倪紅玉，劉澤民，何 康

（1．安徽省地震局，安徽 合肥 230031；2．蒙城地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，安徽 蒙城 233500）

0 引言

郯廬斷裂帶斜貫中國(guó)東部，總體走向NNE，綿延上千公里［1］，是一條規(guī)模巨大的活動(dòng)斷裂帶［2］。從1957年的航磁資料確認(rèn)其存在以來(lái)的50多年里，對(duì)郯廬斷裂帶的研究受到了廣泛的關(guān)注和高度的重視。本文研究的郯廬帶安徽段，北起宿遷，向南經(jīng)泗洪、五河、嘉山（明光）、肥東、廬江、太湖、宿松和黃梅，止于湖北廣濟(jì)附近，范圍在34°～30°N之間。該段及兩側(cè)的鄰近區(qū)域歷史上曾發(fā)生過(guò)多次中強(qiáng)以上地震；現(xiàn)代也曾發(fā)生過(guò)1979年安徽固鎮(zhèn)MS5．0地震、2011年安慶MS4．8地震和2012年高郵、寶應(yīng)交界MS4．9地震。

地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是地球動(dòng)力學(xué)研究的核心問(wèn)題之一，研究地殼構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)及其時(shí)空分布特征，特別是應(yīng)力變化的信息，是探討地震成因、分析發(fā)震條件的重要有效途徑之一。在地震學(xué)研究中，震源機(jī)制解是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最基礎(chǔ)的資料和常用的方法?；谡鹪礄C(jī)制反演郯廬帶安徽段現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)的研究較少，僅文獻(xiàn)［3－5］有所涉及，其研究范圍較大，部分資料的時(shí)間較早，僅得到了郯廬帶安徽段及鄰近地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的總體特征，尚未針對(duì)應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)間變化上的研究。

隨著數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用及時(shí)間的推移，積累的數(shù)字地震資料越來(lái)越多。本文利用1970年以來(lái)239次中小地震記錄資料系統(tǒng)計(jì)算郯廬帶安徽段及鄰區(qū)震源機(jī)制解，根據(jù)劉東旺等［5］的分段方法，將郯廬帶安徽段分為北、南兩個(gè)亞段，采用力軸張量計(jì)算法［6］反演研究區(qū)及二亞段的平均應(yīng)力場(chǎng)，并在時(shí)間上滑動(dòng)，試圖分析郯廬帶安徽段應(yīng)力場(chǎng)方位時(shí)空變化特征及其與周邊中強(qiáng)地震的關(guān)系［7］，為該區(qū)震情跟蹤工作提供有益的幫助。

1 震源機(jī)制解資料

1976年以來(lái)安徽地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告和模擬波形較完整；自2000年開(kāi)始安徽無(wú)線傳輸?shù)卣疬b測(cè)數(shù)字化臺(tái)網(wǎng)投入運(yùn)行，地震監(jiān)測(cè)能力大大提高；自2007年5月開(kāi)始安徽“十五”數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)開(kāi)始記錄，地震臺(tái)站數(shù)量也有一定的增長(zhǎng)，共有24個(gè)測(cè)震臺(tái)站。根據(jù)安徽臺(tái)網(wǎng)不同時(shí)段波形資料的運(yùn)行情況，系統(tǒng)整理了郯廬帶安徽段及鄰近地區(qū)1970－1975年ML≥4．0地震和1976－1999年ML≥3．0地震的觀測(cè)報(bào)告和模擬波形，2000年－2007年5月ML≥2．7地震和2007年6月－2012年的ML≥2．3地震的數(shù)字化地震波資料。

本文采用垂直向P波和SV波振幅比方法［8］和聯(lián)合利用P波、SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比求解震源機(jī)制的方法（簡(jiǎn)稱Snoke方法）［9－11］兩種方法計(jì)算研究區(qū)的震源機(jī)制解。在采用垂直向P波和SV波振幅比方法時(shí)，平均每個(gè)地震使用了7～8個(gè)振幅比數(shù)據(jù)，其中方位角分布在270°到360°之間的地震占70%，少部分邊界地震＜270°。當(dāng)數(shù)據(jù)增、減1～2個(gè)時(shí)，其P軸方位誤差在30°左右，而方位分布＞270°時(shí)，P軸方位誤差在10°以內(nèi)，因此本文的反演結(jié)果總體可靠［12］。Snoke方法與垂直向P波和SV波振幅比方法相比，增加了SH波與P波的振幅比和SV波、SH波的初動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)震源機(jī)制解的約束更好。對(duì)用垂直向P波和SV波振幅比方法無(wú)法反演的地震和2009年以后的地震均采用Snoke方法反演震源機(jī)制，具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)［13］。本文利用Snoke方法反演震源機(jī)制解時(shí)，初動(dòng)數(shù)據(jù)至少6個(gè)，振幅比數(shù)據(jù)至少5個(gè)，擬合的均方根誤差均小于0．33，劉杰等［14］認(rèn)為本文的反演結(jié)果基本可靠。基于兩種方法共計(jì)算了郯廬帶安徽段及鄰近地區(qū)自1970年以來(lái)239次2．3≤ML＜4．9地震的震源機(jī)制解，其中北亞段93次，南亞段146次。地震震中分布見(jiàn)圖1，其中NW向虛線是分段界限，NE向虛線是斷裂帶兩側(cè)研究區(qū)域界線。地震的時(shí)間和震級(jí)分布見(jiàn)表1。

圖1 郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)239次中－小地震震源機(jī)制解分布圖Fig．1 The distribution of 239focal mechanisms of moderatesmall earthquakes in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

表1 1970年以來(lái)郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)中小地震震源機(jī)制解的時(shí)間和震級(jí)分布Table 1 Time and magnitude distribution of focal mechanisms of moderate－small earthquakes in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area from 1970

2 郯廬斷裂帶安徽段的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征

在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用之下的現(xiàn)代地殼活動(dòng)控制著地震的孕育發(fā)展過(guò)程和發(fā)震力學(xué)機(jī)制（即震源應(yīng)力場(chǎng)）。震源應(yīng)力場(chǎng)并不等于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，可以通過(guò)大量地震震源應(yīng)力場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)再現(xiàn)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)［15－16］。本文通過(guò)對(duì)震源機(jī)制參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和力軸張量計(jì)算法［6］反演郯廬斷裂帶安徽段現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)特征及分段特征。

2．1 震源力學(xué)機(jī)制推測(cè)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)

現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)決定了處在其中的發(fā)震斷層的性質(zhì)：當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的P軸和T軸都是水平或接近水平（即P軸和T軸的傾角均≤45°）時(shí)，斷層以走滑為主；當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的P軸垂直地面或接近垂直地面（即P軸傾角＞45°）時(shí)，斷層為正斷層或傾滑正斷層；當(dāng)T軸垂直于地面或接近垂直（即T軸傾角＞45°）時(shí)，斷層為逆斷層或傾滑逆斷層［17］。在分區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)郯廬斷裂帶安徽段及其兩個(gè)分區(qū)北亞段和南亞段的震源機(jī)制解進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表2）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明北亞段和南亞段的斷層性質(zhì)較為接近，郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)的斷層性質(zhì)總體以走滑斷層為主（54%），逆斷層次之（26%）；正斷層最少（20%）。

表2 郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)斷層性質(zhì)及劃分結(jié)果Table 2 Division results of fault types in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

圖2為按10°間隔分別統(tǒng)計(jì)得到的郯廬斷裂帶安徽段及其兩個(gè)分段北亞段和南亞段地震震源機(jī)制P、T、B軸的方位分布。結(jié)果顯示：北亞段和南亞段的P軸、T軸方位分布總體較為一致，均具有明顯的優(yōu)勢(shì)分布，B軸方位分布相對(duì)雜亂，表明郯廬斷裂帶安徽段及其鄰區(qū)地震主壓應(yīng)力軸和主張應(yīng)力軸方位大致呈近EW向和近NS向的主要分布特征，但也呈現(xiàn)不同地段、不同時(shí)段應(yīng)力軸方向存在差異的特征，與華北南部最大主應(yīng)力方向?yàn)榻麰W向的結(jié)果較為一致［18］。

圖2 郯廬斷裂帶安徽段及其分段的P、T軸方位分布Fig．2 Azimuth distribution of P axis and T axis of the Anhui sector of Tanlu fault zone and its two sub－sectors

為了考察郯廬斷裂帶安徽段及其鄰區(qū)的受力情況，根據(jù)傾角β大小，將其作用力劃分為：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°）5種類型。表3為對(duì)P、T軸傾角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，βP≤30°占55%；βP≤60°占91%；βT≤30°占55%；βP≤60°占88%。平均P軸傾角為βP＝27°±18°；平均T軸傾角為βT＝29°±20°。表明該斷裂帶現(xiàn)今承受的作用力以近水平力和斜向力為主，但仍有9%的P軸傾角和11%的T軸傾角＞60°，說(shuō)明存在一定的近垂向作用力。

2．2 平均應(yīng)力張量反演結(jié)果

力軸張量計(jì)算法的基本點(diǎn)是，許多地震的震源機(jī)制解近似相同時(shí)能給出合理的結(jié)果，同時(shí)不必考慮震源機(jī)制解兩個(gè)節(jié)面中哪個(gè)是實(shí)際發(fā)震斷層面。從圖2可以看出，郯廬斷裂帶安徽段及其鄰區(qū)震源機(jī)制參數(shù)中P、T軸的方位角和傾角有明顯的優(yōu)勢(shì)分布，適合采用力軸張量計(jì)算法反演平均應(yīng)力場(chǎng)。本文計(jì)算平均應(yīng)力場(chǎng)的做法是，首先基于震源機(jī)制解資料，得到相應(yīng)應(yīng)力張量在地理坐標(biāo)系下的表達(dá)式，并對(duì)所有震源機(jī)制解的應(yīng)力張量求平均，得到平均應(yīng)力張量，然后求解平均應(yīng)力張量的的本征值和本征向量，本征向量即為平均構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的3個(gè)主軸。劉澤民等［19］利用東大別地區(qū)的震源機(jī)制解資料比較了不同相似程度和不同起算震級(jí)資料得到的主軸方向，認(rèn)為該方法計(jì)算結(jié)果非常穩(wěn)定，主軸方位角的誤差小于5°，傾角的誤差小于10°。

表3 郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)P、T軸傾角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistic results of obliquity of P axis and T axis in the Anhui sector of Tanlu fault zone and its adjacent area

本文基于郯廬斷裂帶安徽段239次地震震源機(jī)制解資料，其中北亞段93次，南亞段146次，通過(guò)研制的計(jì)算區(qū)域平均應(yīng)力張量的計(jì)算程序［19］，給出研究區(qū)平均應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果（圖3、表4）。結(jié)果表明郯廬斷裂帶安徽段及其分段北亞段和南亞段的最大主應(yīng)力軸（σ1）方位均呈現(xiàn)近東西向（260°～269°）、近水平（4°～8°），且南亞段方位比北亞段順時(shí)針偏轉(zhuǎn)約9°；中等主應(yīng)力軸（σ2）方位角分別為142°、110°和143°，傾角為76°～86°，近直立；最小主應(yīng)力軸（σ3）方位均呈現(xiàn)近南北向（356°～1°），近水平（2°～11°），顯示郯廬斷裂帶安徽段及其鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為近EW向的水平擠壓和近NS向的水平拉張作用，與震源機(jī)制參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。

圖3 震源機(jī)制解P、T軸和主應(yīng)力軸σ1、σ2、σ3在下半球吳爾夫網(wǎng)上的投影（空心圓、空心三角形分別表示P軸、T軸，實(shí)心圓、實(shí)心正方形和實(shí)心三角形分別表示主應(yīng)力軸σ1、σ2、σ3）Fig．3 Projection of P，T，σ1，σ2，σ3axes on Wulff net of lower hemisphere（hollow circle and hollow triangle for P，T axes，solid circle，solid square and solid triangle forσ1，σ2，σ3axes respectively）

表4 郯廬斷裂帶安徽段及其二分段的應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果Table 4 Results of stress field inversion of the Anhui sector of Tanlu fault zone and its two sub－sectors

3 郯廬斷裂帶安徽段現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)隨時(shí)間的變化

采用10年的震源機(jī)制解資料累積，1年滑動(dòng)的方式，利用力軸張量計(jì)算法得到郯廬斷裂帶安徽段及其分段北亞段和南亞段最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位角隨時(shí)間的變化曲線（圖4），標(biāo)注地震為距研究區(qū)100km范圍內(nèi)的破壞性地震。可以看出，郯廬斷裂帶安徽段及其分區(qū)北亞段和南亞段最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位角的總體趨勢(shì)較為一致，均呈現(xiàn)出1998年前后由順時(shí)針偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折至逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。北亞段最大主壓應(yīng)力軸方位角從1988～1993年持續(xù)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，由247°偏轉(zhuǎn)至270°，偏轉(zhuǎn)幅度遠(yuǎn)大于反演誤差，1994年開(kāi)始轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折回升后發(fā)生1995年蒼山MS5．2地震，并且同期南亞段最大主壓應(yīng)力軸方位角偏轉(zhuǎn)幅度較小。周翠英等［20］的研究結(jié)果表明：1995年蒼山MS5．2地震前震區(qū)附近P軸方位角1985年以前基本維持在70°左右，1986年開(kāi)始P軸方位從70°猛增到100°左右，直到發(fā)震，與本文結(jié)果基本一致。1998年左右安徽段包括北亞段和南亞段均轉(zhuǎn)折為逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)幅度相當(dāng)，逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)期間南亞段發(fā)生了2005年九江－瑞昌MS5．7和2011年安慶MS4．8地震，北亞段發(fā)生了2012年高郵、寶應(yīng)交界MS4．9地震。

圖4 最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位角隨時(shí)間變化曲線Fig．4 Variation curves of azimuth of maximum principal stressaxisσ1

4 討論與結(jié)論

本文采用垂直向P波和SV波振幅比和聯(lián)合利用P波、SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比兩種計(jì)算震源機(jī)制解的方法，在郯廬斷裂帶安徽段及鄰近地區(qū)獲得了比前人豐富得多的中小地震的震源機(jī)制解，這為分析郯廬斷裂帶安徽段及其分段的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)震源機(jī)制參數(shù)統(tǒng)計(jì)表明，郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)的斷層性質(zhì)總體以走滑斷層為主（54%）、逆斷層次之（26%）、正斷層最少（20%），震源機(jī)制解的P、T軸的方位角和傾角具有明顯的優(yōu)勢(shì)分布，表現(xiàn)為近EW向的水平擠壓和近NS向的水平拉張作用，與華北南部最大主應(yīng)力方向?yàn)榻麰W向的結(jié)果較為一致［18］。

基于大量的震源機(jī)制解資料，采用力軸張量計(jì)算法反演了郯廬斷裂帶安徽段及其分區(qū)北亞段和南亞段的平均構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。反演結(jié)果與震源機(jī)制參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，也與劉東旺等［5］采用系統(tǒng)聚類法得到的結(jié)果一致，均顯示該地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為近EW向的水平擠壓和近NS向的水平拉張作用。

分析郯廬斷裂帶安徽段及鄰區(qū)的最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位角隨時(shí)間變化曲線，結(jié)果表明北亞段和南亞段最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位角的總體趨勢(shì)較為一致，均呈現(xiàn)出1998年前后由順時(shí)針偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折至逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。北亞段最大主壓應(yīng)力軸方位角從1988～1993年持續(xù)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)幅度達(dá)23°，1994年開(kāi)始轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折回升后發(fā)生1995年蒼山MS5．2地震，與周翠英等［20］利用小震綜合節(jié)面解得到的蒼山地震前P軸方位的變化趨勢(shì)一致。

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