2017, Vol. 37
2. 中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥市金寨路96号，230026
构造应力场是地震学研究中的一个主要问题。区域构造应力场的分布决定或影响了断裂的活动方式，从而对地震的发生性质具有一定的决定作用。使用能够反映震源破裂性质的震源机制解进行构造应力场的研究则成为地震学的一个基本研究内容。前人使用大量地震的震源机制解进行区域构造应力场的计算，获得了众多较好的结果[1-6]。由P波初动求取地震的震源机制解是常用的一种方法，但该方法较强依赖于台站布局和多个台站记录。对于小震而言，台站记录的数量非常有限，梁尚鸿等[7]发展了一种使用直达P波和SV波振幅比求解震源机制解的方法。刁桂苓等[8]则对上述方法进行了进一步改进，即联合使用直达P波、S波的地动位移的振幅比与P波初动数据进行震源机制解的计算。完善后的方法在多个区域得到了较好的使用[9-13]。
本文将采用P波初动和P、S振幅比方法，在太行山断裂带东南缘地区最新获得的速度模型与重新定位的震源参数基础上, 计算该区近些年发生的中小地震的震源机制解，然后采用系统聚类[8]以及力轴张量方法[14]对结果进行分析并求取多个地震的平均节面结果，进一步推断研究区的现今构造应力场特征。
1 研究区概况及资料选取本文所述太行山断裂带东南缘地区为北纬34.5°~36.0°、东经112.4°~115.0°。该区在大地构造分区上位于太行山隆起与南部黄河平原的交汇部位。历史上研究区记录的最强地震为发生在汤阴-修武地堑的1857年6级地震，最近50 a来，3级以上地震也经常发生，因此吸引了众多学者的研究关注[15-20]。使用中小地震数据获取震源机制解，进而分析区域现今构造应力场的分布特征，对于理解区内地震发生机理及地震预测研究，具有十分重要的意义。
本文研究使用的地震资料包括两部分：一部分是莘海亮等[20]利用相同的计算方法获得的新乡及邻区截止2010年底共61次地震的震源机制解；另一部分是我们对于发生在研究区2007-01~2011-12期间的地震事件进行了挑选：每个地震至少包含4个以上的台站良好记录且台站能将地震包围，同时至少1个台的记录有清楚的Pg初动，最后计算得到质量较好的27次地震的震源机制解。对比两部分数据，其中有20个地震重复，因此将第一部分数据中重复的地震资料去掉，共得到68个地震的震源机制解，震源机制类型及分布见图 1(采用下半球投影方式)。
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图 1 研究区68个震源机制解分布(—断裂) Fig. 1 Distribution of the focal mechanism solutions of 68 |
将得到的68个地震的震源机制解参数采用统计分析的方法进行归一频数分析，按10°间隔为统计单元，结果见图 2。研究区震源节面走向呈现两组优势分布：NE向与NW向，其中NE向节面呈现为N30°~60°E，其他各个方向也都有；由节面滑动角分布看，滑动角在各个方向都有分布, 表明断层错动类型较为复杂, 其中走向滑动类较多, 倾向滑动类次之, 斜向滑动类较少, 并且正断类型多于逆断类型；断面倾角dip以高倾角为主，小于30°的倾角接近为0，表明断层面的形态为直立或高角度倾斜；主压应力P轴的方位接近NEE向，倾角优势分布在10°~40°之间；主张应力T轴的方位接近NNW向，倾角分布同样主要集中在10°~40°范围，P、T轴均接近水平。
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图 2 68个震源机制解节面参数玫瑰图 Fig. 2 Rose diagram of nodal plane and P, T axis parameters of the focal mechanism solutions of 68 earthquakes 节面参数(strike-走向, slip-滑动角, dip-倾角)和力轴参数(az-力轴方位, dh-力轴倾角) |
为进一步分析震源机制解特征，使用最大距离法对68个地震的震源机制解参数进行聚类分析，结果划分为4类(图 3，表 1)。其中前两类的平均解均显示为走向滑动(占总数的57%)；第3类显示为正断解，第4类为逆断解，且第3类与第4类均兼有走滑分量。走向滑动类中第1类的平均P轴显示为NEE向，占总数的比重最大，为31%；第2类的平均P轴为SEE向，占总数的26%；正断解第3类占总数的31%；逆断解第4类占总数的比重最小，为12%。第1类最大主压应力P轴所显示方位与前人[9, 12]对邻近区域地震的震源机制解研究所得的结论基本一致。
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图 3 研究区各种类型解的P、T轴和平均解投影 Fig. 3 P and T axis of each kind of solution and their projections of average solution |
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表 1 研究区不同震源机制类型各平均轴参数 Tab. 1 Average parameters of stress axis of each kind of solution |
表 1给出了4类平均解参数的具体信息：az为应力轴的方位；ih为应力轴和铅垂线的夹角；X、Y分别表示节面；AlfaPT为平均PT轴的夹角，用于衡量平均解的质量，90°最好；No是该类解的数目。
3 现今构造应力场分析基于获得的68个震源机制解结果，采用力轴张量计算方法[14]对研究区现今构造应力场的平均应力张量值进行了计算，结果见表 2。表 2中可以获得研究区最大主应力σ1为北东东方向，方位角为76°，倾角为17°，接近水平；中间主应力σ2倾角较陡，为72°；最小主应力σ3为南南东方向，方位角为164°，倾角6°，更加接近水平。
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表 2 工作区平均应力张量结果 Tab. 2 Results of the average stress tensor in the studied area |
从整体上看，本文研究区应力场的平均应力张量结果与前人对华北构造应力场的认识比较一致[3, 12, 20-22]，研究区现今构造应力场的整体特征表现为北东东-南西西方向的水平挤压与北北西-南南东方向的水平拉伸。魏光兴等[22]给出了华北地区61次中小地震震源机制结果，其中1978-06-05河南淇县4.5级地震、1978-10-01河南鹤壁3.9级地震以及1979-03-20河南修武3.5级地震结果显示，主压应力P轴具有不同的方位，震源错动方式表现为走滑型和逆断型。本文结果同样显示，中小地震震源错动类型复杂，除了受到整体的构造应力场控制之外，还可能受到局部构造的影响，中小地震具有随机发生的特点，进而反映了局部构造的差异。
4 结语本文使用太行山断裂带东南缘地区发生的地震数据，基于最新的速度模型与重新定位的震源参数, 获得了该区近些年发生的68个中小地震的震源机制解，通过对结果进行归一频数计算、系统聚类分析以及使用力轴张量方法，进一步得到了研究区的现今构造应力场特征。
研究区地震震源机制解不同类型中走滑类比重较大，占总数的57%，最大、最小应力轴倾角均较小，比较接近水平；研究区现今构造应力场的整体特征表现为北东东-南西西方向的水平挤压与北北西-南南东方向的水平拉伸。
研究结果显示，中小地震震源错动类型复杂，除了受到整体的构造应力场控制之外，还可能受到局部构造的影响。中小地震具有随机发生的特点，进而反映了局部构造的差异。
致谢: 河北省地震局刁桂苓研究员提供震源机制、相关聚类分析软件；四川省地震局张致伟工程师在应力场计算方面提供帮助；河北省地震局王晓山高级工程师在论文修改过程中给予耐心指导。在此一并表示衷心的感谢！
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