兩淮礦區(qū)震源機(jī)制解反演區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征

薛 涼，姚多喜，魯海峰，張 好，朱寧寧

(安徽理工大學(xué)，合肥 232001 )

0 概況

兩淮礦區(qū)是我國確定的13個(gè)億噸級(jí)煤炭基地之一，是我國重要的煤炭生產(chǎn)基地[1]。兩淮煤田，位于華北石炭二疊紀(jì)巨型聚煤坳陷的東南隅、秦嶺東西向構(gòu)造帶的北緣[2-3]。地理位置在安徽省北部，地跨淮南、阜陽、亳州、宿州、淮北五市，包括鳳臺(tái)、潁上、利辛、蒙城、渦陽、濉溪、懷遠(yuǎn)、埇橋等縣、區(qū)。其中，淮南煤田東部自淮南東部九龍崗地區(qū)，向西部延展到阜陽附近，煤田在平面呈北西西向長橢圓狀，長約118km，寬度15～35km，地域面積約3 240km2?；幢泵禾飽|起京滬鐵路和符離集-四鋪-任橋一線，西止豫皖省界；南自板橋斷層，北至隴海鐵路和蘇皖省界；東西長40～150km，南北寬110km左右，面積約12 350km2，實(shí)際含煤面積約1 047.1km2[4-7]。

1 資料及方法

地震的孕育發(fā)展和發(fā)生，本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)過程，即與地震所在的斷層活動(dòng)及其周圍地質(zhì)塊體受力與運(yùn)動(dòng)方式有關(guān)。而地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整變化，則是斷層與塊體活動(dòng)的動(dòng)力來源[8]。淮南礦區(qū)位于華北板塊南部，主體構(gòu)造為東西向的對(duì)沖構(gòu)造盆地。盆地內(nèi)形成一系列褶皺，斷層也很復(fù)雜，接近東西向和北東向，并形成很多不同塊段(圖1)。安徽地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征曾被多位學(xué)者研究過，但這些研究范圍都較大，未能與兩淮地區(qū)構(gòu)造塊體及斷層活動(dòng)密切結(jié)合[8]。

在地震研究中，震源機(jī)制解是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最基礎(chǔ)的資料和常用的方法[9-11]。為了加強(qiáng)對(duì)兩淮礦區(qū)中強(qiáng)震發(fā)生機(jī)理的理解及其地震危害性的推斷，并避免礦井生產(chǎn)過程中由于地震地面生產(chǎn)系統(tǒng)破壞導(dǎo)致的井下突水、 煤與瓦斯突出等一系列事故，對(duì)巷道掘進(jìn)、支護(hù)等工程提出指導(dǎo)意見，保證煤礦工人的生命安全，本文以較小范圍的實(shí)際資料，通過對(duì)兩淮礦區(qū)現(xiàn)代中小地震震源機(jī)制參數(shù)的研究并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)[12]，分析并推斷發(fā)震斷層及塊體的活動(dòng)方式，進(jìn)一步掌握兩淮礦區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的特征。

2 震源斷層滑動(dòng)方式的統(tǒng)計(jì)分析

利用地震的節(jié)面解來推斷構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向是應(yīng)用較為廣泛的一種方法[9-11]。震源斷層的破裂類型可由震源參數(shù)中的節(jié)面傾角分析得到[13]。由于無法確定中小地震震源機(jī)制解2個(gè)節(jié)面中哪個(gè)是斷層面，所以對(duì)地震震源的2個(gè)節(jié)面方位及傾角一并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[8]，其分布狀況繪于圖2。對(duì)于節(jié)面傾角，約定傾角<10°時(shí)，為逆沖(或正斷)；傾角在10°～30°時(shí)，為近逆沖(或正斷)；傾角為31°～60°時(shí)，為斜滑；傾角為61°～80°時(shí)，為近走滑；傾角>80°時(shí)，為走滑。

表1 兩淮礦區(qū)中小地震震源機(jī)制解Table 1 Small and medium sized earthquakes focal mechanism solution in Huainan and Huaibei mining areas /(°)

圖2 兩淮礦區(qū)震源機(jī)制解節(jié)理面走向及傾角分布Figure 2 Focal mechanism solution joint plane strike and dip angle distributions

圖2a顯示兩淮礦區(qū)存在兩組可能的震源斷層面優(yōu)勢(shì)取向，其中一組優(yōu)勢(shì)取向方位為40°～50°，基本上與郯廬斷裂帶安徽段主干斷裂的走向保持一致；另一組優(yōu)勢(shì)取向方位角為120°～130°。圖2b顯示兩淮礦區(qū)震源斷層節(jié)面傾角分布較為集中，節(jié)面傾角有2個(gè)優(yōu)勢(shì)點(diǎn)分布，分別位于40°～50°，60°～90°，分別表現(xiàn)為近走滑和走滑特性，但總體上60°～90°的節(jié)面數(shù)相對(duì)較多。綜合分析認(rèn)為：兩淮礦區(qū)內(nèi)地震震源斷層的破裂類型主要表現(xiàn)為近走滑型，同時(shí)也有一定比例的走滑型。

3 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布

本文在對(duì)多個(gè)中小型震源機(jī)制解參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)原有的兩淮礦區(qū)的地質(zhì)資料分析成果，對(duì)兩淮礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布進(jìn)行推測(cè)研究。

現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)決定了處在其中的發(fā)震斷層的性質(zhì)：當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的P軸和T軸都是水平或接近水平(即P軸和T軸的傾角均≤45°)時(shí)，斷層以走滑為主[14]；當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的P軸垂直地面或接近垂直地面(即P軸傾角>45°)時(shí)，斷層為正斷層或傾滑正斷層；當(dāng)T軸垂直于地面或接近垂直(即T軸傾角>45°)時(shí)，斷層為逆斷層或傾滑逆斷層[15]。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)分析了兩淮礦區(qū)的震源機(jī)制解。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：兩淮礦區(qū)的發(fā)震斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為走滑斷層(75%)； 逆斷層次之(16.7%)； 正斷層最少(8.3%)。

表2 兩淮礦區(qū)發(fā)震斷層性質(zhì)及劃分結(jié)果Table 2 Focal seismogenic fault properties and partitionedresult in Huainan and Huaibei mining areas

圖3為對(duì)兩淮礦區(qū)地震震源機(jī)制按10°間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別得到該區(qū)地震震源機(jī)制最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力以及中間主應(yīng)力軸的分布方位。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：兩淮礦區(qū)最大主應(yīng)力軸方位主要集中在70°～90°，最小主應(yīng)力軸方位集中在320°～350°。表明兩淮礦區(qū)地震主壓應(yīng)力軸方位大致呈近東西方向分布，主張應(yīng)力軸方位大致呈近南北向的分布特征。

為了考察兩淮礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向的分布情況，根據(jù)傾角β大小，將其作用力劃分為：水平力(β<10°)，近水平力(10°≤β≤30°)，斜向力(31°≤β≤60°)，近垂直力(61°≤β≤80°)，垂直力(β>80°)五種類型[16-17]。

表3 兩淮礦區(qū)P 、T、 B軸傾角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistics of P, T and B axial dip anglesin Huainan and Huaibei mining areas

圖3 兩淮礦區(qū)P 、T、 B軸方位及傾角Figure 3 Huainan and Huaibei mining areas P, T and B axes azimuths and dips

由圖3可見，兩淮礦區(qū)地震震源的主壓應(yīng)力軸、主張應(yīng)力軸傾角絕大多數(shù)<40°；平均主壓應(yīng)力軸傾角為βp= 27°±23°，平均主張應(yīng)力軸傾角為βT=41°±38°，表明兩淮礦區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用力以近水平或斜向力為主，但β軸傾角<60°也占有相當(dāng)一部分，表明了現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)還存在一定的近垂向作用力。

4 結(jié)論及存在的問題

(1)對(duì)兩淮礦區(qū)中小地震震源機(jī)制解參數(shù)中的節(jié)面傾角及最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力軸的傾角的統(tǒng)計(jì)分析，可以得到如下信息：地震震源斷層可能主要表現(xiàn)為近走滑型破裂，但同時(shí)也有一定比例的走滑型破裂；兩淮礦區(qū)的斷層性質(zhì)總體主要表現(xiàn)為走滑斷層，逆斷層占有一小部分，正斷層所占比例最少。

(2)兩淮礦區(qū)應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力軸優(yōu)勢(shì)方位大致呈近東西向分布，最小主應(yīng)力軸優(yōu)勢(shì)方位大致呈近南北向分布，應(yīng)力場(chǎng)平均主壓應(yīng)力軸和主張應(yīng)力軸傾角均小于30°，顯示該區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)今主要表現(xiàn)為近水平作用力，同時(shí)存在部分構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用力表現(xiàn)為近垂直方向。

(3)通過震源機(jī)制解來反演區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方法具有以下缺點(diǎn)：受震源機(jī)制解結(jié)果限制，沒有地震的區(qū)域無法進(jìn)行研究;準(zhǔn)確度受計(jì)算區(qū)、地震事件數(shù)目的影響，無法給出各應(yīng)力分量具體值。

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