林松建，黃宗林

0 引言

北西向永安—晉江斷裂帶東南段位于福建東部沿海地區(qū)中部，在斷裂帶展布區(qū)內(nèi)發(fā)生過多次破壞性地震，如1907年10月15日泉州5級(jí)地震和1934年5月21日南安、安溪交界5■4級(jí)地震，這2次破壞性地震均有早期地震臺(tái)儀器記錄，這些地震的發(fā)生與該斷裂帶活動(dòng)具有一定的關(guān)聯(lián)性，斷裂帶東南段展布區(qū)內(nèi)現(xiàn)今地震活動(dòng)弱，距離最后一次破壞性地震發(fā)生已有70多年，存在發(fā)生破壞性地震的可能。

卓秀榕和陳光桐 (1983)、林松建等 (2009)利用地震震源機(jī)制解分析了福建地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場及主壓應(yīng)力軸方向，討論了主壓應(yīng)力軸方向跡線分布特征，并認(rèn)為產(chǎn)生這種應(yīng)力軸方向跡線分布的動(dòng)力來自東南方向;周碩愚等 (2000)主要根據(jù)GPS、跨斷層及水準(zhǔn)測量，并結(jié)合震源機(jī)制，討論了福建地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)特征和強(qiáng)震動(dòng)力來源;史粦華等 (2006)根據(jù)震源機(jī)制解、大地測量資料及地震活動(dòng)性，認(rèn)為福建地區(qū)地震動(dòng)力與臺(tái)灣及臺(tái)灣海峽相銜接，主要受臺(tái)灣島弧碰撞帶的影響。以上研究均從大的背景上分析了福建地區(qū)地震動(dòng)力來于東南方向，與臺(tái)灣島弧碰撞帶動(dòng)力作用直接相關(guān)或密切相關(guān)。

本文通過對震源機(jī)制解、大地測量和地殼介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)特征等資料進(jìn)行分析，給出斷裂帶局部及周圍動(dòng)力環(huán)境、斷裂帶力學(xué)運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)合斷裂帶的地質(zhì)調(diào)查與探測工作，合理評估斷裂發(fā)震或控震特點(diǎn)及發(fā)震能力。

1 地震構(gòu)造應(yīng)力場分析

現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場是驅(qū)動(dòng)地殼斷裂構(gòu)造活動(dòng)并孕育發(fā)生地震的基本原因，不同走向的斷裂活動(dòng)的性質(zhì)及其發(fā)生地震的震源力學(xué)特性，反映了區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的特征。因此根據(jù)地震的震源機(jī)制解分析反推地震發(fā)生地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場是目前常用的有效方法。

1.1 單個(gè)地震的震源機(jī)制解

本次工作收集了26次地震震源機(jī)制解結(jié)果(林松建等，2009)，同時(shí)補(bǔ)充測定了4次地震震源機(jī)制解 (表1、圖1)。

單個(gè)地震震源機(jī)制解的P、B、T軸并不等同于構(gòu)造應(yīng)力場的最大、中等、主張應(yīng)力軸，但地震是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用下發(fā)生的，大量的單個(gè)地震震源機(jī)制解結(jié)果，可以描繪出現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的輪廓，這些地震的斷層錯(cuò)動(dòng)方式在反映應(yīng)力場作用方面具有一定的代表性。由震源機(jī)制解得到的3個(gè)主應(yīng)力軸空間方向，可以判定地震發(fā)生的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和水平向最大主應(yīng)力方向 (崔效鋒等，2005)，這樣得到的水平向最大主應(yīng)力軸方位見圖2。

表1及圖1顯示，研究區(qū)內(nèi)30個(gè)震源機(jī)制解應(yīng)力主軸P、T軸方向較離散，但也存在優(yōu)勢方向，水平最大主應(yīng)力的優(yōu)勢方位為SE－NW。P軸的仰角較離散，而T軸的仰角一般小于30°。斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)主要以走滑或正斷為主，共有27次地震，而逆斷層或逆走滑型斷層活動(dòng)很少，只有3次。因此本區(qū)斷層活動(dòng)呈現(xiàn)多樣性，主要以走滑和正斷層活動(dòng)為主。這些結(jié)論與鄢家全等 (1979)、汪素云和許忠淮(1985)研究成果基本一致。

表1 單個(gè)地震的震源機(jī)制解參數(shù)Tab.1 Focal mechanism solutions parameters of earthquakes

圖1 單個(gè)地震震源機(jī)制解Fig.1 Focal mechanism solution of each earthquake

從圖1和圖2大致可以看出，地震構(gòu)造應(yīng)力場水平向主壓應(yīng)力軸方向在斷裂帶兩側(cè)的差異，表現(xiàn)在斷裂帶北側(cè)隨著與斷裂帶距離的增加，至福州、福清附近，方向漸漸轉(zhuǎn)為北北西或近南北方向 (柯龍生，林世敏，1994)，而斷裂帶南側(cè)，同樣隨距離的增加，自廈門以南至閩粵交界的沿海地區(qū)，方向漸漸轉(zhuǎn)為近東西方向 (林紀(jì)曾等，1980，1991)。中國東部地區(qū)主壓應(yīng)力軸方位跡線像一把大扇子向東展開 (鄢家全等，1979)，這種分布特征是由西向東動(dòng)力作用產(chǎn)生的結(jié)果;與之相反的，福建東部沿海地區(qū)主壓應(yīng)力軸方向跡線像一把小扇子向西展開，這是自東南向西北動(dòng)力作用產(chǎn)生的結(jié)果。

1.2 小震綜合節(jié)面解分析

由多個(gè)地震求得的綜合節(jié)面解，可以判斷地震所發(fā)生地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場特征。為此筆者收集4組小震綜合節(jié)面解結(jié)果列于表2(林松建等，2009)。從表2中可見，研究區(qū)平均P軸和T軸均為水平方向，P軸方位為NW－SE向，T軸方位為NE－SW向。

表2 小震綜合節(jié)面解Tab.2 Composite nodal plan solutions of the small earthquakes

1.3 地震構(gòu)造應(yīng)力場綜述

通過對單個(gè)地震震源機(jī)制解的研究和小震綜合節(jié)面解，認(rèn)為泉州地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征基本一致?，F(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場P軸為NW－SE方向，P軸仰角較離散;T軸為NE－SW方向，T軸仰角一般較小。因此北西向的永安—晉江斷裂帶容易發(fā)生正斷走滑性質(zhì)的地震。

北西向永安—晉江斷裂帶位于福建沿海構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力軸扇形展開的中軸線上，隨著與斷裂帶距離增加，構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力軸方向慢慢散開，僅從主壓應(yīng)力場方向跡線看，福建沿海地區(qū)好像受到臺(tái)灣海峽中部點(diǎn)力源的作用，而泉州灣地區(qū)剛好位于動(dòng)力作用波前峰位置，動(dòng)力作用方向自泉州灣向西北呈扇形散開。

2 地殼P波速度分布特征

陳祥熊等 (2009)收集了1990～2006年福建區(qū)域地震觀測臺(tái)網(wǎng)記錄到的7 108個(gè)地震的22 050個(gè)P波到時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用層析成像方法反演了福建—臺(tái)灣地區(qū)的三維速度結(jié)構(gòu)。根據(jù)對解的分辨率和可靠性分析，所得結(jié)果相當(dāng)可靠，但對反演結(jié)果的構(gòu)造解釋幾乎沒有。通過分析北西向永安—晉江斷裂帶東南段地殼P波速度分布特征，有助于進(jìn)一步了解斷裂帶展布地區(qū)的深部構(gòu)造和動(dòng)力作用環(huán)境。

通過反演得到15 km深度P波速度分布 (圖3)，從圖3可見，福建沿海地區(qū)有2塊深藍(lán)色的高速區(qū)，高速區(qū)之間的鞍部正好是永安—晉江斷裂帶展布和通過的地方，一般在高、低速區(qū)交界部位是地震孕育和發(fā)生的場所，15 km左右是泉州地區(qū)地震震源深度的優(yōu)勢深度 (林松建等，2010)，因此斷裂帶通過的地區(qū)具有地震發(fā)生的危險(xiǎn)性。

圖3 福建及臺(tái)灣海峽15 km深度P波速度擾動(dòng)平面圖 (黑色矩形框?yàn)檎{(diào)查區(qū)范圍)Fig.3 The plane graph of P wave velocity perturbations at 15 km depth in Fujian and Taiwang Strait(black rectangle is the range of survey area)

從圖4看出，泉州地區(qū)深部主要表現(xiàn)為高速異常，只是淺部中上地殼表現(xiàn)為低速凹槽，斷裂帶經(jīng)過地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)深淺不同分布差異，同時(shí)結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，斷裂展布區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)深斷裂證據(jù)，因此認(rèn)為斷裂帶沒有延伸至下地殼，而斷裂部位的低速凹槽可能是在福建沿海整體擠壓作用下的局部拉張引起的 (林松建等，2009)。

圖4 福建沿海P波速度擾動(dòng)垂直剖面圖(黑色直線F為斷裂帶位置)Fig.4 The vertical profile graph of P wave velocity perturbation along Fujian Coast(black line F is the location of the fault)

3 GPS觀測結(jié)果分析

福建省自1994年就開始GPS觀測，對這些GPS觀測資料分析已有許多研究成果，下面介紹最新的GPS觀測結(jié)果 (由福建省地震局預(yù)報(bào)中心吳紹祖工程師提供)，結(jié)合周碩愚等 (2000)的研究成果討論永安—晉江斷裂帶東南段及調(diào)查區(qū)地震動(dòng)力背景。

使用目前正在運(yùn)行的福州 (FUZH)、莆田(PUTI)、泉州 (QUZH)、永春 (YONC)、廈門(XIAM)、東山 (DOSH)、龍巖 (LYAN)、南平(NANP)8個(gè)GPS基準(zhǔn)站，同時(shí)使用了臺(tái)灣桃園(TWTF)基準(zhǔn)站2004～2008年的觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果見圖5。

由圖5a可以看出，閩臺(tái)GPS觀測站大約以30 mm/a的速度向ES方向運(yùn)動(dòng)，各測點(diǎn)的速度矢量指向基本平行、模量大致相等，反映了整體向ES方向運(yùn)動(dòng)的特征。

在重心基準(zhǔn)下 (扣除塊體的整體運(yùn)動(dòng))，2004～2008年閩臺(tái)GPS觀測站運(yùn)動(dòng)速率如表3，矢量如圖5b所示。其中泉州GPS基準(zhǔn)站運(yùn)動(dòng)速度最大為2.10 mm/a。

圖5 2004～2008年閩臺(tái)GPS觀測站運(yùn)動(dòng)矢量圖(a)在ITRF2000全球框架下;(b)重心基準(zhǔn)下 (扣除塊體的整體運(yùn)動(dòng))Fig.5 Movement vector graph of GPS observation stations in Fujian-Taiwan area between 2004 and 2008(a)under the global frame of ITRF200;(b)under the gravity center benchmark(deduction of the overall movement of the block)

表3 2004～2008年重心基準(zhǔn)下閩臺(tái)地區(qū)GPS觀測站年運(yùn)動(dòng)速率 (單位:mm/a)Tab.3 Movement velocity of GPS observation stations in Fujian-Taiwan area under the gravity center benchmark between 2004 and 2008(unit:mm/a)

圖5b以福建省8個(gè)GPS測站與臺(tái)灣桃園站為整體，大致扣除了整體均勻向ES方向的運(yùn)動(dòng)，展現(xiàn)了研究區(qū)內(nèi)部的相對運(yùn)動(dòng)，從圖上可看出，福建地區(qū)8個(gè)測站運(yùn)動(dòng)大致以永安—晉江斷裂帶為軸線，斷裂帶北側(cè)向北樂方向運(yùn)動(dòng)，而斷裂帶南側(cè)向西南方向運(yùn)動(dòng)，總體上兩側(cè)運(yùn)動(dòng)呈張性特征，這種運(yùn)動(dòng)特征在有GPS觀測資料以來是基本穩(wěn)定的 (周碩愚，2000)。

4 地震動(dòng)力環(huán)境分析

(1)從GPS觀測結(jié)果看，福建地區(qū)在NWSE方向上，既存在著大陸指向海洋的矢量方向整體一致的較均勻的運(yùn)動(dòng)，又存在著海洋指向大陸的矢量方向呈扇形展開的不均勻運(yùn)動(dòng)，前者的平均年速度比后者大10倍以上，前者可能體現(xiàn)了印度板塊碰撞導(dǎo)致的側(cè)向運(yùn)動(dòng)傳遞對中國大陸東南沿海的作用，后者可能體現(xiàn)了菲律賓海板塊對臺(tái)灣島東側(cè)仰沖推擠對東南沿海產(chǎn)生的影響;前者的速度場比較均勻，而后者的速度場則相當(dāng)不均勻。因此從臺(tái)灣海峽指向大陸的不均勻運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)震的孕育與發(fā)生提供動(dòng)力條件 (卓秀榕，陳光桐，1983;林松建等，2009;周碩愚2000)。

(2)從震源機(jī)制解結(jié)果看，福建地區(qū)地震構(gòu)造應(yīng)力場P軸方向大致為NW－SE方向，構(gòu)造應(yīng)力場P軸跡線大致以永安—晉江斷裂帶為軸向北西方向扇形張開 (圖2)，與GPS觀測結(jié)果基本一致，這些資料表明福建地區(qū)的動(dòng)力來源主要來自臺(tái)灣海峽指向大陸的作用力 (卓秀榕，陳光桐，1983;林松建等，2009;周碩愚等，2000)。

(3)永安—晉江斷裂帶東南段所處的區(qū)位是福建沿海地區(qū)地殼P波速度較大的地區(qū)，斷裂帶經(jīng)過地區(qū)剛好為P波速度低速凹槽，同時(shí)結(jié)合震源機(jī)制解結(jié)果和大地測量資料分析，永安—晉江斷裂帶東南段處于福建沿海擠壓背景下，斷裂帶展布區(qū)局部處于拉張運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

通過對永安—晉江斷裂帶東南段所在地區(qū)的震源機(jī)制解及構(gòu)造應(yīng)力場特征、地殼波度三維結(jié)構(gòu)、大地測量資料分析工作，大致可以得到以下認(rèn)識(shí):

(1)永安—晉江斷裂帶東南段地震動(dòng)力主要來自于其東南海中，地震動(dòng)力作用與菲律濱海板塊對臺(tái)灣島弧作用密切相關(guān)。

(2)構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力軸方向大致與北西向的永安—晉江斷裂帶展布方向一致，地震動(dòng)力作用波前峰大致位于泉州灣地區(qū)，動(dòng)力作用方向自泉州灣向西北呈扇形狀散開。

(3)北西向的永安—晉江斷裂帶東南段主要以拉張走滑運(yùn)動(dòng)為主，因此斷裂帶容易發(fā)生正斷走滑性質(zhì)地震。

本文得到陳祥熊研究員的指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝。

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