呂 堅，曾文敬，謝祖軍，曾新福，張 勇，鄧 輝，胡 睿，黎 斌，李雨澤

1 江西省地震局，南昌 330039

2 大地測量與地球動力學國家重點實驗室，中國科學院測量與地球物理研究所，武漢 430077

3 中國地震局，北京 100036

1 引 言

2011年9月10日在江西省瑞昌市與湖北省陽新縣交界發(fā)生4.6級地震（后文簡稱瑞昌—陽新4.6級地震），造成較大的社會影響和震區(qū)少量房屋破壞.目前，不同的機構(gòu)就這次地震的震源位置存在不同的認識：江西省地震局提供的震中位置為29.71°N、115.44°E，震源深度8km；湖北省地震局提供的震中位置為29.68°N、115.45°E，震源深度3km；中國地震臺網(wǎng)速報的震中位置為29.7°N、115.4°E，震源深度17km；統(tǒng)一地震目錄的震中位置為29.70°N、115.40°E，震源深度13km（http：／／data.earthquake.cn／data／index.jsp）.本文作者采用 Pg、Pn、Sg、Sn等震相，使用蓋格法[1］定位得到的震中位置為29.70°N、115.44°E，震源深度14.4±1.2km.單從數(shù)值上分析，上述結(jié)果中震中位置的最大差別可達到3km，震源深度的最大差別可達到14km，需要進一步深入研究.

在中國大陸中東部地區(qū)，這次瑞昌—陽新4.6級地震是繼2005年11月26日九江—瑞昌5.7級地震和2011年1月19日安徽安慶4.8級地震后的又一次顯著地震，其震中距離九江—瑞昌5.7級地震的震中30km左右，距離安慶4.8級地震的震中200km左右.從地質(zhì)構(gòu)造背景上看，上述3次地震都發(fā)生在國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）“大陸強震機理與預測”項目所確定的南華地塊區(qū)的長江中下游斷塊東部[2-4］，其中瑞昌—陽新4.6級地震和九江—瑞昌5.7級地震發(fā)生在襄樊—廣濟斷裂帶與郯城—廬江斷裂帶的延伸匯聚部位，而安慶4.8級地震則發(fā)生在郯城—廬江斷裂帶的分支斷裂宿松—樅陽斷裂上[5］.這種在數(shù)年的時間尺度、在較小的空間范圍、在相同的構(gòu)造塊體、在可能存在關(guān)聯(lián)的斷裂帶上連續(xù)發(fā)生破壞性地震的現(xiàn)象應當引起高度關(guān)注.而上述3次地震的震源機制解是否具有可比性？是否攜帶著區(qū)域構(gòu)造應力場的信息？這些研究對判斷該區(qū)域的構(gòu)造活動特征和未來地震趨勢具有重要幫助意義.

為了提高對上述重要問題的認識，本文將充分利用目前的數(shù)字地震記錄，精確定位本次瑞昌—陽新地震序列的震源位置，深入研究4.6級主震的震源機制解、震源深度和發(fā)震構(gòu)造，并結(jié)合九江—瑞昌5.7級地震和安慶4.8級地震的研究成果[5-7］，簡要探討所在區(qū)域的強震危險性.

2 地震精確定位與震源機制解

在瑞昌—陽新4.6級地震前，震中距120km范圍內(nèi)存在8個數(shù)字化測震臺站（圖1），其中HBYNX、HBHME、JXJIJ、JIYOX等4個臺站的震中距小于70km，可以較完整地記錄到震區(qū)ML1級以上地震.截止到2011年11月，瑞昌—陽新4.6級地震序列記錄到ML1級以上地震42次，其中有35次地震具有5個臺站的良好記錄.基于已有的速度模型綜合研究成果[7-8］（表1），我們采用 HYPODD的奇異值分解法[9-11］對上述35次地震的震源位置進行精確定位，獲得了其中34次地震的基本參數(shù).重新定位后，東西方向的估算誤差為0.5km左右，南北方向的估算誤差為0.6km左右，深度方向的估算誤差為1.8km左右，走時殘差為0.08s.瑞昌—陽新地震序列的震源深度分布范圍為9～18km（圖2），主要集中在11～16km（占定位結(jié)果總數(shù)的84.6%），其中4.6級地震的震中位置為29.71°N、115.43°E，與江西省地震局提供的結(jié)果和作者用蓋格法重新定位的結(jié)果接近；震源深度為15.2±1.3km，與作者用蓋格法重新定位的結(jié)果（14.4±1.2km）接近，居于中國地震臺網(wǎng)速報結(jié)果（17km）和統(tǒng)一地震目錄結(jié)果（13km）之間.

表1 地殼速度模型Table 1 Crustal velocity model

在獲得精確的震源位置后，我們采用表1中的速度結(jié)構(gòu)和CAP方法（Cut and Paste方法的簡寫）[12-14］對瑞昌—陽新4.6級地震的震源機制解和矩心深度進行研究.CAP方法將寬頻帶地震記錄分成Pnl和面波兩個部分進行反演并允許它們相對浮動，在適當?shù)臅r間變化范圍內(nèi)，搜索出合成地震圖和觀測地震圖全局差異最小的震源機制解，它的一大優(yōu)勢是反演結(jié)果對速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對較小，甚至可以應用在速度結(jié)構(gòu)變化差異很大的地區(qū)，國內(nèi)的一些研究結(jié)果[15-17］充分證明了CAP方法在震源機制解與地震矩心深度研究方面的有效性與可靠性.

根據(jù)波形記錄質(zhì)量，篩選出HBHME、HBYNX、HBXNI、JXXIS、JXYOX、JXYUG、JXJIJ等7個臺站用于本項研究.這些臺站非常合理地包圍了震中（圖1），都較好地獲得了瑞昌—陽新4.6級地震的數(shù)字化寬頻帶記錄.經(jīng)過扣除儀器響應、積分到位移、旋轉(zhuǎn)為Z-R-T分量和Pnl震相經(jīng)帶寬0.05～0.2Hz濾波、面波震相經(jīng)帶寬0.05～0.1Hz濾波等處理后，每一個臺有Z分量、R分量的Pnl震相和3個分量的面波震相供分析.

圖3給出了反演方差和震源機制解隨不同深度取值的變化情況，可見震源深度在15km左右時震源機制解的反演方差達到極小值.

圖3 反演方差和震源機制解隨不同深度的變化圖Fig.3 Error plots as a function of source depth

當震源深度取值為15km時，瑞昌—陽新4.6級地震的震源機制解為節(jié)面Ⅰ走向30°，傾角86°，滑動角-169°，節(jié)面Ⅱ走向299°，傾角79°，滑動角-4°，表現(xiàn)為帶少量正斷分量的走滑型地震.圖4給出了相應的波形擬合情況，可見總體上擬合效果較好，反演方差小到6.106×10-6.

3 結(jié)果的可靠性分析

3.1 震源深度結(jié)果的可靠性

圖4 4.6級地震的理論地震圖與觀測地震圖虛線為理論地震圖，實線為觀測地震圖，波形下方上面的數(shù)字為理論地震圖相對觀測地震圖的移動時間，下面的數(shù)字為理論地震圖與觀測地震圖的相關(guān)系數(shù).Fig.4 Comparison between the synthetic and the observed seismograms The dashed line is synthetic seismograms and the solid line is data.The numbers under the seismograms are the time shifts（upper）and cross-correlation coefficient in percent（lower）.Positive time shifts mean that the synthetics have been delayed or shifted to the right.

對于瑞昌—陽新4.6級地震的震源深度，作者前期使用震相到時和蓋格法定位得到的起始破裂深度為14.4±1.2km；本研究使用震相到時和HYPODD方法定位得到的起始破裂深度為15.2±1.3km，利用區(qū)域長周期地震波形和CAP方法反演得到的最佳矩心深度為15km左右.上述3種方法采用的都是表1中的速度結(jié)構(gòu)，獲得的研究結(jié)果在誤差范圍內(nèi)也一致.為了進一步驗證其可靠性，下面結(jié)合深度震相來進一步分析.

對于近震而言，有sPL，sPg，sPmP，sPn等深度震相可用于震源深度測定[18-23］.由于本次4.6級地震震中距50km以內(nèi)沒有可用的三分量地震波形記錄，無法開展sPL分析，sPn在觀測的震中距范圍內(nèi)也因地震較小而不夠清晰，因此我們選擇震中距110km左右的JXNNC臺（圖1）進行Pg+sPg，PmP+sPmP分析[21-22］.以本研究獲得的震中位置、震源機制解和表1中的速度結(jié)構(gòu)作為輸入計算不同深度的合成地震圖，并和實際觀測波形對比（圖5），可以看出隨著深度的增加，PmP到得更早，同時sPmP與PmP間隔增大，而sPg也到得更晚.在15.5km深度附近，合成地震圖上的Pg與sPg，sPmP與PmP等震相的理論到時和相應的觀測記錄到時較為一致，總體上波形的振幅也吻合較好.因此，綜合多種方法的研究結(jié)果，我們有充分的理由認為瑞昌—陽新4.6級地震的震源深度為15±2km.

至于圖5中一些合成波形振幅與實際觀測值的差異，可能是采用的速度結(jié)構(gòu)與真實速度結(jié)構(gòu)并不完全一致造成的.因為除去地表沉積層的影響外，在震區(qū)地殼中可能還存在一些低速層或者低速體[7-8］，這些精細結(jié)構(gòu)對高頻體波具有較強的散射作用，導致各震相后發(fā)育了一定的尾波，因此合成地震圖很難全面擬合實際觀測波形.由于各震相的到時對震源深度變化更為敏感，在確定震源深度時，到時及其相互關(guān)系才是考慮的主要因素.

3.2 震源機制解結(jié)果的可靠性

圖5 深度震相sPg，PmP，sPmP的合成地震圖和觀測地震圖比較虛線波形為JXNNC臺的合成地震圖，實線波形為觀測波形，長實線為Pg，sPg，PmP和sPmP的理論到時曲線.Fig.5 Comparison between the synthetic and the observed seismograms The dashed waveforms are synthetic seismograms and the solid waveforms are observed data.The solid lines show the theoretical arrival times for the Pg，sPg，PmP and sPmP phases.

本研究中采用7個區(qū)域臺站的寬頻帶記錄和CAP方法反演得到瑞昌—陽新4.6級地震的震源機制解為節(jié)面Ⅰ走向30°，傾角86°，滑動角-169°，節(jié)面Ⅱ走向299°，傾角79°，滑動角-4°.為了驗證其可靠性，我們?nèi)媸占私骷爸苓吀魇〉臄?shù)字地震波形記錄，采用P波初動方法[24-25］、P波、S波初動與 SV／P、SH／P振幅比方法（簡稱 Snoke方法）[26］來開展對比研究.雖然上述3種方法的原理和采用的資料存在較大差別，但獲得的震源機制解結(jié)果卻是大致相同的（圖6）.為了便于后續(xù)分析，我們采用上述CAP方法反演得到的結(jié)果作為最終結(jié)果.

圖6 4.6級地震震源機制解的不同方法結(jié)果對比Fig.6 Comparison of focal mechanism results calculated by different methods

4 瑞昌—陽新地震的震源破裂特征

圖7 精確定位后的地震序列震中分布圖Fig.7 Epicenter distribution of seismic sequence after precise relocation

根據(jù)江西、湖北地震現(xiàn)場聯(lián)合工作組的調(diào)查結(jié)果，本次瑞昌—陽新4.6級地震的宏觀震中位于湖北省陽新縣的楓林鎮(zhèn)坳上村，震中烈度為V度，等震線呈橢圓狀，長軸大約22km，短軸大約11km，長軸方向為NE60°左右.圖7是2005年九江—瑞昌5.7級地震、2011年安慶4.8級地震和精確定位后的瑞昌—陽新4.6級地震序列疊加在烈度等震線、斷裂構(gòu)造上的綜合圖.從圖中可以看出：郯城—廬江斷裂帶往南經(jīng)過安徽潛山延伸進入湖北武穴、江西瑞昌—湖北陽新震區(qū)后可能隱伏在地表以下，在瑞昌—陽新震區(qū)內(nèi)該斷裂的走向方向為NE40°左右（為了后續(xù)敘述方便，我們簡稱郯城—廬江斷裂帶在武穴至瑞昌的隱伏分段為瑞昌—武穴隱伏斷裂）.而瑞昌—陽新4.6級地震序列震中分布的長軸大約5 km，短軸大約3km，長軸方向為NE45°左右，居于瑞昌—武穴隱伏斷裂的走向（NE40°左右）和V度等震線的長軸方向（NE60°左右）之間.

圖8是沿瑞昌—陽新4.6級地震序列的走向（NE45°方向，圖7中A-B剖面）和垂直其走向（圖7中C-D剖面）的震源深度分布圖，顯示出地震序列在震源深度上的變化具有一定規(guī)律.沿著序列的走向方向（圖7和圖8中的A-B剖面），從西南到東北隨著震中逐漸偏離瑞昌—武穴隱伏斷裂，震源深度有逐漸變深的趨勢，反映出地震序列的震源分布沿著發(fā)震構(gòu)造的走向在不同位置上存在一定差異.如果瑞昌—武穴隱伏斷裂為發(fā)震構(gòu)造，4.6級地震的震源機制解應有一組節(jié)面的走向為NE40°左右；垂直序列的走向方向（圖7和圖8中的C-D剖面），震源深度分布呈直立狀態(tài)，揭示出如果瑞昌—武穴隱伏斷裂為發(fā)震構(gòu)造，則斷層的傾角應該近乎直立，震源機制解中和該斷裂走向相近的節(jié)面的傾角應該接近90°.本研究的結(jié)果表明，瑞昌—陽新4.6級地震震源機制解節(jié)面Ⅰ的走向30°，傾角86°，滑動角-169°，和上述由地震序列震源分布特征推測的發(fā)震斷層走向40°左右，傾角接近90°是比較吻合的，因此瑞昌—陽新4.6級地震的震源破裂面應該是震源機制解的節(jié)面Ⅰ，發(fā)震構(gòu)造為瑞昌—武穴隱伏斷裂.

圖8 沿不同剖面的震源深度圖Fig.8 Profile of focal depth along different cross-section

5 所在區(qū)域強震危險性探討

圖9 長江中下游斷塊地震分布圖Fig.9 Epicenter distribution of the middle and lower Yangtze River fault-block

這次瑞昌—陽新4.6級地震和2005年九江—瑞昌5.7級地震、2011年安徽安慶4.8級地震都發(fā)生在973計劃“大陸強震機理與預測”項目所確定的南華地塊區(qū)的長江中下游斷塊內(nèi)[2-4］（圖9）.根據(jù)已有的研究成果，九江—瑞昌5.7級地震的發(fā)震構(gòu)造為與郯城—廬江斷裂帶相切割的襄樊—廣濟斷裂帶[6-7］，安慶4.8級地震的發(fā)震構(gòu)造為郯城—廬江斷裂帶的分支斷裂宿松—樅陽斷裂[5］，而本次瑞昌—陽新4.6級地震的發(fā)震構(gòu)造為郯城—廬江斷裂帶往震區(qū)延伸隱伏的瑞昌—武穴斷裂.在瑞昌—陽新4.6級地震之前，2011年6月17日在安徽桐城還發(fā)生了1次ML4.1級地震，這次地震也發(fā)生在郯城—廬江斷裂帶上.顯然，上述地震的發(fā)震構(gòu)造都與郯城—廬江斷裂帶南段存在密切關(guān)聯(lián)，很有可能揭示出郯城—廬江斷裂帶南段開始進入地震活躍狀態(tài).從震源機制解對比分析，九江—瑞昌5.7級地震震源機制解的P 軸走向為277°，仰角為13°[7］；安慶4.8級地震震源機制解的P 軸走向為85°，仰角為25°[5］；瑞昌—陽新4.6級地震震源機制解的P軸走向為255°，仰角為11°，均反映為近EW向水平擠壓的應力場作用，和前人研究的該區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應力場作用特征是一致的[27-28］，也有利于郯城—廬江斷裂帶南段發(fā)生右旋運動及與其切割的NW向斷裂發(fā)生左旋運動.

自有較完整歷史記載的1500年[29］以來，長江中下游斷塊在九江—瑞昌5.7級地震之前發(fā)生了14次51／2級以上地震[30-31］，除了1710年湖南新化地震外（滯后7年發(fā)生1717年湖南臨澧51／4級地震，但震級略小于51／2級，不能算作成組地震），其余13次地震具有明顯的成組活動特征，成組地震中首發(fā)地震和后續(xù)地震的相隔時間為10～21年，平均為15年左右（圖10和表2）.如果以114°E為界，進一步將整個斷塊分為斷塊東部和斷塊西部兩個區(qū)域（圖9），從表2可看出無論是在斷塊東部還是在斷塊西部，這種成組活動特征都是存在的.

圖10 長江中下游斷塊地震M-T圖Fig.10 Magnitude-time distribution of the middle and lower Yangtze River fault-block

表2 長江中下游斷塊的成組地震Table 2 Earthquakes in groups of the middle and lower Yangtze River fault-block

2005年九江—瑞昌5.7級地震發(fā)生在長江中下游斷塊東部，該區(qū)域在此次地震前發(fā)生了9次5級以上地震，可分為4組活動（圖10和表2），成組地震中首發(fā)地震和后續(xù)地震的相隔時間為10～18年，平均為14年左右，且后續(xù)地震的震級都在6級左右.而自1970年以來，長江中下游斷塊東部區(qū)域的ML4級以上地震的成組活動特征也非常明顯，目前已經(jīng)出現(xiàn)了4組活動（圖10），其中2002年7月9日分宜ML4.0級、2004年1月26日江西德安ML4.1級、2005年2月14日湖北薊春ML4.0級與2005年11月26日九江—瑞昌5.7級地震構(gòu)成第三組活動.九江—瑞昌5.7級地震后，該區(qū)域出現(xiàn)5年左右的ML4級以上地震間歇平靜，在2011年相繼發(fā)生1月19日安徽安慶4.8級地震、6月17日安徽桐城ML4.1級地震、9月10日瑞昌—陽新4.6級地震，構(gòu)成第四組活動，并且這些顯著地震都集中發(fā)生在郯城—廬江斷裂帶南段及其分支斷裂上.更應該引起重視的是，長江中下游斷塊東部區(qū)域從2005年九江—瑞昌5.7級地震至今已達6年未發(fā)生與其成組的6級左右強震，目前該區(qū)域ML4級以上地震成組活動的組間間歇平靜時間從19年左右減少為7年左右再到5年左右，存在逐漸縮短的現(xiàn)象，地震能量有加速釋放的趨勢.如果上述成組活動規(guī)律延續(xù)，則未來十年左右要高度警惕該區(qū)域特別是郯城—廬江斷裂帶南段及其鄰近地區(qū)發(fā)生6級左右強震的可能性.

6 結(jié) 論

（1）瑞昌—陽新4.6級地震的震源深度為15±2km，震源機制解為節(jié)面Ⅰ走向30°，傾角86°，滑動角-169°，節(jié)面Ⅱ走向299°，傾角79°，滑動角-4°.該地震的震源破裂面為震源機制解的節(jié)面Ⅰ，發(fā)震構(gòu)造為郯城—廬江斷裂帶往震區(qū)延伸隱伏的瑞昌—武穴斷裂.

（2）瑞昌—陽新4.6級地震發(fā)生在南華地塊區(qū)的長江中下游斷塊東部，所在區(qū)域的5.5級以上地震具有明顯的成組活動特征，地震能量有加速釋放的趨勢，未來十年左右該區(qū)域存在發(fā)生6級左右強震的可能性.

致 謝 本研究得到中國科學院測量與地球物理研究所鄭勇先生、湖北省地震局李勝樂先生和河北省地震局王曉山先生的幫助，審稿專家給出重要修改意見，在此一并致謝！

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