信宜-廉江斷裂地震活動(dòng)狀態(tài)分析

黃元敏，杜龍，邵葉，王振亞

（1.廣東省地震局，廣州510070；2.中核工程有限公司，廣東深圳；3.湛江市地震局，廣東湛江524043）

信宜-廉江斷裂地震活動(dòng)狀態(tài)分析

黃元敏1，杜龍2，邵葉1，王振亞3

（1.廣東省地震局，廣州510070；2.中核工程有限公司，廣東深圳；3.湛江市地震局，廣東湛江524043）

利用1972年1月1日至2016年3月31日粵桂交界地區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震資料，獲得了信宜－廉江斷裂帶及附近區(qū)域b值、a值和TL值等多個(gè)地震活動(dòng)性參數(shù)的空間分布圖像，討論了斷裂帶的應(yīng)力狀態(tài)。研究結(jié)果表明：信宜-廉江斷裂帶地震活動(dòng)性參數(shù)分布具有明顯的空間差異性。斷裂帶西南端的北部灣海域段落具有低b值、低a值和最短的復(fù)發(fā)間隔TL值的參數(shù)組合特征，表明該段落已處于高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)，具有發(fā)生中強(qiáng)地震的應(yīng)力條件。信宜-廉江斷裂帶中部與遂溪斷裂帶交匯的區(qū)域應(yīng)力水平和閉鎖程度低于北部灣地區(qū)，但需要關(guān)注遂溪斷裂帶上中強(qiáng)地震對該斷裂帶的應(yīng)力觸發(fā)作用。高州水庫區(qū)域小地震活躍，應(yīng)力釋放以小震持續(xù)活動(dòng)為主。

地震活動(dòng)性參數(shù)；信宜－廉江斷裂帶；應(yīng)力狀態(tài)；閉鎖

0 前言

信宜-廉江斷裂帶位于粵桂交界地區(qū)，沿信宜、廉江一線呈北東向分布，北東段走向30°～40°；南西段向東偏轉(zhuǎn)到60°，向西南延伸，潛沒于北部灣，陸地部分長約150 km，為粵西地區(qū)地震活動(dòng)較為活躍的斷裂帶之一[1]。歷史上該斷裂帶發(fā)生了3次破壞性地震，分別是1509年化州的43/4級地震、1653年和1933年廉江43/4級地震。1970年以來，該斷裂帶以小震活動(dòng)為主，發(fā)生了多次ML3.0級地震，特別是位于斷裂帶北端的高州水庫地震活動(dòng)較為活躍，先后發(fā)生了1983年的ML3.0級震群、2005年的ML3.0級地震、2013年ML4.2級地震以及2015年ML3.7級地震等（圖1a）。2014年10月以來，粵桂交界地區(qū)發(fā)生了7次ML≥3.0級地震，其中5次發(fā)生在信宜-廉江斷裂帶上，顯示了很強(qiáng)的條帶特征（圖1b），意味著該斷裂帶可能是粵桂交界地區(qū)未來地震活動(dòng)的主體區(qū)域。研究該斷裂的應(yīng)力狀態(tài)，對討論粵桂交界地區(qū)的地震趨勢具有重要的意義。

中強(qiáng)地震通常發(fā)生于活動(dòng)斷裂帶上具有高應(yīng)力積累的凹凸體[2]或閉鎖斷裂段[3-4]。實(shí)驗(yàn)室?guī)r石破裂實(shí)驗(yàn)[5]、與流體抽取有關(guān)的地震活動(dòng)研究[6]以及礦山巖石破裂觀測[7]等均表明，b值對地殼中的有效剪應(yīng)力最為敏感，并與應(yīng)力呈反比關(guān)系。因此，低b值可以作為高有效剪應(yīng)力的指標(biāo)[8]，目前已廣泛應(yīng)用于分析活動(dòng)斷裂帶的地震危險(xiǎn)性[3-4，8-18]。本文利用粵桂交界地區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震資料，研究信宜-廉江斷裂帶的多個(gè)地震活動(dòng)性參數(shù)（包括b值、a值和局部復(fù)發(fā)間隔TL值）空間分布特征，進(jìn)而初步探討斷裂帶的應(yīng)力狀態(tài)。

（a.斷裂帶位置及地震分布（1972-2016）；b.2014年10月至2016年3月地震震中分布）圖1信宜-廉江斷裂帶位置及ML≥3.0地震的震中分布Fig.1 Distribution of Xinyi-Lianjiang faultand epicenter of earthquakeswith ML≥3.0

1 資料與計(jì)算

1.1 資料

考慮到粵桂交界地區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)早期的監(jiān)測能力，本文取自1972年1月1日至2016年3月31日時(shí)段的地震目錄進(jìn)行計(jì)算。研究區(qū)ML≥1.0級地震的震級-頻度關(guān)系（圖2）顯示，在研究時(shí)段內(nèi)ML≥2.0級地震的線性擬合較好，因此本文計(jì)算地震活動(dòng)性參數(shù)所用資料的最小完整性震級MC取ML2.0。圖3給出了粵桂交界地區(qū)ML≥2.0級地震的震中分布。我們根據(jù)震中分布和斷裂帶的分布來確定研究區(qū)域（圖3中虛線框）。

（1972-01-01～2016-03-31，ML≥1.0）圖2粵桂交界地區(qū)地震震級-頻度分布Fig.2 Frequency-magnitude distribution for earthquakes in the border region of Guangdong and Guangxi（19720101-20160331，ML≥1.0）

1.2 參數(shù)計(jì)算

實(shí)驗(yàn)室?guī)r石破裂實(shí)驗(yàn)[5]、與流體抽取有關(guān)的地震活動(dòng)研究[6]以及礦山巖石破裂觀測[7]等均表明，應(yīng)力與震級（M）-頻度（N）關(guān)系中的b值成反比：

式（1）中，M為震級，N為一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生M≥MC（最小完整性震級）的地震數(shù)量，a、b為回歸常數(shù)。與a、b值相關(guān)的另一地震活動(dòng)性參數(shù)為局部復(fù)發(fā)間隔TL[3-4]為

式（2）中，ΔT為使用地震資料的時(shí)段長度（年）；Mf為預(yù)測震級。

基于震級-頻度關(guān)系的不同地震活動(dòng)性參數(shù)具有不同的物理意義：a值代表地震活動(dòng)率；b值代表大小地震的比例；TL值則代表給定震級條件下的局部復(fù)發(fā)間隔。b值作為估計(jì)斷裂帶相對應(yīng)力水平的地震活動(dòng)參數(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于分析活動(dòng)斷裂帶的地震危險(xiǎn)性[3-4，8-18]。綜合利用多個(gè)地震活動(dòng)性參數(shù)值可以更合理地判斷斷裂帶不同段落的地震活動(dòng)習(xí)性和地震危險(xiǎn)性[12-13，17-18]。例如，具有低a值、低b值和偏小TL值特征的斷裂段可能正處于低地震活動(dòng)率的高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)，為未來最可能發(fā)生中強(qiáng)地震的危險(xiǎn)段；相反，高a值、高b值和較大TL值特征的斷裂段具有蠕滑特征，地震活動(dòng)以頻繁小震為主，發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較小。

圖3 粵桂交界地區(qū)ML≥2.0地震分布圖Fig.3 Epicenter distribution of earthquakeswith ML≥2.0 in the border region of Guangdong and Guangxi

本文計(jì)算區(qū)域?yàn)閳D3中虛線范圍，計(jì)算過程中，我們將研究區(qū)域按0.1°×0.1°劃分網(wǎng)格，挑選出以每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)為圓心、半徑為r的圓形統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)的地震目錄，然后按0.1級的震級檔采用最小二乘擬合法計(jì)算出每個(gè)單元的a、b和TL值，并繪制等值線。考慮到研究區(qū)域早期地震資料的完整性，為保證計(jì)算結(jié)果的可靠性，要求每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)的地震樣本數(shù)不少于30個(gè)，同時(shí)要求參與擬合的有效震級分檔數(shù)不少于5檔。計(jì)算中，統(tǒng)計(jì)單元的半徑r值為30 km，在地震稀疏區(qū)域適當(dāng)擴(kuò)大r值，但最大不超過60 km?？紤]到斷裂帶歷史地震情況，在用公式（2）計(jì)算TL值時(shí)，預(yù)測震級Mf取ML5.0級。

2 結(jié)果分析

利用以上數(shù)據(jù)和方法，我們計(jì)算了研究區(qū)域的b值、a值和TL值，并繪成等值圖（圖4，5）。從圖中可知，信宜-廉江斷裂帶b值、a值和TL值分布存在明顯的空間差異，分段特征明顯，反映了斷裂帶不同段落現(xiàn)今應(yīng)力積累的水平和地震危險(xiǎn)性的空間差異。而整個(gè)研究區(qū)域的平均b值為0.90±0.01，略低于全球區(qū)域的平均值[19-20]。

b值低于0.8的區(qū)域主要分布在斷裂帶南端的北部灣海域（107.5°E-108.5°E之間）、斷裂帶中部與遂溪斷裂交匯的區(qū)域和斷裂帶北端的高州水庫附近地區(qū)，表明這些地區(qū)處于高應(yīng)力背景。

斷裂帶南端的北部灣海域區(qū)域（107.5°E-108.5°E之間）以大面積異常低b值（b＜0.7）、低a值為特征（圖4a），同時(shí)具有整個(gè)斷裂帶最短的復(fù)發(fā)間隔TL值（圖5），參數(shù)組合類似于2008年汶川8.0級地震、1988年瀾滄7.6級地震前震中區(qū)附近斷裂帶的地震活動(dòng)參數(shù)分布特征[12，15，17]，表明該斷裂段目前處于高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)。

圖4 信宜-廉江斷裂帶b值（a）和a值（b）空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of b-value（a）and a-value（b）in Xinyi-Lianjiang faultarea

圖5 信宜-廉江斷裂帶TL值空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of TL-value in Xinyi-Lianjiang fault area

斷裂帶中部與遂溪斷裂交匯的區(qū)域和斷裂帶北端的高州水庫附近地區(qū)則以略低于斷裂帶平均值的相對低b值為特征（b≤0.8），表現(xiàn)為低b值、低a值和短復(fù)發(fā)間隔TL的參數(shù)組合特征（圖4、5），表明這兩個(gè)區(qū)域也存在一定程度的應(yīng)力積累，但地震活動(dòng)性參數(shù)的低值異常程度和異常區(qū)的分布范圍均遠(yuǎn)小于斷裂帶南端的北部灣海域，說明其相對應(yīng)力水平和閉鎖程度均低于北部灣區(qū)域。

3 討論

根據(jù)地震活動(dòng)性參數(shù)計(jì)算結(jié)果，信宜-廉江斷裂帶各段落的構(gòu)造應(yīng)力水平差異明顯，2000年以來斷裂帶（ML≥1.0）地震分布的剖面（圖6）也顯示了斷裂帶上小震活動(dòng)的差異。斷裂帶西南段的北部灣地區(qū)小震活動(dòng)明顯小于東北段，但平均震級略大。地震分布一定程度上受到了臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力的影響，但基本反應(yīng)了斷裂帶的地震活動(dòng)特征。

斷裂帶西南端的北部灣海域區(qū)域（107.5°E～108.5°E之間）具有低b值、低a值和短的復(fù)發(fā)間隔TL值的參數(shù)組合特征（圖4、5），顯示了相對較高的應(yīng)力背景，表明該段落處于高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)。地震剖面顯示，參數(shù)組合異常的區(qū)段以稀疏小震活動(dòng)為特征（圖6），說明該斷裂段小震活動(dòng)較弱，為應(yīng)力閉鎖段。根據(jù)凹凸體理論，這一段落可能為該斷裂帶上的凹凸體，控制著斷裂帶的滑動(dòng)，為未來中強(qiáng)地震最可能發(fā)生的位置。

（2000-01～2016-03，ML≥1.0）圖6信宜-廉江斷裂帶地震分布剖面圖Fig.6 Epicenter distribution of earthquakes in cross-section of Xinyi-Lianjiang faultarea

斷裂帶中部與遂溪斷裂交匯的區(qū)域也具有低b值、低a值和較短的復(fù)發(fā)間隔TL值的參數(shù)組合特征，但低值異常程度及異常區(qū)面積均明顯小于北部灣海域區(qū)段（圖4、5），表明其應(yīng)力水平和閉鎖程度相對較弱。地震剖面顯示，該段落小震活動(dòng)較為活躍（圖6），顯示出一定程度的蠕滑特征。但該段落位于信宜-廉江斷裂帶與遂溪斷裂帶的交匯處，地震活動(dòng)受到兩條斷裂帶的影響，需要考慮不同斷裂帶地震活動(dòng)間的觸發(fā)作用，重點(diǎn)關(guān)注遂溪斷裂帶上中強(qiáng)地震對該斷裂帶的應(yīng)力觸發(fā)作用。高州水庫附近區(qū)域也具有低b值、低a值和短的復(fù)發(fā)間隔TL值的參數(shù)組合特征，但其異常程度較低、異常區(qū)面積較?。▓D4、5）。水庫誘發(fā)地震統(tǒng)計(jì)顯示，中強(qiáng)地震多發(fā)生在水庫蓄水的早期[21]，如新豐江水庫蓄水2.5年后發(fā)生了6.1級地震，主震之后以小震活動(dòng)為主。高州水庫蓄水至今已有50余年，蓄水早期沒有發(fā)生中強(qiáng)地震，說明其應(yīng)力水平未達(dá)到臨界狀態(tài)。蓄水后水位變化引起的載荷改變觸發(fā)了斷裂上的小震活動(dòng)，發(fā)生了多次ML2～3級地震（圖6），構(gòu)造應(yīng)變能不斷釋放，今后發(fā)生中強(qiáng)地震的概率較低。因此該段落未來發(fā)生中強(qiáng)地震的概率不大，其應(yīng)力釋放以小震持續(xù)活躍為主。

4 結(jié)語

本文利用粵桂交界地區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的40余年的地震資料，計(jì)算了信宜-廉江斷裂帶的b值、a值以及TL值等地震活動(dòng)參數(shù)，初步分析了斷裂帶不同段落應(yīng)力水平的空間差異及其未來地震的危險(xiǎn)性。研究結(jié)果表明：

（1）信宜-廉江斷裂帶地震活動(dòng)性參數(shù)分布具有明顯的空間差異性，反映了斷裂帶各段落的構(gòu)造應(yīng)力水平的差異。

（2）斷裂帶西南端的北部灣海域段落（107.5° E-108.5°E之間）具有低b值、低a值和斷裂帶最短的復(fù)發(fā)間隔TL值的參數(shù)組合特征，且現(xiàn)代小震活動(dòng)較弱，表明該段落已處于高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)，具有發(fā)生中強(qiáng)地震的應(yīng)力條件，為未來中強(qiáng)地震最可能發(fā)生的段落。

（3）斷裂帶中部與遂溪斷裂交匯的區(qū)域的地震活動(dòng)性參數(shù)組合顯示該段落的應(yīng)力水平和閉鎖程度相對北部灣區(qū)域較弱，但其位于斷裂帶交匯處，需要關(guān)注遂溪斷裂帶上中強(qiáng)地震對該斷裂帶上地震的應(yīng)力觸發(fā)作用。

（4）高州水庫區(qū)域地震活動(dòng)參數(shù)雖然具有一定程度的異常特征，受庫水位應(yīng)力觸發(fā)作用，小震活躍，構(gòu)造應(yīng)變能持續(xù)釋放，發(fā)生中強(qiáng)地震的概率較小，地震活動(dòng)以小震持續(xù)活躍為主。

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Analysis on Stress State in Xinyi-Lianjiang Fault Area

HUANG Yuanmin1，DU Long2，SHAO Ye1，WANG Zhengya3

（1.Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，Guangdong，China；2.China Nuclear Power Engineering Company，Shenzhen 518000，China；2.Earthquake Administration of Zhanjiang City，Zhanjiang 524043，China）

Using the seismic data recorded by the Guangdong and Guangxi regional seismic network from January 1st，1972 to March 31st，2016，the paper obtained the spatial distribution of several seismicity parameters（including a and b values in the frequency-magnitude relationship,and the local recurrence intervals TL）in Xinyi-Lianjiang fault and its surrounding area to discuss the stress state in the fault.The results show that：the spatial distribution of several seismicity parameters was significantly heterogeneous in the fault area.The Beibu Gulf area in the southwest section of the fault had the characteristic of the low b-value，low avalue，and the shortest recurrence intervals TL.All these implied that this section of the faultmight have been locked under the high stress and more likely to generate moderate-strong earthquakes.The stress state and the degree of locking in the central section of fault,where it is the intersection of Xinyi-Lianjiang fault and Suixifault,were lower than Beibu Gulf section.Because it was the intersection of two faults，the stress tiggering on Xinyi-Lianjiang fault from themoderate-strong earthquakes in Suixi fault could not be ignored.There were a lot of small earthquake in Gaozhou reservoir area,and its stress release wasmainly based on the small earthquake activity.

Seism icity Parameters；Xinyi-Lianjiang Fault；Stress State；Locking

P315.5

A

1001-8662（2016）04-0014-06

10.13512/j.hndz.2016.03.003

黃元敏，杜龍，邵葉，等.信宜-廉江斷裂地震活動(dòng)狀態(tài)分析[J].華南地震，2016，36（4）：14-19.[Huang Yuanmin，Shao Ye，Wang Zhengya. Analysis on Stress State in Xinyi-Lianjiang Fault Area[J].South china journal of seismology，2016，36（4）：14-19.]

2015-10-06

中國地震局“2016年度震情跟蹤定向工作任務(wù)”（2016010111）、湛江市地震局“粵桂瓊交界地區(qū)未來5年地震趨勢及對策研究”項(xiàng)目資助

黃元敏（1982-），男，工程師，主要從事地震預(yù)測研究工作.

E-mail：q_hym@aliyun.com.