韓曉明 劉 芳 張文韜 李 娟 侯 迪

1)內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局， 呼和浩特 010010 2)安徽省地震局， 合肥 230000

基于震源機(jī)制資料分析河套地震帶的應(yīng)力場變化特征

韓曉明1)劉 芳1)張文韜2)李 娟1)侯 迪1)

1)內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局， 呼和浩特 010010 2)安徽省地震局， 合肥 230000

從地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和1970年以來MS≥4.0地震的震源機(jī)制資料分析認(rèn)為， 垂直差異性和水平剪切運(yùn)動(dòng)共同控制河套地震帶的應(yīng)力場， 使其表現(xiàn)出左旋剪切并具有較多的正走滑型斷層機(jī)制解。根據(jù)平均力軸張量計(jì)算和自助線性反演結(jié)果， 河套地震帶的最大主壓應(yīng)力方位為47°～52°， 作用方向NE-SW； 最小主壓應(yīng)力方位313°～322°， 作用方向NW-SE。 平均力軸張量計(jì)算結(jié)果顯示， 所轄次級塊體的應(yīng)力場特征并不完全一致， 臨河盆地的應(yīng)力場與河套地震帶相協(xié)調(diào)， 呼包盆地的應(yīng)力場表現(xiàn)出區(qū)域性差異， 壓應(yīng)力方向在包頭地區(qū)出現(xiàn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)， 作用方向NEE； 這種非均勻性的應(yīng)力場分布特征可通過歷史中強(qiáng)地震和近期中小地震的應(yīng)力軸水平投影分布圖像得到證實(shí)。2003年以來， 河套地震帶的震源機(jī)制一致性參數(shù)的時(shí)序曲線趨勢下降， 這種有序變化更多地是由臨河至烏海地區(qū)的震源機(jī)制一致性引起的， 表明該構(gòu)造部位有可能成為未來應(yīng)力高度積累和加速釋放的優(yōu)先場所。

河套地震帶 震源機(jī)制解 應(yīng)力場反演 一致性參數(shù)

0 引言

應(yīng)力場演變信息可通過多種方法獲取， 例如地質(zhì)構(gòu)造形跡反演和地應(yīng)變實(shí)地測量和反演計(jì)算等， 綜合考慮觀測技術(shù)、 數(shù)據(jù)攜帶的信息量和計(jì)算過程的復(fù)雜程度等因素， 通過求解中強(qiáng)地震的震源機(jī)制或大量小震的綜合斷層面解仍是獲取現(xiàn)今應(yīng)力場變化的主要方法。

作為震源體的一種初級近似， 雙力偶點(diǎn)源模型可以求解震源機(jī)制參數(shù)， 并給出2個(gè)互相正交的節(jié)面， 由于真實(shí)的震源力學(xué)特征與雙力偶模型存在明顯偏離(Giardinietal.， l985； 許忠淮， 1997)， 雙力偶點(diǎn)源模型不能完全確定實(shí)際的發(fā)震斷層面； 相對而言， 地震矩張量可更為準(zhǔn)確地表達(dá)震源力學(xué)特征而被廣泛地應(yīng)用于震源機(jī)制求解， 并可根據(jù)1組地震的平均地震矩張量的主軸方向來推斷所在區(qū)域的主應(yīng)力方向。假定斷層產(chǎn)狀和基本結(jié)構(gòu)保持固定， 那么滿足滑動(dòng)條件的應(yīng)力張量就可以控制斷層的滑動(dòng)方向， 這是利用震源機(jī)制解定量表達(dá)應(yīng)力場狀態(tài)和確定斷層主應(yīng)力方向的基本假設(shè)(Gephartetal.， 1984； Michael， 1984； 萬永革， 2011)。本文根據(jù)震源機(jī)制解反演應(yīng)力場的基本假設(shè)， 主要采用自助線性方法(Michael， 1984)和平均力軸張量方法(程萬正等， 2006； 鐘繼茂等， 2006)反演河套地震帶的應(yīng)力場。

根據(jù)已有研究(范俊喜等， 2003； 謝富仁等， 2004)， 河套地震帶應(yīng)力場的張應(yīng)力方位為NNW， 壓應(yīng)力方位為NE， 所轄個(gè)別次級構(gòu)造單元具有相對獨(dú)立的應(yīng)力場特征， 其中包頭至西山嘴凸起一帶的壓應(yīng)力方位為NNW， 應(yīng)力場表現(xiàn)出非均勻性分布特征(盛書中等， 2015)。為考察河套地震帶應(yīng)力場的最新變化特征， 本文將根據(jù)歷史中強(qiáng)地震和近期中小地震的震源機(jī)制解聯(lián)合判定區(qū)域應(yīng)力場。首先在系統(tǒng)歸納地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的框架下， 運(yùn)用振幅比(梁尚鴻等， 1984； 刁桂苓等， 1992)和CAP(Cut and paste)方法(Zhuetal.， 1996)對2001—2012年間的ML≥2.8地震進(jìn)行震源機(jī)制測定并開展應(yīng)力場反演， 結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)性質(zhì)， 從宏觀動(dòng)力成因和微觀運(yùn)動(dòng)過程2方面剖析河套地震帶的應(yīng)力場演化特征。

1 構(gòu)造應(yīng)力場的背景特征

河套地震帶位于內(nèi)蒙地軸南側(cè)， 經(jīng)過中生代的剝蝕， 晚侏羅世末期燕山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈擠壓以及白堊紀(jì)初期的沉降作用， 河套地震帶的盆地形狀日益明顯(國家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組， 1988)。晚更新世是河套地震帶發(fā)展的重要階段， 此時(shí)期內(nèi)臨河凹陷繼續(xù)沉降， 白彥花和呼包盆地相對隆升， 使臨河地區(qū)成為河套地震帶的沉降中心， 上地殼拉伸作用加強(qiáng)， 導(dǎo)致了凹陷南邊界鄂爾多斯北緣斷裂的形成； 第四紀(jì)繼承新近紀(jì)活動(dòng)特點(diǎn)， 盆地繼續(xù)沉降， 且山前斷裂帶的活動(dòng)重心逐漸遷移至盆地， 并在狼山—色爾騰山、 烏拉山和大青山山前形成廣泛的3級臺地、 洪積扇和基巖斷崖等地質(zhì)景觀， 河套地震帶在第四紀(jì)的強(qiáng)烈活動(dòng)對現(xiàn)今地貌的塑造具有重要意義， 對歷史和現(xiàn)今的地震地質(zhì)活動(dòng)具有重要的控制作用(鄧起東等， 1985； 國家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組， 1988)。

由于兩側(cè)的陰山隆起和鄂爾多斯塊體相對做左旋拉張運(yùn)動(dòng)， 使河套地震帶的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形式在垂直差異運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也做旋性剪切， 這種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)模式驅(qū)使邊界斷裂控制著帶內(nèi)的凸起或凹陷呈左行斜列， 這是帶內(nèi)多產(chǎn)出正斷層和左旋走滑型震源機(jī)制的基本構(gòu)造模式及主要力源。

2 思路和方法

本文首先運(yùn)用振幅比和CAP方法進(jìn)行震源機(jī)制求解， 然后通過應(yīng)力場反演來確定研究區(qū)的平均應(yīng)力場特征， 進(jìn)而結(jié)合震源機(jī)制一致性參數(shù)的時(shí)空分析來獲取河套地震帶應(yīng)力場的最新變化信息。

根據(jù)研究區(qū)臺網(wǎng)分布現(xiàn)狀， 并考慮到對震級下限的不同要求， 這里綜合使用振幅比和CAP方法求解震源機(jī)制。1)振幅比計(jì)算過程中， 運(yùn)用層狀介質(zhì)中的點(diǎn)源位錯(cuò)模型計(jì)算合成地震圖得到垂直向初至P、 S波的位移振幅， 并將多個(gè)臺站計(jì)算的垂直向P、 S初至波的振幅比與觀測的垂直向P、 S初至波振幅比進(jìn)行擬合來確定震源機(jī)制。為保證震源機(jī)制解的穩(wěn)定性和可靠性， 實(shí)際操作中約定參與計(jì)算的臺站數(shù)目為5個(gè)以上， 量取P、 S初至波之后前幾個(gè)周期的最大振幅， 讀取精度控制在0.2mm以內(nèi)， 記錄振幅>0.5mm， 且不限幅。一般來講， 震中距 <100km 時(shí)可避免Pn、 P11、 Sn、 S11等震相的混入和誤讀， 考慮到研究區(qū)臺網(wǎng)布局現(xiàn)狀， 為保證地震事件數(shù)目和足夠多的臺站參與計(jì)算， 這里限定震中距在200km之內(nèi)， 而實(shí)際計(jì)算中震中距>100km的地震所占比重較小。2)CAP方法求解過程中， 挑選地震事件的EVT格式波形記錄， 考慮到臺站方位角的覆蓋效果、 波形信噪比和盡可能多的臺站記錄參與計(jì)算， 首先將震中距在150～500km范圍內(nèi)的臺站記錄的儀器響應(yīng)去除， 將記錄波形旋轉(zhuǎn)至徑向、 切向和垂向后， 分解為Pnl和Snl 2部分， 用4階帶通濾波分別在0.05～0.2Hz和0.05～0.1Hz頻段內(nèi)對Pnl和Snl的噪聲部分進(jìn)行壓制并賦予不同的權(quán)重， 采用目前應(yīng)用較為廣泛和成熟的頻率-波數(shù)方法(F-K)計(jì)算震中距的格林函數(shù)并得到合成地震圖(Zhuetal.， 2002)， 然后將理論地震圖和實(shí)際觀測波形進(jìn)行互相關(guān)， 最終通過格點(diǎn)搜索方法進(jìn)行震源機(jī)制反演求解。為削弱速度模型和地震定位不甚精確等因素對結(jié)果的影響， 在進(jìn)行波形互相關(guān)過程中賦予Pnl和Snl不同的權(quán)重且對兩者采用不同的時(shí)移來保證反演結(jié)果的精確度。

基于上述震源機(jī)制求解， 根據(jù)震源斷層面解的空間取向和斷層滑動(dòng)方向， 給出相應(yīng)的力軸張量在地理坐標(biāo)系的表達(dá)式， 采用平均力軸張量計(jì)算方法(程萬正等， 2006； 鐘繼茂等， 2006)， 通過求解相應(yīng)的本征方程計(jì)算出平均力軸張量及其主值。 為驗(yàn)證結(jié)果的可靠性， 對比使用自助線性方法(Michael， 1984)重新反演河套地震帶的應(yīng)力場， 反演過程使用Bootstrap重復(fù)采樣模擬原始數(shù)據(jù)來評估最佳應(yīng)力張量的置信度， 重采樣次數(shù)設(shè)為200。

在綜合判定平均應(yīng)力場特征的基礎(chǔ)上， 用一致性參數(shù)來定量表征應(yīng)力場的一致性變化特征(陳颙， 1978)。根據(jù)定義(程萬正等， 2006)， 一致性參數(shù)為震源機(jī)制3個(gè)力軸P、T、B和構(gòu)造應(yīng)力場3個(gè)力軸σ1、σ2、σ3之間夾角差值之和的平均值。因此， 一致性參數(shù)可以表達(dá)應(yīng)力場的有序和紊亂程度。如果定義θ1、θ2和θ3分別為上述6個(gè)力軸之間的3個(gè)夾角， 則一致性參數(shù)

其中：θ1=∠σ1P，θ2=∠σ2B，θ3=∠σ3T?？梢?， 震源機(jī)制一致性參數(shù)的最大值為270°， 最小值為0°。

3 震源機(jī)制求解

依據(jù)上述方法， 求得河套地震帶2001—2012年224次ML≥2.8地震事件的震源機(jī)制解(表1)， 其中包含2.8≤ML<3.5地震164次， 3.5≤ML<4.0地震42次，ML≥4.0地震18次。根據(jù)滑動(dòng)角和震源機(jī)制類型的對應(yīng)關(guān)系(陳運(yùn)泰等， 2008)， 統(tǒng)計(jì)了震源機(jī)制類型的構(gòu)成比例， 其中走滑型事件142次(63.4%)， 正斷層事件50次(22.3%)， 逆沖型事件32次(14.3%)。研究時(shí)段內(nèi)， 河套地震帶主要產(chǎn)出走滑型地震， 這也是其應(yīng)力場的固有特征之一。1970年以來， 河套地震帶的中強(qiáng)地震也統(tǒng)一表現(xiàn)為走滑型震源機(jī)制， 只在呼包盆地東側(cè)的和林格爾斷裂出現(xiàn)1次正斷層震例(圖1a)； 從應(yīng)力場的方向特征看， 河套地震帶中強(qiáng)地震的震源機(jī)制解顯示的壓應(yīng)力方位為NE， 張應(yīng)力方位為NW， 整體表現(xiàn)出了與華北應(yīng)力場和外圍動(dòng)力學(xué)作用環(huán)境相符的應(yīng)力作用特征(謝富仁等， 2004， 2011； 徐紀(jì)人等， 2008)。2001年以來， 河套地震帶中小地震事件的壓應(yīng)力優(yōu)勢分布方向?yàn)镹E， 張應(yīng)力優(yōu)勢分布方向?yàn)镹W， 節(jié)面走向整體與斷裂展布方向協(xié)調(diào)， 即臨河盆地地震事件的節(jié)面走向多為NE向， 包頭至西山嘴一帶表現(xiàn)為近EW向， 呼包盆地多為NEE向。另一方面， 由于河套地震帶的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)鮮明， 盆地和隆起形態(tài)劃分明朗， 震源機(jī)制類型的空間分布似乎也表現(xiàn)出一定程度的構(gòu)造相依特征(圖1b)， 在盆地內(nèi)部多產(chǎn)出走滑型地震， 在盆地邊緣以及盆地和隆起過渡地帶容易產(chǎn)出正斷層和逆斷層事件， 臨河盆地作為河套地震帶的沉降中心， 其周緣出現(xiàn)的多次正斷層和逆斷層事件在一定程度上與盆地向隆起轉(zhuǎn)換地帶的垂直差異運(yùn)動(dòng)比盆地內(nèi)部強(qiáng)烈有關(guān)(國家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組， 1988)。圖2 給出了CAP方法求解2010年6月20日烏海ML4.7地震的最佳雙力偶震源機(jī)制解的示例。

圖1 河套地震帶的斷裂構(gòu)造、 地震臺站和震源機(jī)制解Fig. 1 Fault structure， seismic station and focal mechanism solutions of earthquakes in Hetao seismic belt.a 1970年以來， MS≥4.0; b 2001-01—2012-12， ML≥2.8a中河套地震帶的邊界斷裂和主要控震斷裂： ①—⑧分別為狼山山前斷裂、 磴口-本井?dāng)嗔选?鄂爾多斯北緣斷裂、 色爾騰山山前斷裂、 大青山山前斷裂、 和林格爾斷裂、 蠻漢山山前斷裂和岱海-黃旗海盆地南緣斷裂

圖2 2010年6月20日烏海ML4.7地震的CAP解Fig. 2 CAP solution of ML4.7 Wuhai earthquake of June 20th， 2010.a 深度17km處的震源機(jī)制解； b 理論地震圖(紅線)和觀測地震圖(黑線)之間的波形擬合效果， 波形最左側(cè)為臺站代碼和震中距， 波形下方第1行為理論地震圖相對于觀測地震圖的移動(dòng)時(shí)間(s)， 第2行為理論地震圖和觀測地震圖的相關(guān)系數(shù)(%)； c 不同震源深度下的擬合殘差

4 應(yīng)力場反演

融合1970—1999年間河套地震帶MS≥4.0地震的震源機(jī)制解(表1)， 以及2001年以來ML≥2.8地震的震源機(jī)制解開展應(yīng)力場特征分析(圖1b)。分別運(yùn)用平均力軸張量計(jì)算方法和自助線性反演方法對比分析。

4.1 平均力軸張量計(jì)算

基于上述震源機(jī)制解， 采用平均力軸張量計(jì)算方法(程萬正等， 2006； 鐘繼茂等， 2006)， 通過求解相應(yīng)的本征方程計(jì)算出平均力軸張量及其主值。為細(xì)化應(yīng)力場分布特征， 分別求解了河套地震帶及其所轄2個(gè)次級構(gòu)造單元——臨河盆地和呼包盆地的平均應(yīng)力場方向(表2)。結(jié)果顯示， 2001年以來河套地震帶的壓應(yīng)力方位角為47°， 作用方向?yàn)镹E； 張應(yīng)力方位角313°， 作用方向?yàn)镹W， 與區(qū)域及外圍動(dòng)力學(xué)環(huán)境基本相符。臨河盆地的壓應(yīng)力方位角為47°， 作用方向?yàn)镹E； 張應(yīng)力方位角325°， 作用方向?yàn)镹W； 呼包盆地的壓應(yīng)力方位角為68°， 作用方向?yàn)镹EE， 張應(yīng)力方位角320°， 作用方向?yàn)镹W； 相對于河套地震帶和臨河盆地而言， 呼包盆地的壓應(yīng)力方位存在向NEE方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。可見， 河套地震帶及其所轄2大次級盆地的應(yīng)力場并非完全一致， 大應(yīng)力場背景下存在區(qū)域性的小應(yīng)力場特征。

表1 河套地震帶1970年以來ML≥4.0地震震源機(jī)制解

Table1 Focal mechanism solutions of ML≥4.0 earthquakes occurring in Hetao seismic belt since 1970

序號發(fā)震時(shí)間(年-月-日)地震位置震級節(jié)面Ⅰ節(jié)面ⅡP軸T軸B軸 北緯/(°)東經(jīng)/(°)MSML走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)方位/(°)傾角/(°)方位/(°)傾角/(°)方位/(°)傾角/(°)11975-06-2440.50111.704.414664-7329131-121120742193031011.521976-04-0640.23112.206.24167164137752473218241686731976-09-1240.50109.424.05676-15532066-16279281877866041976-09-2340.08106.356.29279-4119249-1664035151172625051977-02-0240.25112.204.532880-16623576-1019217101317261977-03-1440.50112.504.812062-3422761-147864317222694771978-01-2240.90106.904.535571-14925461-22217351236.5245481979-08-2541.23108.126.0274702117770158460135.32931361.591980-10-1340.50109.174.221773141320542127213174391947101981-08-1340.50113.425.534289-14625156-2213.5241112234755111982-12-0840.63109.404.512680412749167251203553613947121983-01-1740.37107.025.211089620841792463.5335511084131983-02-0940.63109.404.1131654022541492556.53514516044141983-02-1240.50109.404.3136633826571472613.53534516145151991-01-1340.55106.055.334670-15824969-212072911812761161991-06-1639.00105.675.126572411605115728131304128948171991-09-1440.18105.085.01668413926049722023115.53234050181996-05-0340.78109.686.429881-373454-16925032.535117.510253191997-10-2141.15107.385.01678813626046322526.511230.532446202001-06-0540.75108.404.512061-14422959-3535589264458645212001-07-2240.62109.904.39968-7723430-13140621742127119222001-10-0840.47106.904.311271108247264818824486028617232003-06-1040.57111.474.1081167927794633161614674242003-06-2240.43109.334.23189-2912261-17934321802020961252004-03-0640.35106.274.0962164107762923593313013058262004-03-2440.48109.484.01246831216215525143453715653272004-07-1640.37109.304.22764-10323529-6527268127183312282004-10-0639.73105.874.02587251668616221491211633271292005-02-2740.88107.804.133654102408214329318192314953302005-06-2041.63106.524.02856439175561484851444531344312007-12-0540.10106.504.111636-7027157-10414374121028012322010-04-0439.90113.834.618936673757106115113477320813332010-06-2039.88106.454.226651-11381-14023233128201350342010-09-0638.68104.134.03324472368513429427184355244352010-12-0938.55104.004.311532-4724767-113122613541925721362010-12-1838.53104.204.13485517283833521019311299254

表2 河套地震帶的平均力軸張量計(jì)算結(jié)果

Table2 Calculation results of average stress axis tensor for the Hetao seismic belt

注σ1、σ2、σ3表示平均構(gòu)造應(yīng)力主軸，AZ表示力軸的方位角，φ表示力軸的傾角。

圖3 河套地震帶的自助線性應(yīng)力場反演結(jié)果Fig. 3 LSIB result for the Hetao seismic belt.a 河套地震帶反演結(jié)果， b 臨河盆地反演結(jié)果， c 呼包盆地反演結(jié)果； 黑色方塊表示最大壓應(yīng)力σ1， 紅色三角表示中間應(yīng)力σ2， 藍(lán)色圓圈表示最小壓應(yīng)力σ3

表3 應(yīng)力場的自助線性反演結(jié)果

Table3 LSIB result of stress field

研究區(qū)σ1σ2σ3AZ/(°)φ/(°)AZ/(°)φ/(°)AZ/(°)φ/(°)河套地震帶522137863224臨河盆地5013188032010呼包盆地5201437232218

注σ1、σ2、σ3分別表示最大壓應(yīng)力、 中間應(yīng)力和最小壓應(yīng)力，AZ表示方位，φ表示傾角。

4.2 自助線性反演

為與平均力軸張量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比和佐證研究結(jié)果的可靠性， 采用自助線性反演方法(Linear stress iversion bootstrap， LSIB)分別計(jì)算了河套地震帶、 臨河盆地和呼包盆地的最佳應(yīng)力張量(圖3， 表3)。結(jié)果顯示， 河套地震帶的反演置信區(qū)域分布相對比較集中， 應(yīng)力場的走滑(strike-slip)性質(zhì)比較明朗； 臨河盆地和呼包盆地的反演置信區(qū)域相對比較彌散， 但整體仍表現(xiàn)出走滑特征。 從應(yīng)力張量的分布方位看， 無論是河套地震帶還是其所轄的2個(gè)次級盆地， 均主要受到NE向擠壓應(yīng)力和NW向拉張應(yīng)力作用而表現(xiàn)出走滑型的應(yīng)力場特征， 與平均力軸張量計(jì)算結(jié)果基本一致。值得注意的是， 自助線性反演得到的中間應(yīng)力軸(σ2)的傾角接近90°， 這種斷層應(yīng)力狀態(tài)也是產(chǎn)生走滑型或斜滑型斷層機(jī)制的條件之一(許忠淮， 1997)。

4.3 應(yīng)力場的一致性特征分析

基于平均應(yīng)力張量反演結(jié)果(表2)， 根據(jù)河套地震帶2001年以來ML≥2.8地震的震源機(jī)制解， 通過計(jì)算每次地震的應(yīng)力軸與平均應(yīng)力軸的方位角差值， 求取震源機(jī)制一致性參數(shù)， 并進(jìn)行了時(shí)序分析。時(shí)序曲線顯示(圖4)， 2001年以來， 河套地震帶震源機(jī)制一致性參數(shù)變化范圍為21.73～82.1， 平均值52.51， 通過5點(diǎn)近均值平滑處理， 2003年以來的一致性參數(shù)表現(xiàn)出下降趨勢， 表明區(qū)域應(yīng)力場自2003年以來出現(xiàn)有序變化并有逐漸逼近平均應(yīng)力場特征的趨勢。

圖4 一致性參數(shù)的時(shí)序變化Fig. 4 Temporal variation of consistency parameter.

圖5 河套地震帶的地震P、 T軸方位水平投影Fig. 5 Horizontal projection of P， T axis of Hetao seismic belt.a 1970—2012年， MS≥4.0； b 2001—2012年， ML≥3.5

為考察應(yīng)力場的一致性的空間分布特征， 繪制了地震震源機(jī)制解P軸和T軸的水平投影分布(圖5)。如圖5a所示， 河套地震帶西部地區(qū)中強(qiáng)地震的壓應(yīng)力方位為NE， 張應(yīng)力方向NW， 符合區(qū)域平均應(yīng)力場特征； 河套地震帶東段的中強(qiáng)地震主要集中在呼包盆地兩端， 且應(yīng)力場方向差異性明顯， 盆地西端的包頭至西山咀地區(qū)的壓應(yīng)力方位集中于NEE—近EW向(圖5a)。2001年以來，ML≥3.5地震的P軸和T軸方位的水平投影分布規(guī)律性不明顯， 就整個(gè)河套地震帶而言，P軸或T軸方位沒有表現(xiàn)出較為一致的空間分布， 只在局部區(qū)域出現(xiàn)了相對一致的分布現(xiàn)象， 例如臨河盆地西南部地區(qū)的P軸方位基本呈NNE—NE向分布， 烏海地區(qū)的P軸方位整體呈NNE向分布。

5 結(jié)論

本文分別運(yùn)用平均力軸張量計(jì)算方法和自助線性反演方法對河套地震帶的平均應(yīng)力場進(jìn)行了定量計(jì)算， 反演結(jié)果較為統(tǒng)一， 共同表達(dá)了來自NE—EW方向的擠壓作用使得陰山隆起和鄂爾多斯塊體間相互左旋剪切， 運(yùn)動(dòng)的觸點(diǎn)即河套地震帶， 這是其主要產(chǎn)出走滑型地震的主導(dǎo)力學(xué)機(jī)制， 也是河套地震帶固有的構(gòu)造應(yīng)力場特征(鄧起東等， 1985； 國家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組， 1988)。

2001年以來， 河套地震帶的應(yīng)力場繼承性變化， 最大主壓應(yīng)力方位為47°～52°， 作用方向?yàn)镹E-SW； 最小主壓應(yīng)力方位為313°～322°， 作用方向?yàn)镹W-SE； 所轄臨河盆地和呼包盆地的應(yīng)力場特征存在區(qū)域性差異， 臨河盆地與河套地震帶的應(yīng)力場比較協(xié)調(diào)， 壓應(yīng)力整體呈NE向， 只在盆地中部出現(xiàn)小范圍的局部變化， 這可能與該區(qū)存在1條長約50km， NNW走向的右旋隱伏斷裂有關(guān)； 呼包盆地的應(yīng)力場方向相對于臨河盆地和河套地震帶產(chǎn)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn)， 壓應(yīng)力方位68°， 呈NEE向， 范俊喜等(2003)根據(jù)小震震源機(jī)制資料反演得到包頭—呼和浩特—大同地區(qū)的壓應(yīng)力方位為64°～74°， 這在中國大陸現(xiàn)代應(yīng)力場圖中也有類似情況(謝富仁等， 2004， 2011)， 并可能與盆地邊界斷裂的走向有關(guān)(盛書中等， 2015)。

震源機(jī)制一致性參數(shù)自2003年開始出現(xiàn)趨勢下降， 可能預(yù)示了短期內(nèi)的震源應(yīng)力場方向與構(gòu)造應(yīng)力場方向逐漸趨于 “統(tǒng)一”， 也可能是區(qū)域斷層逐步進(jìn)入 “協(xié)同化”階段的標(biāo)志之一(馬瑾等， 2012)。

本文僅根據(jù)震源機(jī)制資料分析了河套地震帶的平均應(yīng)力場特征， 但限于觀測臺站布局和震源機(jī)制解精度等因素的影響， 所得結(jié)果未必能夠準(zhǔn)確地呈現(xiàn)河套地震帶的應(yīng)力場變化實(shí)況。如果能保證參與震源機(jī)制求解的臺站對每次地震均產(chǎn)生完整包絡(luò)， 且地震在時(shí)間、 空間、 震級和深度的共同約束下分布均勻而密集， 則可根據(jù)震源機(jī)制資料開展每條活動(dòng)斷裂的具體運(yùn)動(dòng)形態(tài)分析和斷層運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建， 進(jìn)而刻畫出更加精細(xì)和真實(shí)的應(yīng)力場狀態(tài)。

致謝 振幅比求解震源機(jī)制采用了刁桂苓研究員研制的APAS程序， CAP反演程序來源于美國圣路易斯大學(xué)朱露培教授， 圖件由GMT和Zmap程序包繪制完成， 審稿專家的修改建議對本文幫助很大， 在此表示衷心感謝。

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ANALYZING THE VARIATION CHARACTERISTICS OF STRESS FIELD IN HETAO SEISMIC BELT USING FOCAL MECHANISM DATA

HAN Xiao-ming1)LIU Fang1)ZHANG Wen-tao2)LI Juan1)HOU Di1)

1)InnerMongoliaEarthquakeAdministration，Hohhot010010，China2)EarthquakeAdministrationofAnhuiProvince，Hefei230000，China

Based on analysis of background of geological tectonic movement and strong earthquake activity， we first obtained the focal mechanism solutions using amplitude ratio and CAP method， then determined the characteristic of average stress field of the study area by inversion of the stress field. On this basis， we selected the source mechanism consistency parameter as the inspection index to obtain the latest changes of stress field in Hetao seismic zone based on its temporal and spatial analysis. Two methods were used in the stress field inversion for comparison and analysis， which are average stress axis tensor and LSIB(Linear stress inversion bootstrap， LSIB). According to the geological tectonic movement and focal mechanism solutions ofMS≥4.0 earthquakes from 1970， we judge that the stress field evolution process of Hetao seismic belt is controlled jointly by vertical difference movement and horizontal shear movement， resulting in that the normal fault and strike-slip fault mechanisms are dominating.

Taking into account the station layout of the study area， and in order to ensure the accuracy of calculation， we calculated 224 earthquakes focal mechanism solutions by using amplitude ratio and CAP method， including 164 earthquakes with 2.8≤ML<3.5， 42 earthquakes with 3.5≤ML<4.0， and 18 earthquakes withML≥4.0; The statistical results on type of focal mechanisms show that， there are 142 strike-slip earthquakes(63.4%)， 50 normal fault earthquakes(22.3%)and 32 thrust fault earthquakes(14.3%). In this study period(from 2001 to 2012)， most earthquakes had a strike-slip mechanism in Hetao seismic belt， this is one of the inherent characteristics of the stress field.

The result of average stress axis tensor and LSIB shows that， the azimuth of maximum compressional stress is 47°～52°， direction is NE-SW； The azimuth of minimum compressional stress is 313°～322°， direction is NW-SE； This indicates that， the stress field characteristics of Hetao seismic belt and its sub-block are not completely consistent. Linhe Basin exhibits coordinated stress field characteristics with Hetao seismic belt， but Hubao Basin exhibits regional differences， direction of compressive stress has clockwise deflection in Baotou area， and the compressive stress direction is NEE. This heteropical character of stress field is also confirmed by horizontal projection distribution of stress axis of historical strong earthquakes and recent moderate and small earthquakes. Since 2003， the temporal sequence curve of consistency parameter of Hetao seismic belt had a downward trend， this change was caused by focal mechanism consistency parameter of Linhe to Wuhai area， which indicates that this structural position is possible to be a priority area for stress accumulation and accelerated release in future.

Hetao seismic belt， focal mechanism solutions， stress field inversion， consistency parameter

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.008

2015-07-21收稿， 2015-10-29改回。

中國地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH15010Y)和內(nèi)蒙古自治區(qū)應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目(20120427)共同資助。

P315.72+7

A

0253-4967(2015)04-1030-13

韓曉明， 男， 1980年生， 2007年于中國地震局蘭州地震研究所獲固體地球物理學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位， 副研究員， 現(xiàn)主要從事數(shù)字地震學(xué)方法應(yīng)用和地震預(yù)測研究， 電話0471-6511441， E-mail: hxmpower@126.com。