劉 麗， 劉 檀， 董一兵， 朱音杰

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.河北省地震局黃壁莊地震臺，石家莊 050021)

由震源機制解分析華北地區(qū)構(gòu)造應力場

劉 麗1， 劉 檀2*， 董一兵1， 朱音杰2

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.河北省地震局黃壁莊地震臺，石家莊 050021)

利用初動及振幅比方法對華北地區(qū)中小地震震源機制解及構(gòu)造應力場進行分析。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)中小地震震源斷錯性質(zhì)主要以走滑斷層為主，震中處破裂面與其附近構(gòu)造走向基本保持一致，依據(jù)節(jié)面滑動角及P軸、T軸傾角數(shù)據(jù)推斷，震源處應力主要以水平方向為主，主壓應力P軸方向基本上為NEE-SWW向。

震源機制解；構(gòu)造應力場；華北地區(qū)

0 引言

震源機制解的求解，對于發(fā)震區(qū)地震研究、孕震成因及震后的構(gòu)造應力分布特征，具有重要的意義，也是人們深刻了解和認識震源斷層動力學特征、地震破裂力學機制、構(gòu)造應力場狀態(tài)的有效途徑[1]。目前對于孕育地震的地下深部直接測量應力值尚難以做到，而來自地下深處的地震波則攜帶著地球深部的震源信息。通過利用數(shù)字化地震波形反演大量中、小地震的震源機制，可以幫助提取到這些信息，從而得到震源區(qū)應力場狀態(tài)，對研究大區(qū)域范圍內(nèi)構(gòu)造應力場特征作鋪墊，即從動力成因以及運動過程兩方面分析發(fā)震區(qū)內(nèi)相應時間段的演化特征。

華北研究區(qū)主要涉及汾渭地震帶、陰山-燕山-張渤地震帶、郯廬地震帶、華北平原斷裂帶、秦嶺—大別山構(gòu)造帶。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強烈，因此研究該地區(qū)構(gòu)造應力場特征有著極其重要的意義。

通過利用短周期體波波形反演結(jié)果研究華北地區(qū)主要動力邊界帶相對運動和應力應變場的動態(tài)變化，給出該地區(qū)構(gòu)造應力場，探討地震的發(fā)震機理及區(qū)域構(gòu)造應力場特征，對于中強地震預測有著重要推動作用。

本文擬使用河北及鄰省臺網(wǎng)2008年以來寬頻帶波形記錄，利用P波初動及振幅比反演進行震源機制解計算，并分析華北地區(qū)構(gòu)造應力場特征。

通過河北臺網(wǎng)及鄰省臺網(wǎng)數(shù)據(jù)庫資料，選取2008—2013年間華北地區(qū)M≥3.0地震，其中震級3.0≤M≤3.9地震66個，4.0≤M≤4.9地震11個，5.0≤M≤5.9地震3個(圖1)。

圖1 2008—2013年華北地區(qū)震中分布圖

從圖1可以看出，除唐山地區(qū)、晉冀蒙交界地區(qū)地震分布較多外，其他選取地震較均勻地分布在研究區(qū)域內(nèi)，為我們?nèi)娴孬@取震源機制解數(shù)據(jù)及分析區(qū)域構(gòu)造應力場提供可靠的依據(jù)。

1 資料處理

1.1 資料處理方法

理論上講，振幅比方法中的直達波振幅比值輻射花樣隨空間方位的變化比單種波的輻射花樣要更強烈。從此意義來說，準確的初動及振幅比資料和較為正確的觀測值歸算到震源球面上的位置，這兩者的結(jié)合，才能對計算震源機制參數(shù)有較強約束力，在解釋震源機制解參數(shù)時才能有更好的說服力。

（4）收入的多元性。銀行收入可大體分為兩類：利息收入和非利息收入。利息收入是銀行通過放貸業(yè)務獲得的收入，凈利息收入則是利息收入減掉銀行支付存款利息后的凈值。非利息收入指銀行通過表外業(yè)務獲得的收入，是銀行獲利的重要渠道，也是銀行開拓的新利潤增長點。文中采用凈利息/非利息之比（XNI）描述商業(yè)銀行的多元收入結(jié)構(gòu)。

本文研究中，采用區(qū)域地震臺網(wǎng)的垂直向地震Ap和As振幅資料計算震源機制軟件，在原來FORTRAN程序基礎上使用vb.net編寫的界面程序，并使用GMT繪圖軟件繪制震源機制輔助選擇最終的結(jié)果。軟件使用中需編寫相應臺站位置文件WDSTA、華北地區(qū)速度模型結(jié)構(gòu)文件WDHV；利用MSDP軟件較為準確地讀取事件波形的初動和振幅值；最后將軟件計算出的正演輸出結(jié)果文件和反演輸出結(jié)果文件的內(nèi)容進行繪圖，并選擇最佳解。

1.2 理論地震類型分類及速度模型的選取

斷層是構(gòu)造運動中廣泛發(fā)育的構(gòu)造形態(tài)，是斷裂面兩側(cè)巖體發(fā)生顯著相對位移的斷裂構(gòu)造，所以對斷層的正確判斷有著十分重要的意義。本文中，理論地震類型的分類，是在參照世界應力圖的劃分原則的基礎上，根據(jù)應力主軸參數(shù)(δP，δB，δT)的不同取值范圍，《中國大陸地殼應力環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫》中的震源機制解類型被劃分為如下6種：正斷型、逆斷型、走滑型、正走滑型、逆走滑型及無法確定型(表1)。

表1 震源機制解類型

地震波速度是地震層析成像等方法中最重要的參數(shù)之一，在地震資料處理和解釋過程中都要用到速度參數(shù)，而速度數(shù)值的準確與否直接關(guān)系到地震成像的質(zhì)量和最終解釋結(jié)果的可信度[6]。本文速度結(jié)構(gòu)參考了首都圈地區(qū)地殼一維p波速度結(jié)構(gòu)[7](表2)。

表2 速度結(jié)構(gòu)

2 震源機制解計算與分析

單個地震的震源機制解可反映出較大區(qū)域內(nèi)的平均構(gòu)造應力狀態(tài)[8]，故選取M≥4.5的中等地震進行震源機制解分析(表3)。

表3 研究區(qū)域內(nèi)4.5級及以上地震震源機制解

由表3可見，研究區(qū)中等地震震源斷錯性質(zhì)主要以傾滑逆斷層為主，破裂面方向與其附近構(gòu)造走向基本一致(圖2)，主壓應力P軸方向主要在笛卡爾坐標系中的第一和第三象限，說明其優(yōu)勢方向為NEE-SWW向，與武敏捷等對華北地區(qū)構(gòu)造應力場研究結(jié)果的最大主應力的方位為NEE向，最小主應力方位為NNW向[9]結(jié)果一致，也說明中等地震在研究區(qū)域內(nèi)震源機制解方面的可靠性。但中、小地震的震源機制易受局部地質(zhì)構(gòu)造條件的影響，為了更好地利用地震數(shù)據(jù)，本文通過綜合利用大量的中、小地震的震源機制解的優(yōu)勢結(jié)果來表征研究區(qū)域構(gòu)造應力場的特征[10]。

為了分析華北地區(qū)構(gòu)造應力場特征，我們選取了2008—2013年間華北地區(qū)內(nèi)80次地震記錄數(shù)據(jù)，通過利用中小地震初動及振幅比資料，計算出的震源機制解結(jié)果(圖2)。

注：紅色沙灘球為M≥4.5；黑色沙灘球為Mlt;4.5地震 圖2 研究區(qū)地震的震源機制解

從圖2可以看出10次M≥4.5地震中，除唐山地區(qū)發(fā)生4次地震外，其余較好地分布于華北地區(qū)，小地震較多地分布在晉冀蒙交界地區(qū)、唐山地區(qū)、華北平原地震帶及郯廬斷裂帶山東段地區(qū)，與構(gòu)造帶分布對應。故通過分析研究區(qū)域內(nèi)地震的震源機制解，可以幫助分析構(gòu)造應力場的特征。

為了解區(qū)域內(nèi)各種類型地震的總體分布特征，給出了華北地區(qū)正斷型、走滑型和無法確認型地震分布圖(圖3)。從圖3可以看出，研究區(qū)中小地震震源機制解以走滑類型為主，無逆斷層類型，兼有少數(shù)正斷層類型，說明研究區(qū)中大多數(shù)地震震源處的應力場以水平拉張作用為主，破裂以水平走滑為主。

a 正斷型 b 走滑型 c 無法確定型圖3 各類型地震分布圖

3 應力場分析

由于存在共軛的破裂面，而且每一個共軛面發(fā)生破裂的概率是相同的，因而對一個地區(qū)許多地震的P軸方向作統(tǒng)計平均可獲得該地區(qū)構(gòu)造應力方向[11]。

多個地震震源機制解的P、B、T軸在一定條件下可平均地反映某個區(qū)構(gòu)造應力場的3個主應力軸，用震源機制解推斷構(gòu)造應力場只有與某種“平均” 應力狀態(tài)對應才有確定含義。

我們對研究區(qū)域的地震資料進行震源機制解參數(shù)計算，并通過對中小地震震源機制解繪制各參數(shù)玫瑰圖，可以更加直觀的看出研究區(qū)內(nèi)各節(jié)面、P、T、B軸走向、傾角的優(yōu)勢取向(圖4)。

圖4 節(jié)面走向、滑動角以及P、T、B軸方位

從圖4可以看出：①節(jié)面Ⅰ走向方向較為集中，優(yōu)勢方向主要為NWW-SEE ，滑動角優(yōu)勢方向主要位于0°及180°附近，說明區(qū)域內(nèi)的應力作用主要以水平方向為主；②節(jié)面Ⅱ的走向較為離散，分布在30°～240°之間，微弱優(yōu)勢主要在NNE-SSW向，滑動角的優(yōu)勢方向主要位于0°及180°附近，說明區(qū)域內(nèi)的應力作用主要以水平方向為主；③P軸方位角主要在60°左右，其優(yōu)勢方向為NEE-SWW向；④T軸方位角主要分布在150°和340°左右，其優(yōu)勢方向為NNW-SSE向；⑤B軸方位角較為分散，看不出較好的優(yōu)勢方向。

為了分析研究區(qū)的應力狀態(tài)，基于圖4計算了研究區(qū)內(nèi)中小地震的統(tǒng)計節(jié)面傾角和P、T、B三軸的傾角(圖5)。由圖5可以看出：由節(jié)面Ⅰ或Ⅱ傾角來看，兩者傾角均趨向于90°，說明研究區(qū)域內(nèi)中小地震大多數(shù)破裂面較陡；P軸、T軸傾角大部分都位于30°左右，說明研究區(qū)內(nèi)各應力軸還是以水平方向為主；B軸傾角主要位于40°～60°之間。

圖5 節(jié)面傾角及P、T、B軸傾角圖

圖6 研究區(qū)內(nèi)應力場P軸方位分布圖

由研究區(qū)內(nèi)應力場P軸方位的分布圖(圖6)可以看出，大多數(shù)地震的P軸走向都是NEE-SWW向，說明研究區(qū)內(nèi)主壓應力方位為NEE-SWW向，基本上與圖中斷裂帶走向一致。其中唐山地區(qū)P軸走向較為復雜，可能受唐山地區(qū)菱形地塊復雜地質(zhì)條件因素影響；研究區(qū)域內(nèi)其它地震的P軸方向基本上與構(gòu)造帶保持一致。

4 結(jié)論與討論

本文利用河北臺網(wǎng)及臨近臺網(wǎng)寬頻帶地震儀的近震波形數(shù)據(jù)，采用初動及振幅比方法對華北地區(qū)2008—2013年間M≥3.0地震進行震源機制解計算，通過對震源機制解和應力場分析，得出以下結(jié)論。

1)從震源機制解來看，研究區(qū)內(nèi)斷層結(jié)構(gòu)以走滑斷層為主，正斷層次之，逆斷層較少。

2)研究區(qū)內(nèi)的P軸、T軸傾角基本上位于30°左右，說明絕大多數(shù)地震震源處的應力場以水平作用為主，破裂則以水平走滑為主，水平應力作用為華北地區(qū)構(gòu)造應力場的主要特征。

3)研究區(qū)內(nèi)P軸方位基本上與該地區(qū)構(gòu)造帶走向保持一致，晉冀蒙交界地區(qū)P軸方向主要為NE向和NEE向，主要受鄂爾多斯地塊及張家口—蓬萊斷裂帶影響；唐山地區(qū)P軸方位較為復雜主要是該地區(qū)位于華北板塊的北邊界陰山EW向構(gòu)造帶南緣—燕山褶斷帶和冀中塊體東邊界帶—滄東斷裂的交匯部位[12],構(gòu)造斷裂帶較為復雜，但總體走向仍以NEE-SWW為主；郯廬斷裂帶整體走向NNE向，印證了該地區(qū)P軸走向；華北平原地震帶中的“邢臺—河間—唐山地震斷裂帶”，該斷裂帶被一些NW-NWW向不均勻體或斷層切割，NNE-NE向斷層是主體發(fā)震斷層，由圖6中P軸方位分布圖也能得到相應結(jié)果。

[1] 錢曉東, 秦嘉政, 劉麗芳. 云南地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場研究[J]. 地震地質(zhì), 2011, 33(1): 91-106.

[2] 許忠淮, 閻明, 趙仲和. 由多個小地震推斷的華北地區(qū)構(gòu)造應力場的方向[J]. 地震學報, 1983, 5(3): 268-279.

[4] 許忠淮, 汪素云, 黃雨蕊, 等. 由多個小震推斷的青甘和川滇地區(qū)地殼應力場的方向特征[J]. 地球物理學報, 1987, 30(5): 476-486.

[5] 蘭從欣, 邢成起, 苗春蘭, 等. 近年首都圈地區(qū)中小地震震源機制解及其特征分析[J]. 華北地震科學, 2005, 23(4): 21-25.

[6] 朱海龍, 崔遠紅. 速度分析和層析成像[J]. 勘探地球物理進展, 2003, 26(5/6): 433-438.

[7] 孫若昧, 劉福田. 京津唐地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)與強震的發(fā)生——I. P波速度結(jié)構(gòu)[J]. 地球物理學報, 1995, 38(5): 599-607.

[8] 曹穎, 吳小平, 沈婭宏, 等. 由震源機制解資料研究川滇地區(qū)構(gòu)造應力場[J]. 地震研究, 2013, 36(2): 165-172.

[9] 武敏捷, 林向東, 徐平. 華北北部地區(qū)震源機制解及構(gòu)造應力場特征分析[J]. 大地測量與地球動力學, 2011, 31(5): 39-43.

[10] 龍海英, 高國英, 聶曉紅, 等. 烏魯木齊地區(qū)中小地震震源機制解及構(gòu)造應力場[J]. 地震, 2007, 27(3): 89-96.

[11] 陳運泰, 顧浩鼎. 震源理論[M]. 北京: 國家地震局地球物理研究所, 1990: 23-24.

[12] 國家地震局《一九七六年唐山地震》編輯組. 一九七六年唐山地震[M]. 北京: 地震出版社, 1982.

TectonicStressFieldofNorthChinaBasedonFocalMechanismSolutions

LIU Li1, LIU Tan2, DONG Yi-bing1, ZHU Yin-jie2

(1. Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China; 2. Huangbizhuang Seismic Station, Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China)

In this paper, the focal mechanism solutions of moderate and small earthquakes in north China and the tectonic stress field is analyzed. The focal mechanism solutions are calculated using the initial motion method and the amplitude ratio method. The results show that the focal rupture of the moderate and small earthquakes in north China is mainly composed of strike-slip faults. According to the nodal plane sliding angle and P axis and T axis angle, the main source of stress is in the horizontal direction. The direction of the main compression stress P axis is NEE-SWW.

focal mechanism solution; tectonic stress field; north China

劉麗，劉檀，董一兵，等. 由震源機制解分析華北地區(qū)構(gòu)造應力場[J]．華北地震科學，2017，35(4):38-43.

2017-03-22

中國地震局測震臺網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(20150404)

劉 麗(1975—)，女，河北文安人，高級工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測工作．E-mail:liuli@eq-he.ac.cn

*

劉 檀(1985—)，女，河北石家莊人，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測工作．E-mail：edifie@163.com

P315.7

A

1003-1375(2017)04-0038-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.007