郯廬斷裂帶魯蘇皖段及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征及其動(dòng)力學(xué)意義

孫業(yè)君 黃 耘 劉澤民 鄭建常 江昊琳 李婷婷 葉 青 方 韜

1)江蘇省地震局， 南京 210014 2)上海佘山地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 上海 201602 3)安徽省地震局， 合肥 230031 4)山東省地震局， 濟(jì)南 250102 5)上海市地震局， 上海 200062

0 引言

郯廬斷裂帶斜貫中國(guó)東部， 南起長(zhǎng)江北岸湖北廣濟(jì)， 經(jīng)安徽廬江、 江蘇宿遷、 山東郯城和渤海， 過(guò)沈陽(yáng)后分為西支的依蘭-伊通斷裂帶和東支的密山-撫順斷裂帶， 總體呈緩S狀NNE向延伸， 在中國(guó)境內(nèi)長(zhǎng)達(dá)2400km(張文佑等， 1986)。 郯廬斷裂帶控制并影響著中國(guó)東部地殼的發(fā)育、 變形以及地層、 礦產(chǎn)的生成分布， 是一條重要的大地構(gòu)造界線。 本文所關(guān)注的郯廬斷裂帶魯蘇皖段是魯東-黃海地塊和華北平原地塊2個(gè)Ⅱ級(jí)地塊的分界斷裂(張培震等， 2003)， 也是郯廬斷裂帶強(qiáng)震活動(dòng)的主體地區(qū)(李家靈等， 1994； 張繼紅等， 2010)， 曾發(fā)生公元前70年安丘7級(jí)、 1668年郯城 8級(jí)等大地震， 同時(shí)該段不同段落又呈現(xiàn)出地震活動(dòng)不均勻性(朱光等， 2006； 萬(wàn)桂梅等， 2009)。 斷裂帶兩側(cè)的地塊內(nèi)部也曾發(fā)生462年微山湖 6級(jí)、 1624年揚(yáng)州6級(jí)、 1846年南黃海7級(jí)、 1917年霍山 6級(jí)、 1979年溧陽(yáng)6.0級(jí)等強(qiáng)震。 郯廬斷裂帶魯蘇皖段及鄰區(qū)的構(gòu)造變形復(fù)雜、 地震活動(dòng)強(qiáng)烈， 一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)地區(qū)， 也是中國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)。

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是地球科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支， 可用來(lái)研究構(gòu)造活動(dòng)性、 地震孕育過(guò)程和評(píng)價(jià)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性等。 利用震源機(jī)制解資料研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是當(dāng)前較為常用和有效的方法。 一些學(xué)者先后對(duì)魯蘇皖地區(qū)的震源機(jī)制及應(yīng)力場(chǎng)開展了研究： 張紹治等(1989)、 徐鳴潔等(1996)、 周翠英等(2005)、 劉東旺等(2006)根據(jù)不同時(shí)期的震源機(jī)制解參數(shù)統(tǒng)計(jì)推斷了江蘇、 山東及安徽等不同地區(qū)的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)； 劉澤民等(2011)、 倪紅玉等(2013)、 鄭建常等(2013)、 孫業(yè)君等(2015)等利用震源機(jī)制解資料通過(guò)應(yīng)力場(chǎng)反演方法研究了東大別地區(qū)、 郯廬斷裂帶安徽段、 山東地區(qū)及郯廬斷裂帶不同段落的應(yīng)力場(chǎng)特征。 另外， 許忠淮等(1989)、 汪素云等(1996)、 杜興信等(1999)、 謝富仁等(2004)、 徐紀(jì)人等(2008)、 Wan(2010)在研究中國(guó)大陸現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)過(guò)程中也對(duì)郯廬斷裂帶魯蘇皖段及鄰區(qū)有所涉及。 前人的研究積累了豐富成果， 具有重要的參考意義。 但以上研究普遍存在使用的資料較早(以模擬記錄時(shí)期為主)、 震源機(jī)制解樣本量較少(幾十—上百)、 應(yīng)力場(chǎng)定性描述(基于力軸的平均統(tǒng)計(jì))、 相對(duì)局部或空間尺度較大、 分辨率較低等問(wèn)題， 一定程度上限制了對(duì)郯廬斷裂帶魯蘇皖段應(yīng)力場(chǎng)空間連續(xù)變化、 局部差異等特征的認(rèn)識(shí)和動(dòng)力學(xué)作用及中強(qiáng)地震孕震環(huán)境的探討。

隨著郯廬斷裂帶魯蘇皖段及鄰區(qū)相關(guān)省市臺(tái)網(wǎng)數(shù)字地震資料的不斷積累， 波形質(zhì)量的穩(wěn)步提高， 震源機(jī)制解求取、 應(yīng)力場(chǎng)反演方法的不斷改進(jìn)， 可計(jì)算得到更為可靠的震源機(jī)制解資料， 反演得到更為精細(xì)的應(yīng)力場(chǎng)空間變化特征。 本文以郯廬斷裂帶魯蘇皖段及鄰區(qū)為研究區(qū)域， 利用江蘇、 安徽、 山東等區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)波形資料， 采用P波、 SV波、 SH波初動(dòng)和振幅比方法(Snokeetal.， 1984； Snoke， 1989)計(jì)算得到了數(shù)字化觀測(cè)以來(lái)研究區(qū)域內(nèi)中小地震的震源機(jī)制解， 并收集了前人的結(jié)果； 利用阻尼應(yīng)力張量反演方法(Hardebecketal.， 2006)反演獲得了研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)空間分布特征， 分析了應(yīng)力場(chǎng)與板塊、 構(gòu)造邊界作用等動(dòng)力學(xué)問(wèn)題， 探討了地震活動(dòng)與構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境的相關(guān)性。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)及分析

研究中使用了2001年以來(lái)江蘇、 安徽、 山東等區(qū)域臺(tái)網(wǎng)131個(gè)臺(tái)站記錄的地震波形資料。 各省市轄區(qū)內(nèi)的臺(tái)站空間分布雖不均勻， 但總體上臺(tái)站分布較為密集， 布局較為合理， 對(duì)地震有較好的包圍。 江蘇和山東臺(tái)站的密度較大， 臺(tái)站平均間距約為50km， 江蘇南部地區(qū)的臺(tái)間距可達(dá)20～30km， 安徽臺(tái)站的平均間距為60～70km(圖 1)。 由于臺(tái)站主要分布在陸地一側(cè)， 對(duì)研究區(qū)內(nèi)黃海海域的地震包圍不理想， 僅有少部分鄰近陸地、 震級(jí)較大的地震獲得了較好的震源機(jī)制解。

圖 1 研究區(qū)的臺(tái)站和2001年以來(lái)獲得的震源機(jī)制解的震中空間分布Fig. 1 Spatial distribution of seismic stations and focal mechanism solutions obtained since 2001 in the study area.

研究區(qū)主要以2～3級(jí)中小地震為主， 因此本研究采用了國(guó)際上較為成熟和通用的適用于中小地震的Snoke方法(Snokeetal.， 1984； Snoke， 1989)。 該方法充分利用了P波、 SH波、 SV波的初動(dòng)和振幅信息， 可有效約束解的不確定性， 使計(jì)算結(jié)果更為可靠(劉杰等， 2004； 孫長(zhǎng)虹等， 2012)， 相較于其他中小地震震源機(jī)制解反演方法， 其優(yōu)勢(shì)較為明顯。 由于篇幅限制， 方法和原理不再贅述， 具體計(jì)算步驟及數(shù)據(jù)處理流程見孫業(yè)君等(2015)。

計(jì)算得到了2001年數(shù)字化觀測(cè)以來(lái)825次小地震的震源機(jī)制解， 另外收集了模擬觀測(cè)期間323次地震的震源機(jī)制解結(jié)果(劉澤民等， 2011； 鄭建常等， 2013)， 共計(jì)得到1970年8月—2016年10月1148次地震的震源機(jī)制解(圖 2)， 其中ML2.0～2.9地震724次，ML3.0～3.9地震343次，ML4.0～4.9地震57次，ML5.0(MS4.5)以上地震24次。

圖 2 研究區(qū)震源機(jī)制解類型的空間分布Fig. 2 Spatial distribution of focal mechanism solutions in the study area.

根據(jù)Zoback(1992)研究全球應(yīng)力場(chǎng)的分類標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)研究區(qū)地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類。 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示， 在1148次地震震源機(jī)制中， NF型(正斷層型)159次(14%)， TF型(逆斷層型)153次(13%)， SS型(走滑斷層型)631次(55%)， NS型(正走滑型)66次(6%)， TS型(逆走滑型)61次(5%)， 其他型78次(7%)。 可見， 研究區(qū)域內(nèi)主要以走滑型地震為主， 共占比66%； 正斷層型和逆斷層型地震數(shù)量基本相當(dāng)。 這與張紹治等(1989)、 徐鳴潔等(1996)、 周翠英等(2005)、 劉東旺等(2006)、 劉澤民等(2011)、 倪紅玉等(2013)、 鄭建常等(2013)基于不同時(shí)期不同樣本量得到的本研究區(qū)域內(nèi)的震源機(jī)制類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為一致。

1.2 應(yīng)力場(chǎng)反演方法

阻尼應(yīng)力張量反演方法(Hardebecketal.， 2006)是自助線性反演方法(Michael， 1984， 1987)的再發(fā)展， 引入阻尼矩陣D：

{GTG+e2DTD}m=GTd

(1)

式中，m是待求解的應(yīng)力張量的模型矢量， 包括每個(gè)網(wǎng)格單元應(yīng)力張量；d為數(shù)據(jù)矢量， 包括模型相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)地震斷層面滑動(dòng)矢量的各分量；G為由每個(gè)地震斷層面法向量得到的數(shù)據(jù)核矩陣，GT為G的轉(zhuǎn)置矩陣。 此外需再加入1個(gè)模型平滑因子， 使得相鄰格點(diǎn)之間應(yīng)力張量的差異最小， 因此引入阻尼矩陣D。e為阻尼系數(shù)， 用于權(quán)衡模型的復(fù)雜程度和反演誤差之間的關(guān)系， 通過(guò)兩者擬合誤差之間的權(quán)衡曲線構(gòu)建1組可調(diào)整的阻尼參數(shù)模型， 并采用平滑約束抑制相鄰單元之間應(yīng)力模式的差異， 以確保相鄰網(wǎng)格之間應(yīng)力張量的差異最小， 采用自助重采樣， 對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定性評(píng)價(jià)， 得到連續(xù)、 穩(wěn)定、 可靠的反演結(jié)果。

此方法是利用震源機(jī)制解推斷構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方法的又一新的發(fā)展， 可在一定程度上避免以往研究中進(jìn)行分區(qū)反演所帶來(lái)的可能誤差， 得到更為真實(shí)的時(shí)、 空連續(xù)應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果， 并已獲得了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可(Zhaoetal.， 2013； Martínez-Garzónetal.， 2014； 羅艷等， 2015； 王曉山等， 2015； 孫業(yè)君等， 2017； 楊佳佳等， 2018)。

2 應(yīng)力場(chǎng)反演過(guò)程和結(jié)果

利用研究區(qū)1970—2016年1148次ML≥2.0地震的震源機(jī)制解資料， 采用阻尼應(yīng)力張量反演方法(Hardebecketal.， 2006)開展空間應(yīng)力場(chǎng)反演研究。 反演過(guò)程中， 我們將研究區(qū)劃分為1.0°×1.0°的網(wǎng)格， 搜索每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)1.0°×1.0°范圍內(nèi)的震源機(jī)制解作為輸入數(shù)據(jù)， 考慮到地震空間分布的不均勻性及為了盡可能得到連續(xù)結(jié)果， 設(shè)置解的數(shù)量最少為5個(gè)， 在95%的置信區(qū)間對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行2000次自助重采樣以評(píng)估結(jié)果的不確定性。 每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的不確定性分布可以等同于誤差范圍。 在反演過(guò)程中， 阻尼參數(shù)е的取值對(duì)反演結(jié)果具有重要作用， 它控制著理論值與觀測(cè)數(shù)據(jù)之間擬合殘差和應(yīng)力反演模型長(zhǎng)度的相對(duì)權(quán)重， 經(jīng)計(jì)算е=1.1為最佳阻尼參數(shù)(圖 3)， 采用該阻尼參數(shù)可獲得最佳應(yīng)力場(chǎng)。

圖 3 阻尼曲線Fig. 3 Trade-off curves.黑色十字是最優(yōu)阻尼系數(shù)

最終反演得到50個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)應(yīng)力張量， 然后使用主應(yīng)力方向方法(Lundetal.， 2007)計(jì)算得到主應(yīng)力軸參數(shù)。 計(jì)算過(guò)程中為了平滑地震空白的區(qū)域， 將沒有數(shù)據(jù)的格點(diǎn)也包括在反演中， 但這些點(diǎn)上的結(jié)果在圖中沒有顯示。 反演結(jié)果包括最大主應(yīng)力σ1軸、 中等主應(yīng)力σ2軸和最小主應(yīng)力σ3軸的方位角及傾伏角， 還得到了應(yīng)力形因子R，R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1)，R值介于0～1之間。 當(dāng)R=1時(shí)， 壓應(yīng)力軸相對(duì)穩(wěn)定， 張應(yīng)力軸和中間應(yīng)力軸在壓應(yīng)力軸垂直的平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)且均呈拉張狀態(tài)； 當(dāng)R=0.5時(shí)， 壓應(yīng)力軸、 中間應(yīng)力軸和張應(yīng)力軸相對(duì)穩(wěn)定； 當(dāng)R=0時(shí)， 張應(yīng)力軸保持相對(duì)穩(wěn)定， 壓應(yīng)力軸和中間應(yīng)力軸在張應(yīng)力軸垂直的平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)且均呈擠壓狀態(tài)(Guiraudetal.， 1989； 萬(wàn)永革等， 2011； Wanetal.， 2016)。

從表1 所示的反演結(jié)果看， 最大主應(yīng)力軸的方位角分布在76°～102°和246°～275°(經(jīng)角度換算后)， 將其歸一至[0°～180°]之間， 則平均為84.4°， 主要呈NE、 NEE、 近EW向， 部分呈NWW向； 傾伏角最小為2°， 最大為63°， 近90%的傾伏角<30°， 低傾伏角特征明顯；R值最小為0.28， 最大為0.85， 均值為0.51； 應(yīng)力類型多數(shù)為走滑型， 其次為正走滑型， 正斷型和逆走滑型獨(dú)立存在。 表中還給出了每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)震源機(jī)制解的數(shù)目， 多數(shù)網(wǎng)格內(nèi)震源機(jī)制解的數(shù)目為幾十個(gè)， 少部分為10個(gè)以下， 參與反演的資料相對(duì)較為豐富。

為客觀反映計(jì)算過(guò)程和主應(yīng)力的作用方式， 更好地理解應(yīng)力場(chǎng)空間特征參數(shù)， 我們還給出了球面投影圖表示的結(jié)果。 圖 4 中顯示了每個(gè)空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)3個(gè)應(yīng)力主軸在2000次自助重采樣達(dá)到95%置信水平的反演結(jié)果， 其中紅色表示σ1， 藍(lán)色表示σ3， 綠色表示σ2， 黑色十字表示最優(yōu)解。 由圖可見， 絕大多數(shù)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的結(jié)果較為收斂， 僅研究區(qū)邊緣個(gè)別節(jié)點(diǎn)相對(duì)離散， 這也在一定程度上反映了主應(yīng)力反演結(jié)果具有統(tǒng)一性和可靠性。 另外， 我們還給出了應(yīng)力形因子R值的空間分布(圖 5)。 由圖 5 可見， 研究區(qū)各網(wǎng)格的R值多數(shù)分布在0.5左右， 主要處于0.4～0.7之間， 但有小部分網(wǎng)格的R值差異略大， 為了更直觀地反映R值總體的空間分布特征， 進(jìn)行了網(wǎng)格差值， 差值結(jié)果顯示沿郯廬斷裂帶蘇皖段及以西的華北平原地塊R值總體上相對(duì)較低， 多個(gè)網(wǎng)格的R<0.5， 而郯廬斷裂帶東側(cè)的魯東-黃海地塊除南黃海南部坳陷附近地區(qū)個(gè)別網(wǎng)格的R值相對(duì)偏低外， 多數(shù)網(wǎng)格的R值相對(duì)較高。 應(yīng)力形因子R值的空間差異在一定程度上反映了不同地質(zhì)構(gòu)造單元應(yīng)力狀態(tài)的差異。

圖 4 各空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)自助重采樣及最優(yōu)解球面投影結(jié)果Fig. 4 The results of bootstrap resampling and optimal solution spherical projection of each spatial grid node.

圖 5 研究區(qū)R值的空間分布Fig. 5 The spatial distribution of the R-value in the study area.

3 應(yīng)力場(chǎng)特征及其動(dòng)力學(xué)意義

將最大主應(yīng)力軸方向投影繪于圖 6 中， 可見空間應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果較好地覆蓋了研究區(qū)域， 僅有個(gè)別網(wǎng)格由于震源機(jī)制解數(shù)量過(guò)少未能給出結(jié)果。 從圖 6 中最大主應(yīng)力方向分布情況來(lái)看， 研究區(qū)最大主應(yīng)力方向在空間上呈現(xiàn)連續(xù)緩慢變化的特征， 由西至東呈較明顯的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)， 由NWW向、 近EW向逐漸過(guò)渡至NEE向和NE向。 郯廬斷裂帶東、 西兩側(cè)最大主應(yīng)力方向差異明顯， 西側(cè)為NWW—近EW向， 而東側(cè)則主要呈NEE—NE向。 為了更為定量地描述郯廬斷裂帶東、 西兩側(cè)最大主應(yīng)力方向的總體差異， 我們分別計(jì)算了斷裂帶東側(cè)26個(gè)和西側(cè)24個(gè)網(wǎng)格應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果的均值， 東、 西兩側(cè)分別為80.4°和88°， 可見斷裂帶東側(cè)的最大主應(yīng)力方向相對(duì)于西側(cè)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)近8°， 總體上反映了郯廬斷裂帶東、 西兩側(cè)應(yīng)力場(chǎng)存在明顯差異。 沿郯廬斷裂帶由北向南應(yīng)力場(chǎng)也存在較為顯著的差異， 33°N及以北地區(qū)的最大主應(yīng)力方向連續(xù)性較好， 差異性較小， 主要呈NE向、 NEE向； 但其以南地區(qū)最大主應(yīng)力方向逐漸表現(xiàn)出空間不連續(xù)特征， 除呈現(xiàn)出NEE向和近EW向外， 多個(gè)區(qū)域呈NWW向。 同樣， 我們分別統(tǒng)計(jì)了30°～32°N和33°～37°N范圍內(nèi)的17個(gè)和33個(gè)網(wǎng)格的最大主應(yīng)力方位角均值， 分別為81.9°和90°， 這在一定程度定量表現(xiàn)出沿郯廬斷裂帶由北向南應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的特征。

圖 6 研究區(qū)最大主應(yīng)力方向的空間分布Fig. 6 Spatial distribution of maximum principal stress direction in the study area.

按照全球應(yīng)力圖WSM(Heidbachetal.， 2010)分類標(biāo)準(zhǔn)(σ1_PLbest>52°且σ3_PLbest<35°， 屬正斷型；σ1_PLbest>20°且σ2_PLbest>45°且σ3_PLbest<40°， 屬走滑型；σ1_PLbest<35°且σ3_PLbest>52°， 屬逆沖型； 其他情況屬斜滑型)， 在圖 6 中用不同顏色標(biāo)識(shí)了不同的應(yīng)力類型。 應(yīng)力類型的空間分布顯示， 走滑型占大多數(shù)， 反映了研究區(qū)總體上處于水平應(yīng)力場(chǎng)作用下的特點(diǎn)。 其次為正走滑型， 此類型多數(shù)分布在郯廬斷裂帶東側(cè)地區(qū)， 該地區(qū)主要位于蘇北—南黃海盆地和黃海北部坳陷附近， 區(qū)域內(nèi)NE向右旋走滑的正斷層相對(duì)發(fā)育。 正走滑型還分布在郯廬斷裂帶山東段北部(37°N一線)， 該地區(qū)位于萊州灣—山東安丘一帶， 屬于郯廬斷裂帶中段的昌圖—下遼河段的南端， 處于伸展構(gòu)造環(huán)境(晁洪太等， 1994)， 活動(dòng)性質(zhì)以正斷或右旋正走滑性質(zhì)為主。 可見， 應(yīng)力類型的差異性在一定程度反映了局部地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和斷層活動(dòng)方式的不同。 總體上， 郯廬斷裂帶以東的魯東-黃海地塊相對(duì)于以西的華北平原地塊地區(qū)， 應(yīng)力類型呈現(xiàn)出多樣性， 這反映魯東-黃海地塊局部應(yīng)力環(huán)境更為復(fù)雜。

前人的研究結(jié)果顯示， 中國(guó)大陸東部長(zhǎng)期處于印度板塊、 太平洋板塊及菲律賓海板塊的共同作用下， 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)格局較為復(fù)雜， 雖然對(duì)大陸東部主要?jiǎng)恿υ吹恼J(rèn)識(shí)尚存在一定差異(張東寧等， 1999； 許忠淮， 2001； 李延興等， 2003)， 但對(duì)大陸東部地區(qū)不同塊體受不同板塊作用影響的研究結(jié)論基本是一致的(鄧起東等， 1979； 馬杏垣， 1987； 汪素云等， 1996； 徐紀(jì)人等， 2008； Wan， 2010)， 其中華北地塊主要受印度板塊N向推擠和太平洋板塊W向俯沖的聯(lián)合作用影響， 應(yīng)力場(chǎng)主要呈NE向。 而華南地塊應(yīng)力場(chǎng)則受到菲律賓海板塊NW向推擠的影響， 應(yīng)力場(chǎng)則呈NW向。 中國(guó)大陸東部的最大主應(yīng)力方向總體上呈E向發(fā)散狀的分布特征(汪素云等， 1996； Wan， 2010)。

本文通過(guò)劃分網(wǎng)格， 反演獲得了研究區(qū)不同區(qū)域局部應(yīng)力場(chǎng)分布特征， 為研究構(gòu)造邊界、 塊體差異以及動(dòng)力環(huán)境的演化提供了依據(jù)(圖 6)。 總體而言， 研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)空間上呈連續(xù)變化特征， 反映了動(dòng)力作用在空間大尺度上具有統(tǒng)一性， 但不同區(qū)域、 不同塊體之間存在較為明顯的差異。 以郯廬斷裂帶為界， 東、 西兩側(cè)的魯東-黃海地塊和華北平原地塊的應(yīng)力場(chǎng)存在差異， 以西的華北平原地塊的最大主應(yīng)力方向主要表現(xiàn)為近EW向和NEE向， 而以東的魯東-黃海地塊則表現(xiàn)為NEE向和NE向。 此外， 沿郯廬斷裂帶以33°N為界， 南、 北地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)差異顯著， 33°N及以北地區(qū)的最大主應(yīng)力由西向東出現(xiàn)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)， 由近EW向過(guò)渡為NEE向、 NE向， 而其以南地區(qū)最大主應(yīng)力方向由西向東開始出現(xiàn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)跡象， 由近EW向偏轉(zhuǎn)至NEE向、 NWW向； 31°～33°N、 120°～122°E之間的區(qū)域最大主應(yīng)力方向較為復(fù)雜， 呈放射狀分布的特征。

基于應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果， 分析認(rèn)為： 1)郯廬斷裂帶以西的華北平原地塊近EW向的應(yīng)力場(chǎng)總體上繼承了青藏塊體E向擠壓形成的應(yīng)力場(chǎng)格局， 反映了華北平原地塊應(yīng)力場(chǎng)可能受青藏塊體近EW向擠壓作用的影響更大， 而郯廬斷裂帶以東的魯東-黃海地塊較以西地區(qū)的華北平原地塊， 應(yīng)力場(chǎng)方向更接近于NNE向和NE向， 總體上華北塊體的最大主應(yīng)力方向呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)， 這與利用GPS資料得到的結(jié)論基本一致(Zhangetal.， 2018； Wangetal.， 2020)。 基于應(yīng)力場(chǎng)方向推斷動(dòng)力源， 認(rèn)為魯東-黃海地塊的應(yīng)力場(chǎng)格局總體上受菲律賓海板塊W向俯沖作用影響明顯。 雖然整個(gè)華北塊體受控于印度板塊N向推擠和太平洋板塊W向俯沖的聯(lián)合作用影響， 但由于W向傾斜延伸至上地幔頂部的郯廬斷裂帶的存在， 使得各動(dòng)力源對(duì)地塊內(nèi)不同次級(jí)塊體的影響有差異， 反映了郯廬斷裂帶作為地塊分界斷裂的邊界作用是顯著的。 由此可見， 郯廬斷裂帶東、 西兩側(cè)的魯東-黃海地塊及華北平原地塊應(yīng)力場(chǎng)的差異是板塊動(dòng)力作用、 構(gòu)造邊界作用及塊體相對(duì)作用的共同反映。 2)研究區(qū)33°N及以北地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)與華北塊體應(yīng)力場(chǎng)的特征較為一致， 而其以南地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)則發(fā)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。 分析認(rèn)為， 32°N附近地區(qū)雖然位于華北地塊內(nèi)， 但一定程度上已表現(xiàn)出華南應(yīng)力場(chǎng)特征， 最大主應(yīng)力方向由華北的NE向逐漸向華南的NW向過(guò)渡， 呈現(xiàn)空間不均勻性， 應(yīng)力場(chǎng)較為復(fù)雜， 是研究區(qū)域內(nèi)最為復(fù)雜的地區(qū)， 表明31°～32°N為華北塊體和華南塊體兩大一級(jí)地塊的過(guò)渡帶。 由圖 6 可見， 過(guò)渡帶西側(cè)的最大主應(yīng)力方向比較一致， 基本呈NWW向和近EW向分布， 反映該區(qū)域主要處于華北平原地塊近EW—NEE方向運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境下。 而過(guò)渡帶的東側(cè)， 尤其在31°～33°N、 120°～122°E之間最大主應(yīng)力方向則較為復(fù)雜， 呈放射狀分布的特征， 表明該區(qū)域處于非常復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境下， 可能不僅受到華北平原地塊近EW—NEE方向運(yùn)動(dòng)的影響， 而且還受菲律賓海板塊W向俯沖作用的影響。

4 地震活動(dòng)性與構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境

地殼中的應(yīng)力是地震的直接動(dòng)力來(lái)源， 通過(guò)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究可以深入了解地震機(jī)理。 圖 7 為研究區(qū)有記載以來(lái)5級(jí)以上地震的震中分布圖和部分地震的震源機(jī)制解， 其中紅色圓圈為6級(jí)以上地震。 由圖可見， 蘇皖交界南部地區(qū)的中強(qiáng)地震活動(dòng)較為強(qiáng)烈(圖 7 中的藍(lán)色虛線框內(nèi)的區(qū)域)， 5級(jí)以上地震在空間上呈集中分布特征， 曾發(fā)生1652年霍山6級(jí)、 1624年揚(yáng)州6級(jí)、 1917年霍山 6級(jí)和1979年溧陽(yáng)6.0級(jí)地震等強(qiáng)震， 郯廬斷裂帶蘇皖地區(qū)6級(jí)以上地震基本全部位于該地區(qū)。 沿郯廬斷裂帶蘇皖段的地震活動(dòng)性差異， 與郯廬斷裂帶以江蘇泗洪段與安徽明光段的分界部位(33°N附近)， 淮河南、 北兩側(cè)地質(zhì)構(gòu)造顯著差異的特征是吻合的(趙朋等， 2017)。 構(gòu)造上該區(qū)域位于郯廬斷裂帶的南端， 處于華北平原地塊、 魯東-黃海地塊2個(gè)二級(jí)地塊與華南塊體的交會(huì)部位， 是板緣、 板內(nèi)復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和深層過(guò)程交織的耦合地域(滕吉文等， 2006)。 在青藏高原E向擠壓作用下， 剛性的華南塊體相對(duì)華北塊體的快速E向運(yùn)動(dòng)為該區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)提供了動(dòng)力環(huán)境(Zhangetal.， 2018)， 該區(qū)域的最大主應(yīng)力方向處于NWW、 EW、 NEE再向NWW向偏轉(zhuǎn)的較為復(fù)雜的地區(qū)， 復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境和動(dòng)力作用是該區(qū)域復(fù)雜應(yīng)力格局的成因。 震源機(jī)制結(jié)果顯示， 1970年以來(lái)區(qū)域內(nèi)5級(jí)地震主要以右旋走滑錯(cuò)動(dòng)為主， 但1974年溧陽(yáng)5.5級(jí)、 1979年溧陽(yáng)6.0級(jí)等地震還呈現(xiàn)不同程度的逆沖分量， 可見該機(jī)制不是獨(dú)立存在的， 可能不僅是局部應(yīng)力作用方式的體現(xiàn)， 而是更多地反映了耦合區(qū)域內(nèi)深部動(dòng)力作用的復(fù)雜性。

圖 7 研究區(qū)歷史地震及1970年以來(lái)地震震源機(jī)制分布Fig. 7 Distribution of historical earthquakes and focal mechanism since 1970 in the study area.

南黃海南部坳陷附近地區(qū)的地震活動(dòng)強(qiáng)烈， 是南黃海地震活動(dòng)的主體地區(qū)(圖 7 中的藍(lán)色虛線框內(nèi)的區(qū)域)， 歷史上5級(jí)以上中強(qiáng)地震呈集中分布特征， 其中6級(jí)以上地震16次， 最大地震為1846年發(fā)生的7級(jí)地震， 已有的地震震源機(jī)制結(jié)果顯示地震發(fā)生的機(jī)制較為復(fù)雜。 應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果(圖 6)顯示， 31°～33°N、 120°～122°E之間最大主應(yīng)力方向較為復(fù)雜， 向N最大主應(yīng)力方向由NEE向NE逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)顯著， 向S最大主應(yīng)力方向由NEE向NWW順時(shí)針偏轉(zhuǎn)， 呈放射狀分布的特征， 可見該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)較為復(fù)雜且構(gòu)造活動(dòng)十分強(qiáng)烈。 張培震等(2002)認(rèn)為菲律賓海板塊在臺(tái)灣海槽、 沖繩海槽之下俯沖消減， 導(dǎo)致了臺(tái)灣和南黃海的構(gòu)造變形和強(qiáng)震活動(dòng)。 由此我們認(rèn)為該區(qū)域復(fù)雜的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)格局和菲律賓海板塊深部動(dòng)力作用有密切關(guān)系， 菲律賓海板塊W向俯沖作用可能是南黃海南部坳陷地區(qū)強(qiáng)烈地震活動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源， 該區(qū)域復(fù)雜構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和強(qiáng)烈地震活動(dòng)存在必然聯(lián)系， 但由于該地區(qū)處于本研究區(qū)域的邊緣地區(qū)， 其應(yīng)力場(chǎng)特征和地震活動(dòng)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

本文計(jì)算和收集了研究區(qū)1148次中小地震的震源機(jī)制解， 采用阻尼應(yīng)力張量方法反演獲得研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)空間分布特征， 探討了研究區(qū)構(gòu)造邊界、 塊體差異、 應(yīng)力環(huán)境與地震活動(dòng)及相關(guān)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。 主要結(jié)論如下：

(1)研究區(qū)最大主應(yīng)力方向呈現(xiàn)空間連續(xù)性變化特征， 由西向東總體呈EW、 NEE、 NE向逆時(shí)針趨勢(shì)性旋轉(zhuǎn)， 局部存在差異。 應(yīng)力類型主要以走滑型為主， 其次為正走滑型， 表明研究區(qū)總體上處于水平應(yīng)力場(chǎng)的作用下， 應(yīng)力類型的差異性一定程度主要反映了局部地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和斷層活動(dòng)方式的不同。

(2)以郯廬斷裂帶為界， 郯廬斷裂帶東、 西兩側(cè)的魯東-黃海地塊和華北平原地塊的應(yīng)力場(chǎng)存在差異性， 以西的華北平原地塊最大主應(yīng)力方向主要表現(xiàn)為近EW向和NEE向， 而以東的魯東-黃海地塊則表現(xiàn)為NEE向和NE向。 分析認(rèn)為華北平原地塊近EW向的應(yīng)力場(chǎng)總體上繼承了青藏塊體E向擠壓而形成的應(yīng)力場(chǎng)格局， 受青藏塊體近EW向擠壓作用影響更大； 而魯東-黃海地塊應(yīng)力場(chǎng)受菲律賓海板塊W向俯沖作用影響明顯。 雖然整個(gè)華北塊體受控于印度板塊N向推擠和菲律賓海板塊W向俯沖的聯(lián)合作用， 但由于W向傾斜延伸至上地幔頂部的郯廬斷裂帶的存在， 使得各動(dòng)力源對(duì)地塊內(nèi)不同次級(jí)塊體的影響存在差異， 反映了郯廬斷裂帶作為地塊分界斷裂的邊界作用是顯著的。

(3)研究區(qū)沿郯廬斷裂帶以33°N為界， 南、 北地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)存在顯著差異， 33°N及以北地區(qū)的最大主應(yīng)力由西向東出現(xiàn)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)； 而其以南地區(qū)的最大主應(yīng)力方向由西向東開始出現(xiàn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)跡象， 最大主應(yīng)力方向由華北的NE向逐漸向華南的NW向過(guò)渡， 一定程度上已表現(xiàn)出華南應(yīng)力場(chǎng)的特征， 表明31°～32°N為華北塊體和華南塊體兩大一級(jí)塊體的過(guò)渡帶。 尤其是31°～33°N、 120°～122°E之間的區(qū)域最大主應(yīng)力方向較為復(fù)雜， 呈放射狀分布的特征， 表明該區(qū)域處于非常復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境下， 不僅受到華北平原地塊E—NEE向運(yùn)動(dòng)的影響， 而且受到了菲律賓海板塊W向俯沖的共同作用。

(4)研究區(qū)內(nèi)的中強(qiáng)地震活動(dòng)與構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境相關(guān)性顯著， 構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)往往是中強(qiáng)地震活躍的地區(qū)。

致謝本文在完成過(guò)程中得到了劉紅桂研究員的指導(dǎo)； 崔效鋒研究員提供了寶貴資料； 作者與趙小艷、 張帆高級(jí)工程師進(jìn)行了有益的討論； 江蘇、 安徽、 山東等數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)提供了資料； 利用MSATSI軟件包反演了應(yīng)力場(chǎng)， 采用GMT軟件繪制了圖件； 審稿專家為本文提出了寶貴意見。 在此一并表示感謝!