郯廬斷裂帶山東段震源參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)

王 鵬 鄭建常* 劉希強(qiáng) 徐長朋 李 霞

(山東省地震局， 濟(jì)南 250102)

郯廬斷裂帶山東段震源參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)

王 鵬 鄭建常* 劉希強(qiáng) 徐長朋 李 霞

(山東省地震局， 濟(jì)南 250102)

利用山東數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄到的2007—2014年的郯廬斷裂帶山東段ML≥1.0小震的震源機(jī)制解和視應(yīng)力值， 借助三角形圖解法和平均力軸張量法， 并結(jié)合b值等參數(shù)， 綜合分析了該區(qū)近年的應(yīng)力狀態(tài)。研究結(jié)果表明： 郯廬斷裂帶山東段的主應(yīng)力場方向為NEE-SWW向， 是受西太平洋板塊的俯沖作用和印度板塊與歐亞板塊擠壓作用的共同影響的結(jié)果； 震源錯動類型以走滑型為主， 逆沖型和正斷型次之； 通過視應(yīng)力的時空演化圖像看到郯廬斷裂帶山東段視應(yīng)力值從2008年汶川地震之后呈現(xiàn)總體減弱的趨勢， 而空間上視應(yīng)力分布很不均勻， 高應(yīng)力主要集中在安丘段和郯城—莒縣段， 尤其是安丘段出現(xiàn)了小震級高視應(yīng)力的情況， 同時安丘段的b值也顯示同樣的高應(yīng)力， 低b值反映高應(yīng)力， 低頻度反映低應(yīng)力釋放， 表明安丘段可能正在積累較高的應(yīng)力， 處于斷層閉鎖階段。

震源機(jī)制解 視應(yīng)力 三角形圖解法 力軸張量法 郯廬斷裂帶山東段 應(yīng)力狀態(tài)

0 引言

郯廬斷裂帶是中國東部規(guī)模最大的NNE走向的深大斷裂帶， 自中生代以來經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造活動， 中生代曾經(jīng)歷過巨大的左行平移和大陸裂谷發(fā)育階段(高維明等， 1980)； 第四紀(jì)以右旋走滑兼逆沖活動為主要特征， 對現(xiàn)代地震活動具有明顯的控制作用(李家靈等， 1994)。晁洪太等(1999)認(rèn)為郯廬斷裂帶內(nèi)大震主要發(fā)生在下遼河—萊州灣和濰坊—嘉山這2段內(nèi)； 葛榮峰等(2009)利用郯廬斷裂帶北段的地震震源參數(shù)和其他應(yīng)力數(shù)據(jù)， 探討了北段現(xiàn)今的地震活動性和應(yīng)力狀態(tài)； 施煒等(2003)分析認(rèn)為郯廬斷裂中段在新構(gòu)造期強(qiáng)烈右行走滑， 地震活動具有分段性， 山東段強(qiáng)于江蘇段和安徽段； 劉東旺等(2006)認(rèn)為安徽段現(xiàn)今中小地震較為活躍， 活動性不強(qiáng)； 倪紅玉等(2013)結(jié)合郯廬斷裂帶安徽段的中小地震的震源機(jī)制解， 利用力軸張量法反演得到郯廬斷裂帶安徽段及其2個分段的平均構(gòu)造應(yīng)力場； 李發(fā)等(2012)利用安徽的中小地震的視應(yīng)力， 分析研究了視應(yīng)力的時空變化特征。對于郯廬斷裂帶山東段， 許忠淮(1983)、 周翠英(1987)、 魏光興(1988)先后利用1988年之前的典型地震的震源機(jī)制解分析了該段應(yīng)力場P，T軸的優(yōu)勢方向。然而， 利用地震視應(yīng)力、 震源機(jī)制解等數(shù)字地震學(xué)方法對山東段的地震活動性和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析， 近些年未見系統(tǒng)的研究。

郯廬斷裂帶在山東及蘇北的段通常稱為沂沭斷裂帶， 大約長330km， 縱貫于山東中部地區(qū)。該斷裂帶呈NNE方向延伸， 平均走向約17°， 中間寬、 兩端窄， 寬度約20～60km。由4條大型深斷裂組成， 自西向東為鄌郚-葛溝斷裂(F4)、 沂水-湯頭斷裂(F3)、 白芬子-浮來山斷裂(F2)和昌邑-大店斷裂(F1)。全新世在 F1與 F2之間新生了安丘-莒縣斷裂(F5； 滿洪敏， 2005)； 晚更新世晚期以來的新活動主要表現(xiàn)在安丘-莒縣斷裂上(王志才等， 2005)。它由多個獨立的破裂段組成， 1668年郯城8 級地震就發(fā)生在該斷裂的中段(方仲景等， 1976； 國家地震局地質(zhì)研究所， 1987； 高維明等， 1988； 李家靈等， 1994； 晁洪太等， 1994a， b)。因此， 針對郯廬斷裂帶山東段的強(qiáng)震背景， 本文利用小地震震源機(jī)制解和視應(yīng)力值對郯廬斷裂帶山東段的應(yīng)力場方向和應(yīng)力狀態(tài)的時空演化特征進(jìn)行研究， 對郯廬斷裂帶山東段強(qiáng)震孕育和構(gòu)造機(jī)理進(jìn)行分析， 探索郯廬斷裂帶山東段近年的應(yīng)力狀態(tài)與該斷裂帶上歷史強(qiáng)震發(fā)震段的關(guān)系。

圖1 郯廬斷裂帶山東段小震震源機(jī)制解分布圖(2007—2014年)Fig. 1 Distribution of focal mechanism solutions of small earthquakes(2007—2014) in Shandong segment of Tanlu fault zone.

1 資料和方法

1.1 資料

1.2 應(yīng)力場方向的估計

震源應(yīng)力場和震源破裂錯動攜帶著地震震源機(jī)制解的信息， 這是研究構(gòu)造應(yīng)力場及其動態(tài)變化的重要途徑之一。選取研究區(qū)內(nèi)ML≥1.5地震， 利用P波初動和振幅比(劉杰等， 2004)相結(jié)合的方法進(jìn)行小震震源機(jī)制的反演， 計算共給出研究區(qū)內(nèi)70個ML≥1.5地震的震源機(jī)制解(圖1)。利用震源機(jī)制解3個應(yīng)力軸的方位角和仰角， 計算構(gòu)造區(qū)內(nèi)的應(yīng)力場方向。

本文采用平均力軸張量法(鐘繼茂等， 2006； 程萬正等， 2006)進(jìn)行應(yīng)力場方向的研究， 優(yōu)點是不必考慮震源機(jī)制解2個節(jié)面中哪個是實際斷層面。計算平均應(yīng)力場的做法是， 首先對一定區(qū)域內(nèi)多個震源機(jī)制解寫出每個解的雙力偶點源力軸張量在地理坐標(biāo)系中的表達(dá)式， 計算多次地震的平均力軸張量各分量及主值， 即通過求解相應(yīng)的本征方程得到。

1.3 震源錯動類型分析

基于郯廬斷裂帶山東段70次ML≥1.5地震的震源機(jī)制解， 本文利用三角形圖解法對震源錯動類型進(jìn)行統(tǒng)計。Apperson等(1988)提出了用三角形圖解進(jìn)行地震分類的方法， 首次直觀地、 定量地劃分出地震類型， 將地震機(jī)制解中的發(fā)震主壓應(yīng)力P軸、 主張應(yīng)力T軸和中間應(yīng)力B軸的傾角參數(shù)表示成地震在正斷層型、 逆沖斷層型和走滑斷層型3種機(jī)制中所占的比例關(guān)系， 利用方位球心投影， 將球面幾何坐標(biāo)的問題變換成三角形坐標(biāo)的問題， 根據(jù)地震在圖中所處的相對位置， 直接、 簡單和定量地將地震劃分成4種類型： 正斷層型、 逆斷層型、 走滑型和剩余型(Frohlich， 1992)， 即一級地震類型， 以此直觀地反映出地殼介質(zhì)所處的應(yīng)力狀態(tài)和變形過程。馬文濤等(2004)又對三角圖解法進(jìn)行了改進(jìn)， 在一級地震類型的每種地震類型中又劃分出更為詳細(xì)的地震類型， 如帶正斷層或逆斷層分量的走滑機(jī)制類型， 即二級地震類型， 它包括了3種單一類型和帶有其他分量的多種類型。由于研究區(qū)域內(nèi)小震較少， 地震類型較為簡單， 因此本文采用一級地震類型進(jìn)行劃分， 大致分析區(qū)域構(gòu)造變動中的發(fā)震應(yīng)力狀態(tài)和變形過程。

1.4 應(yīng)力水平的估計

對1個地區(qū)中引起地震滑動的視應(yīng)力水平進(jìn)行區(qū)域平均， 可作為當(dāng)?shù)亟^對應(yīng)力水平的1個間接估計(吳忠良等， 2002)。本文利用山東數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄到的波形質(zhì)量較好的ML≥2.0 的波形資料， 對S波記錄譜進(jìn)行儀器響應(yīng)、 傳播路徑和場地響應(yīng)的校正后(王鵬等， 2014)， 基于Brune模型(Brune， 1970)， 利用遺傳算法反演計算了43次ML≥2.0地震的視應(yīng)力值。通過分析視應(yīng)力值的時空演化特征， 近似反映研究區(qū)內(nèi)絕對應(yīng)力水平的變化。

2 結(jié)果分析

2.1 構(gòu)造應(yīng)力場方向

首先用玫瑰圖法統(tǒng)計研究區(qū)內(nèi)所有震源機(jī)制解的P，T軸方位角和傾角的優(yōu)勢方向(圖2)。當(dāng)某個地震的震源機(jī)制解的力軸與優(yōu)勢方向夾角較小時， 則認(rèn)為其相似， 然后用所有相似的震源機(jī)制解來求該區(qū)的平均應(yīng)力張量和主應(yīng)力軸方向， 由此推測該地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場方向。

圖2 P， T， B軸優(yōu)勢方向的玫瑰圖Fig. 2 Rose diagrams showing the predominant direction of P， T and B-axis.

首先考慮了不同相似程度和起算震級對主軸方向的影響， 以驗證此方法在該研究區(qū)的穩(wěn)定性(劉澤民等， 2011)。由圖2 可看出P軸方位角的優(yōu)勢方向為80°或260°左右，T軸方位角的優(yōu)勢方向為170°左右。分別選取與P，T軸優(yōu)勢方向夾角均<50°， 40°， 30°和20°的不同相似程度的震源機(jī)制解來求平均應(yīng)力張量， 通過計算結(jié)果比較不同相似程度的震源機(jī)制解資料計算的應(yīng)力場是否大體一致來驗證方法的穩(wěn)定性。計算結(jié)果如表1。

表1 研究區(qū)平均張量法計算結(jié)果

Table1 Calculation results of the study area using the average stress tensor method

夾角/(°)地震次數(shù)最大主壓應(yīng)力中等主壓應(yīng)力最小主壓應(yīng)力方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)≤505380416811708≤404677121297117015≤30397361487016519≤20279216255117134結(jié)果83±1010±682±6666±15168±321±13

表1為不同相似程度的4組結(jié)果， 可以看出， 最大主壓應(yīng)力軸(P軸)為83°±10°， 傾角為10°±6°， 最小主壓力軸(T軸)為168°±3°， 傾角為21°±13°， 3個軸的傾角計算結(jié)果較為穩(wěn)定， 誤差均控制在15°以內(nèi)， 而最大主壓應(yīng)力軸和最小主壓應(yīng)力軸誤差在10°以內(nèi)， 中間主壓力軸(B軸)差別較大， 可能是由于傾角近直立， 導(dǎo)致方位角不確定。從P軸和T軸的方位角可以看出該區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場為NEE向的擠壓作用， 且傾角都比較小， 顯示該區(qū)受近水平向的擠壓和拉張作用。

由于地震震級小時單次地震的震源機(jī)制解計算結(jié)果誤差比較大， 因此在計算平均應(yīng)力張量時， 為了考慮震級的影響， 選取ML≥2.0的地震進(jìn)行計算， 結(jié)果(表2)也可以看出各個相似程度的計算結(jié)果比較穩(wěn)定， 誤差范圍相對于ML≥1.0地震的計算結(jié)果要小一些， 誤差基本控制在10°以內(nèi)。而且與所有地震的平均計算結(jié)果相差不大。至于不同組的主應(yīng)力方位存在一定偏差的原因， 可能是各段斷層產(chǎn)狀的不一致而導(dǎo)致的局部應(yīng)力場有一定的變化。

表2 研究區(qū)平均張量法計算結(jié)果

Table2 Calculation results of the study area using the average stress tensor method

夾角/(°)地震次數(shù)最大主壓應(yīng)力中等主壓應(yīng)力最小主壓應(yīng)力方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)≤5033754287861653≤4032764310831666≤3029773330811679≤20218681946417324結(jié)果81±66±3262±6875±11169±414±10所有地震737213488016210

綜合2次計算結(jié)果， 認(rèn)為利用力軸張量法得出的該區(qū)的計算結(jié)果對起算震級不夠敏感， 對不同相似程度的震源機(jī)制解資料的計算結(jié)果也基本相同， 計算結(jié)果總體穩(wěn)定可靠。

通過以上計算可以顯示， 研究區(qū)內(nèi)主應(yīng)力場的方向為NEE-SWW向， 最大主壓應(yīng)力軸方位為80°左右， 而且傾角都很小， 表明力的作用方式近于水平。

圖3 郯廬斷裂帶山東段震源錯動類型圖解Fig. 3 Schematic demonstration of focal dislocation types in Shandong segment of Tanlu fault zone.

2.2 震源機(jī)制及錯動類型分析

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)70次地震的震源機(jī)制解， 利用三角形圖解法對震源錯動類型進(jìn)行統(tǒng)計(圖3)， 大致地分析區(qū)域構(gòu)造變動中的發(fā)震應(yīng)力狀態(tài)和變形過程。圖3 中三角形頂角(Strike-slip)所在的區(qū)域中藍(lán)色方框表示走滑型錯動的地震， 左側(cè)底角(Normal)所在的區(qū)域中綠色圓圈表示正斷型的地震， 右側(cè)底角(Thrust)所在的區(qū)域中紅色五角星表示逆沖型的地震， 中間區(qū)域表示過渡型地震。

在整體上， 按照三角形地震類型圖解法， 郯廬斷裂帶山東段小震的震源機(jī)制解參數(shù)表明(圖3)： 在一級地震類型中， 走滑型占57.1%， 正斷層型14.3%， 逆斷層型15.7%， 過渡型12.9%， 說明郯廬斷裂帶山東段的一級地震類型以走滑機(jī)制為主， 其次為正、 逆斷層機(jī)制。結(jié)合構(gòu)造應(yīng)力場方向的分析， NEE-SWW向最大主壓應(yīng)力場的作用與郯廬斷裂帶NNE的走向近于垂直， 地殼變形以水平錯動為主， 在這種擠壓應(yīng)力場的作用下， 易于形成走滑機(jī)制的地震。郯廬斷裂帶山東段這種右旋走滑的構(gòu)造特征與地表調(diào)查、 地表GPS測量、 鉆孔地應(yīng)力測量揭示出的郯廬斷裂帶山東段地殼淺表層的現(xiàn)今構(gòu)造活動特征相一致(張鵬等， 2013)。而正斷層型和逆斷層型的震源機(jī)制類型的存在， 可能是以NNE走向為主的郯廬斷裂帶， 在NEE至近EW向壓應(yīng)力的作用下， 走滑斷層在壓扭環(huán)境下會衍生許多派生構(gòu)造， 因此這些派生構(gòu)造產(chǎn)生的地震活動就會出現(xiàn)多種應(yīng)力類型。由于這些派生活動構(gòu)造是在統(tǒng)一的應(yīng)力環(huán)境下形成的， 當(dāng)利用這些震源機(jī)制解來反演應(yīng)力場時， 得到的結(jié)果也應(yīng)該是一致的(嚴(yán)樂佳， 2013)。

2.3 視應(yīng)力時空演化特征

利用郯廬斷裂帶山東段43個波形質(zhì)量較好的ML≥2.0地震， 反演計算了地震的視應(yīng)力值。通過視應(yīng)力值的時空變化， 來分析該區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)的時空變化特征。由于波譜法計算視應(yīng)力值， 最大的影響因素是非彈性衰減的干擾(Michaleketal.， 2013)， 而本文計算中已進(jìn)行了傳播路徑上幾何擴(kuò)散和非彈性衰減的糾正， 可以保證計算結(jié)果的穩(wěn)定性(Zhu， 2014)。

地震視應(yīng)力與震級的關(guān)系已有不少研究(王瓊等， 2005； 喬慧珍等， 2006； 李艷娥等， 2012a， b； 易桂喜等， 2013)， 地震視應(yīng)力與震級的相關(guān)性存在著地區(qū)差異?；谥行〉卣鸬囊晳?yīng)力具有隨震級增大而升高的特征(圖4)， 根據(jù)山東地區(qū)的研究成果(王鵬等， 2013， 2014)， 將研究區(qū)內(nèi)的小震視應(yīng)力值與震級進(jìn)行線性擬合， 圖4 可以顯示視應(yīng)力與震級呈正相關(guān)關(guān)系， 隨著震級的增大而增大。利用穩(wěn)健回歸函數(shù)線性擬合(穩(wěn)健回歸是統(tǒng)計學(xué)穩(wěn)健估計中的1種方法)，主要是對異常值十分敏感的經(jīng)典最小二乘回歸中的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修改， 可以排除一些異常點的干擾。得到定量關(guān)系式：

lgP=0.5ML+4.2

(4)

式(4)中，P代表視應(yīng)力值， 擬合的相關(guān)系數(shù)為0.98， 殘差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.22。

圖4 視應(yīng)力與震級的關(guān)系Fig. 4 Relationship between apparent stress and magnitude.

根據(jù)該區(qū)多年小震的視應(yīng)力值與近震震級的擬合(圖3)， 可以較為客觀地反映該區(qū)應(yīng)力水平與震級的相對關(guān)系。因此， 可以將計算得到的視應(yīng)力值減去近震震級擬合應(yīng)力值， 得到視應(yīng)力差值(即差視應(yīng)力)， 來反映該區(qū)視應(yīng)力的相對變化量， 這樣可以排除震級對視應(yīng)力的影響， 去除視應(yīng)力的線性趨勢。因此， 通過相對變化量來分析應(yīng)力隨時間的變化特征更為真實可靠(王鵬， 2014)。

圖5 差視應(yīng)力隨時間的變化曲線Fig. 5 Curve of apparent stress difference changing with time.

從圖5 中可以看出2007年以來該區(qū)的視應(yīng)力具有正常的增強(qiáng)—減弱的起伏變化， 在2008年汶川地震后達(dá)到最大值后， 視應(yīng)力的最大值逐漸減小， 應(yīng)力水平總體處于釋放減弱的狀態(tài)， 沒有明顯的轉(zhuǎn)折變化。

因研究區(qū)內(nèi)小震的視應(yīng)力值樣本數(shù)不是很豐富， 而且空間分布很不均勻， 郯城—莒縣段小震密集， 而安丘段小震較為分散， 因此考察視應(yīng)力的空間分布時， 為了避免小范圍個別小震的視應(yīng)力值將對劃分的網(wǎng)格內(nèi)的平均結(jié)果造成較大影響， 以及將視應(yīng)力值經(jīng)插值在平面上繪制等值線圖時帶來的平均數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確現(xiàn)象， 本文結(jié)合雙差精定位后的小震的空間分布將每個小震的單點視應(yīng)力值投影到地圖上， 色標(biāo)代表視應(yīng)力值大小， 圓圈大小代表地震震級， 這樣可以清晰直觀地觀察視應(yīng)力的大小以及地震的分布情況， 結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造背景分析視應(yīng)力的空間分布特征(圖6)。

圖6 研究區(qū)視應(yīng)力空間分布特征Fig. 6 Spatial distribution of apparent stress in the study area.

安丘-莒縣斷裂莒縣以北的安丘段已發(fā)現(xiàn)最新活動斷裂錯斷了晚更新世晚期至全新世早期地層， 總體上具有晚更新世晚期至全新世早期的活動特征(王志才， 2005)。由圖6 可以看到， 安丘-莒縣斷裂帶上安丘段雖然地震頻度較低， 但應(yīng)力處于高值狀態(tài)， 2011年5月20日安丘ML3.7地震和隨后6月17日發(fā)生的ML2.2地震的視應(yīng)力均較高， 排除震級影響， 6月17日發(fā)生的ML2.2小震的視應(yīng)力足可以看出該段處于較高的應(yīng)力水平下。

2.4b值空間分布特征

利用山東區(qū)域地震臺網(wǎng)1970—2014年的地震目錄資料計算b值。郯廬斷裂帶山東段位于臺網(wǎng)監(jiān)測能力較高的區(qū)域。ML≥1.8地震的震級-頻度線性擬合(圖7)相關(guān)系數(shù)R=0.996， 直線斜率b=0.965， 與全球范圍的區(qū)域平均b值基本一致。因此， 在計算b值時， 取最小完整性震級MC為1.8。計算中采用鏈?zhǔn)椒ㄈコ擞嗾鸬挠绊憽?/p>

圖7 郯廬斷裂帶山東段震級-頻度分布圖Fig. 7 The frequency-magnitude distribution of earthquakes the Shandong segment of Tanlu fault zone.

本文中b值的計算方法： 在郯廬斷裂帶山東段的研究區(qū)內(nèi)， 以0.1°×0.1°間距進(jìn)行網(wǎng)格化， 挑選出以每個網(wǎng)格節(jié)點為圓心、 半經(jīng)為r的圓形統(tǒng)計單元內(nèi)的地震。確定統(tǒng)計單元內(nèi)能滿足整個研究時段的最小完整性震級MC； 然后利用最小二乘法由各單元震級的地震資料計算出b值， 將其作為相應(yīng)單元中心點(即網(wǎng)格節(jié)點)的計算值， 進(jìn)而獲得b值空間分布。計算時震級分檔間隔取0.1， 由于統(tǒng)計區(qū)內(nèi)地震樣本量較少， 因此每個統(tǒng)計單元內(nèi)的地震樣本數(shù)不少于15。統(tǒng)計單元的半徑r值依據(jù)統(tǒng)計單位內(nèi)樣本量達(dá)標(biāo)為條件， 最大時取40km， 樣本數(shù)不足時為空值。為了避免小震空區(qū)的影響， 因此在圖6 中樣本數(shù)不足時為空值。圖6 中b值反映的是1970年以來長期的b值空間分布情況， 圖8 是2007年以來的43個ML≥2.0地震和視應(yīng)力的空間分布情況，b值可以反映研究區(qū)長期的應(yīng)力狀態(tài)， 而視應(yīng)力也可以近似反映研究區(qū)近期的應(yīng)力水平。通過結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)， 視應(yīng)力和b值2個參數(shù)的相關(guān)性較好， 同時反映了郯廬斷裂帶安丘段處于高應(yīng)力狀態(tài)。圖6 中2010年5月20日安丘ML3.7地震和6月17日發(fā)生的ML2.2地震的視應(yīng)力高值， 反映了安丘段的高應(yīng)力水平， 同時圖8 中該區(qū)域也處于低b值狀態(tài)， 低b值反映高應(yīng)力(易桂喜， 2013)， 而該區(qū)的低頻度反映了低應(yīng)變釋放， 表明該區(qū)可能處于較高應(yīng)力的積累階段。

圖8 研究區(qū)b值空間分布圖Fig. 8 Spatial distribution of b value in the study area.

圖9 郯廬斷裂帶山東段視應(yīng)力深度剖面分布圖Fig. 9 Depth profiles distribution of apparent stress in Shandong segment of Tanlu fault zone.

2.5 視應(yīng)力深度剖面分布特征

基于小震精定位結(jié)果， 將安丘-莒縣斷裂附近50km內(nèi)的小震投影到沿斷裂的剖面上， 同樣考慮樣本數(shù)的問題， 未經(jīng)差值直接顯示單點的視應(yīng)力剖面分布情況， 來分析視應(yīng)力的深度變化特征， 沿安丘-莒縣斷裂為橫坐標(biāo)， 以斷裂與研究區(qū)南邊的交點為起始點進(jìn)行分析， 色標(biāo)代表視應(yīng)力值大小， 圓圈大小代表地震震級， 從圖9 可以看到， 小震主要集中在郯城—莒縣段， 深度分布較為分散， 部分小震的視應(yīng)力值較高， 考慮到震級和頻度， 平均應(yīng)力水平處于中等狀態(tài)； 而安丘段2011年5月20日ML3.7地震為該段最大地震， 視應(yīng)力值較高， 隨后發(fā)生的ML2.2小震的視應(yīng)力也較高， 是低應(yīng)變釋放背景下的高應(yīng)力釋放， 這2次地震的深度集中在12km左右， 反映了地殼12km左右的斷層可能存在著一些小的凹凸體， 而該區(qū)小震頻度又很少， 表明正處于應(yīng)力的積累狀態(tài)(圖9)。

3 討論

郯廬斷裂帶山東段(即沂沭斷裂帶)的4條主干斷裂起源于白堊紀(jì)的地塹邊界正斷層。已有的深部觀測資料顯示(朱光等， 2002； 宋國奇， 2007)， 4條主干斷裂均向下切穿地殼， 并且延入上地幔， 該段斷裂帶在深部顯示為陡立的走滑構(gòu)造， 淺部為伸展斷層及斷陷盆地的疊加。從現(xiàn)代地震活動記錄可以看到， 其震源深度一般在10km左右的中地殼(張國民等， 2002； 于湘?zhèn)サ龋?2010)， 反映其活斷層活動向下深入上地殼下部?，F(xiàn)代小震所反映的震源機(jī)制的類型可能是淺部的伸展活動的結(jié)果。另外， 深部構(gòu)造和電法剖面上斷裂帶都明顯體現(xiàn)出東支強(qiáng)而西支弱的特點， 東地塹的地震活動顯著大于西地塹， 地震活動主要集中在昌邑-大店斷裂和安丘-莒縣斷裂， 特別是郯城地震斷層的活動性極強(qiáng)， 地震活動也最為密集。這些地震活動也指示了斷層活動的不均一性， 反映了斷層活動引起的地震活動存在群集性特點， 這與丁國瑜(1989)提出的第四紀(jì)斷層上斷裂活動表現(xiàn)出的群集現(xiàn)象是極其吻合的。

此外， 斷裂帶向W傾， 表明其運(yùn)動與太平洋板塊的俯沖相關(guān)。層析成像結(jié)果(Lei， 2012)表明， 由于太平洋板塊深俯沖而在郯廬斷裂帶下方形成滯留脫水和熱物質(zhì)上涌， 從而對郯廬斷裂帶的形成演化具有重要作用。中國大陸以東的太平洋板塊與菲律賓板塊近代皆向NWW俯沖(Maruyamaetal.， 1997)。整個華北克拉通東部的區(qū)域應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變也主要受太平洋板塊俯沖的控制。同時印度板塊與歐亞板塊碰撞使中國西部出現(xiàn)向E的構(gòu)造擠出作用(Molnaretal.， 1975)， 致使華北區(qū)域應(yīng)力場后期疊加了部分印度板塊俯沖所產(chǎn)生的遠(yuǎn)程應(yīng)力場。華北地區(qū)在這兩側(cè)區(qū)域構(gòu)造力的聯(lián)合作用下， 出現(xiàn)了NEE-SWW向水平擠壓。本文基于小震震源機(jī)制解利用平均力軸張量法得到的沂沭斷裂帶NEE-SWW向的最大主應(yīng)力場方向， 與華北地區(qū)的主應(yīng)力場一致， NNE走向的沂沭斷裂帶正是在此區(qū)域擠壓應(yīng)力作用下， 發(fā)生了右行走滑兼部分逆沖活動。主壓應(yīng)力軸的方向與郯廬斷裂走向近垂直， 在這種擠壓應(yīng)力場的作用下， 不易使其產(chǎn)生錯動， 會增強(qiáng)郯廬斷裂帶斷層兩側(cè)的應(yīng)力積累。

沂沭斷裂帶的4條主干斷裂的最新活動時期， 前人已經(jīng)經(jīng)過了大量的研究。昌邑-大店斷裂(F1)與白芬子-浮來山斷裂(F2)是晚更新世以來或全新世以來活動的， 且發(fā)生過多次活動(國家地震局地質(zhì)研究所， 1987； 何宏林等， 2004； 宋方敏等， 2005； 楊曉平等， 2006； 鞠林雪等， 2012； 王志才等， 2015)。至于沂水-湯頭斷裂(F3)和鄌郚-葛溝斷裂(F4)， 鄧起東等(2007)通過綜合分析認(rèn)為， F3斷裂北段與 F4斷裂南段是第四紀(jì)以來活動的。其中， 安丘-莒縣斷裂(F5)中的安丘—孟疃斷層段公元前70 年曾發(fā)生安丘7級地震， 而1668 年郯城 8.5 級地震的發(fā)震斷層為F1斷裂的中段和 F2斷裂的南段。晁洪太等(1997)提出了沂沭斷裂帶各段具有斷層閉鎖→黏滑發(fā)震→震后調(diào)整→斷層再次閉鎖的發(fā)震模式。王志才等(2015)結(jié)合斷層活動性質(zhì)和最新活動時代綜合判斷， 山東莒縣以北的安丘-莒縣斷裂的未來地震危險性較大。

4 結(jié)論

通過以上分析和討論， 得到以下初步認(rèn)識：

(1)郯廬帶山東段的小震頻度較高， 但強(qiáng)度不大， 空間分布不均勻， 集中密集分布在昌邑-大店斷裂和安丘-莒縣斷裂的郯城—莒縣段， 符合斷裂帶東強(qiáng)西弱的特點。

(2)郯廬斷裂帶山東段的最大主應(yīng)力場方向為NEE-SWW向， 震源錯動類型以走滑型為主， 逆沖型和正斷型次之。郯廬斷裂帶受西太平洋板塊的俯沖作用和印度板塊與歐亞板塊的擠壓作用的影響， 從而出現(xiàn)了NEE-SWW向的水平擠壓主應(yīng)力場， 與郯廬斷裂帶NNE的走向垂直， 有利于斷裂兩側(cè)的應(yīng)力積累。

(3)視應(yīng)力和b值的空間分布都顯示安丘段具有較高的應(yīng)力水平， 可能處于斷層閉鎖的階段。

致謝 審稿專家提出的寶貴意見對稿件質(zhì)量的提升幫助很大， 特此致謝。

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RESEARCH OF SOURCE PARAMETERS AND STRESS STATE IN SHANDONG SEGMENT OF TANLU FAULT ZONE

WANG Peng ZHENG Jian-chang LIU Xi-qiang XU Chang-peng LI Xia

(EarthquakeAdministrationofShandongProvince，Jinan250102，China)

In recent years， there have been few researches and analysis published on the seismic activity and stress state in Shandong segment of Tanlu fault zone using digital seismological methods such as seismic apparent stress， focal mechanism solution and so on. In this paper， source parameters such as focal mechanism solutions and apparent stress are calculated using the waveform data ofML≥1 moderate-small earthquakes in Shandong segment of Tanlu fault zone recorded by Shandong digital seismic network since 2007. According to focal mechanism solutions， a statistical analysis is done on the focal dislocation types in the study area using triangle graphical method， and the results show that the faulting in this area is mainly of strike-slip mechanism， and there are less thrust and normal mechanism. Calculation with the mean stress tensor method illustrates that the direction of mean principle stress of Shandong segment of Tanlu fault zone is NEE-SWW， which is the result of the combined effect of the subduction of West Pacific plate and the extrusion of Indian plate to Eurasian plate; the small dip angle indicates that the mode of action of stress is nearly horizontal， and the direction of principal stress axis is nearly perpendicular to the Tanlu fault zone. Under the action of such compressive stress field， dislocation is not likely to occur and the stress accumulation is enhanced on both sides of the fault. The apparent stress is calculated using the source spectral parameters method. Apparent stress has positive correlation with the magnitude and increases with the increased magnitude. So we get apparent stress difference by subtracting the empirical fitting value from the apparent stress. By removing the impact of magnitude， and according to the temporal-spatial evolution image of apparent stress difference， we found that the apparent stress in Shandong segment of Tanlu fault zone generally has a trend of decrease starting from the Wenchuan earthquake in 2008， and the spatial distribution of apparent stress in the region is very uneven. Combined with the spatial distribution ofbvalues， the result shows that high stress is mainly located in Anqiu segment and Tancheng-Juxian segment， especially in Anqiu segment where small magnitude earthquakes appeared accompanying with the high stress. Lowb-value means high stress and low frequency means low stress release， which indicates that Anqiu segment might accumulate higher stress and is at the fault locking stage. The research will provide new data for better understanding the present active feature and stress state of the Shandong segment of the Tanlu fault zone.

focal mechanism solutions， apparent stress， triangle graphical method， average stress tensor， Shandong segment of Tanlu fault zone， stress state

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.003

2015-07-21收稿， 2015-10-29改回。

地震科技星火計劃(XH15026)和中國地震局震情跟蹤青年課題項目(2015010106)共同資助。 *通訊作者： 鄭建常， 高級工程師， E-mail: zjcmail@yeah.net。

P315.2

A

0253-4967(2015)04-0966-16

王鵬， 男， 1983年生， 2009年于中國地震局地球物理研究所獲固體地球物理學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位， 工程師， 現(xiàn)在主要從事地震活動性和數(shù)字地震學(xué)方面的研究， 電話： 0531-58622027， E-mail: wangpengeq@163.com。