贛北地區(qū)構造應力場分析*

王甘嬌 項月文 肖孟仁 唐婷婷 余 思

（江西省地震局，南昌 330036）

引言

贛北地區(qū)是華東地區(qū)與華中地區(qū)重要樞紐地帶，經濟發(fā)達，人口密集。該區(qū)曾發(fā)生多次破壞性地震，其中2005年11月26日九江—瑞昌發(fā)生5.7級地震，是近年來我國中東部最大的破壞性地震，2011年9月10日瑞昌—陽新發(fā)生4.6級地震，2018年7月2日景德鎮(zhèn)市浮梁縣發(fā)生3.6級地震?；谮M北地區(qū)嚴峻復雜的震情形勢，新時代下經濟社會發(fā)展的新需求以及人們對地震安全的新期待，要求我們在以往研究成果的基礎上補充開展更具有針對性的研究工作。

構造應力場是地震孕育發(fā)生的力學環(huán)境，是探討斷裂作用方式、地震發(fā)生機理等科學問題的基礎，同時也是地震災害防御、工程建設等國計民生項目所必須開展的基礎性工作，而地震資料，尤其是震源機制資料，是研究構造應力場的重要途徑[1-4]。小震綜合斷層節(jié)面解是根據(jù)大量小地震資料給出的平均節(jié)面解，其P、B、T軸可以反映研究區(qū)構造應力主軸方向，利用小震綜合斷層面解來推斷區(qū)域構造應力場的方法在國內外多個地區(qū)得到應用[5-8]。地震定位是地震活動性以及活動構造等研究的重要基礎資料，精確的地震位置可以為震源機制解的求取及構造應力場的反演提供更為可靠的數(shù)據(jù)支撐。

在簡要回顧贛北地區(qū)構造應力場研究的基礎上，采用雙差定位法，對贛北地區(qū)內小震進行精確定位，結合地震定位結果，然后利用格點嘗試法[9]分區(qū)計算小震綜合斷層面解，對贛北地區(qū)的構造應力環(huán)境進行初步分析。

1 贛北地區(qū)應力場研究概況、數(shù)據(jù)資料及速度模型

1.1 應力場研究概況

贛北地區(qū)地處揚子準地臺、華南褶皺帶和秦嶺—大別山構造帶3大構造單元銜接部位，斷裂構造復雜，其中，北東向郯廬斷裂帶南段末端廬江—廣濟斷裂、北北東向九江—靖安斷裂和北西向襄樊—廣濟斷裂等為主要活動斷裂帶[10]。地震活動以小震為主，但也曾發(fā)生過震級較大的破壞性地震，例如2005年11月26日九江—瑞昌5.7級地震，2011年9月10日瑞昌—陽新4.6級地震。地震發(fā)生后，學者計算了這些地震及其余震的震源機制解，是認識該地區(qū)構造應力場的主要資料。對于九江—瑞昌5.7級地震震群，呂堅等[11]采用CAP方法分別給出5.7級主震和4.8級強余震的震源機制解，認為兩次地震的震源機制解不完全一致，發(fā)震構造也有待商榷。曾文敬等[12]和湯蘭榮等[13]對大量余震的震源機制解進行統(tǒng)計分析，但在余震活動的運動方式上結果不一致，曾文敬給出的統(tǒng)計結果為正斷型，而湯蘭榮給出的統(tǒng)計結果為走滑型。依據(jù)這些震源機制解綜合分析的P軸優(yōu)勢方位也不同，有的認為是南西西或近東西向[12]，也有的認為是近東西向，略偏北西西向[13-14]。對于瑞昌—陽新4.6級地震，呂堅等[15]通過震源機制解的計算，指出同九江—瑞昌5.7級地震均反映為近東西向水平擠壓的應力場作用。

一些學者通過大量地應力基礎資料，從大尺度上研究我國大陸構造應力場的特征[6,16]，指出江西及鄰區(qū)的應力場最大主應力軸方向以南東東—北西西向占優(yōu)勢。丁立豐等[17]在銅鼓縣與宜豐縣交界處的九嶺山隧道洞身兩鉆孔，采用水壓致裂法對隧道洞身圍巖的最大水平主應力及最小水平主應力進行測量試驗，估算最大水平主應力方向為142°。

學者關于贛北地區(qū)構造應力場的研究主要基于震源機制解資料，取得了許多重要的成果，認為贛北地區(qū)受近東西向擠壓、近南北向拉張[10,12,15,18]，但是，震源機制解反演結果或是局部推斷整體區(qū)域，或是從大尺度上勾畫宏觀構造格局，方法上局限于簡單的統(tǒng)計分析，并且學者給出的震源機制解統(tǒng)計結果也不一致，鮮有針對贛北地區(qū)全面的計算分析研究。對此，本文考慮到贛北地區(qū)缺乏鉆孔崩落、應力解除和斷層滑動等地應力資料，小地震資料相對較多，最為直接的方法就是利用大量小地震的P波初動極性數(shù)據(jù)求解綜合震源機制解，對贛北地區(qū)構造應力場特征及分布規(guī)律有進一步的認識。

1.2 數(shù)據(jù)資料及速度模型

本文從國家地震科學數(shù)據(jù)共享中心搜集了2008年1月—2019年7月發(fā)生在贛北地區(qū)（27°N—30°N，113.5°E—118.5°E）中小地震的正式地震觀測報告，從中提取P波、S波的初至震相到時，以及P波初動極性，篩選出適合開展地震精定位的434個地震事件，地震事件初始震中及臺站位置分布見圖1，并根據(jù)江西臺網(wǎng)提供的這些中小地震事件的波形文件，對P波初動極性正負進行了人工校驗。本文采用的一維速度模型是朱介壽等[19]關于華夏地塊速度結構的研究成果（圖2），綜合人工地震測深速度剖面資料和地震面波層析數(shù)據(jù)得到的。

圖 1 重定位結果及單個地震震源機制解空間分布圖Fig. 1 Relocation epicenters and focal mechanism solution of single earthquake

圖 2 速度模型[19]Fig. 2 Velocity model[19]

2 研究方法

2.1 雙差定位法

地震定位是地震活動性、地球內部結構、震源的幾何構造等方面研究的重要基礎資料。地震定位大致分為相對定位和絕對定位兩種。相對定位法主要有主事件法和雙差定位方法[20]。其中，雙差定位方法是由Waldhauser和Ellsworth提出，利用兩個地震的觀測值的差與理論計算值的差的殘差（“雙差”）確定其相對位置，可以對較大空間范圍內發(fā)生的地震同時進行重新定位，是目前地學界比較成熟的定位方法，在地震定位研究中得到了廣泛的應用[21-24]。由于地震定位誤差對P波初動極性數(shù)據(jù)的離源角有明顯的影響[25]，因此，在利用P波初動極性數(shù)據(jù)計算小震綜合斷層面解的過程中，結合了雙差定位技術，能夠有效地提高構造應力場反演結果的可靠性。

2.2 格點嘗試法

Aki[1]首先提出了采用大量小震P波初動資料求解綜合震源機制確定應力場方向的反演方法。許忠淮等[2]提出了利用P 波初動資料求解綜合斷層面解的經典網(wǎng)格搜索法格——點嘗試法。格點嘗試法最突出的特點是在給出最優(yōu)解的基礎上，通過可選解的集合限定解的可變范圍。之后，有學者在格點嘗試法基礎上進行了改進與完善[3,9,26]，使其成為比較成熟和可靠的方法，被廣泛應用于求解單個地震震源機制解或綜合斷層節(jié)面解[27-28]。在具體計算過程中，我們設置步長為5°，對所有可能解的三維參數(shù)空間進行掃描，選取加權矛盾比ψ在極小值ψmin和ψmin+5%之間的解作為可選解（解的離散區(qū)），然后通過聚類分析和解的穩(wěn)定性檢驗，確定最終綜合斷層面解。

3 贛北地區(qū)小震綜合斷層面解

采用雙差定位方法，對2008年1月—2019年7月贛北地區(qū)發(fā)生的地震進行了重新定位，共獲得精定位地震299個，從地震空間分布來看（圖1），贛北部分地區(qū)的地震分布離散，如東部景德鎮(zhèn)、上饒和鷹潭等地區(qū)，南部臨川、吉安等地區(qū)，主要叢集在九江等地區(qū)，宜春、新余和萍鄉(xiāng)等地區(qū)，相比于初始結果，重定位之后的地震分布在一定程度上更為集中。為了便于與前人研究對比分析，本文依據(jù)地震定位結果的集中情況，并參考學者[11,13,18]關于贛北地區(qū)震源機制解的研究情況，本文僅將贛北地區(qū)劃分為2個分區(qū)，即九江地區(qū)（A區(qū)）、宜春地區(qū)（B區(qū)）（圖 1）。

基于地震精定位結果，對P波初動極性數(shù)據(jù)的方位角和離源角進行了修正，采用格點嘗試法，分別求解2個分區(qū)的綜合斷層面解。圖3a、3b為經過雙差定位修正后的P波初動極性數(shù)據(jù)所計算得到可選解的3個應力主軸，其結果列在表1。參照《世界應力圖》和《中國大陸地殼應力環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫》的劃分原則，根據(jù)震源機制解P、B、T軸傾角的大小，將震源機制解類型分為6類，即正斷型、正走滑型、走滑型、逆走滑型、逆斷型和不確定型[5,16,29]。我們依據(jù)上述劃分原則，分別對2個地震集中區(qū)的綜合斷層面解參數(shù)進行了劃分，結果顯示A、B區(qū)域的綜合斷層面解分別為不確定型和逆斷型。由圖3a、3b不難看出，A區(qū)最大主應力軸方位為近東西向，偏南東東向，最小主應力軸方位為近南北向；B區(qū)最大主應力軸方位為東西向，最小主應力軸方位為近北北東向，兩個地震集中區(qū)的最小主應力軸均具有中等角度的傾角。B區(qū)中間和最小主應力軸方位變化范圍較大，是由于該地區(qū)P波初動極性數(shù)據(jù)相對較少，并且由此計算出的結果可能更多的是代表個別地震的震源機制特征。陳浩等[18]使用Snoke方法[30]獲取的2010年6月10日江西新余ML3.1地震震源機制解（圖1），T軸呈現(xiàn)高角度，應力類型也為逆斷型，與B區(qū)綜合斷層面解較為相似。

圖 3 2 個地震集中區(qū)綜合斷層面解Fig. 3 Composite fault plane solution of two seismic concentration areas

表 1 研究區(qū)綜合斷層面解（平均結果）Table 1 The composite fault plane solution in northern Jiangxi Province（average result）

求解綜合斷層面解主要有兩種途徑，一種是直接利用P波初動極性數(shù)據(jù)進行反演[2]，另一種是將震源機制解的P、T軸分別視為向下和向上的初動符號進行反演[31-32]。為了更準確地認識九江地區(qū)的構造應力場，我們搜集了九江地區(qū)118個中小地震的震源機制解的P、T軸數(shù)據(jù)[11-12]，這些震源機制解的時間范圍主要為2005年11月—2006年12月，震級范圍為ML1.5—3.9，依然采用格點嘗試法對綜合斷層面解進行計算。圖3c為利用研究區(qū)內中小地震震源機制解的P、T軸數(shù)據(jù)所計算得到的可選解的3個應力主軸，其具體參數(shù)仍見表1。由圖3c可以看出，中間主應力軸方位較凌亂，最大主應力軸方位為近東西向，偏南西西向，高傾角，最小主應力軸方位近南北向，傾角很小，近水平，應力類型為正斷型。

本文分別利用2008年1月—2019年7月期間中小地震的P波初動極性數(shù)據(jù)，2005年11月—2006年12月發(fā)生的中小地震震源機制解的P、T軸數(shù)據(jù)，采用格點嘗試法計算了九江地區(qū)（A區(qū)）的綜合斷層面解。湯蘭榮[13]采用Michael[33-34]提出的應力場反演方法對震源機制解資料分布較密集的九江—瑞昌交界地區(qū)進行反演計算，得到該地區(qū)最大主應力軸的方位為北西西向（284°），最小主應力軸的方位為南北向（186°）。呂堅等[11]計算九江—瑞昌5.7級主震的P軸方位近東西向，略偏北西西向（276°），T軸方位為東西向（178°），是以走滑為主兼有逆斷層分量的運動方式。而余震序列，即本文計算綜合解所使用的2005—2006年間集中發(fā)生在九江—瑞昌地區(qū)的中小地震，其震源機制解的P軸傾角以高角度數(shù)據(jù)占優(yōu)勢，T軸傾角以低角度數(shù)據(jù)占優(yōu)勢，余震活動主要為正斷層性質。主震與余震運動方式不同的原因可能是主震破裂以一定角度逆沖，震后應力松弛，又回落，故此觸發(fā)了余震活動[12]。余震序列計算得到的綜合斷層面解最大、最小主應力軸方向與贛北地區(qū)近東西向擠壓，近南北向拉張的構造應力場分布特征基本一致，認為余震序列活動仍受區(qū)域構造應力場的控制，且受主震和強余震發(fā)震構造斷裂的影響。對于主震和強余震發(fā)震構造有多種觀點，多數(shù)專家學者[11,13,35]認為，可能是隱伏在瑞昌盆地內的洋雞山—武山—通江嶺北西向斷裂和西北緣的丁家山—桂林橋—武寧北東向斷裂北段。A區(qū)2008—2019年期間中小地震發(fā)生的區(qū)域，斷裂構造發(fā)育且十分復雜，分布有瑞昌—武寧斷裂、九江—靖安斷裂和湖口—新干斷裂等，由這些地震經過雙差定位修正后的P波初動極性數(shù)據(jù)計算綜合斷層面解，得到區(qū)域構造應力場特征同上述學者[11,13]的結果相同，最大主應力軸方位均為近東西向，偏北西西向，最小主應力軸方位為近南北向。此外，陳浩等[18]提供的2010—2015年間九江地區(qū)6個ML≥3.0地震的震源機制解分布在圖1，其中，地震為正斷性質的有2個，為走滑性質的有3個，為逆走滑性質的1個，地震活動性質呈現(xiàn)出正斷、走滑和逆走滑兼有的多樣性。對此，本文認為分析九江地區(qū)應力場計算結果差別時，須考慮到研究區(qū)域構造背景復雜，斷裂縱橫交錯，局部結果與整體結果的不一致性，還需考慮到數(shù)據(jù)本身的差異性和反演算法所產生的誤差，像有些學者利用的震源機制解數(shù)據(jù)多為M3.0以下地震的結果，認為這些震級較小的地震所計算結果的可靠性是不高的。如果同一時空采用多種高質量的數(shù)據(jù)資料和先進的技術手段研究構造應力場，可能會更準確，全面的認識九江地區(qū)構造應力場特征。本文對缺乏小地震資料的地區(qū)未開展構造應力場的反演工作，因此，我們需積累資料，進一步研究贛北地區(qū)構造應力場的精細結構。

4 結論

本文采用雙差定位方法，對2008年1月—2019年7月贛北地區(qū)發(fā)生的地震進行了精確定位，重定位之后的地震在分布上更為集中，主要叢集在九江、宜春和新余等地區(qū)。

基于地震精定位結果，對P波初動極性數(shù)據(jù)進行修正后，采用格點嘗試法，分別對九江、宜春兩個地震集中區(qū)的構造應力場進行了反演。結果顯示，九江地區(qū)的構造應力場表現(xiàn)為最大主應力軸方位為近東西向，最小主應力軸方位為近南北向，同以往學者在九江地區(qū)應力軸方位上的結論基本一致，應力軸在傾角上的差異及其他應力場特征還需進一步思考和研究。宜春地區(qū)構造應力場的最大主應力軸方位為近東西向，最小主應力軸方位為北北東向的逆斷型應力狀態(tài)。

贛北地區(qū)小震資料的不均勻分布，且受限于臺站密度，觀測手段等因素，本文對贛北地區(qū)構造應力場特征的研究還很淺顯，隨著上述因素的改善，地震觀測資料的積累，可能會更清晰地勾畫出贛北地區(qū)構造應力場存在的變化規(guī)律。