瑞昌-陽新4.6級地震序列震源位置及震源機制研究

董非非 鄧 輝 胡 睿 李 正

1 江西省地震局，南昌市洪都北大道865號，330039

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瑞昌-陽新4.6級地震序列震源位置及震源機制研究

董非非1鄧 輝1胡 睿1李 正1

1 江西省地震局，南昌市洪都北大道865號，330039

基于江西省及鄰區(qū)數(shù)字地震臺網(wǎng)資料，對瑞昌-陽新4.6級地震序列進行重新定位，反演該序列里較大地震的震源機制解，探討該地震序列的空間分布特征以及發(fā)震構(gòu)造，并對震區(qū)內(nèi)兩次中強地震之間的關(guān)系進行討論。結(jié)果表明，瑞昌-陽新4.6級地震序列走向約為NE60°，主震發(fā)震構(gòu)造為郯廬斷裂帶分支壟塘-皮家山隱伏斷裂帶；瑞昌-陽新4.6級地震序列與九江-瑞昌5.7級地震序列時空分布特點密切相關(guān)。

瑞昌-陽新4.6級地震序列；重新定位；震源機制

2011-09-10江西瑞昌與湖北陽新交界處發(fā)生的4.6級地震，是贛西北繼2005-11-26九江-瑞昌5.7級地震后又一次中強地震，兩次地震震中僅相距約30 km，均發(fā)生在郯廬斷裂帶與襄樊-廣濟斷裂帶交匯區(qū)域(九瑞震區(qū))。目前關(guān)于該地震序列的研究中[1-6],有些僅對主震及最大余震進行震源機制研究，有些僅對地震序列中少數(shù)地震進行定位。由于瑞昌-陽新4.6級地震序列本身震級較小，且所處區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，斷裂走向不明顯，樣本數(shù)過少會導(dǎo)致定位后的序列走向不明顯，從而對主震發(fā)震構(gòu)造的認識造成較大差異。

本文首先采用結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)的雙差定位法[7-9]，計算截止2012-03瑞昌-陽新4.6級地震主震區(qū)被周邊4個及以上臺站記錄到的52次地震的重新定位結(jié)果；在此基礎(chǔ)上，利用FOCMEC方法[10-11]反演該地震序列中ML1.8級及以上地震的震源機制解；然后結(jié)合九瑞震區(qū)的地震地質(zhì)特點以及前人研究成果[12-13]，綜合探討本次地震序列的發(fā)震構(gòu)造，并結(jié)合計算結(jié)果對震區(qū)內(nèi)兩次中強地震的關(guān)系進行討論。

1 構(gòu)造背景

九瑞震區(qū)屬于華南地塊的長江中游地震帶，其周邊地區(qū)歷史上曾發(fā)生多次5級以上中強地震。GPS觀測資料表明[14]，九瑞震區(qū)附近擬合值與觀測值偏差較大，說明該區(qū)域地下介質(zhì)較為復(fù)雜，非均勻性較強，有利于地震的積累和發(fā)生。

長江中游地震帶的地震活動受到青藏地塊(主要為巴顏喀拉地塊)向東運動以及華南、華北兩個活動地塊邊界動力作用的影響。九瑞震區(qū)位于長江中游地震帶的東段，在大地構(gòu)造上處于北部秦嶺褶皺系和南部揚子準地臺兩大構(gòu)造單元的邊界帶，主要涉及的深大斷裂為襄樊-廣濟斷裂帶及郯廬斷裂帶廬江以南段[15]。

2 地震序列重新定位

江西及鄰區(qū)數(shù)字地震臺網(wǎng)分布如圖1。瑞昌-陽新4.6級地震發(fā)生后，截止2012-03該地區(qū)共發(fā)生76次地震，主要分布在3個區(qū)域(圖2)：1)瑞昌-陽新4.6級地震序列主震區(qū)(a)共60次，其中包括ML1.0級以上地震45次；2)九江-瑞昌5.7級地震序列主震區(qū)(b)共9次；3)兩條斷裂帶交匯部位西北方向的湖北陽新、武穴、蘄春交界地區(qū)發(fā)生6次地震，這組小震沿襄樊-廣濟斷裂帶分布，稱為激發(fā)區(qū)(c)。選用主震區(qū)記錄清楚、信噪比較高、被周邊4個及以上臺站記錄到的52次地震作為研究對象，采用與呂堅等[1]相同的速度模型，增加臺站數(shù)及雙差迭代次數(shù)，結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)對這些地震進行重新定位。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、歷史地震震中與臺站分布圖Fig.1 Regional geological structure, distribution of historical earthquake epicenter and seismic stations

圖2 兩組地震序列活躍期間震中分布圖Fig.2 The epicenter distribution during the active time of two earthquake sequence

選取主震震中位置周邊200 km左右的16個臺站(圖1圓圈內(nèi)臺站)，對有地震序列波形記錄的每個臺站分別進行兩兩波形的相關(guān)系數(shù)計算。波形預(yù)處理的原則為：初至波到前0.5 s至到后1 s波形進行對比計算，滑動窗長為0.5 s;相關(guān)系數(shù)閾值定為0.7；根據(jù)直達波Pg、Sg表現(xiàn)頻率的不同，P波采用的帶通濾波范圍為1～10 Hz,S波采用的帶通濾波范圍為0.5～2 Hz；最終得到的相關(guān)地震序列中，P波1 221對，S波1 281對。

選取臺震距離小于200 km、震源間距小于4 km、走時觀測臺站震相記錄數(shù)≥8的地震，采用奇異值分解法(SVD)進行迭代計算。迭代中，第一輪將觀測報告中的走時差賦予高權(quán)重以保證地震個數(shù)，將P波走時差權(quán)重設(shè)為1，S波走時差權(quán)重設(shè)為0.9；第二輪對互相關(guān)相對走時賦予高權(quán)重以保證定位精度，將P波互相關(guān)走時差權(quán)重設(shè)為0.85，S波互相關(guān)走時差權(quán)重設(shè)為0.45，互相關(guān)走時差的震源間距小于3 km。

最終成功定位地震49次(圖3)。重新定位后東西向與北南向估算誤差約0.2 km，深度估算誤差約0.5 km，地震序列走向大約為NE60°。根據(jù)江西省、湖北省地震局地震現(xiàn)場工作隊的災(zāi)情調(diào)查結(jié)果，瑞昌-陽新4.6級地震的宏觀震中位于湖北省陽新縣的楓林鎮(zhèn)坳上村，震中區(qū)烈度為Ⅴ度，Ⅴ度區(qū)北起瑞昌市黃金鄉(xiāng)界首村，南到瑞昌市橫立山鄉(xiāng)紅旗村，東起瑞昌市南陽鄉(xiāng)燕山村，西至湖北陽新縣木港鎮(zhèn)大德村，等震線呈橢圓狀，長軸大約22 km，短軸大約11 km，長軸方向為NE60°左右。根據(jù)1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖，在地震序列的北端存在一條未知斷裂，其與地震序列的走向以及Ⅴ度等震線長軸方向一致。該斷裂所在地為壟塘，地震序列走向最南端為皮家山。由此推斷，發(fā)震斷層可能是壟塘-皮家山間的隱伏斷裂帶，未知斷裂帶為該斷裂帶出露地表部分。從圖4看出，主震(紅色菱形點)到A段較為平緩，靠近A′方向較陡，除個別地震外，主震位于序列深度最深處；沿傾向(B-B′)方向震源深度剖面較為陡立，說明斷層傾角較大。

圖3 九瑞震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與重新定位后地震序列震中分布圖Fig.3 Geological structure of Jiujiang-Ruichang seismic zone and earthquake sequence epicenter distribution after relocation

圖4 地震序列震中沿A-A′ 和B-B′剖面的深度分布Fig.4 Source depth distribution of the sequence along the profile A-A′ and B-B′

3 地震序列震源機制求解

本文采用FOCMEC方法[10-11]，在重新定位的基礎(chǔ)上，反演地震序列中ML1.8及以上共計18次地震的震源機制解。反演時要求P初動采用數(shù)不得低于5個，結(jié)果收斂一致。選擇其中誤差小的最佳解作為最終震源機制解，成功得到10次地震的震源機制解(表1、圖4)。

表1 瑞昌-陽新4.6級地震序列中部分地震的震源機制解及斷層類型

主震的震源機制解與呂堅等[1]采用FOCMEC方法計算的結(jié)果大體一致，與其采用CAP方法計算的結(jié)果有細微差別。最大余震的震源機制解結(jié)果與陳俊華等[3]的研究較為接近，說明本文結(jié)果是可靠的。對所得的震源機制進行分類(表1)[16]可以看出，4.6級主震震源機制為走滑類型(SS)，其余9個余震中有1個為正走滑(NS)，3個為正斷層(NF)，5個為未知(U)類型斷層，其中5個未知類型斷層含有較大的正斷層成份。從主震和余震震源機制類型來看，主震反映的是水平作用為主的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，而余震反映的應(yīng)力結(jié)構(gòu)主要以張性應(yīng)力為主。

參考前人研究[12-13]，該區(qū)的背景應(yīng)力場為近東西向的水平擠壓應(yīng)力場，本研究中主震的震源機制屬于走滑型，也證實該區(qū)的發(fā)震構(gòu)造應(yīng)力以水平作用為主。一般中強地震的應(yīng)力狀態(tài)基本與區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場一致，而震級相對更小的地震所表現(xiàn)的應(yīng)力，通常隨機性比較強,本研究中余震主要為正斷層的原因可能與區(qū)域局部張性應(yīng)力有關(guān)。由上文雙差定位結(jié)果以及地震烈度調(diào)查結(jié)果中等震線長軸的方向(圖3)可判定，節(jié)面B為主震的震源破裂面，走向為205.9°，方向為SSW,主要表現(xiàn)為受壓力作用而產(chǎn)生的走滑斷層。

圖5 瑞昌-陽新4.6級地震序列部分地震的震源機制Fig.5 Some earthquake’s focal mechanisms of Ruichang-Yangxin magnitude 4.6 earthquake sequence

4 討 論

根據(jù)九江-瑞昌5.7級地震序列200余次地震的最新統(tǒng)計分析結(jié)果，該序列P軸方位的優(yōu)勢方向為NWW，次優(yōu)勢方向為NEE。其中NWW所指方向與瑞昌-陽新4.6級地震序列所在方位較為一致。根據(jù)全國地震編目系統(tǒng)的地震記錄(圖2)，在九江-瑞昌5.7級地震序列發(fā)生期間， NEE方向的同一區(qū)域發(fā)生53次地震，而NWW方向僅發(fā)生1次地震。說明NEE方向能量得到釋放，而P軸的優(yōu)勢NWW方向能量未能得到有效釋放，從而使該方向上能量累積。這種能量累積效應(yīng)增加了后續(xù)更大震級發(fā)震的可能性。瑞昌-陽新4.6級地震發(fā)生后，九江-瑞昌5.7級地震序列主震區(qū)(圖2的b區(qū)域)以及激發(fā)區(qū)(圖2的c區(qū)域)短時間內(nèi)也發(fā)生數(shù)次地震。由此可見,瑞昌-陽新4.6級地震序列與九江-瑞昌5.7級地震序列活動在時空上密切相關(guān)。

地震震源機制分析是研究斷裂活動應(yīng)力性質(zhì)的重要手段[17]。九江-瑞昌5.7級地震序列主震為走滑斷裂[13], 瑞昌-陽新4.6級地震主震同樣為走滑斷裂，說明該區(qū)主要應(yīng)力場以水平作用為主。 九江-瑞昌5.7級地震發(fā)生后，該地震北部以及東部局部區(qū)域發(fā)生了小地震，應(yīng)力得到局部釋放，西部與西南部當時沒有小地震活動。王俊等[18]計算出的靜態(tài)庫侖應(yīng)力增加區(qū)主要分布在斷層右側(cè)(東側(cè))，應(yīng)力減小區(qū)在南側(cè)，而瑞昌地震在九江地震主震斷層的左側(cè)(即近西側(cè))，不是主要的應(yīng)力影響區(qū)，但是襄樊-廣濟斷裂與郯廬斷裂的交匯區(qū)域位于應(yīng)力增強區(qū)。鑒于襄樊-廣濟斷裂與郯廬斷裂以及楓林斷裂相互交匯，因此九江地震引起的應(yīng)力會在這幾個斷層之間傳遞。瑞昌-陽新4.6級地震位于郯廬斷裂以及楓林斷裂相互交匯的地方，更容易引起應(yīng)力積累，加上區(qū)域背景應(yīng)力處于高值階段，因此推斷九江-瑞昌5.7級地震對瑞昌-陽新4.6級地震有一定的觸發(fā)作用。

目前對九江-瑞昌5.7級地震的發(fā)震構(gòu)造有兩種認識：一種認為與NE向斷裂[3,19]有關(guān)；另一種認為與NW向斷裂[1,12-13,18]有關(guān)?？疾炀湃鹫饏^(qū)的GPS觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)[14]，華南塊體的運動方向大致為SEE方向，與郯廬斷裂帶走向近乎垂直，理論上不利于地震的發(fā)生。而與襄樊-廣濟斷裂帶的夾角較小(為30°左右)，假設(shè)地殼處于臨界應(yīng)力狀態(tài)，則能夠滿足摩爾破壞準則，有利于斷層的錯動。據(jù)此推斷，九江-瑞昌5.7級地震的發(fā)震構(gòu)造為襄樊-廣濟帶NW向斷裂的可能性較大。而對于瑞昌-陽新4.6級地震,根據(jù)目前研究區(qū)域的地應(yīng)力狀態(tài)，兩條深大斷裂斷層都與最大主應(yīng)力呈近45°左右夾角，需要大約高過靜水壓力(1.5倍)的流體壓力才能滿足破壞準則，因此該地震的發(fā)震構(gòu)造為郯廬斷裂帶主斷裂隱伏段的可能性不大，而應(yīng)該為郯廬斷裂帶的分支。鑒于瑞昌-陽新4.6級地震發(fā)生后，九江-瑞昌5.7級地震序列主震區(qū)(b)以及激發(fā)區(qū)(c)短時間內(nèi)也發(fā)生了數(shù)次地震，推斷僅依靠地應(yīng)力的變化觸發(fā)相對比較困難，有可能存在第三因素的影響。

5 結(jié) 語

1)瑞昌-陽新4.6級地震序列走向NE60°，地震序列沿走向長軸展布約8 km,短軸約3 km，地震序列走向與Ⅴ度等震線長軸方向一致。

2)瑞昌-陽新4.6級地震的震源機制解走向205.9°，傾角67.48°，滑動角159.64°；主震發(fā)震構(gòu)造可能為郯廬斷裂帶分支壟塘-皮家山隱伏斷裂。

3)瑞昌-陽新4.6級地震序列與九江-瑞昌5.7級地震序列在時空分布上密切相關(guān)，九江-瑞昌5.7級地震可能對瑞昌-陽新4.6級地震有觸發(fā)作用。

致謝：本文在撰寫過程中得到日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所雷興林教授、云南大學(xué)地球物理系解朝娣副教授的幫助，在此表示感謝。

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About the first author:DONG Feifei, engineer, majors in seismology and earthquake prediction methods，E-mail：agnes516@126.com.

Study on Source Location and Focal Mechanism of Ruichang-Yangxin Magnitude 4.6 Earthquake Sequence

DONGFeifei1DENGHui1HURui1LIZheng1

1 Earthquake Administration of Jiangxi Province, 865 North-Hongdu Road, Nanchang 330039, China

With data from the Ruichang-Yangxin magnitude 4.6 earthquake sequence recorded by the digital seismic network of Jiangxi and its adjacent areas, we relocate the sequence, study the relatively large earthquake’s focal mechanism, discuss the spatial distribution feature and seismogenic structure of the sequence and discuss the relationship between two moderate-strong earthquakes in this region. Our results show that the strike of the Ruichang-Yangxin magnitude 4.6 earthquake sequence is approximately NE 60°, that the main seismogenic structure is the Longtang-Pijiashan buried fault, which is a subfault of the Tanlu fault. Furthermore, the Jiujiang magnitude 5.7 earthquake sequence and the Ruichang-Yangxin magnitude 4.6 earthquake sequence have a close relationship in spatio-temporal distribution.

Ruichang-Yangxin magnitude 4.6 earthquake sequence;relocation; focal mechanism

The Spark Program of Earthquake Technology of CEA,No.XH14030Y, XH12027.

2015-12-31

項目來源：中國地震局地震科技星火計劃(XH14030Y，XH12027) 。

董非非，工程師，主要從事地震學(xué)及地震預(yù)測方法研究，E-mail：agnes516@126.com。

10.14075/j.jgg.2016.12.003

1671-5942(2016)012-1047-05

P315

A