薛 涼，姚多喜，魯海峰，張 好，朱寧寧

(安徽理工大學(xué)，合肥 232001 )

0 概況

兩淮礦區(qū)是我國(guó)確定的13個(gè)億噸級(jí)煤炭基地之一，是我國(guó)重要的煤炭生產(chǎn)基地[1]。兩淮煤田，位于華北石炭二疊紀(jì)巨型聚煤坳陷的東南隅、秦嶺東西向構(gòu)造帶的北緣[2-3]。地理位置在安徽省北部，地跨淮南、阜陽(yáng)、亳州、宿州、淮北五市，包括鳳臺(tái)、潁上、利辛、蒙城、渦陽(yáng)、濉溪、懷遠(yuǎn)、埇橋等縣、區(qū)。其中，淮南煤田東部自淮南東部九龍崗地區(qū)，向西部延展到阜陽(yáng)附近，煤田在平面呈北西西向長(zhǎng)橢圓狀，長(zhǎng)約118km，寬度15～35km，地域面積約3 240km2。淮北煤田東起京滬鐵路和符離集-四鋪-任橋一線，西止豫皖省界；南自板橋斷層，北至隴海鐵路和蘇皖省界；東西長(zhǎng)40～150km，南北寬110km左右，面積約12 350km2，實(shí)際含煤面積約1 047.1km2[4-7]。

1 資料及方法

地震的孕育發(fā)展和發(fā)生，本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)過(guò)程，即與地震所在的斷層活動(dòng)及其周?chē)刭|(zhì)塊體受力與運(yùn)動(dòng)方式有關(guān)。而地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整變化，則是斷層與塊體活動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源[8]?；茨系V區(qū)位于華北板塊南部，主體構(gòu)造為東西向的對(duì)沖構(gòu)造盆地。盆地內(nèi)形成一系列褶皺，斷層也很復(fù)雜，接近東西向和北東向，并形成很多不同塊段(圖1)。安徽地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征曾被多位學(xué)者研究過(guò)，但這些研究范圍都較大，未能與兩淮地區(qū)構(gòu)造塊體及斷層活動(dòng)密切結(jié)合[8]。

在地震研究中，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[9-11]。為了加強(qiáng)對(duì)兩淮礦區(qū)中強(qiáng)震發(fā)生機(jī)理的理解及其地震危害性的推斷，并避免礦井生產(chǎn)過(guò)程中由于地震地面生產(chǎn)系統(tǒng)破壞導(dǎo)致的井下突水、 煤與瓦斯突出等一系列事故，對(duì)巷道掘進(jìn)、支護(hù)等工程提出指導(dǎo)意見(jiàn)，保證煤礦工人的生命安全，本文以較小范圍的實(shí)際資料，通過(guò)對(duì)兩淮礦區(qū)現(xiàn)代中小地震震源機(jī)制參數(shù)的研究并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)[12]，分析并推斷發(fā)震斷層及塊體的活動(dòng)方式，進(jìn)一步掌握兩淮礦區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的特征。

2 震源斷層滑動(dòng)方式的統(tǒng)計(jì)分析

利用地震的節(jié)面解來(lái)推斷構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向是應(yīng)用較為廣泛的一種方法[9-11]。震源斷層的破裂類(lèi)型可由震源參數(shù)中的節(jié)面傾角分析得到[13]。由于無(wú)法確定中小地震震源機(jī)制解2個(gè)節(jié)面中哪個(gè)是斷層面，所以對(duì)地震震源的2個(gè)節(jié)面方位及傾角一并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[8]，其分布狀況繪于圖2。對(duì)于節(jié)面傾角，約定傾角<10°時(shí)，為逆沖(或正斷)；傾角在10°～30°時(shí)，為近逆沖(或正斷)；傾角為31°～60°時(shí)，為斜滑；傾角為61°～80°時(shí)，為近走滑；傾角>80°時(shí)，為走滑。

表1 兩淮礦區(qū)中小地震震源機(jī)制解Table 1 Small and medium sized earthquakes focal mechanism solution in Huainan and Huaibei mining areas /(°)

圖2 兩淮礦區(qū)震源機(jī)制解節(jié)理面走向及傾角分布Figure 2 Focal mechanism solution joint plane strike and dip angle distributions

圖2a顯示兩淮礦區(qū)存在兩組可能的震源斷層面優(yōu)勢(shì)取向，其中一組優(yōu)勢(shì)取向方位為40°～50°，基本上與郯廬斷裂帶安徽段主干斷裂的走向保持一致；另一組優(yōu)勢(shì)取向方位角為120°～130°。圖2b顯示兩淮礦區(qū)震源斷層節(jié)面傾角分布較為集中，節(jié)面傾角有2個(gè)優(yōu)勢(shì)點(diǎn)分布，分別位于40°～50°，60°～90°，分別表現(xiàn)為近走滑和走滑特性，但總體上60°～90°的節(jié)面數(shù)相對(duì)較多。綜合分析認(rèn)為：兩淮礦區(qū)內(nèi)地震震源斷層的破裂類(lèi)型主要表現(xiàn)為近走滑型，同時(shí)也有一定比例的走滑型。

3 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布

本文在對(duì)多個(gè)中小型震源機(jī)制解參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)原有的兩淮礦區(qū)的地質(zhì)資料分析成果，對(duì)兩淮礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布進(jìn)行推測(cè)研究。

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[14]；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[15]。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)分析了兩淮礦區(qū)的震源機(jī)制解。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：兩淮礦區(qū)的發(fā)震斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為走滑斷層(75%)； 逆斷層次之(16.7%)； 正斷層最少(8.3%)。

表2 兩淮礦區(qū)發(fā)震斷層性質(zhì)及劃分結(jié)果Table 2 Focal seismogenic fault properties and partitionedresult in Huainan and Huaibei mining areas

圖3為對(duì)兩淮礦區(qū)地震震源機(jī)制按10°間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別得到該區(qū)地震震源機(jī)制最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力以及中間主應(yīng)力軸的分布方位。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：兩淮礦區(qū)最大主應(yīng)力軸方位主要集中在70°～90°，最小主應(yīng)力軸方位集中在320°～350°。表明兩淮礦區(qū)地震主壓應(yīng)力軸方位大致呈近東西方向分布，主張應(yīng)力軸方位大致呈近南北向的分布特征。

為了考察兩淮礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向的分布情況，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°)五種類(lèi)型[16-17]。

表3 兩淮礦區(qū)P 、T、 B軸傾角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistics of P, T and B axial dip anglesin Huainan and Huaibei mining areas

圖3 兩淮礦區(qū)P 、T、 B軸方位及傾角Figure 3 Huainan and Huaibei mining areas P, T and B axes azimuths and dips

由圖3可見(jiàn)，兩淮礦區(qū)地震震源的主壓應(yīng)力軸、主張應(yīng)力軸傾角絕大多數(shù)<40°；平均主壓應(yīng)力軸傾角為βp= 27°±23°，平均主張應(yīng)力軸傾角為βT=41°±38°，表明兩淮礦區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用力以近水平或斜向力為主，但β軸傾角<60°也占有相當(dāng)一部分，表明了現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)還存在一定的近垂向作用力。

4 結(jié)論及存在的問(wèn)題

(1)對(duì)兩淮礦區(qū)中小地震震源機(jī)制解參數(shù)中的節(jié)面傾角及最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力軸的傾角的統(tǒng)計(jì)分析，可以得到如下信息：地震震源斷層可能主要表現(xiàn)為近走滑型破裂，但同時(shí)也有一定比例的走滑型破裂；兩淮礦區(qū)的斷層性質(zhì)總體主要表現(xiàn)為走滑斷層，逆斷層占有一小部分，正斷層所占比例最少。

(2)兩淮礦區(qū)應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力軸優(yōu)勢(shì)方位大致呈近東西向分布，最小主應(yīng)力軸優(yōu)勢(shì)方位大致呈近南北向分布，應(yīng)力場(chǎng)平均主壓應(yīng)力軸和主張應(yīng)力軸傾角均小于30°，顯示該區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)今主要表現(xiàn)為近水平作用力，同時(shí)存在部分構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用力表現(xiàn)為近垂直方向。

(3)通過(guò)震源機(jī)制解來(lái)反演區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方法具有以下缺點(diǎn)：受震源機(jī)制解結(jié)果限制，沒(méi)有地震的區(qū)域無(wú)法進(jìn)行研究;準(zhǔn)確度受計(jì)算區(qū)、地震事件數(shù)目的影響，無(wú)法給出各應(yīng)力分量具體值。

[1]張今立.關(guān)于安徽省煤炭資源型城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的思考[J].宿州學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，3：5-10.

[2]仲崇秋.基于地球化學(xué)示蹤的淮南沉積環(huán)境研究[J].地球，2015(6)：215-215.

[3]朱文偉，張品剛，張繼坤，等.安徽省兩淮煤田控煤構(gòu)造樣式研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2011，23(8).

[4]劉平，王良超，楊東凡.安徽省淮北平原地下水環(huán)境與工作方向[J].安徽地質(zhì)，2007，3：198-202.

[5]許春耕.淮南煤田水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐諿D].安徽.安徽理工大學(xué).2015，1-3.

[6]胥翔，吳基文，汪宏志.淮北煤田太原組灰?guī)r沉積學(xué)特征研究[J].中州煤炭，2014，11：102-105.

[7]李文孟，李慶廣，滕祥雷，等.泰安市煤炭資源開(kāi)采老區(qū)開(kāi)展資源挖潛的途徑和對(duì)策[J].山東國(guó)土資源，2012，10：60-63.

[8]劉東旺，劉澤民，沈小七，等.安徽淮河構(gòu)造變形帶及鄰近塊體現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征[J].中國(guó)地震，2004，4：364—371.

[9]康英，楊選，陳杏，等.廣東及鄰區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)反演[J].地震學(xué)報(bào)，2008，1：59-66.

[10]劉亢，曹代勇，徐浩，等.鄂爾多斯煤盆地西緣古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化分析[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，26(8).

[11]巫顯鈞.松藻礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律的認(rèn)識(shí)[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，21(S2).

[12]張誠(chéng)，曹新玲，曲克信，等.中國(guó)地震震源機(jī)制[M].北京：學(xué)術(shù)書(shū)刊出版社，1990.

[13]李瑞莎，崔效鋒，刁桂苓，等.華北北部地區(qū)現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空變化特征研究[J].地震學(xué)報(bào)，2008，6：570-580.

[14]10倪紅玉，劉澤民，洪德全，等.“霍山窗”地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究[J].中國(guó)地震，2012，3：294-303.

[15]倪紅玉，劉澤民，何康.郯廬斷裂帶安徽段中小地震震源機(jī)制及現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)特征[J].地震工程學(xué)報(bào)，2013，3：677-683.

[16]林向東，徐平，武敏捷，等.小江斷裂中段及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布特征[J].中國(guó)地震，2010，3：192-200.

[17]劉東旺，夏瑞良，劉澤民，等.郯廬斷裂帶安徽段現(xiàn)代地震活動(dòng)及應(yīng)力場(chǎng)特征[J].地質(zhì)科學(xué)，2006，2：278-290.