邯鄲市周邊斷裂帶的活動特征分析

周俊杰 宋宏利 劉海新 張紅芬 周龍泉

1)河北工程大學(xué)，邯鄲 056038

2)河北省資源勘測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，邯鄲 056038

3)中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100036

邯鄲市周邊斷裂帶的活動特征分析

周俊杰1，2)宋宏利1)劉海新1)張紅芬1)周龍泉3)

1)河北工程大學(xué)，邯鄲 056038

2)河北省資源勘測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，邯鄲 056038

3)中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100036

斷裂活動和地震活動具有互為因果的關(guān)系，而不同于一般做法，文中用地震的活動性來分析斷裂帶的活動特征。為了解邯鄲市周邊存在的斷裂帶的活動特征，基于邯鄲市附近地震臺網(wǎng)監(jiān)測的地震數(shù)據(jù)，利用地震縱波速度和震源位置聯(lián)合反演方法，得到了邯鄲市周邊主要斷裂帶上地震波速度及震中在空間和時間上的分布特征，確定了地下殼質(zhì)的縱波速度結(jié)構(gòu)特征。綜合分析表明:邯鄲市周邊小震的活動主要由磁縣斷裂和林州-武安斷裂引起，太行山山前斷裂帶南端(邯鄲—磁縣段)幾乎沒有活動;地震活動集中在6～10km的范圍內(nèi);活動時間特征是，從開始的2條斷裂帶同時活動逐漸演變?yōu)橐源趴h斷裂活動為主。

斷裂帶 地震分布 邯鄲市 速度反演

0 引言

地震常發(fā)生在活動斷裂上，大量震例表明，地震斷層不僅是產(chǎn)生地震的根源，而且地震時沿?cái)鄬永葞У钠茐淖顬閲?yán)重，人員傷亡也明顯大于斷層兩側(cè)的其他地區(qū)。近百年來，因地震造成的80%的財(cái)產(chǎn)損失、60%的人員傷亡發(fā)生在有活斷層的城市中(李樹德，2001;宋和平，2005;王斌，2008)。要減少各方面的損失，一方面要加強(qiáng)建筑物抗震設(shè)計(jì)并確保建筑質(zhì)量，另一方面是應(yīng)迅速查清城市地下隱伏活斷層的分布、性質(zhì)、活動時代等，為合理地進(jìn)行城市規(guī)劃和社會發(fā)展的科學(xué)決策提供依據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有95%的6級以上地震分布在新生代以來活動斷裂(帶)以及構(gòu)造盆地、大型塊體隆起和凹陷邊界活動斷裂帶上，震級越大，這種關(guān)系越明顯(李樹德，2001;宋和平，2005)。地震發(fā)生在地殼深部，其孕育和發(fā)生與震源附近的地殼結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和孕震構(gòu)造等直接相關(guān)。依據(jù)斷裂區(qū)內(nèi)的地震臺網(wǎng)資料，綜合利用地震波速度成像和構(gòu)造成像方法，揭示不同深度上的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)、深淺構(gòu)造特征及其與地震分布之間的關(guān)系(劉福田，1989;劉建華等，1989;Zhao，2002;郭飚等，2006;胡幸平等，2008)，能更加精確地預(yù)測該斷裂構(gòu)造的活動性。

邯鄲市位于河北省的南部，周邊存在近SN向的太行山斷裂、近EW向的磁縣斷裂和永年斷裂等一系列的斷裂構(gòu)造，為太行山次級塊體和冀魯次級塊體的結(jié)合處，地震活動較為頻繁。研究者認(rèn)為，1830年6月12日磁縣7.5級強(qiáng)震是近EW向的磁縣斷裂活動導(dǎo)致的。近年來的地震臺網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在斷裂附近發(fā)生了不同級別的中小地震。利用地震波縱波速度和震源位置聯(lián)合反演方法，反演出不同地層的結(jié)構(gòu)和震源參數(shù)，分析不同位置、不同深度上地震波速度和震源深度的變化，研究從空間和時間上斷裂構(gòu)造的活動性與地震分布之間的規(guī)律，從而得到地震震中分布隨空間和時間的變化規(guī)律，預(yù)測邯鄲市周邊活動斷裂構(gòu)造的特征。

1 地震波速度和震源位置聯(lián)合反演方法簡介

為了更精準(zhǔn)地確定小地震的位置和活動特征，我們采用了地震速度結(jié)構(gòu)和震源位置聯(lián)合反演方法(Aki et al.，1976;劉福田，1989;周龍泉等，2005，2006)，利用劉福田提出的正交投影算子，依據(jù)地震臺網(wǎng)監(jiān)測的地震事件，確定研究區(qū)的速度結(jié)構(gòu)參數(shù)和震源參數(shù)。

反演中用到的是3個以上地震臺站記錄到震相且有震源參數(shù)(經(jīng)度、緯度和深度)的地震事件，1992—2000年為1072個，2001—2007年為924個，這些地震均屬于Ⅰ類精度。

所有地震波走時資料都取自河北省地震臺網(wǎng)觀測報(bào)告，考慮到全部地震射線對研究區(qū)的覆蓋以及較大走時殘差對反演的影響，從1996個地震事件共7898條射線中，進(jìn)一步挑選出參與反演的P波觀測數(shù)4825條，參與反演的走時與震中距關(guān)系如圖1。

圖1 參與反演的P波走時與震中距關(guān)系圖Fig.1 The relationship between the seismic Pwave travel-time and the epicentral distance in the inversion.

綜合多年來發(fā)表的該區(qū)及其鄰近區(qū)域的地殼速度結(jié)構(gòu)研究成果(Huang et al.，2002;張學(xué)民等，2006)，選定本區(qū)成像的一維參考速度模型如表1。

用網(wǎng)格方法對速度模型參數(shù)化，在平面方向上劃分0.25°×0.25°的網(wǎng)格，垂直方向上劃分如表1所示，在模型中速度結(jié)構(gòu)用連續(xù)函數(shù)表示，網(wǎng)格內(nèi)任意一點(diǎn)的速度用內(nèi)插方式計(jì)算。

2 反演結(jié)果分析

2.1 解的分辨率分析

采用解的分辨矩陣的對角元素來說明反演結(jié)果的可靠性(圖2)。

圖2 不同深度分辨矩陣對角元素值等值線分布圖Fig.2 The distinguishability of diagonal element isogram in different depths.

由圖2可見，在0km深度上分辨矩陣對角元素值基本上在0.5左右，只有少數(shù)地區(qū)達(dá)到0.6以上，分辨效果一般;在5km深度上，磁縣斷裂附近分辨矩陣對角元素值基本在0.9以上，分辨效果非常好，在安陽和邯鄲附近也能達(dá)到0.7左右，只有邊緣地區(qū)分辨較差;在10km深度上，絕大多數(shù)地區(qū)的分辨矩陣對角元素值≥0.9，邊緣地區(qū)值也能達(dá)到0.7左右;在15km深度上，分辨矩陣對角元素值分布與10km深度類似，基本上在0.9左右;在20km深度上，研究區(qū)的中東部分辨矩陣對角元素值在0.9左右，而在西部對角元素值在0.5左右;在33km深度上，只有中部地區(qū)分辨矩陣對角元素值能達(dá)到0.7左右，而其他區(qū)在0.3左右。

綜合分析認(rèn)為該地區(qū)的速度在5km、10km、15km和20km深度上具有非常好的分辨效果，在0km和33km深度上部分地區(qū)的分辨效果比較滿意。

2.2 定位結(jié)果分析

圖3是重新定位前(a)后(b)地震震中分布圖?？梢钥闯觯匦露ㄎ缓?，地震分布更為集中。

圖3 研究區(qū)定位前(a)、后(b)地震震中分布圖Fig.3 The epicenter distribution of earthquakes before(a)and after(b)relocation in the study area.

3 地震震中空間分布特征

3.1 地震震中平面分布特征

研究區(qū)小震震中主要分布于太行山山前斷裂帶西側(cè)(圖3b)，東側(cè)較少。而西側(cè)的震中又呈2個帶狀分布:一是沿林州-武安斷裂和太行山山前斷裂之間的太行山隆起區(qū)，呈NE向展布，位于剖面線D—D'和F—F'之間，震中集中分布在林州-武安斷裂帶兩側(cè);二是沿近EW向的磁縣斷裂分布，位于磁縣斷裂帶兩側(cè)，且在這條帶中，磁縣斷裂被太行山山前斷裂分隔為東西兩段，西段小震分布集中，而東段基本上沒有小震。另外，太行山山前斷裂帶兩側(cè)小震分布非常少，其中沿邯鄲-磁縣斷裂幾乎沒有小震分布，反映該段處于平靜狀態(tài);在太行山山前斷裂南段(磁縣斷裂之南)東側(cè)有一些小震活動。

3.2 震源深度分布特征

地震震源深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4。研究區(qū)小震震源深度分布在0～40km之間，深度分布的峰值在10km左右，10km深度的地震占總數(shù)的18%，6～10km深度地震占總數(shù)的66%，4～22km深度地震占總數(shù)的93%。這些地震的震源深度分布表明，研究區(qū)的地震破裂集中在一定的優(yōu)勢層位，可以將2km和22km分別作為優(yōu)勢層位的震源深度上下界限。

3.3 主要斷裂帶上地震活動特征

為了分析主要斷裂帶上小地震活動的特征，沿其走向和垂直走向方向做了6條剖面 (圖3b)。由于該區(qū)域斷層傾角較大，所以只將垂直剖面兩側(cè)10km范圍內(nèi)的地震投影到剖面上，判定這些地震為斷層活動引起的。A—A'、B—B'和C—C'近乎垂直于太行山山前斷裂和林州-武安斷裂的走向，與磁縣斷裂平行，且B—B'位于磁縣斷裂帶上。D—D'、E—E'和F—F'平行于太行山山前斷裂和林州-武安斷層，與磁縣斷裂幾乎垂直，其中D—D'位于林州-武安斷裂上，F(xiàn)—F'位于太行山山前斷裂帶上。

圖5為 A—A'、B—B'和 C—C'剖面線上速度分布圖以及剖面兩側(cè)10km以內(nèi)小震沿剖面的投影分布情況。分析認(rèn)為太行山山前斷裂顯示為向東傾的正斷層，林州-武安斷裂為向西傾的正斷層，認(rèn)為這2個正斷層是由太行山隆起造成的。小震主要分布在太行山隆起區(qū)，且小震震源深度較深，大部分集中在6～20km范圍內(nèi)，而太行山隆起區(qū)兩側(cè)小震分布少，震源深度較淺，深度集中在10km以內(nèi)。沿磁縣斷裂(B—B'剖面)，小震主要分布在太行山山前斷裂與林州-武安斷裂之間，而且小震分布密集，這表明磁縣斷裂帶西段依然處于活動狀態(tài)，東段處于相對平靜狀態(tài)。

圖4 1992年以來地震震源深度分布頻次Fig.4 The frequency distribution of focal depths since 1992.

圖5 A—A'、B—B'和C—C'剖面上地震波速度和震中分布Fig.5 Distribution of seismic wave velocity and the epicenter on A-A'，B-B'and C-C'sections.

圖6 D—D'、E—E'和F—F'剖面地震波速度和震中分布Fig.6 Distribution of seismic wave velocity and the epicenter on D-D'，E-E'and F-F'sections.

圖7 磁縣斷裂帶上不同時間段小震垂直分布Fig.7 Distribution of small earthquakes at different times on the Cixian Fault zone in vertical direction.

圖6為 D—D'、E—E'和 F—F'3條垂直斷裂走向的剖面速度分布圖以及剖面兩側(cè)10km以內(nèi)小震分布情況。結(jié)果顯示磁縣斷裂向南傾，且磁縣斷裂的南側(cè)地殼厚度較北側(cè)小，這與兩側(cè)的震源深度基本相符，據(jù)此推測太行山在磁縣斷裂的南側(cè)隆起并不明顯。在林州-武安斷裂(D—D'剖面)上，小震分布非常密集，這表明該斷裂帶目前處于較活躍狀態(tài)。沿太行山山前斷裂帶(F—F'剖面)，只有在磁縣斷裂帶附近小震非?；钴S，而根據(jù)這些小震分布特征以及磁縣斷裂的傾向認(rèn)為，這些小震主要是由磁縣斷裂活動造成的，受太行山山前斷裂的影響比較弱，表明太行山山前斷裂的南端(邯鄲—磁縣段)目前并沒有活動。

3.4 活動斷裂上地震的時間分布特征

經(jīng)過小震的平面分布特征和不同方向上的剖面分布特征分析認(rèn)為，邯鄲市周邊的小震活動主要是由林州-武安斷裂和磁縣斷裂的活動造成的，二者活動時間主要表現(xiàn)為2個階段，2000年前和2000年后。在這2個時間段上，磁縣斷裂帶和林州-武安斷裂帶附近小震垂直分布情況分別表示在圖7和圖8。

圖8 林州-武安斷裂帶上不同時間段小震垂直分布Fig.8 Distribution of small earthquakes at different times on the Linzhou-Wu'an Fault zone in vertical direction a 1992—1999年;b 2000—2007年;c速度等值線分布

圖7表明，在2000年以前磁縣小震主要分布在磁縣斷裂與太行山山前斷裂和林州-武安斷裂的交界附近，而2000年以來小震主要分布在磁縣斷裂與太行山山前斷裂以西，其交界附近基本沒有地震活動。圖8顯示，2000年以前林州-武安斷裂帶上小震都很活躍，而2000年以來小震只集中在與磁縣斷裂帶交界附近。

4 結(jié)論

(1)邯鄲市周邊的主要斷裂為向東傾的太行山山前斷裂、向西傾的林州-武安斷裂和向南傾的磁縣斷裂，這是引起小震活動的主要斷裂構(gòu)造。

(2)邯鄲市周邊斷裂帶上的地震震中主要分布在太行山山前斷裂帶西側(cè)的太行山隆起區(qū)，平原帶地震較少，而太行山山前斷裂西側(cè)的小震震中又集中分布在林州-武安斷裂帶和磁縣斷裂帶的兩側(cè)，表明邯鄲市周邊的地震活動主要受這2個斷裂帶的控制。

(3)地震的震源深度分布表明地震破裂集中在一定的優(yōu)勢層位，深度分布的峰值在10km左右，范圍是6～10km，可以將2km和22km分別作為優(yōu)勢層位的震源深度上下界限。

(4)從小震活動情況看出，林州-武安斷裂在研究的時間段內(nèi)都比較活動，而磁縣斷裂2000年前的活動主要集中在與林州-武安斷裂和太行山山前斷裂交界部位，2000年后逐漸演化為以磁縣斷裂帶的西段活動為主。

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THE ACTIVE CHARACTERISTICSOF FAULTS AROUND HANDAN CITY

ZHOU Jun-jie1，2)SONG Hong-li1)LIU Hai-xin1)ZHANG Hong-fen1)ZHOU Long-quan3)
1)Hebei University of Engineering，Handan 056038，China
2)Key Laboratory of Resource Survey and Research of Hebei Province，Handan 056038，China
3)China Earthquake Networks Center，Beijing 100036，China

Activity of fault zones can often lead to earthquake.On the contrary，earthquake can also help people to analyze and forecast the characteristics of faults.To know more about the characteristics of active faults around Handan，and serve better for the urban construction and planning，a joint inversion method，which is based on earthquake data from local seismic network in Handan，was employed in this paper to get the distribution characteristic of earthquake parameters in space and time on themain faults around Handan and determine the characteristics of P-wave velocity structure in the crustalmedium.Integrated analysis shows:The small earthquake activities around Handan are caused mainly by Cixian Fault and the Linzhou-Wu'an Fault;There is almost no activity on the southern end of Taihang Mountains piedmont fault zone(Cixian-Wu'an section);Earthquake activities are concentrated in a range of6～10km;Faultactivity gradually evolved from the faulting of the two faults simultaneously at the beginning to that the Cixian Faultwas dominant.

fault zone，earthquake distribution，Handan City，velocity inversion

P315.2

A

0253-4967(2012)01-0100-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.010

2011-04-05收稿，2011-05-16改回。

國家自然科學(xué)基金(40872056)“大別山西段高壓-超高壓榴輝巖變質(zhì)相平衡關(guān)系研究”項(xiàng)目資助。

周俊杰，男，1976年生，2000年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，2006年在河北工程大學(xué)獲得碩士學(xué)位，講師，主要從事地球物理探測和構(gòu)造地質(zhì)方面的教學(xué)與研究，電話:0310-8579542，E-mail:ansanzhou7684@163.com。