2012年2月2日蓋州M L 4.7震群序列特征及發(fā)震構(gòu)造探討

曹鳳娟 王 亮 焦明若 翟麗娜 王 巖

(遼寧省地震局，沈陽(yáng) 110034)

0 引言

震群是地震活動(dòng)的一種表現(xiàn)形式，它的發(fā)生和發(fā)展與地下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力狀態(tài)、局部地區(qū)的構(gòu)造條件和地殼介質(zhì)特性有關(guān)，同時(shí)也受大范圍構(gòu)造應(yīng)力制約。研究表明，小震群活動(dòng)的出現(xiàn)不是偶然的，它們大多發(fā)生在地殼運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)的背景之上(朱傳鎮(zhèn)等，1981)。目前，有關(guān)震群序列的研究取得了大量的成果(趙根模，1990;林邦慧等，1994;蔡靜觀等，1996;高原等，1996;朱傳鎮(zhèn)等，1996;王琳瑛等，2005;黃耘等，2011;崔子健等，2012)，研究方法主要基于地震活動(dòng)性、地震波形、余震激發(fā)和巖石物理實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬等(崔子健等，2011)。由于地下介質(zhì)和發(fā)震構(gòu)造的差異，不同地區(qū)的震群活動(dòng)具有不同特征。遼寧地區(qū)成功預(yù)報(bào)的2次地震(1975年2月4日海城7.3級(jí)和1999年11月29日岫巖5.4級(jí))震前均有震群序列發(fā)生，且均為前震序列(李興才，1994;左兆榮等，1995;羅灼禮等，2000;孫文福等，2000;王琳瑛等，2005)，但2012年2月2日在距離上述2次地震40～50km的蓋州發(fā)生的4.7級(jí)震群序列卻不具備前震序列性質(zhì)。因此，詳細(xì)分析該震群序列的特征，通過(guò)精定位和震源機(jī)制對(duì)震群序列進(jìn)行深入研究，無(wú)論是對(duì)環(huán)渤海地區(qū)的震情跟蹤，還是對(duì)地震孕育過(guò)程及發(fā)震構(gòu)造等方面的探索都具有十分重要的意義。

圖1 2012年2月2日蓋州M L4.7震群及該區(qū)附近典型的歷史地震Fig.1 The M L4.7 Gaizhou earthquake swarm on February 2，2012 and the typical historical earthquakes in the nearby areas.

1 蓋州M L4.7震群序列基本概況和特征

1.1 序列基本概況

2012年2月2日，在遼寧蓋州(40.56°N，122.36°E)發(fā)生ML4.7震群序列，據(jù)遼寧地震臺(tái)網(wǎng)，截止到2012年12月5日，該序列共記錄小震953次。其中，1.0～1.9級(jí)地震93次，2.0～2.9級(jí)地震30次，3.0～3.9級(jí)地震5次，4.0～4.9級(jí)地震4次，分別為2月2日 ML4.7和ML4.3、7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震(表1)。

本次ML4.7震群發(fā)生在金州斷裂北端。金州斷裂為正斷層，在第四紀(jì)時(shí)期表現(xiàn)出明顯的活動(dòng)性，走向?yàn)镹15°～30°E，傾向NW，傾角為40°～80°，為遼南地區(qū)主要的控震斷裂，但實(shí)際的地震破裂則大多發(fā)生在NW向斷裂上(雷清清等，2008)。金州斷裂主要展布在普蘭店西側(cè)，在斷裂附近有一系列相關(guān)聯(lián)、近平行的小型分支斷裂發(fā)育(鐘以章等，1999)，歷史上金州斷裂上發(fā)生的最大地震為1940年8月5日熊岳5.7級(jí)地震。2月2日蓋州ML4.7地震距離1975年2月4日海城7.3級(jí)地震約37km，距離1999年11月29日岫巖5.4級(jí)地震約60km(圖1)。

1.2 序列時(shí)空分布特征

1.2.1 時(shí)間分布特征

自2012年2月2日蓋州ML4.7地震開(kāi)始，序列先后經(jīng)歷了3次明顯的應(yīng)力釋放過(guò)程。第1次為2月2日，截止到2月7日，該序列共發(fā)生小震595次，其中1.0～1.9級(jí)地震51次，2.0～2.9級(jí)地震11次，3.0～3.9級(jí)地震3次，4.0～4.9級(jí)地震2次;第2次應(yīng)力釋放為7月12日，蓋州震群再次發(fā)生ML4.2地震，截止到7月17日，該序列共記錄地震309次，其中4.0～4.9地

震1次，3.0～3.9級(jí)地震2次，2.0～2.9級(jí)地震7次，1.0～1.9級(jí)地震35次;第3次應(yīng)力釋放為11月1日，蓋州震群又發(fā)生ML4.1地震，截止到11月5日，該序列共記錄地震49次，其中4.0～4.9地震1次，2.0～2.9級(jí)地震3次，1.0～1.9級(jí)地震7次(圖2a)。

表1 2012年蓋州M L4.7震群中M L≥2.0地震目錄Table 1 M L≥2.0 earthquake catalog in the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm

同樣，從蓋州ML4.7震群序列的蠕變釋放曲線(圖2b)也可看出，這次地震后，該序列有2次明顯加速釋放的過(guò)程，一次在7月，一次在11月，分別對(duì)應(yīng)了7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震。且隨著時(shí)間的推移，能量釋放有逐漸減弱的趨勢(shì)。

圖2 2012年蓋州M L4.7震群序列的M－t圖和蠕變釋放曲線Fig.2 The M－t diagram and the creep release curve of the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm.a蓋州序列M－t圖;b蓋州序列蠕變曲線

1.2.2 空間分布特征

地震定位大致可以分為相對(duì)定位和絕對(duì)定位2種。近年來(lái)，相對(duì)地震定位方法發(fā)展起來(lái)一種雙差定位方法，它是反演一組叢集地震中每個(gè)地震相對(duì)于該叢集矩心的相對(duì)位置，不需要主事件，該方法最主要的特點(diǎn)是能夠有效地減少對(duì)地殼結(jié)構(gòu)的不了解而引起的誤差(楊智嫻等，2003)。因此，定位精度與地震事件叢集區(qū)域大小密切相關(guān)，地震叢集性越強(qiáng)，定位精度就越高(秦雙龍，2009)。

雙差定位法尤其適用于震源分布集中的震群序列或相鄰地震事件距離幾百m或更小的地震叢集。為此，應(yīng)用雙差定位法對(duì)蓋州ML4.7震群進(jìn)行了重新定位，定位前序列的空間分布大體上呈NW向，SN向分布較分散(圖3a)，定位后序列空間分布較定位前更為集中，在金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂之間呈NW向展布(圖3b)，且隨著時(shí)間的推移，序列有從金州斷裂向營(yíng)口－海城斷裂遷移的趨勢(shì)。同時(shí)，由精定位后的序列深度剖面(圖4)可見(jiàn)，序列中7月12日的ML4.2地震序列發(fā)生在2月2日ML4.7地震序列的西北端，11月1日ML4.1地震序列繼續(xù)向NW方向展布，震源深度大部分集中在6～9km。值得注意的是，2月2日ML4.7地震序列中最初2次較大地震(表1中序號(hào)為2和4的地震)分布位置明顯偏離該序列空間分布的主體地區(qū)，而位于序列主體地區(qū)的NW方向(圖4中虛線)，震源深度也更靠近地表，而后來(lái)7月12日的ML4.2地震序列的空間展布也剛好位于2月2日ML4.7地震序列的NW方向(圖3b，4)。

圖3 雙差定位前(a)、后(b)的2012年蓋州M L4.7震群空間分布Fig.3 The spatial distribution of the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm before(a)and after(b)the double difference location.

圖4 雙差定位后蓋州M L4.7震群深度剖面分布Fig.4Thefocal depth profile of the Gaizhou M L4.7 earthquake swarm after the double difference location.

2 序列機(jī)理與發(fā)震構(gòu)造分析

由圖2a可見(jiàn)，蓋州ML4.7地震序列先后經(jīng)歷了3次明顯的應(yīng)力釋放過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)于2012年2月2日ML4.7和ML4.3、7月12日ML4.2和11月1日ML4.1等4次較大地震。張萍等(2012)對(duì)蓋州ML4.7震群中這4次較大地震的震源機(jī)制研究表明(表2)，2月2日發(fā)生的2次4級(jí)地震的震源機(jī)制解顯示發(fā)震斷層為正斷兼走滑，P軸方位在94°～120°之間，這與部分學(xué)者(徐杰等，1999，2012;葛榮峰等，2009)對(duì)這一地區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究的結(jié)果基本吻合，說(shuō)明2月2日發(fā)生的蓋州ML4.7地震序列是在NWW或近EW向區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，金州斷裂走滑錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。但7月12日和11月1日的2次4級(jí)地震的P軸方位轉(zhuǎn)變?yōu)榻麼S向，且由精定位結(jié)果(圖3b)來(lái)看，這2次地震有往NW向營(yíng)口－海城斷裂遷移的趨勢(shì)，由此推測(cè)這2次明顯的應(yīng)力釋放過(guò)程不單純是金州斷裂滑動(dòng)的結(jié)果，營(yíng)口－海城斷裂也起了一定的作用。

表2 蓋州震群中M L≥4.0地震震源機(jī)制解Table 2 The focal mechanism solutions of M L≥4.0 earthquakes in the Gaizhou earthquake swarm

圖1顯示，2月2日蓋州ML4.7地震序列所在的地理位置剛好位于金州斷裂和營(yíng)口－海城2條雁列式斷裂交會(huì)的部位。為了進(jìn)一步研究蓋州震群的發(fā)震構(gòu)造，將精定位后的蓋州地震序列空間分布與雁列式斷層標(biāo)本變形過(guò)程中的聲發(fā)射事件的定位結(jié)果(蔣海昆等，2002;馬勝利等，2008)相比較發(fā)現(xiàn)，蓋州ML4.7地震序列的空間分布和巖石破裂實(shí)驗(yàn)給出的標(biāo)本變形過(guò)程中的微觀和宏觀破裂分布(圖5)有一定的相似之處。巖石破裂實(shí)驗(yàn)給出的宏觀破裂方向?yàn)镹W向(圖5a)，與蓋州震群小震的空間展布方向一致(圖3b)。此外，由含拉張斷層階區(qū)巖石標(biāo)本的聲發(fā)射能級(jí)－時(shí)間分布圖(圖6)和蓋州地震序列M－t圖(圖2a)對(duì)比也可發(fā)現(xiàn)，時(shí)間序列上二者也很類似:2月2日之前蓋州地區(qū)的小震活動(dòng)水平并不高，亦即聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)的第1階段(聲發(fā)射活動(dòng)頻度不高);2月2日蓋州ML4.7地震序列的發(fā)生，對(duì)應(yīng)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)的第2階段(聲發(fā)射活動(dòng)明顯增強(qiáng))，在M－t圖上也顯示地震活動(dòng)明顯增強(qiáng);而7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震的發(fā)生，均為區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下蓋州ML4.7地震序列的持續(xù)活動(dòng)，對(duì)應(yīng)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)的第3和第4階段，粘滑失穩(wěn)對(duì)應(yīng)有一個(gè)能級(jí)較大或一簇聲發(fā)射事件。

圖5含拉張斷層階區(qū)標(biāo)本(HBR05 － 10)變形過(guò)程中產(chǎn)生的宏觀和微觀破裂(據(jù)馬勝利等，2008)Fig.5Macroscopic and microscopic ruptures during the deformation of the sample(HBR05－10)with extensional en-echelon faults(after MA Sheng-li，2008).

結(jié)合蓋州震群幾次較大地震的震源機(jī)制解和遼寧地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，不難發(fā)現(xiàn)，蓋州地震序列所在的位置可能為金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂的拉張階區(qū)。蓋州序列的NW向展布方向(圖3b)大體上垂直于金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂的走向(NNE向)，因此，由拉張型雁列區(qū)宏觀破裂方向與軸向應(yīng)力方向垂直(蔣海昆等，2002)的研究結(jié)果來(lái)看，也表明蓋州ML4.7地震序列所在的位置屬金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂拉張階區(qū)。馬勝利等(2008)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，拉張階區(qū)的持續(xù)變形在斷層活動(dòng)階段有重要作用，階區(qū)微破裂的發(fā)生為斷層粘滑提供了變位條件，并對(duì)斷層的滑動(dòng)具有指示作用。由此可見(jiàn)，蓋州ML4.7震群的發(fā)震構(gòu)造為NE向的金州斷裂和營(yíng)口－海城2條雁行斷裂，這種雁形構(gòu)造有利于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在該地區(qū)產(chǎn)生地震叢集。蓋州ML4.7地震序列的發(fā)生可能是金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂共同作用的結(jié)果，同時(shí)也表明在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用下，金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂有活動(dòng)的跡象。

3 結(jié)論與討論

(1)2012年2月2日開(kāi)始的蓋州ML4.7震群序列，隨著時(shí)間的推移，能量釋放有逐漸減弱的趨勢(shì)。且序列有2次明顯的加速釋放過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)了7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震。

(2)雙差定位結(jié)果顯示，精定位后蓋州ML4.7震群序列空間分布更為集中，在金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂之間呈NW向展布，序列隨時(shí)間有從金州斷裂向營(yíng)口－海城斷裂遷移的趨勢(shì)，震源深度大部分集中在6～9km。

圖6 含拉張斷層階區(qū)標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(據(jù)馬勝利，2008)及蓋州M L4.7震群M－t圖Fig.6 The experimental results of the sample(HBR05－10)with extensional en-echelon faults(after MA Sheng-li et al.，2008)and the M － t diagram of Gaizhou M L4.7 earthquake swarm.

(3)2月2日發(fā)生的2次4級(jí)地震的震源機(jī)制解P軸方位為94°～120°，這與前人對(duì)這一地區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究的結(jié)果基本吻合，說(shuō)明2月2日發(fā)生的蓋州ML4.7地震序列是在NWW或近EW向區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，金州斷裂走滑錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。但7月12日和11月1日的2次4級(jí)地震的P軸方位轉(zhuǎn)變?yōu)榻麼S向，且由精定位結(jié)果(圖3b)來(lái)看，這2次地震有往NW向營(yíng)口－海城斷裂遷移的趨勢(shì)，由此推測(cè)這2次明顯的應(yīng)力釋放過(guò)程不單純是金州斷裂滑動(dòng)的結(jié)果，營(yíng)口－海城斷裂也起了一定的作用。

(4)結(jié)合聲發(fā)射等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步表明蓋州ML4.7震群的發(fā)震構(gòu)造為NE向的金州斷裂和營(yíng)口－海城2條雁行斷裂。該震群的發(fā)生可能是金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂共同作用的結(jié)果，同時(shí)也表明在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，金州斷裂和營(yíng)口－海城斷裂有活動(dòng)的跡象。

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