仙游震群型地震的特點(diǎn)及地震機(jī)理分析

毛松林，蔡欣欣

(廈門(mén)市地震局，福建 廈門(mén) 361021）

0 前言

2013年9月4日06時(shí)23分，莆田仙游發(fā)生ML5.0級(jí)地震，震中位于北西向沙縣—南日島斷裂帶附近（圖1）。該地震是2010年8月以來(lái)，發(fā)生在仙游的震群型地震活動(dòng)中震級(jí)最大的一次，也是2013年發(fā)生在福建省內(nèi)的最大地震。

1 地震序列及其特點(diǎn)

以震中（N25.63°， E118.75°）為中心， 半徑 10 km，對(duì)該區(qū)域1971年以來(lái)福建臺(tái)網(wǎng)記錄的小震進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：該區(qū)域自2010年8月4日發(fā)生ML1.3級(jí)地震以來(lái)，共記錄ML（下同）0級(jí)以上地震1 496次。震中分布 （圖1）顯示，1 000多次小震在空間分布上呈現(xiàn)北西向分布的態(tài)勢(shì)，與通過(guò)該區(qū)域的北西向沙縣——南日島斷裂走向一致，北西長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)13 km。對(duì)這些小震進(jìn)一步分析顯示，時(shí)間上大致可分為四組活動(dòng)（表1，圖2）：

圖1 仙游地震序列震中分布圖（2010-08-04～2013-12-31）Fig.1 The epicenters distribution of Xianyou earthquake sequence(2010-08-04-2013-12-31)

（1）第Ⅰ組活動(dòng)。發(fā)生在2010年8月～9月，最大震級(jí)為2010年8月6日的1.8級(jí)震。

（2）第Ⅱ組活動(dòng)。從2010年11月～2011年4月30日，最大震級(jí)為2011年1月29日2.8級(jí)震；隨后，該地區(qū)進(jìn)入相對(duì)平靜，長(zhǎng)達(dá)247 d，該地區(qū)未記錄到0級(jí)以上小震。

圖2 仙游地震序列M-T圖 （2010-08-04～2013-12-31，ML≥0）Fig.2 The M-T diagram of Xianyou earthquake sequence(201-08-04-2013-12-31,ML≥0）

表1 莆田仙游地區(qū)地震分時(shí)段統(tǒng)計(jì)分析表Table 1 The statistical analysis table of earthquakes in Xianyou region by time

（3）第Ⅲ組活動(dòng)。從2011年12月23日至2012年8月7日，最大地震為2012年4月15日的4.1級(jí)震。

2012年8月8日至11月11日，仙游地區(qū)，再次異常平靜，持續(xù)時(shí)間95 d。

（4）第Ⅳ組活動(dòng)。從2012年11月11日起，仙游地區(qū)的活動(dòng)再次加劇，持續(xù)已達(dá)13個(gè)月，最大地震為2013年9月4日的ML5.0級(jí)地震。

圖3 仙游地震序列 M-T圖（2012-11-11～2013-12-31日，ML≥0）Fig.3 The M-T diagram of Xianyou sequence(2012-11-11-2013-12-31,ML≥0）

震群活動(dòng)的進(jìn)一步分析，M-T圖 （圖3）顯示，該組活動(dòng)在2013年8月3日起震群活動(dòng)加劇，2013年8月3日～2013年9月3日的地震序列參數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，在9月4日5.0級(jí)地震震發(fā)生前一個(gè)月，仙游地區(qū)的小震序列的前兆性質(zhì)明顯，具有一定的指示意義（圖4，表2）。

2 地震序列震源深度分析

圖4 仙游地震序列l(wèi)gN-M圖（2013-08-03～2013-09-03-，ML≥0）Fig.4 The lgN-M diagram of Xianyou earthquake sequence(2013-08-03-2013-09-03,ML≥0）

表2 地震序列判定（2013-08-03～2013-09-03， ML≥0）Table 2 Determination of Xianyou earthquake sequence(2013-08-03-2013-09-03,ML≥0）

仙游地震序列的震源深度時(shí)變圖（圖5）顯示，2010年8月～2011年4月30日，震級(jí)較小，最大地震僅為2.8級(jí)；震源深度主要集中在4～15 km范圍內(nèi)分布，且有加深趨勢(shì)。2011年11月11日起，序列地震的震級(jí)加大，發(fā)生16次3級(jí)以上地震，最大地震達(dá)到ML5.0級(jí)，且震源深度隨時(shí)間逐漸變淺。

根據(jù)仙游地震（ML≥2.0）震源深度時(shí)變圖，對(duì)仙游地震序列（ML≥2.0）做進(jìn)一步分析，可把它們分為五組活動(dòng)（圖5），這五組活動(dòng)在空間上的分布如圖6所示。綜合圖5、6分析認(rèn)為，五組中每組在時(shí)間上具有集中性，在空間上具有成團(tuán)性。

3 地震序列震源機(jī)制解

根據(jù)福建省局分析預(yù)報(bào)中心對(duì)2012年4月15日以來(lái)的7個(gè)3.8級(jí)以上地震所做的震源機(jī)制解（圖7）表明，本次震群型地震發(fā)生在北西走向斷層上，主壓應(yīng)力方向?yàn)楸蔽飨颍沟迷摪l(fā)震斷裂呈現(xiàn)出右旋張剪性活動(dòng)方式，這一計(jì)算結(jié)果與區(qū)域地震地質(zhì)條件吻合。

圖5 仙游地震序列震源深度時(shí)變圖（2010-08-04～2013-12-31）Fig.5 The diagram of focal depth varying time of Xianyou earthquake sequence(2010-08-04-2013-12-31)

圖6 仙游地震序列震中分布圖 （2010-08-04～2013-12-31）Fig.6 The epicenters distribution of Xianyou earthquake sequence (2010-08-04-2013-12-31)

圖7 仙游地震震源機(jī)制解Fig.7 Focal mechanism solution of Xianyou earthquake sequence(from QIU Yi)

4 莆田環(huán)線重力復(fù)測(cè)

重力復(fù)測(cè)結(jié)果映射出長(zhǎng)詔斷裂帶及其與北西向斷裂帶的地應(yīng)力概況和地球物理場(chǎng)的變化情況，指出了未來(lái)地震發(fā)生的可能地帶。福建流動(dòng)重力累積變化趨勢(shì)圖（2009-06～2013-04）（圖 8）顯示，正負(fù)差異變化較為明顯的出現(xiàn)在長(zhǎng)樂(lè)-詔安斷裂帶北段以西地區(qū)，即莆田西北地區(qū)。2013年8月～9月，莆田仙游發(fā)生最大地震為ML5.0級(jí)的震群活動(dòng)，其震中位置落于此區(qū)域內(nèi)。

圖8 福建流動(dòng)重力累積變化趨勢(shì)圖（2009-06～2013-04）Fig.8 Trend map of cumulative changes of flow gravity in Fujian （2009-06-2013-04）

對(duì)莆田環(huán)線的重力復(fù)測(cè)資料分析，得出莆田環(huán)線的段差年變化情況（圖9）。分析顯示，各段段差年變都在正常范圍之內(nèi)（±30 ugal），其中較大變化量出現(xiàn)在雷鋒鎮(zhèn)水口鎮(zhèn)（+31 ugal）之間。相對(duì)而言，在莆田地區(qū)西部，即永泰-德化沿線出現(xiàn)正負(fù)異常變化，表明近期該地區(qū)活動(dòng)相對(duì)較為活躍，需進(jìn)一步關(guān)注永泰-仙游-德化環(huán)線區(qū)域。

5 地震機(jī)理的地震地質(zhì)和構(gòu)造背景分析

5.1 福建構(gòu)造格局的形成

圖9 莆田環(huán)線重力段差年變圖Fig.9 Annual variation diagram of gravity segment difference in Putian

福建自晚元古代以來(lái)，經(jīng)歷前泥盆紀(jì)優(yōu)地槽發(fā)展階段，泥盆紀(jì)至三疊紀(jì)時(shí)期，整體抬升進(jìn)入準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展階段，這一時(shí)期處于長(zhǎng)期隆起剝蝕環(huán)境之下。晚三疊世開(kāi)始至晚侏羅世，受太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)入了瀕太平洋大陸邊緣活動(dòng)帶的發(fā)展階段，這一時(shí)期形成了濱海斷裂（含長(zhǎng)樂(lè)-詔安）壓剪性斷裂以及北西向張剪性等區(qū)域性斷裂構(gòu)造，造就了本區(qū)的大地構(gòu)造基本格局。由于區(qū)域性斷裂構(gòu)造的發(fā)育和地殼運(yùn)動(dòng)的影響，該隆起區(qū)解體破碎并沿?cái)嗔褞О橛写笠?guī)模的中酸性火山巖噴發(fā)，構(gòu)成了閩東火山噴發(fā)帶。新生代時(shí)期，由于受菲律賓板塊對(duì)歐亞板塊的持續(xù)俯沖作用，區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)和斷裂構(gòu)造活動(dòng)表現(xiàn)為具有繼承性的特點(diǎn)（圖10）。

5.2 福建地應(yīng)力與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

地質(zhì)歷史時(shí)期不同的地應(yīng)力及其方向，決定了斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和相互運(yùn)動(dòng)。按地應(yīng)力及其方向，從今向前推可分為三個(gè)發(fā)展階段，并對(duì)應(yīng)著各階段的斷裂性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)方式。

（1）侏羅紀(jì)及以前時(shí)期（約1億4千萬(wàn)年前）在進(jìn)入晚侏羅紀(jì)時(shí)，福建已形成北東，北西向兩組主要斷層相互切割的菱形斷塊構(gòu)造格局。進(jìn)入侏羅紀(jì)后，可分為兩個(gè)不同發(fā)展階段。早侏羅紀(jì)，福建處于較為活躍的斷陷構(gòu)造環(huán)境。中、晚侏羅世，受太平洋板塊與歐亞大陸板塊碰撞影響，地殼受北西-南東古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈推擠，伴隨著變形變質(zhì)和巖漿活動(dòng)，韌性剪切帶、變質(zhì)相帶和巖漿巖帶呈北東方向帶狀分布。

（2）白堊紀(jì)-早第三紀(jì)時(shí)期（燕山運(yùn)動(dòng)期間，約1億4千萬(wàn)～6千5百萬(wàn)年）

圖10 福建仙游震群型地震附近地質(zhì)圖Fig.10 The geological map nearby Xianyou earthquake swarm

白堊紀(jì)-早第三紀(jì)時(shí)期，本區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了巨大變化，擠壓方向?yàn)楸睎|-南西向，致使前白堊紀(jì)區(qū)域性北東向壓(剪)性斷層和北西向張性斷層，分別轉(zhuǎn)化為張(剪)性和壓(剪)性，在已形成的北東，北西向兩組主要斷層相互切割的菱形斷塊構(gòu)造格局基礎(chǔ)上，致使北東向斷裂產(chǎn)生左旋剪切運(yùn)動(dòng)，并切割北西向斷裂，運(yùn)動(dòng)的結(jié)果給北西向斷裂面造成了凸體，如圖11所示。這一構(gòu)造發(fā)展時(shí)期的另一特色是巖漿侵入活動(dòng)較強(qiáng)烈，同時(shí)，混合巖化進(jìn)一步加強(qiáng)，表現(xiàn)為近海域一側(cè)的小金門(mén)島混合巖十分發(fā)育。

（3）晚第三紀(jì)-第四紀(jì)時(shí)期（喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)以來(lái)，約6千5百萬(wàn)年以來(lái)）

這一時(shí)期，由于菲律賓板塊向西北方向朝歐亞大陸板塊俯沖，亞洲大陸邊緣典型的島孤-海溝系開(kāi)始形成。期間地殼上升并造成斷塊差異活動(dòng)，形成了一系列大小不等的斷塊隆升塊體和拗陷區(qū)，同時(shí)，在金門(mén)-龍海牛頭山發(fā)育有基性火山巖帶。與地震發(fā)生關(guān)系密切的是，此時(shí)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)擠壓方向復(fù)轉(zhuǎn)為北西-南東向，早期形成的北東向和北西向斷層不同程度地復(fù)活，尤其是在北西-南東向主壓應(yīng)力作用下，整個(gè)福建向南東方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，使得北向西斷裂產(chǎn)生右旋剪切運(yùn)動(dòng)，為使其運(yùn)動(dòng)繼續(xù)，斷層兩盤(pán)必須“頂破”對(duì)方斷層面上的凸體，“頂破”的過(guò)程即地震發(fā)生的過(guò)程（如圖10、11、 12 所示）。

按地震地質(zhì)分析方法，對(duì)仙游地震的發(fā)生機(jī)理及其特點(diǎn)有如下認(rèn)識(shí)：

震中附近發(fā)育著北東向壓剪性左旋斷裂和與之呈共軛關(guān)系的北西向張剪性右旋斷裂，在早期的地應(yīng)力及其方向作用下，使得北東向斷裂右旋運(yùn)動(dòng)并切割北西向斷裂，顯然在上述兩組斷裂的交匯處，北西向斷裂面上便形成了凸體，而現(xiàn)今的地應(yīng)力場(chǎng)與早期的地應(yīng)力及其方向存在顯著地差異，即現(xiàn)今的主壓應(yīng)力方向?yàn)楸蔽飨?，使得北西向斷裂呈現(xiàn)右旋張剪性特征，并在此地應(yīng)力及其方向作用下，斷裂兩盤(pán)必須“頂破”對(duì)面的凸體，才能繼續(xù)沿著北西向斷裂方向作右旋剪切運(yùn)動(dòng)，這種“頂破”對(duì)面的凸體即斷面凸破，便隨即產(chǎn)生了地震，由于這種斷層運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的斷面凸體，分布在斷層的傾向方向上，并沿著斷層傾角向下延伸，因此，凸體的破裂是多次的，如果凸體破裂發(fā)生在近地表處，由于巖體中的應(yīng)變能較低，所以地震震級(jí)較小，越往地下深處，凸體破裂產(chǎn)生的地震震級(jí)越大。

圖11 早期的地應(yīng)力及其方向造成的斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.11 The schematic diagram of tectonic movement of fracture caused by the early ground stress terrestrial atress and its direction caused by the early tectonic movement and its direction

圖12 現(xiàn)今的地應(yīng)力及其方向造成的斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.12 The schematic diagram of tectonic movement of fracture caused by the present ground stress and its direction

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)仙游地震的震中、震源深度、震源機(jī)制、以及地震地質(zhì)和構(gòu)造等的綜合分析認(rèn)為：

（1）福建地質(zhì)歷史演化表明，福建省陸域被北東向三組斷裂和北西向多組斷裂切割成菱塊狀，當(dāng)今GPS和地應(yīng)力監(jiān)測(cè)指示，全省及臺(tái)灣海峽受到北西向主壓應(yīng)力作用，使得北西向斷裂呈現(xiàn)出右旋張剪性質(zhì)，與震源機(jī)制解結(jié)果吻合，由此推斷，本次發(fā)生在沙縣-南日島張剪性斷裂帶上的震群型地震，斷層的性質(zhì)決定了地震震級(jí)應(yīng)當(dāng)不會(huì)很大（截至目前，最大地震震級(jí)為4.8級(jí)）。

（2）震群內(nèi)的地震均發(fā)生在沙縣-南日島斷裂與一條北東向斷裂交匯處。

（3）總體上看，仙游地震發(fā)生在同一地點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上各個(gè)地震的震中位置反映出沙縣-南日島斷裂（向南東傾斜）和北東向斷裂（向北西傾斜）共同切割巖體所構(gòu)成的巖體內(nèi)；分析認(rèn)為，從2010年8月～2013年10月，斷層一盤(pán)每次“頂破”斷層另一盤(pán)凸出巖體形成巖塊，即發(fā)生一次地震，被破裂下來(lái)的巖塊進(jìn)一步破裂，便形成一系列小震（余震），因此，圖6展示的5組地震，即為5次巖塊的破裂，其震源在空間上呈團(tuán)塊狀，震中位置在地面上呈集中的片狀，由于震源位置的不同，震中在地表表現(xiàn)出震源越深，震中位置越向西南（即沙縣-南日島斷層傾向方向）偏移的規(guī)律。通過(guò)兩次較大震級(jí)地震相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，獲得沙縣-南日島斷裂傾角約為76°。

（4）2012年4月15日4.0級(jí)和3013年8月23日4.2級(jí)地震的震源機(jī)制解表明，本次震群型地震發(fā)生在張剪性斷層上，主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽飨?，這一計(jì)算結(jié)果與區(qū)域地震地質(zhì)條件吻合。

（5）從斷面凸破模型即本次震群型地震發(fā)生機(jī)理分析，所謂震群型地震只是對(duì)震級(jí)統(tǒng)計(jì)分析的表面描述，本質(zhì)上是斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和巖塊破裂的大小與所釋放的應(yīng)力決定了震級(jí)的相近性。本文一方面仍然采用省地震局確認(rèn)的震群型地震稱謂，另一方面，按照斷面凸破模型對(duì)仙游震群型地震的發(fā)生機(jī)理作了分析，并非地震預(yù)測(cè)，但可為進(jìn)一步預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震提供支撐。按此斷面凸破模型分析，凸體在不同深度上（4～23 km）的破裂造成一系列對(duì)應(yīng)深度的小地震，依次推測(cè)，未來(lái)不排除深度更深的凸體破裂引起較大震級(jí)地震的可能。

（6）仙游震群型地震震中位于福建仙游縣金鐘水庫(kù)附近，金鐘水庫(kù)庫(kù)容1.06億m3，壩高97.5 m，2010年開(kāi)始蓄水，8月庫(kù)區(qū)附近出現(xiàn)地震活動(dòng)。分析認(rèn)為，地震與水庫(kù)蓄水有一定關(guān)系。水庫(kù)對(duì)地震發(fā)生的貢獻(xiàn)或作用的本質(zhì)是什么，有哪些因素影響并決定著水庫(kù)地震的發(fā)生及其大小？從調(diào)查分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析認(rèn)為，水庫(kù)對(duì)地震發(fā)生的作用或貢獻(xiàn)，本質(zhì)上是庫(kù)水被壓入地下巖體之中，使巖石處于飽和狀態(tài)，隨之顯著地降低了巖石的強(qiáng)度，在地應(yīng)力增強(qiáng)或相對(duì)不變的情況下，巖石破裂，產(chǎn)生地震。由此可進(jìn)一步推測(cè)，正是由于未達(dá)到正常構(gòu)造地震發(fā)生時(shí)應(yīng)具備的地應(yīng)力和應(yīng)變能，所以，這類地震的震級(jí)不應(yīng)很大?？偨Y(jié)水庫(kù)誘發(fā)或觸發(fā)地震的決定性因素主要包括①庫(kù)區(qū)斷裂構(gòu)造格局、規(guī)模和性質(zhì)；②地應(yīng)力大小及其變化；③水庫(kù)壩高和庫(kù)容；④巖石及其強(qiáng)度等。

（7）需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題，一是按照時(shí)間順序，一簇里震級(jí)大小之間是什么關(guān)系？二是采用地球物理方法探測(cè)并繪制一簇震源處破碎巖塊體的大小和形狀。

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