廣西北流-廣東化州MS 5.2級地震發(fā)震構造探討

王小娜,鄧志輝,王力偉,楊 選

（1.廣東省地震局,廣州 510070；2.南方海洋科學與工程廣東省實驗室,廣東 珠海 519000）

0 引言

經(jīng)中國地震臺網(wǎng)中心測定,北京時間2019年10月12日22時55分廣西北流與廣東化州交界（22.16°N,110.52°E）發(fā)生MS5.2級地震 ,震源深度10 km（圖1）,地震發(fā)生前2 s ,其北西側發(fā)生1次4.2級前震。根據(jù)廣西及廣東省地震局地震烈度調查與評定結果（http://www.gxdzj.gov.cn/dzyjcl/17431.jhtML）,此次地震極震區(qū)烈度為Ⅵ度,等震線形狀呈橢圓形,長軸總體呈NW向,長約19 km,短軸約10 km,面積約為141 km2,共造成廣東化州市平定鎮(zhèn)、播揚鎮(zhèn)和廣西北流市六靖鎮(zhèn)、石窩鎮(zhèn)和清灣鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災,目前無人員傷亡,直接經(jīng)濟損失約505萬元。

地震發(fā)生后廣東省地震局及廣西省地震局組成應急工作小組前往震源區(qū)進行應急處置工作,在5.2級地震周邊30 km范圍內布設了6個地震臺站（圖1）,顯著提高了5.2級地震序列的監(jiān)測能力。截止到2019年12月25日,共記錄到余震205次,其中ML0.0～0.9地震123次、ML1.0～1.9地震 70次、ML2.0～2.9地震 10次、ML3.0～3.9地震2次,最大余震為2019年10月12日23時31分的ML3.2地震（圖1）。

2016年7月31日距北流5.2級地震北東約230 km處發(fā)生廣西蒼梧5.4級地震,廣西蒼梧5.4級地震打破了東南沿海地震帶近18年的5級地震平靜,標志著東南沿海地震帶進入1900年以來第Ⅴ活躍幕[1]。2018年11月26日臺灣海峽6.2級地震打破了東南沿海地震帶近24年的5.5級地震平靜[2],而廣西北流—廣東化州5.2級地震再次確認了東南沿海地震帶正處于第Ⅴ活躍幕。因此研究這些地震的震源機制及動力學特征,對于東南沿海地震帶震情研判具有重要意義。

廣西北流—廣東化州5.2級地震位于少震弱震區(qū),1800年后, 5.2級地震周邊100 km范圍內僅在1890年8月30日廣東廉江及廣西陸川交界處發(fā)生5?級地震,兩次地震相距61 km。鑒于震源區(qū)周邊較低的地震活動性,相關的地球物理學研究資料較少,這為研究本次地震的發(fā)震構造增加了難度,因此,本文嘗試利用固定臺站和流動臺站記錄的地震資料對廣西北流—廣東化州5.2級地震序列進行精定位,對震源機制解進行反演,結合地質構造資料和烈度調查結果進行分析研究,探討其發(fā)震構造,為粵閩交界地震危險性評價提供信息。

1 地震地質構造背景

廣西北流—廣東化州5.2級地震位于南華沿海斷塊差異隆起區(qū),根據(jù)地質調查結果,該隆起區(qū)處于華南沿海地區(qū),北至粵北間歇性上升區(qū),南至濱海斷裂帶,構造線主要為NE向,其次為NW向。區(qū)內自晚古生代以來形成多個相對隆起區(qū),中生代構造活動強烈,主要以斷裂活動和斷塊運動為特征,新構造運動在總體上繼承了斷裂和斷塊運動特征。南華沿海斷塊差異隆起區(qū)地震活動較為頻繁,是東南沿海地震帶的主要組成部分。根據(jù)構造特征的差異,該區(qū)又可分為多個次級構造單元[3-5],自西向東分別為桂東南—粵西斷塊差異隆起區(qū)、云開大山斷塊隆起區(qū)、天露山間歇性斷塊隆起區(qū)、珠江三角洲斷陷區(qū)、閩西—粵中斷塊差異隆起區(qū)、蓮花山—戴云山斷塊隆起區(qū)以及惠來—汕尾掀斜差異隆起區(qū)等,而本次廣西北流—廣東化州5.2級地震位于云開大山斷塊隆起區(qū)。

云開大山斷塊隆起區(qū)內主要有NE向和NW向兩組斷裂（圖1）,其中NE向斷裂有合浦—北流斷裂、信宜—廉江斷裂及吳川—四會斷裂,合浦—北流斷裂西南起于北部灣海域,向北東經(jīng)合浦、博白、陸川、北流、容縣、岑溪一直延伸到蒼梧一帶,總長約370 km[6-7],斷裂附近發(fā)生了1507年容縣5.0級地震、1778年北流5?地震和2016年蒼梧5.4級地震。合浦—北流斷裂帶分東、西兩支,西支又稱博白—梧州斷裂,全長約370 km；東支又稱陸川—岑溪斷裂,長約300 km[8]。信宜—廉江斷裂東北起自廣東信宜附近,向西南經(jīng)化州、廉江延伸入海灣,長約150 km,總體傾向NW,表現(xiàn)為正斷性質,1605年廉江發(fā)生6.0級地震。吳川—四會斷裂帶經(jīng)過吳川,向西南延伸入海,并繼續(xù)延伸到湛江東海島東緣,向北東經(jīng)陽春、云浮、四會至英德以北,該斷裂為廣東省內主要的控震斷裂,曾發(fā)生過多次5級以上地震,如1605年湛江海域6.5級地震、1606年湛江海域5.5級地震、1611年電白6.0級地震、1665年羅定5.0級地震、1749年云浮5.0級地震等[9]。NW向斷裂主要有百色—合浦斷裂、巴馬—博白斷裂,百色—合浦斷裂始于廣西與貴州交界的隆林,向東南經(jīng)百色、平果、南寧、合浦一直延伸到雷州半島,全長約700 km ,1977年廣西平果附近發(fā)生5.0級地震。巴馬—博白斷裂西北起自貴州境內,向東南經(jīng)廣西的巴馬、大化、橫縣、博白以及廣東高州一直延伸到廣東茂名附近,全長約800 km ,傾向以NE為主,傾角40～85°[10],該斷裂與防城—靈山斷裂交匯處在1936年和1958年分別發(fā)生6?級地震和5?級地震。

圖1 粵桂交界地震構造圖Fig.1 Seismotectonic map at the junction of Guangdong and Guangxi

2 地震精定位結果

本文利用廣東省地震臺網(wǎng)（24個臺站）、廣西省地震臺網(wǎng)（15個臺站）以及海南省地震臺網(wǎng)（2個臺站）的41個固定地震臺及6個流動地震臺站（圖1）記錄到的P波及S波震相走時數(shù)據(jù)[11-13],利用雙差地震定位方法[14]進行重新定位,在前期的資料處理過程中,剔除掉走時偏差大于5s的震相數(shù)據(jù),且保證每個地震至少有6個臺站記錄,最終獲得135個地震（包含主震及前震）進行精定位反演,震級范圍ML≥0.5 ,震源深度范圍5～14 km。在反演過程中,使用的一維速度模型為根據(jù)前人資料[15-20]獲取的粵西地區(qū)平均一維速度模型。

表1 粵西地區(qū)平均一維P波速度模型Table 1 The 1D P wave velocity model of the western Guangdong region

經(jīng)過雙差地震定位,本研究共獲得104個地震的精定位結果,地震走時殘差由定位前的0.27 s降為0.06 s ,定位精度有了明顯提高。圖2為定位前后地震分布圖,可以看出,定位后廣西北流—廣東化州地震序列NW向條帶特征更為明顯,精定位后廣西北流—廣東化州5.2級地震位于北緯22.15°,東經(jīng) 110.54° ,震源深度 9.8 km ,而 4.2級前震（北緯 22.16°,110.53°,震源深度9.5 km）位于主震北西約1.15 km處。

圖2 精定位前（a）后（b）北流—化州地震序列分布圖Fig.2 Distribution of Beiliu-Huazhou seismic sequence before (left) and after (right) relocation

為更好地分析地震在深度方向的展布情況,本文分別沿小震分布走向和垂向建立兩條剖面,精定位后,北流地震序列與地面近垂直分布,震源深度主要位于5～13 km之間,其中6～10 km之間的地震占比80%,淺層（0～4 km）未定位到地震,而震后地質考察亦未發(fā)現(xiàn)地表破裂。地震序列在不同時段的分布如圖3所示,可以看出,4.2級前震發(fā)生2s后在其南東發(fā)生廣西北流—廣東化州5.2級地震,主震與前震深度相差不大,主震后1h內,余震主要位于4.2級前震附近。主震后1～24 h內,沿走向看,余震發(fā)生在前震和主震之間,且多位于主震上方,而垂直方向看,余震主要位于主震和前震的北東側,震源深度范圍5～13 km。24 h～10 d內,余震橫向分布特征與1～24 h時段特征類似,但余震在深度方向上主要位于主震上方。主震發(fā)生10 d后,余震主要位于前震的北東側,且震源深度主要集中在前震附近及其上方。

此外,根據(jù)小震集中在斷層面附近的原則,本文利用小震分布確定發(fā)震斷層面參數(shù)[21],得到廣西北流—廣東化州地震序列發(fā)震斷層面長約2.7 km,寬約1 km,走向N51.8°W,傾角約89.3°（圖2b）。結合周邊活動斷裂情況,地震序列位于NE向信宜—廉江斷裂與NW向米場—石窩斷裂延伸線的交匯處,其中米場—石窩斷裂為巴馬—博白斷裂的分支斷裂,該斷裂與發(fā)震斷層面走向相近。

圖3 不同時段北流—化州地震序列地震分布圖Fig.3 Distribution of Beiliu-Huazhou seismic sequence along profiles at different time period

3 震源機制解

廣西北流—廣東化州5.2級地震前2s發(fā)生一次4.2級前震,兩次地震波形數(shù)據(jù)耦合在一起,這為P波初動的拾取以及震源機制解反演過程中波形的擬合增加了不確定性。因此在求解4.2級前震的震源機制解時,我們僅根據(jù)P波初動資料,使用focmec方法[22-23]求取震源機制解（表2,圖2）。而對于5.2級主震,中國地震臺網(wǎng)中心、臺網(wǎng)應急部、中國地震局地球物理研究所、中國地震局地震預測研究所等多家單位使用CAP（Cut And Paste）方法[24-25]進行了震源機制解反演運算（表3）。防災科技學院Seismology課題組（https://mp.weixin.qq.com/s/ODueSMjlEQvbytCiYc14bw）根據(jù)上述震源機制解,求出了一個與所有測定的震源機制的差別平方最小的“中心震源機制解”（表3,圖2）,因此,本文將利用中心震源機制解進行分析研究,以減小前震和主震波形耦合所引起的震源機制解誤差。

表2 廣西北流-廣東化州MS 4.2級前震震源機制解Table 2 The focal mechanism of Beiliu-Huazhou ML4.2 foreshock

表3 不同機構給出的5.2級地震震源機制解及中心震源機制解Table 3 The focal mechanisms of Beiliu-Huazhou MS 5.2 mainshock from different organization

根據(jù)震源機制解可知（圖2,表2,表3）,4.2級前震與5.2級主震震源機制解均為走滑型。4.2級前震節(jié)面1走向為NEE-SWW向,與附近的信宜—廉江斷裂NE-SW走向存在一定差異,通過地質考察發(fā)現(xiàn)前震附近存在一條NEE-SWW向的溝谷（圖2 b虛線）將兩側山峰斜切,推測此處存在一條NEE-SWW向的未知斷裂,在此命名為茶山斷裂,該斷裂走向與前震節(jié)面1走向一致,前震位于茶山斷裂與米場—石窩斷裂延伸線交匯處。5.2級主震節(jié)面1走向為NWWSEE向,與精定位所揭示的斷層面走向相近,亦與NW向米場—石窩斷裂走向相近,而節(jié)面2走向為NE-SW向,與信宜—廉江斷裂走向相近,主震位于米場—石窩斷裂延伸線與信宜—廉江斷裂交匯處。

4 分析與討論

根據(jù)廣西北流—廣東化州MS5.2級地震序列精定位結果,其發(fā)震斷層面參數(shù)與NW向巴馬—博白斷裂的分支米場—石窩斷裂產(chǎn)狀相近。而從前震和主震震源機制解結果來看,主震前震雖均為走滑型,但其震源機制解參數(shù)有一定差異：前震位于茶山斷裂與米場—石窩斷裂延伸線交匯處,其震源機制解兩節(jié)面分別與交匯的兩條斷裂走向一致；主震位于米場—石窩斷裂延伸線與信宜—廉江斷裂交匯處,其震源機制解兩節(jié)面亦與交匯的米場—石窩斷裂及信宜—廉江斷裂走向一致。結合斷裂資料和地震烈度圖,Ⅵ度極震區(qū)等震線長軸呈NW向,因此認為北流5.2級地震序列與北西向米場—石窩斷裂關系密切,前震和主震可能有不同的孕震機制,推測前震為NW-SE向米場—石窩斷裂和NEE-SWW向茶山斷裂共同作用的結果,這也可以解釋主震發(fā)生10 d后,余震集中在前震北東側。而米場—石窩斷裂延伸線與NE-SW向信宜—廉江斷裂交匯處屬于應力薄弱區(qū)域,該區(qū)域距離前震僅1 km左右,因此,4.2級前震的發(fā)生可能對5.2級地震具有觸發(fā)作用,5.2級地震發(fā)生后余震主要沿米場—石窩斷裂的延伸線分布。

5 結論

2019年10月12廣西北流—廣東化州交界發(fā)生5.2級地震,地震發(fā)生前2 s ,其北西側發(fā)生4.2級前震。本文根據(jù)地震周邊47個臺站記錄到的P波及S波震相走時資料,利用雙差地震定位方法獲取了104個地震的精定位結果。此外,本文使用focmec方法獲得了4.2級前震的震源機制解,而對于5.2級主震,多家單位使用CAP方法反演得到了4個5.2級地震的震源機制解,本文采用上述4個震源機制解得到的“中心震源機制解”進行研究探討[26]。根據(jù)精定位及前震和主震震源機制解結果,結合震區(qū)地質構造情況和烈度調查工作,對廣西北流—廣東化州MS5.2級地震進行發(fā)震構造分析,得到如下結論：

（1）精定位后廣西北流—廣東化州5.2級地震位于北緯 22.15°,東經(jīng) 110.54°,震源深度9.8 km, 而 4.2 級前震位于北緯 22.16°,110.53°,震源深度9.5 km ,前震位于主震北西約1.15 km處。地震序列的震源深度主要位于5～13 km之間,淺層未定位到地震分布,地表未發(fā)現(xiàn)破裂。震后不同時段,余震在橫向和垂向上表現(xiàn)出不同的特征。

（2）4.2級前震與5.2級主震震源機制解均為走滑型,前震位于茶山斷裂與米場—石窩斷裂延伸線交匯處,其震源機制解兩節(jié)面分別與上述交匯的兩條斷裂走向一致；主震位于米場—石窩斷裂延伸線與信宜—廉江斷裂交匯處,其震源機制解兩節(jié)面亦與交匯的米場—石窩斷裂及信宜—廉江斷裂走向一致。

（3）廣西北流—廣東化州5.2級地震序列可能是米場—石窩斷裂、茶山斷裂和信宜—廉江斷裂共同作用的結果,前震和主震孕震過程可能并不相同,前震可能為NW-SE向米場—石窩斷裂和NEE-SWW向茶山斷裂共同作用的結果。此外,5.2級地震位于米場—石窩斷裂與NE-SW向信宜—廉江斷裂交匯處,該交匯處應力薄弱且距離前震僅1 km左右,因此,推測4.2級前震的發(fā)生可能對5.2級地震具有觸發(fā)作用,5.2級地震發(fā)生后余震主要沿米場—石窩斷裂的延伸線分布。

致謝：感謝審稿專家給出的寶貴意見,感謝國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心及廣東省地震局監(jiān)測中心為本研究提供地震數(shù)據(jù),感謝防災科技學院萬永革教授提供的斷層面參數(shù)反演程序,本文繪圖均使用GMT程序繪制,在此一并表示感謝。