选取地震较均匀地分布在研究区域内，为我们全面地获取震源机制解数据及分析区域构造应力场提供可靠的依据。

1 资料处理

1.1 资料处理方法

理论上讲，振幅比方法中的直达波振幅比值辐射花样随空间方位的变化比单种波的辐射花样要更强烈。从此意义来说，准确的初动及振幅比资料和较为正确的观测值归算到震源球面上的位置，这两者的结合，才能对计算震源机制参数有较强约束力，在解释震源机制解参数时才能有更好的说服力。

（4）收入的多元性。银行收入可大体分为两类：利息收入和非利息收入。利息收入是银行通过放贷业务获得的收入，净利息收入则是利息收入减掉银行支付存款利息后的净值。非利息收入指银行通过表外业务获得的收入，是银行获利的重要渠道，也是银行开拓的新利润增长点。文中采用净利息/非利息之比（XNI）描述商业银行的多元收入结构。

本文研究中，采用区域地震台网的垂直向地震Ap和As振幅资料计算震源机制软件，在原来FORTRAN程序基础上使用vb.net编写的界面程序，并使用GMT绘图软件绘制震源机制辅助选择最终的结果。软件使用中需编写相应台站位置文件WDSTA、华北地区速度模型结构文件WDHV；利用MSDP软件较为准确地读取事件波形的初动和振幅值；最后将软件计算出的正演输出结果文件和反演输出结果文件的内容进行绘图，并选择最佳解。

1.2 理论地震类型分类及速度模型的选取

断层是构造运动中广泛发育的构造形态，是断裂面两侧岩体发生显著相对位移的断裂构造，所以对断层的正确判断有着十分重要的意义。本文中，理论地震类型的分类，是在参照世界应力图的划分原则的基础上，根据应力主轴参数(δP，δB，δT)的不同取值范围，《中国大陆地壳应力环境基础数据库》中的震源机制解类型被划分为如下6种：正断型、逆断型、走滑型、正走滑型、逆走滑型及无法确定型(表1)。

表1 震源机制解类型

地震波速度是地震层析成像等方法中最重要的参数之一，在地震资料处理和解释过程中都要用到速度参数，而速度数值的准确与否直接关系到地震成像的质量和最终解释结果的可信度[6]。本文速度结构参考了首都圈地区地壳一维p波速度结构[7](表2)。

表2 速度结构

2 震源机制解计算与分析

单个地震的震源机制解可反映出较大区域内的平均构造应力状态[8]，故选取M≥4.5的中等地震进行震源机制解分析(表3)。

表3 研究区域内4.5级及以上地震震源机制解

由表3可见，研究区中等地震震源断错性质主要以倾滑逆断层为主，破裂面方向与其附近构造走向基本一致(图2)，主压应力P轴方向主要在笛卡尔坐标系中的第一和第三象限，说明其优势方向为NEE-SWW向，与武敏捷等对华北地区构造应力场研究结果的最大主应力的方位为NEE向，最小主应力方位为NNW向[9]结果一致，也说明中等地震在研究区域内震源机制解方面的可靠性。但中、小地震的震源机制易受局部地质构造条件的影响，为了更好地利用地震数据，本文通过综合利用大量的中、小地震的震源机制解的优势结果来表征研究区域构造应力场的特征[10]。

为了分析华北地区构造应力场特征，我们选取了2008—2013年间华北地区内80次地震记录数据，通过利用中小地震初动及振幅比资料，计算出的震源机制解结果(图2)。

注：红色沙滩球为M≥4.5；黑色沙滩球为Mlt;4.5地震 图2 研究区地震的震源机制解

从图2可以看出10次M≥4.5地震中，除唐山地区发生4次地震外，其余较好地分布于华北地区，小地震较多地分布在晋冀蒙交界地区、唐山地区、华北平原地震带及郯庐断裂带山东段地区，与构造带分布对应。故通过分析研究区域内地震的震源机制解，可以帮助分析构造应力场的特征。

为了解区域内各种类型地震的总体分布特征，给出了华北地区正断型、走滑型和无法确认型地震分布图(图3)。从图3可以看出，研究区中小地震震源机制解以走滑类型为主，无逆断层类型，兼有少数正断层类型，说明研究区中大多数地震震源处的应力场以水平拉张作用为主，破裂以水平走滑为主。

a 正断型 b 走滑型 c 无法确定型图3 各类型地震分布图

3 应力场分析

由于存在共轭的破裂面，而且每一个共轭面发生破裂的概率是相同的，因而对一个地区许多地震的P轴方向作统计平均可获得该地区构造应力方向[11]。

多个地震震源机制解的P、B、T轴在一定条件下可平均地反映某个区构造应力场的3个主应力轴，用震源机制解推断构造应力场只有与某种“平均” 应力状态对应才有确定含义。

我们对研究区域的地震资料进行震源机制解参数计算，并通过对中小地震震源机制解绘制各参数玫瑰图，可以更加直观的看出研究区内各节面、P、T、B轴走向、倾角的优势取向(图4)。

图4 节面走向、滑动角以及P、T、B轴方位

从图4可以看出：①节面Ⅰ走向方向较为集中，优势方向主要为NWW-SEE ，滑动角优势方向主要位于0°及180°附近，说明区域内的应力作用主要以水平方向为主；②节面Ⅱ的走向较为离散，分布在30°～240°之间，微弱优势主要在NNE-SSW向，滑动角的优势方向主要位于0°及180°附近，说明区域内的应力作用主要以水平方向为主；③P轴方位角主要在60°左右，其优势方向为NEE-SWW向；④T轴方位角主要分布在150°和340°左右，其优势方向为NNW-SSE向；⑤B轴方位角较为分散，看不出较好的优势方向。

为了分析研究区的应力状态，基于图4计算了研究区内中小地震的统计节面倾角和P、T、B三轴的倾角(图5)。由图5可以看出：由节面Ⅰ或Ⅱ倾角来看，两者倾角均趋向于90°，说明研究区域内中小地震大多数破裂面较陡；P轴、T轴倾角大部分都位于30°左右，说明研究区内各应力轴还是以水平方向为主；B轴倾角主要位于40°～60°之间。

图5 节面倾角及P、T、B轴倾角图

图6 研究区内应力场P轴方位分布图

由研究区内应力场P轴方位的分布图(图6)可以看出，大多数地震的P轴走向都是NEE-SWW向，说明研究区内主压应力方位为NEE-SWW向，基本上与图中断裂带走向一致。其中唐山地区P轴走向较为复杂，可能受唐山地区菱形地块复杂地质条件因素影响；研究区域内其它地震的P轴方向基本上与构造带保持一致。

4 结论与讨论

本文利用河北台网及临近台网宽频带地震仪的近震波形数据，采用初动及振幅比方法对华北地区2008—2013年间M≥3.0地震进行震源机制解计算，通过对震源机制解和应力场分析，得出以下结论。

1)从震源机制解来看，研究区内断层结构以走滑断层为主，正断层次之，逆断层较少。

2)研究区内的P轴、T轴倾角基本上位于30°左右，说明绝大多数地震震源处的应力场以水平作用为主，破裂则以水平走滑为主，水平应力作用为华北地区构造应力场的主要特征。

3)研究区内P轴方位基本上与该地区构造带走向保持一致，晋冀蒙交界地区P轴方向主要为NE向和NEE向，主要受鄂尔多斯地块及张家口—蓬莱断裂带影响；唐山地区P轴方位较为复杂主要是该地区位于华北板块的北边界阴山EW向构造带南缘—燕山褶断带和冀中块体东边界带—沧东断裂的交汇部位[12],构造断裂带较为复杂，但总体走向仍以NEE-SWW为主；郯庐断裂带整体走向NNE向，印证了该地区P轴走向；华北平原地震带中的“邢台—河间—唐山地震断裂带”，该断裂带被一些NW-NWW向不均匀体或断层切割，NNE-NE向断层是主体发震断层，由图6中P轴方位分布图也能得到相应结果。

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TectonicStressFieldofNorthChinaBasedonFocalMechanismSolutions

LIU Li1, LIU Tan2, DONG Yi-bing1, ZHU Yin-jie2

(1. Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China; 2. Huangbizhuang Seismic Station, Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China)

In this paper, the focal mechanism solutions of moderate and small earthquakes in north China and the tectonic stress field is analyzed. The focal mechanism solutions are calculated using the initial motion method and the amplitude ratio method. The results show that the focal rupture of the moderate and small earthquakes in north China is mainly composed of strike-slip faults. According to the nodal plane sliding angle and P axis and T axis angle, the main source of stress is in the horizontal direction. The direction of the main compression stress P axis is NEE-SWW.

focal mechanism solution; tectonic stress field; north China

刘丽，刘檀，董一兵，等. 由震源机制解分析华北地区构造应力场[J]．华北地震科学，2017，35(4):38-43.

2017-03-22

中国地震局测震台网青年骨干培养专项(20150404)

刘 丽(1975—)，女，河北文安人，高级工程师，现主要从事地震监测工作．E-mail:liuli@eq-he.ac.cn

*

刘 檀(1985—)，女，河北石家庄人，助理工程师，现主要从事地震监测工作．E-mail：edifie@163.com

P315.7

A

1003-1375(2017)04-0038-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.007