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江苏南部地区现今震源机制和应力场特征

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  摘要:利用2000年3月至2014年4月江苏及邻区数字地震波形资料,采用P波、S波初动和振幅比求解方法计算了江苏南部地区123次中小地震震源机制解。分析震源机制解特征表明,研究区中小地震震源类型以走滑型为主,其次为正断层类型,P、T轴优势方向分别为NEE-SWW和NNW-SSE向。依据盆地和断裂发育、历史及现代中小地震分布、震源机制等特征将研究区划分为A区和B区。采用Gphart方法分别反演了这两个区域应力张量,结果显示:A区最大主应力方位角为78°,倾角为23°,最小主应力方位角为340°,倾角为17°;B区最大主应力方位角为60°,倾角为25°,最小主应力方位角为330°,倾角为1°。两个分区应力场结果的差异显示了局部应力场的不均匀性,体现了局部地区地质条件、构造活动等差异性。各分区应力场特征与区内的中强地震震源机制特征较为一致,这在一定程度也佐证了反演结果的可靠性。
中国论文网 /4/view-11879540.htm
  关键词:江苏南部地区;震源机制;应力场特征;Gphart应力张量法
  中图分类号:P315.72 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2015)02-0203-08
  0 引言
  研究某一区域构造应力场对认识该区应力结构、特征及分析地震活动性具有重要意义。岩石圈内真实构造应力的计算和测量都是非常困难的,但可以利用其它的一些地球物理观测资料反演出构造应力的某些特征(郑建常等,2013)。其中,通过地震的震源机制解资料研究区域构造应力场是一种较为有效的方法。国内外学者已经发展了多种经典的利用震源机制解资料反演应力场方法( Angelier,1979;Ellsworth, Xu, 1981; Michael, 1984; Gephart,Forsyth,1984;GephaIt,1990;许忠淮,1985;杜兴信,邵辉成,1999;崔效锋,谢富仁,2006;钟继茂,程万正,2006)。随着我国数字地震台网的广泛应用及时间的推移,积累的数字地震资料越来越多,区域中小地震震源机制的结果也颇具规模,这使得利用中小地震震源机制资料研究应力场成为可能。一些学者针对不同的区域开展了构造应力场的研究(康英等,2008;李瑞莎等,2008;张红艳等,2009,2014;刘泽民等,2011;李莹甄等,2011;林向东等,2011;王熠熙,张辉,2013;郑建常等,2013;郭祥云等,2014)。
  大地构造位置上,江苏南部地区主要位于扬子断块内的苏南台褶带(黄耘等,2011),区域内中强地震活动强烈,但现代中小地震活动频次不高。针对该区域地震震源机制及应力场特征研究工作开展相对较少,但也有部分研究对此有所涉及。张绍治等(1989)分析了1973~1987年苏鲁皖地区43个中小地震震源机制解特征,苏南地区最入主应力的优势方位为NEE向,最大与最小主应力轴的仰角一般小于30°,其中P轴平均值为27.3°,T轴为20.4°,中间主应力轴一般火于50°。徐鸣洁等(1996)利用1980~1991年江苏及邻区地震的P波初动计算了平均节面解,应力场主压应力方向为NEE-SWW,主张应力方向为NNW-SSE;周翠英等(2005)利用1970~2001年华东地区143次震源机制解资料统计分析了现代构造应力场特征,华东地区现今处在NEE向(80°左右)主压、NNW向(350°左右)主张应力场的控制下,主应力作用方式以水平和近水平为主。以上研究中使用的资料多为数字化观测之前的资料,且资料数量较少(位于本文研究区内震源机制解数量不超过10个),应力场特征也主要基于统计得出。因此,有必要对江苏南部地区开展震源机制及应力场特征的系统研究。
  本文利用数字化观测以来积累的中小地震波形资料,采用P波、SV波和SH波的初动及振幅比求解方法(Snoke et al.,1984,1989)计算了2000年3月至2014年4月江苏南部地区123次中小地震震源机制解,并利用所得震源机制解,采用Gephart和Forsyth (1984)的应力张量反演方法分2个区域,分别计算了每个研究区应力张量,进而讨论了应力场特征。
  1 构造背景
  研究区位于苏南隆起的北部,区内构造复杂,发育数条切割深度达下地壳的人断裂,且沿断裂发育了多个古近纪盆地(胡连英等,1997)。茅东断裂(F1)、苏锡常断裂(F14)、湖州一苏州断裂(F7)及太仓奉贤断裂(F13)等为研究区域内重要的发震构造,直溪桥盆地和句容盆地发育于茅东断裂(F1)东西两侧,且被南京一湖熟断裂(F3)所切割;角直盆地发育于苏锡常断裂(F14)和太仓一奉贤断裂(F13)之间。研究区主要发育着NNE-NE向、NW向两组活动断裂,徐舍凹陷西部区域断裂走向主要以NNE-NE向为主,NW向有所切割,而东部区域断裂走向主要以NW向为主,少数为NE向(图1)。
  研究区是江苏陆地巾强地震最为活跃的区域,有记载以来江苏陆地共发生M≥5地震19次,该区域有14次,其中M≥6地震2次,分别是1624年2月10日扬州6.0级和1979年7月9日溧阳6.0级地震,这两次6.0级地震也是有记载以来江苏陆地所发生的最人地震。开展现代化观测之后,研究区先后发生了1974年溧阳5.5级、1979年溧阳6.0级和1990年常熟5.1级地震。
  2 计算方法及资料处理
  2.1 计算方法
  P波、SV波和SH波的初动及振幅比求解方法是利用双力偶点源模型,采用3个独立震源机制参数的网格尝试法,计算一系列P波、SV波和SH波的初动方向以及SV/P、SH/P或SV/SH振幅比的理论值,将其与实际观测值逐一对比,求取满足小于设定的矛盾数据上限的震源机制解,选择其中拥有矛盾符号数最少和振幅比残差最小的机制解作为最佳解(Snoke et al.,1984,1989)。
  Gephart应力张量反演方法用断层滑动方向与最人剪应力方向间的残差最小,即辅助轴的最小转动值使得断层面解与理论计算的断层面解最近时,获得最优应力模型,得到主应力方向(Gepha-rt,Forsyth,1984;Gephart,1990)。其基本假定是:(1)在一定时空范围内,研究区内的应力场是均匀的;(2)断层滑动方向与断层面上最大剪应力方向一致。应力张量是一个对称的二阶张量,一般用6个独立参数来描述,由于只有偏应力张量才能产生剪应力,因此,在只考虑构造应力张量的偏应力张量(对角线和为零)和人为规定八面体剪应力人小的情况下,断层面上的剪应力方向只依赖于4个参量,即3个主应力方向和1个应力比值R,R=(σ2 -σ1)/(σ3 -σ1),其巾σl,σ2,σ3分别为最大、中间和最小主应力,R的变化范围为0~1,其人小反映了中等主应力的相对大小。上述4个应力参数的任何一种组合都可作为一个应力模型,与观测数据拟合最好的模型则为最优模型。   汪素云和许忠淮(1985)、许忠淮等(1989)、张绍治等(1989)、徐鸣洁等(1996)、周翠英等(2005)、谢富仁等(2004,2011)和Wan (2010)利用不同的资料对应力场进行了研究,所得到结果中不同程度的涉及到本文研究区,给出的该区应力场方向主要以NE、NEE和近EW向为主。其中,Wan (2010)利用震源机制解资料、断层滑动数据等反演得到的中国现代构造应力场巾的N32°、E119°和N32°、E121°;两个区的σl、σ2和σ3方位角分别为252°、34°、160°和240°、29°、150°;倾角分别为12°、74°、9°和5°、84°、3°。本文中2个分区的应力场反演结果与上述学者的研究结果较为一致。
  5 结论
  本文利用台站相对较为密集的江苏省及周边省份数字地震台网记录的地震波形资料,采用P波、SV波和SH波的初动及振幅比求解方法得到了江苏南部地区2000年3月至2014年4月123次地震震源机制解,并根据Gephart应力张量方法分2个区反演了应力场,得到了如下初步结论:
  (1)研究区内123次地震震源机制解巾,NF或NS型21次,TF或TS型15次,SS型为87次。可见,研究区内主要走滑型错动为主,倾滑型错动比例较小。
  (2)震源机制应力轴参数统计结果显示,两个节面的总体走向以NE-SW和NW-SE为主,倾角主要表现为高倾角特征,与研究区内断层特征较为一致;P轴方位角以NEE-SWW向为优势方向;T轴方位角则主要呈NNW-SSE向,P,T轴倾角多数分布在30°以内。表明研究区为以NEE-SWW向主压,NNW-SSE向主张的应力格局,作用力以水平作用为主。
  (3)A区和B区的最入主应力σ1方位角分别为78°和60°,最小主应力σ3方位角分别为340°和330°。两个分区的中等主应力σ2倾角分别为60°和65°,最火主应力σ1和最小主应力σ3倾角分别为23°,25°和17°,1°。A区和B区应力张量结果的差异性表明了局部应力场的非均匀性。局部应力场虽然受控于大区域应力场,但由于局部地区地质条件、介质结构非均匀性(范小平等,2009a,b,2011,2013)以及构造活动等因素均存在一定的差异性,不可避免的造成局部与大区域应力场特征的差异。
  利用不断积累的数字地震资料反演得到应力场有助于进一步了解局部应力场的特征,对揭示该地区强震孕育、发生的力学机制具有重要意义。尽管中小地震的发生具有很强的随机性,本文的计算结果也不可避免地存在一些微小的误差,但在求取多个中小地震震源机制解的基础上,利用应力场反演方法反演出的研究区应力场空间特征还是较为可信的。
  在本文成文过程中,得到了江苏省地震局黄耘研究员、范小平副研究员、王俊工程师,安徽省地震局刘泽民高级工程师,云南省地震局赵小艳助理研究员和四川省地震局阮祥工程师的指导和帮助,数字地震波形由江苏,安徽、浙江和上海数字地震台网提供,在此一并表示感谢!

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