馮 兵 李 楊 王文濤 楊應(yīng)召 汶宇龍 劉 蜀

1 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安市西影路316號(hào)，710054

自板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)提出以來(lái)，環(huán)太平洋地震帶一直是地震學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家研究的重點(diǎn)地區(qū)。對(duì)環(huán)太平洋俯沖帶的研究是認(rèn)識(shí)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的有力證據(jù)，而發(fā)生在俯沖帶的地震則是認(rèn)識(shí)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及板塊間應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)的最有效手段。地震的本質(zhì)是板塊運(yùn)動(dòng)跨地質(zhì)斷層的錯(cuò)動(dòng)，從純物理的角度來(lái)看，地震是一種非平衡系統(tǒng)的耗散，地震的發(fā)生是一個(gè)能量釋放的過(guò)程。

日本海溝是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，同時(shí)受菲律賓板塊和歐美板塊共同作用的結(jié)果(圖1)，是全球地震活動(dòng)非常頻繁的區(qū)域之一。海溝俯沖帶的發(fā)現(xiàn)是板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的有力證據(jù)。Wadati[1]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在大洋中的深源地震會(huì)形成按一定規(guī)律排列的地震區(qū)，在此研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了著名的Wadati-Benioff帶。寧杰遠(yuǎn)等[2]利用1965～1982年的地震數(shù)據(jù)資料分析日本至中國(guó)東北地區(qū)地震深度的分布，認(rèn)為日本本州至中國(guó)東北Benioff帶具有連續(xù)性，中國(guó)東北區(qū)域深震為日本海下Benioff帶的一部分。

在日本3·11 MW9.0大地震發(fā)生以后，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)該區(qū)域的板塊應(yīng)力狀態(tài)及同震效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，并對(duì)日本海溝俯沖帶區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)變化進(jìn)行分析，以期解釋地震發(fā)生的相關(guān)物理過(guò)程。Yokota等[3]利用多種數(shù)據(jù)資料反演3·11大地震的破裂過(guò)程，結(jié)果顯示，地震破裂長(zhǎng)度為480 km，寬度為180 km，同震最大位移量達(dá)到35 m。陳為濤等[4]研究認(rèn)為，該地震的同震位移在瞬間產(chǎn)生的形變量相當(dāng)于中國(guó)東北地區(qū)12.7 a的長(zhǎng)期應(yīng)變積累。在俯沖帶區(qū)域，主壓應(yīng)力軸在大震之前處于板塊匯聚方向，大震之后地殼上盤(pán)及部分上隆區(qū)域出現(xiàn)張應(yīng)力變化[5]。楊佳佳等[6]通過(guò)震源機(jī)制解反演日本3·11大地震震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變化發(fā)現(xiàn)，震源區(qū)主壓應(yīng)力軸和最大水平主壓應(yīng)力都發(fā)生了改變。

上述研究大多通過(guò)劃分地震的區(qū)域和時(shí)間進(jìn)行構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析，但關(guān)于Benioff帶的空間三維構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析及與中國(guó)東北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的相關(guān)研究較少，因此難以從深度及空間方面分析該地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變化的整體分布。為了更加科學(xué)和詳細(xì)地認(rèn)識(shí)日本海溝俯沖帶的應(yīng)力場(chǎng)變化及中國(guó)板塊應(yīng)力轉(zhuǎn)換的過(guò)程，本文將基于震源機(jī)制解的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行空間應(yīng)力場(chǎng)3D反演。通過(guò)分區(qū)域、分空間進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)反演，得到日本至中國(guó)東北地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其空間變化，并以此為基礎(chǔ)，探討海溝俯沖帶的具體分布情況，同時(shí)分析日本海溝俯沖帶與中國(guó)東北Benioff帶地下構(gòu)造的相互作用，以期從更大范圍認(rèn)識(shí)板塊運(yùn)動(dòng)的變化情況，為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供參考。

黑色實(shí)線為板塊邊界，黑色虛線表示正在逐漸成形的塊體邊界，藍(lán)色、紅色圓圈及綠色五角星為震中分布，矩形框?yàn)檠芯繀^(qū)圖1 日本海溝至中國(guó)東北區(qū)域地形構(gòu)造及研究區(qū)震中分布Fig.1 Topography structure and epicenters distribution of the study area from Japan trench to northeast China

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料選取

本研究收集了1997-01-01～2020-05-07MW≥3.0共2 291個(gè)地震的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)資料，所選數(shù)據(jù)緯度為35～50°N，經(jīng)度為122～140°E，深度在0～700 km之間。所有數(shù)據(jù)資料均來(lái)源于NIED(National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention) F-net寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)中心矩張量解目錄。

1.2 研究方法

應(yīng)用震源機(jī)制解推斷某一地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)方向，是認(rèn)識(shí)地殼運(yùn)動(dòng)和地震震源物理過(guò)程的有效方法之一。SATSI程序采用阻尼最小二乘法，可同時(shí)得到多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力張量并進(jìn)行平滑，具有良好的計(jì)算性能[7]。其基本原理為：最小化每一個(gè)斷層面上的滑動(dòng)矢量與剪應(yīng)力的差別，建立斷層面震源機(jī)制解參數(shù)與應(yīng)力張量的線性關(guān)系：

Gm=d

式中，矩陣G可由每個(gè)震源機(jī)制解的斷層面滑動(dòng)矢量得到，m為應(yīng)力張量的單位模型矩陣向量，d為數(shù)據(jù)矩陣矢量。通過(guò)最小二乘法進(jìn)行應(yīng)力反演，其中應(yīng)力張量的模型矩陣向量可確定最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力、最小主應(yīng)力的方向及表示主應(yīng)力相對(duì)大小的R值。本研究采用基于SATSI法發(fā)展而來(lái)的MSATSI構(gòu)造應(yīng)力反演方法[8]，可在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行完整的應(yīng)力反演。由于本次研究基于3D反演進(jìn)行區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)反演，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)與周邊6個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)相鄰，采用阻尼擬合參數(shù)會(huì)對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)造成較大影響。應(yīng)力場(chǎng)反演可得到反映應(yīng)力相對(duì)大小的R值的量θ(θ=1-R=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))和3個(gè)主應(yīng)力的方位角與傾伏角，同時(shí)還可反演每個(gè)網(wǎng)格的極射赤平投影P、T軸分布圖。R取不同值，相應(yīng)的應(yīng)力主軸表現(xiàn)結(jié)果會(huì)存在差異。R值可用來(lái)評(píng)估主應(yīng)力軸方向的不確定性，取值范圍為0～1。當(dāng)R取值為0時(shí)，即主張應(yīng)力軸方向確定，主壓應(yīng)力軸(σ1)取向與中間應(yīng)力軸(σ2)取向趨于一致，并在垂直于主張應(yīng)力軸(σ3)的平面內(nèi)呈現(xiàn)擠壓狀態(tài)；當(dāng)R取值為0.5時(shí)，表明主張應(yīng)力軸與主壓應(yīng)力軸確定，相應(yīng)的應(yīng)力軸分辨狀態(tài)趨于明顯；當(dāng)R取值為1時(shí)，表明主壓應(yīng)力軸方向確定，主張應(yīng)力軸取向與中間應(yīng)力軸取向趨于一致，并在垂直于主壓應(yīng)力軸的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)呈現(xiàn)張性特征；R值在0～0.5時(shí)，中間應(yīng)力軸的壓性特征越來(lái)越明顯；R值在0.5～1時(shí)，中間應(yīng)力軸的張性特征越來(lái)越明顯[6,9-10]。

2 數(shù)據(jù)整理與分析

2.1 數(shù)據(jù)資料分區(qū)說(shuō)明

為從空間上給出日本至中國(guó)東北區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，以經(jīng)度、緯度和深度為劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)收集到的震源機(jī)制數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，將分區(qū)后的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)置于3×4×5的矩陣網(wǎng)格中。將相應(yīng)的網(wǎng)格矩陣單元作為固定區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)反演區(qū)塊，以序號(hào)為i、j、k的網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)反演的區(qū)域進(jìn)行命名分區(qū)。對(duì)于反演坐標(biāo)軸中的X軸與Y軸，以5°×5°的經(jīng)緯度進(jìn)行區(qū)域劃分。緯度在35°～40°劃分為矩陣[i,0,k]區(qū)(i、j、k表示對(duì)應(yīng)矩陣網(wǎng)格的未知數(shù))，緯度在40°～45°劃分為矩陣[i,1,k]區(qū)，緯度在45°～50°劃分為矩陣[i,2,k]區(qū)。經(jīng)度小于125°劃分為矩陣[0,j,k]區(qū)，經(jīng)度在125°～130°劃分為矩陣[1,j,k]區(qū)，經(jīng)度在130°～135°劃分為矩陣[2,j,k]區(qū)，經(jīng)度在135°～140°劃分為矩陣[3,j,k]區(qū)。深度在0～30 km劃分為矩陣[i,j,5]區(qū)，深度在30～60 km劃分為矩陣[i,j,4]區(qū)，深度在60～100 km劃分為矩陣[i,j,3]區(qū)，深度在100～300 km劃分為矩陣[i,j,2]區(qū)，深度在300～500 km劃分為矩陣[i,j,1]區(qū)，深度在500～700 km劃分為矩陣[i,j,0]區(qū)，具體分區(qū)見(jiàn)表1。雖然部分矩陣區(qū)塊可能數(shù)據(jù)量小或缺少震源機(jī)制解數(shù)據(jù)資料，但不會(huì)對(duì)該區(qū)域整體應(yīng)力場(chǎng)反演的過(guò)程及結(jié)果造成影響。根據(jù)矩陣分區(qū)規(guī)則，對(duì)各個(gè)存在震源機(jī)制解的網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及劃分：矩陣[0,0,5]區(qū)分配到1個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[1,0,5]區(qū)分配到28個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,0,5]區(qū)分配到240個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,0,5]區(qū)分配到1 083個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,1,5]區(qū)分配到137個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,2,5]區(qū)分配到2個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[1,0,4]區(qū)分配到2個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,0,4]區(qū)分配到276個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,1,4]區(qū)分配到1個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,1,4]區(qū)分配到1個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,0,3]區(qū)分配到111個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,0,2]區(qū)分配到169個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,1,2]區(qū)分配到75個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,0,1]區(qū)分配到30個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,0,1]區(qū)分配到75個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,1,1]區(qū)分配到7個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,1,1]區(qū)分配到23個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,2,1]區(qū)分配到3個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,0,0]區(qū)分配到4個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,1,0]區(qū)分配到20個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[2,2,0]區(qū)分配到1個(gè)震源機(jī)制解；矩陣[3,2,0]區(qū)分配到2個(gè)震源機(jī)制解。為保證數(shù)據(jù)反演結(jié)果的可靠性，設(shè)置約束反演應(yīng)力場(chǎng)的相關(guān)條件，見(jiàn)表2。

表1 矩陣網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 應(yīng)力反演的相關(guān)約束條件

在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究中，由于地震發(fā)震的快速性特點(diǎn)，單個(gè)地震的P、T軸分布往往不能作為真實(shí)發(fā)震區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)主軸分布方位。數(shù)值模擬分析表明，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的數(shù)量足夠多時(shí)，大量震源機(jī)制解P、T軸的平均取向可代表該地區(qū)的主應(yīng)力軸方位。圖2為本研究中相應(yīng)區(qū)域的P、T軸平面分布圖，用以可視化日本至中國(guó)東北震源機(jī)制解的分區(qū)情況及檢驗(yàn)應(yīng)力反演結(jié)果的可靠性[11-12]。

圓形網(wǎng)格表示赤平投影結(jié)果，其中紅點(diǎn)表示P軸分布，藍(lán)點(diǎn)表示T軸分布圖2 震源機(jī)制解分區(qū)及各區(qū)P、T軸平面投影分布Fig.2 The distribution of focal mechanism solution and the plan projection of P axis and T axis of each region

2.2 各分區(qū)反演結(jié)果分析

2.2.1 深度0～30 km

矩陣[1,0,5]區(qū)經(jīng)度為125°～130°，緯度為35°～40°，深度為0～30 km，本區(qū)反演共使用28個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸的最優(yōu)方位角為-11.20°，角度變化范圍為-21.70°～0.10°，該區(qū)域主壓應(yīng)力軸為NNW向，與菲律賓板塊擠壓歐亞板塊運(yùn)動(dòng)方向一致。傾伏角最優(yōu)解為14.80°，角度變化范圍為-44.60°～26.40°，傾伏角較小。σ2軸方位角為-124.00°，為SSW向，傾伏角最優(yōu)解為55.70°。σ3軸方位角最優(yōu)解為87.60°，角度變化范圍為53.50°～248.40°，為NEE-NE向，張應(yīng)力軸近水平，角度變化范圍較大，相應(yīng)的最優(yōu)解不確定度系數(shù)也較大。該區(qū)R值最優(yōu)解為0.75，表明該區(qū)壓應(yīng)力軸較穩(wěn)定，中間應(yīng)力軸與張應(yīng)力軸性質(zhì)趨于一致，反映該區(qū)壓應(yīng)力軸表現(xiàn)明顯。

矩陣[2,0,5]區(qū)經(jīng)度為130°～135°，緯度為35°～40°，深度為0～30 km，本區(qū)共使用240個(gè)震源機(jī)制解進(jìn)行反演，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸方位角最優(yōu)解為21.20°，角度變化范圍為17.00°～25.40°，為NNE向，主壓應(yīng)力軸與矩陣[1,0,5]區(qū)相比存在明顯偏轉(zhuǎn)。σ3軸方位角最優(yōu)解為118.00°，角度變化范圍為107.60°～116.00°，為SEE向。主張應(yīng)力軸和主壓應(yīng)力軸傾伏角近水平，R值最優(yōu)解為0.45，表明該區(qū)主壓和主張應(yīng)力軸均表現(xiàn)明顯。

緯度網(wǎng)格為Y軸，經(jīng)度網(wǎng)格為X軸，深度網(wǎng)格為Z軸，紅色柱棒為σ1軸，綠色棒柱為σ2軸，藍(lán)色棒柱為σ3軸，紅色線段為Benioff帶走勢(shì)曲線圖3 各區(qū)網(wǎng)格矩陣構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果示意圖Fig.3 Diagram of inversion results of tectonic stress field of grid matrix in each region

矩陣[3,0,5]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為35°～40°，深度為0～30 km，該區(qū)反演共使用1 083個(gè)震源機(jī)制解， 反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸最優(yōu)方位角為25.30°，角度變化范圍為24.10°～28.50°，主壓應(yīng)力軸仍為NNE向，表明在相同條件下，隨著經(jīng)度的增加，主壓應(yīng)力軸角度發(fā)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。σ3軸方位角最優(yōu)解為175.20°，角度變化范圍為133.40°～264.50°，為SSE-SE向，而該處σ3軸傾伏角最優(yōu)解為82.80°，近于垂直。R值最優(yōu)解為0.83，表明主張應(yīng)力軸水平向出現(xiàn)硬性阻礙物，導(dǎo)致傾伏角和R值變大。

矩陣[3,1,5]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為40°～45°，深度為0～30 km，本區(qū)反演共使用137個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸方位角最優(yōu)解為6.90°，角度變化范圍為-1.60°～12.00°，方位角為NNE-NE向，傾伏角最優(yōu)解為6.20°，顯示出與[3,0,5]區(qū)相同的性質(zhì)，傾伏角近水平。與[3,0,5]區(qū)的方位角相比，σ1軸隨緯度的增加，主壓應(yīng)力軸趨于正NS向。σ3軸方位角最優(yōu)解為-177.40°，角度變化范圍為-257.00°～-89.40°，方位角為NNW向，傾伏角最優(yōu)解為83.80°，變化范圍為62.70°～88.20°。R值最優(yōu)解為0.76，與同經(jīng)度的[3,0,5]區(qū)相比，傾伏角表現(xiàn)結(jié)果一致，這進(jìn)一步說(shuō)明該區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)受某一區(qū)域塊體控制。

2.2.2 深度30～60 km

該深度僅矩陣[3,0,4]區(qū)滿足相關(guān)反演要求，其經(jīng)度為135°～140°，緯度為35°～40°，深度為30～60 km，反演共使用276個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸最優(yōu)方位角為62.60°，角度變化范圍為56.90°～70.60°，為NEE向，最優(yōu)傾伏角較小，為23.30°。σ3軸方位角為171.70°，角度變化范圍為153.40°～218.00°，方位角變化較大，為SSE-SE向；傾伏角最優(yōu)解為37.10°，變化范圍為-1.30°～66.00°。R值最優(yōu)解為0.87，表明主壓應(yīng)力軸方向作用明顯。

表3 各分區(qū)構(gòu)造應(yīng)力反演結(jié)果

表4 相關(guān)分區(qū)反演結(jié)果

2.2.3 深度60～100 km

該深度僅矩陣[3,0,3]區(qū)滿足反演所需的震源機(jī)制解個(gè)數(shù)要求，其經(jīng)度為135°～140°，緯度為35°～40°，深度為60～100 km，該區(qū)反演共使用111個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果顯示，最大主壓應(yīng)力軸方位角為26.70°，角度變化范圍為-8.30°～44.80°，為NNE-NE向，與相同經(jīng)緯度、不同深度的[3,0,5]區(qū)和[3,0,4]區(qū)主壓應(yīng)力軸基本保持一致。最小主應(yīng)力軸最優(yōu)方位角為122.10°，角度變化范圍為88.00°～285.90°，為SEE-SE向，角度變化范圍較大。σ3軸最優(yōu)傾伏角為55.80°，角度變化范圍為-29.50°～79.00°。與[3,0,5]區(qū)和[3,0,4]區(qū)相比，主張應(yīng)力軸傾伏角逐漸變小。R值最優(yōu)解為0.78，表明該區(qū)仍被主壓應(yīng)力軸所控制。

2.2.4 深度100～300 km

矩陣[3,0,2]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為35°～40°，深度為100～300 km，該區(qū)反演共使用169個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸最優(yōu)方位角為-116.90°，角度變化范圍為-175.50°～48.30°，為SWW-SW向，與矩陣[3,0,5]、[3,0,4]和[3,0,3]區(qū)相比，偏轉(zhuǎn)角度逆時(shí)針陡增；σ1軸最優(yōu)傾伏角為46.60°，角度變化范圍為-34.50°～87.40°，與同經(jīng)緯度的[3,0,5]、[3,0,4]和[3,0,3]區(qū)相比，傾伏角明顯增大。σ3軸最優(yōu)方位角為131.10°，角度變化范圍為78.90°～169.40°，最大主張應(yīng)力軸以SSE向?yàn)橹鳎顑?yōu)傾伏角為19.50°，與同經(jīng)緯度的[3,0,5]、[3,0,4]和[3,0,3]區(qū)相比，傾伏角明顯變緩，說(shuō)明到達(dá)該深度時(shí)障礙物的擠壓作用明顯下降。該區(qū)R值最優(yōu)解為0.32，表明該區(qū)主張應(yīng)力作用較明顯。

矩陣[3,1,2]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為40°～45°，深度為100～300 km。該區(qū)σ1軸最優(yōu)方位角為-153.80°，最大主壓應(yīng)力軸為SSW向，最優(yōu)傾伏角為46.80°，與同深度的[3,0,2]區(qū)基本一致，說(shuō)明同深度主壓應(yīng)力軸橫向壓應(yīng)力保持穩(wěn)定狀態(tài)。σ3軸最優(yōu)方位角為-61.30°，最大主張應(yīng)力軸為NWW向，傾伏角最優(yōu)解為2.30°，與[3,0,2]區(qū)相比，角度偏轉(zhuǎn)較大，向相反方向發(fā)生張性破裂。R值最優(yōu)解為0.89，表明該區(qū)以壓性應(yīng)力狀態(tài)為主，與[3,0,2]區(qū)相反。

2.2.5 深度300～500 km

矩陣[3,0,1]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為35°～40°，深度為300～500 km，該區(qū)應(yīng)力反演共使用75個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸最優(yōu)方位角為167.80°，變化區(qū)間為162.00°～191.60°，主壓應(yīng)力軸為SSE-SE向。與同經(jīng)緯度、不同深度的[3,0,2]區(qū)存在明顯差異，說(shuō)明在該區(qū)約300 km處存在使主壓應(yīng)力軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)的巨大作用力。σ1軸最優(yōu)傾伏角為37.40°，傾伏角與[3,0,2]區(qū)相比明顯變緩，進(jìn)一步說(shuō)明該區(qū)分界處存在巨大作用力。σ3軸最優(yōu)方位角為54.40°，變化范圍為38.80°～77.60°，最大主張應(yīng)力軸為NEE向，傾伏角最優(yōu)解為27.40°，角度變化范圍為5.80°～39.80°。該區(qū)張應(yīng)力軸與同經(jīng)緯度、不同深度的[3,0,2]區(qū)相比，NEE方向傾伏角變緩，表明阻礙張應(yīng)力軸的障礙物逐漸減少。

矩陣[3,1,1]區(qū)經(jīng)度為135°～140°，緯度為40°～45°，深度為300～500 km，該區(qū)反演共使用23個(gè)震源機(jī)制解。反演應(yīng)力結(jié)果表明，壓應(yīng)力軸與[3,0,1]區(qū)基本相同，說(shuō)明該區(qū)的壓應(yīng)力軸較穩(wěn)定，張應(yīng)力軸與[3,0,1]區(qū)正好相反，說(shuō)明該深度的2個(gè)區(qū)域的張性破裂受到2股應(yīng)力影響。

矩陣[2,0,1]區(qū)經(jīng)度為130°～135°，緯度為35°～40°，深度為300～500 km，該區(qū)反演共使用30個(gè)震源機(jī)制解。反演結(jié)果顯示，σ1軸與鄰近矩陣區(qū)的軸方向呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)性擠壓，σ3軸也表現(xiàn)為趨勢(shì)性拉張。

2.2.6 深度500～700 km

該深度僅矩陣[2,1,0]區(qū)滿足要求，經(jīng)度為130°～135°，緯度為40°～45°，深度為500～700 km，該區(qū)反演共使用20個(gè)震源機(jī)制解，反演結(jié)果見(jiàn)圖2～3和表3～4。反演結(jié)果表明，σ1軸方位角最優(yōu)解為173.20°，角度變化范圍為153.80°～210.20°，傾伏角最優(yōu)解為58.90°，最大主壓應(yīng)力軸為SSE向。與300～500 km區(qū)域相比，方位角保持一定趨同性，傾伏角變大。σ3軸方位角最優(yōu)解為-48.00°，變化范圍為-131.40°～56.90°，傾伏角最優(yōu)解為24.40°，最大主張應(yīng)力軸為NW向。與300～500 km區(qū)域相比，張應(yīng)力軸向偏西方向偏轉(zhuǎn)，傾伏角趨于平緩。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文采用3D構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演，通過(guò)空間分區(qū)的方法，將收集到的2 291個(gè)震源機(jī)制解分配到相應(yīng)區(qū)域中。分析結(jié)果表明：

1)從日本東海岸到中國(guó)東北區(qū)域，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，地殼表層應(yīng)力場(chǎng)與深源應(yīng)力場(chǎng)具有明顯差別，淺層構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主張和主壓應(yīng)力隨經(jīng)緯度的改變出現(xiàn)一定程度的旋轉(zhuǎn)變化，各區(qū)的壓應(yīng)力軸受不同板塊控制。岡田義光[13]研究認(rèn)為，日本東北部屬于北美板塊，且日本東部邊緣正在形成新的板塊邊界。由此可以看出，地殼淺層中各區(qū)主壓應(yīng)力與張應(yīng)力不僅受到歐亞板塊、菲律賓板塊和太平洋板塊的相互擠壓碰撞，同時(shí)也受北美板塊的斜插擠壓作用，地殼應(yīng)力結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣[1,0,5]區(qū)的主壓應(yīng)力軸為NNW向，說(shuō)明該區(qū)域的壓應(yīng)力主要來(lái)自于菲律賓板塊，太平洋板塊向西擠壓為輔。[2,0,5]區(qū)與[3,0,5]區(qū)的主壓應(yīng)力軸為NNE向，與太平洋板塊擠壓歐亞板塊的方向存在偏差，進(jìn)一步說(shuō)明該區(qū)處于板塊交接處，受到北美板塊強(qiáng)大的斜插作用。[3,1,5]區(qū)壓應(yīng)力軸方位角為6.90°，與[2,0,5]區(qū)和[3,0,5]區(qū)相比，壓應(yīng)力軸呈近NS向，說(shuō)明在經(jīng)度相同的0～30 km深度，緯度越高，壓應(yīng)力軸受到的偏轉(zhuǎn)作用力越強(qiáng)，北美板塊的擠壓斜插作用越劇烈。

2)由表2和圖3可知，隨著深度的增加，壓應(yīng)力軸及張應(yīng)力軸在約300 km深處出現(xiàn)明顯變化，最大主壓應(yīng)力軸由水平方向突然向下俯沖，隨后俯沖速度以一定規(guī)律變緩，說(shuō)明該區(qū)域在300 km以下已到達(dá)Benioff俯沖帶，且俯沖帶一直延伸到700 km左右。

3)由表2和圖3可以看出，最大主張應(yīng)力軸在北美板塊與歐亞板塊的交接地帶呈現(xiàn)出一定規(guī)律的俯沖現(xiàn)象，俯沖由淺部一直持續(xù)到300～500 km左右并逐漸變緩消亡?？梢钥闯?，隨著時(shí)間的推移，北美板塊在一定程度上繼續(xù)向NE方向擠壓歐亞板塊，并持續(xù)發(fā)生地震。

4)由三維構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)圖中主壓應(yīng)力軸可以看出，隨著深度的增加，Benioff帶向下凹陷俯沖。圖4為旋轉(zhuǎn)后的三維立體圖，從圖中可以看出，俯沖過(guò)程一直延續(xù)到中國(guó)東北區(qū)域，該區(qū)域的深震與Benioff帶的俯沖作用具有重要聯(lián)系，Benioff帶沿著日本海溝一線斜插入中國(guó)東北區(qū)域約500～700 km深處。

紅色散點(diǎn)為σ1軸分布，綠色散點(diǎn)為σ2軸分布，藍(lán)色散點(diǎn)為σ3軸分布，紅色線段為Benioff帶走勢(shì)曲線圖4 3D網(wǎng)格矩陣旋轉(zhuǎn)后各區(qū)散點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果示意圖Fig.4 Diagram of inversion results of regional scattered tectonic stress field after 3D grid matrix rotation

本次研究以空間三維的角度進(jìn)行構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演，可更清晰有效地對(duì)某一地區(qū)的地塊運(yùn)動(dòng)進(jìn)行判斷分析，但變化無(wú)處不在。本研究尚未涉及以時(shí)間軸為變化的空間四維應(yīng)力場(chǎng)反演，后續(xù)將在該領(lǐng)域繼續(xù)探索。