两淮矿区震源机制解反演区域构造应力场特征

薛 凉，姚多喜，鲁海峰，张 好，朱宁宁

(安徽理工大学，合肥 232001 )

0 概况

两淮矿区是我国确定的13个亿吨级煤炭基地之一，是我国重要的煤炭生产基地[1]。两淮煤田，位于华北石炭二叠纪巨型聚煤坳陷的东南隅、秦岭东西向构造带的北缘[2-3]。地理位置在安徽省北部，地跨淮南、阜阳、亳州、宿州、淮北五市，包括凤台、颍上、利辛、蒙城、涡阳、濉溪、怀远、埇桥等县、区。其中，淮南煤田东部自淮南东部九龙岗地区，向西部延展到阜阳附近，煤田在平面呈北西西向长椭圆状，长约118km，宽度15～35km，地域面积约3 240km2。淮北煤田东起京沪铁路和符离集-四铺-任桥一线，西止豫皖省界；南自板桥断层，北至陇海铁路和苏皖省界；东西长40～150km，南北宽110km左右，面积约12 350km2，实际含煤面积约1 047.1km2[4-7]。

1 资料及方法

地震的孕育发展和发生，本质上是一个力学过程，即与地震所在的断层活动及其周围地质块体受力与运动方式有关。而地壳构造应力场的调整变化，则是断层与块体活动的动力来源[8]。淮南矿区位于华北板块南部，主体构造为东西向的对冲构造盆地。盆地内形成一系列褶皱，断层也很复杂，接近东西向和北东向，并形成很多不同块段(图1)。安徽地区的构造应力场特征曾被多位学者研究过，但这些研究范围都较大，未能与两淮地区构造块体及断层活动密切结合[8]。

在地震研究中，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[9-11]。为了加强对两淮矿区中强震发生机理的理解及其地震危害性的推断，并避免矿井生产过程中由于地震地面生产系统破坏导致的井下突水、 煤与瓦斯突出等一系列事故，对巷道掘进、支护等工程提出指导意见，保证煤矿工人的生命安全，本文以较小范围的实际资料，通过对两淮矿区现代中小地震震源机制参数的研究并对其进行统计(表1)[12]，分析并推断发震断层及块体的活动方式，进一步掌握两淮矿区现代构造应力场的特征。

2 震源断层滑动方式的统计分析

利用地震的节面解来推断构造应力场的方向是应用较为广泛的一种方法[9-11]。震源断层的破裂类型可由震源参数中的节面倾角分析得到[13]。由于无法确定中小地震震源机制解2个节面中哪个是断层面，所以对地震震源的2个节面方位及倾角一并进行统计[8]，其分布状况绘于图2。对于节面倾角，约定倾角<10°时，为逆冲(或正断)；倾角在10°～30°时，为近逆冲(或正断)；倾角为31°～60°时，为斜滑；倾角为61°～80°时，为近走滑；倾角>80°时，为走滑。

表1 两淮矿区中小地震震源机制解Table 1 Small and medium sized earthquakes focal mechanism solution in Huainan and Huaibei mining areas /(°)

图2 两淮矿区震源机制解节理面走向及倾角分布Figure 2 Focal mechanism solution joint plane strike and dip angle distributions

图2a显示两淮矿区存在两组可能的震源断层面优势取向，其中一组优势取向方位为40°～50°，基本上与郯庐断裂带安徽段主干断裂的走向保持一致；另一组优势取向方位角为120°～130°。图2b显示两淮矿区震源断层节面倾角分布较为集中，节面倾角有2个优势点分布，分别位于40°～50°，60°～90°，分别表现为近走滑和走滑特性，但总体上60°～90°的节面数相对较多。综合分析认为：两淮矿区内地震震源断层的破裂类型主要表现为近走滑型，同时也有一定比例的走滑型。

3 构造应力场分布

本文在对多个中小型震源机制解参数进行统计分析的基础上，根据原有的两淮矿区的地质资料分析成果，对两淮矿区内现代构造应力场的分布进行推测研究。

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[14]；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[15]。在此基础上，统计分析了两淮矿区的震源机制解。统计结果表明：两淮矿区的发震断层性质主要表现为走滑断层(75%)； 逆断层次之(16.7%)； 正断层最少(8.3%)。

表2 两淮矿区发震断层性质及划分结果Table 2 Focal seismogenic fault properties and partitionedresult in Huainan and Huaibei mining areas

图3为对两淮矿区地震震源机制按10°间隔进行统计，分别得到该区地震震源机制最大主应力、最小主应力以及中间主应力轴的分布方位。统计分析结果表明：两淮矿区最大主应力轴方位主要集中在70°～90°，最小主应力轴方位集中在320°～350°。表明两淮矿区地震主压应力轴方位大致呈近东西方向分布，主张应力轴方位大致呈近南北向的分布特征。

为了考察两淮矿区内的构造应力场方向的分布情况，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°)五种类型[16-17]。

表3 两淮矿区P 、T、 B轴倾角的统计结果Table 3 Statistics of P, T and B axial dip anglesin Huainan and Huaibei mining areas

图3 两淮矿区P 、T、 B轴方位及倾角Figure 3 Huainan and Huaibei mining areas P, T and B axes azimuths and dips

由图3可见，两淮矿区地震震源的主压应力轴、主张应力轴倾角绝大多数<40°；平均主压应力轴倾角为βp= 27°±23°，平均主张应力轴倾角为βT=41°±38°，表明两淮矿区现今构造应力场的作用力以近水平或斜向力为主，但β轴倾角<60°也占有相当一部分，表明了现今构造应力场还存在一定的近垂向作用力。

4 结论及存在的问题

(1)对两淮矿区中小地震震源机制解参数中的节面倾角及最大主应力、最小主应力轴的倾角的统计分析，可以得到如下信息：地震震源断层可能主要表现为近走滑型破裂，但同时也有一定比例的走滑型破裂；两淮矿区的断层性质总体主要表现为走滑断层，逆断层占有一小部分，正断层所占比例最少。

(2)两淮矿区应力场最大主应力轴优势方位大致呈近东西向分布，最小主应力轴优势方位大致呈近南北向分布，应力场平均主压应力轴和主张应力轴倾角均小于30°，显示该区的构造应力场现今主要表现为近水平作用力，同时存在部分构造应力场的作用力表现为近垂直方向。

(3)通过震源机制解来反演区域构造应力场的方法具有以下缺点：受震源机制解结果限制，没有地震的区域无法进行研究;准确度受计算区、地震事件数目的影响，无法给出各应力分量具体值。

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