2010-10-24河南省太康县、扶沟县、西华县交界处发生M_S4.7地震，是河南省近30 a来最大的一次地震，之后发生多次余震。此次地震造成较大的人员伤亡和财产损失，且由于地处少震、弱震区，产生了较大的社会影响，震区未来地震危险性也倍受社会公众和地震工作者的关注。

对震区深浅构造关系、地震成因构造进行分析研究，可为地震危险性预测提供重要的科学依据。地震成因性构造活动常起源于地壳深处，要阐明地壳深部构造和深层过程，只进行地面地质观测是不够的，必须借助于地震仪器记录。反射地震剖面探测方法可以探明地下界面和构造的产状、性质，在地壳精细结构研究方面具有其他探测方法无法匹及的优点，是揭示地震构造的主要探测方法。现代构造研究表明，浅层地质构造和深部震源构造存在着复杂的几何、力学关系，浅部活动断层不一定就是发震断层，这一现象在构造复杂区表现得尤为突出。华北强震区深部地球物理研究结果揭示，大量正断层只存在于沉积盖层和上地壳，这些断层并不对应深部断裂，显示了深浅构造的不一致性^[1-8]。邢台震区地震深反射成像结果揭示，浅部断层为张性铲式断层，发育于中地壳拆离带之上的上地壳内，拆离带之下则发育高倾角的深部断裂；邢台7.2级地震震源则位于深部走滑断裂的上端部，处在深、浅部断裂与拆离带3者汇而不交的部位^[2]；深部高倾角断裂被认为是邢台地震的发震构造^[3-4]。唐山断裂带在浅部呈花状构造特征展布，在深部则表现为错断中下地壳和莫霍界面的走滑断裂，这种深、浅共存的断裂构造体系是控制唐山地区地震孕育和发生的重要因素^[5-6]。美国洛杉矶北岭地震的发震断层位于上地壳深处的一个拆离带上，地表断裂是归并于该拆离带的花状断裂系，深浅构造构成了复杂的几何关系^[7-8]。

太康M_S4.7地震震区位于太康隆起与周口坳陷交界处的逊母口凹陷内，地表被巨厚的新生代地层所覆盖，没有可供研究的地质露头。20世纪90年代，为探查石油成藏条件，石油部门在周口坳陷与太康隆起交接区域开展过反射地震勘探。研究结果显示，逊母口凹陷内存在两条NW走向、相向而倾的隐伏正断层。为了追踪这两条断裂向浅部的延伸状况，揭示研究区隐伏断裂第四系或近地表特征，中国地震局地球物理勘探中心在与石油地震测线接近重合的位置实施了高分辨浅层反射地震剖面探测。两个探测结果结合，能够确定太康震区近地表至地下7~8 km深度的地层分布状况及构造特征。由于缺乏深地震探测资料，本文尝试依据震源机制解、地震精定位结果，结合区域构造演化，获得对深部震源构造的认识，在此基础上分析深浅构造关系和太康M_S4.7地震构造。

1 研究区构造演化

太康M_S4.7地震震区位于太康隆起南部边缘的逊母口凹陷内，大地构造上属于南华北盆地的太康隆起。明确太康隆起的构造演化过程，对于深入了解太康地震震区断裂体系特征及形成机制具有重要意义。太康地区构造演化可分为盆地发育和隆起发育两个阶段(图 1)^[9-10]。

1.1 盆地发育阶段

早古生代至三叠纪，南华北盆地经历了海相盆地-海陆过渡相盆地-陆相盆地3个发育时期。受华北板块与扬子板块碰撞影响，华北板块南部强烈抬升，盆地由海相逐渐转变为陆相沉积，太康地区在沉积过程中受抬升及风化剥蚀，缺失志留系、奥陶系等多套地层。

1.2 隆起发育阶段

印支运动期至燕山运动早期，秦岭-大别洋自东向西逐步发生剪刀式闭合，华北与扬子板块进入陆-陆碰撞造山阶段。强烈的SN向构造挤压作用在南华北盆地产生一系列NW-NWW向大型复式背斜，形成了隆-坳相间的构造格局，并在南华北盆地形成两条自南向北逆冲的冲断构造带。这次挤压作用在太康地区隆起成轴向NWW的背斜构造。同时，因郯庐断裂带左旋压扭运动使太康隆起产生自东向西的挤压作用，在NWW向背斜构造的基础上又叠加了NNE向构造，地层进一步遭受剥蚀。

燕山晚期-喜山早期，南华北盆地转入伸展应力作用下的断陷盆地发展阶段，在NWW向左行剪张断裂和NE-NNE向右行剪张性断裂联合作用下，太康隆起发生了强烈的断块隆升活动，隆起解体并形成现今凸凹相间的构造格局。这一构造格局不仅控制着古近系的发育，而且制约着古生界-三叠系的残余分布，区内大多数正断层形成于这一时期。

新近纪至今，太康隆起随南华北盆地整体沉降，但相对于其南北两侧仍呈相对隆起，沉积厚度达800~1 500 m。

2 石油勘探反射地震剖面

图 2为靠近太康M_S4.7地震震中位置的一条石油勘探反射时间剖面及解释成果，该剖面由西南至北东方向依次经过鄢陵凸起、逊母口凹陷、通许凸起等构造单元，对应图 1中构造演化剖面虚框位置。

2.1 时间剖面特征

由图 2可见，在双程旅行时TWT 3.5 s以浅，剖面上可以看到多组反射同相轴，同相轴在横向上显示为以断裂为边界的地堑构造特征，清楚地反映了鄢陵凸起、逊母口凹陷、通许凸起3者之间凸凹相间的构造格局。横坐标7 km以南为鄢陵凸起，7~16 km为逊母口凹陷，16 km以北为通许凸起。

反射界面T₀以浅，反射波能量较强、水平成层性较好，结合研究区构造演化可知，这部分地层为新近纪以来太康隆起整体沉降过程中沉积的新近系和第四系，反射界面T₀反射能量较强，起伏变化不大，为新近系的底界面；反射界面T₀~T_g之间，反射波能量较强、起伏变化大，明显受断裂控制，反映了晚古生代至古近纪太康地区在经历沉降-抬升-挤压隆起-隆起解体过程中的残余地层；反射界面T_g以深，剖面反射波能量弱、成层性差，反映了波阻抗值较高但波阻抗差较小、无法形成连续反射的早古生代地层。

2.2 隐伏断裂特征

由图 2可见，在鄢陵凸起与逊母口凹陷、逊母口凹陷与通许凸起交界处、T₀界面以深，剖面反射波同相轴明显错断，地层产状、反射界面深度明显变化，表明两交界处有断层存在。其中，在鄢陵凸起与逊母口凹陷交界处存在两条北东倾向的正断层，它们在三叠纪地层内部归并为断层②，与逊母口凹陷和通许凸起交界处的断层①相向而倾。断层①、②均呈上陡下缓的铲式形态，表现为正断层性质，向下延伸至早古生代地层，控制着新生代地层的发育和中、古生代地层的残余分布。由太康地区构造演化史可知，两断层产生于燕山晚期-喜山早期，是在NW-SE向区域拉张应力场作用下，深部NWW和NE-NNE向走滑断层的伸展拉张作用使太康隆起发生块断隆升所形成的。

由图 2还可以看出，研究区断裂发育，以T₀为界可分为两个阶段：T₀反射界面以深，断层断距明显，断层①错断约0.2 s，断距约400 m，断层②错断约0.8 s，断距约1 700 m，反映出晚白垩世至古近纪太康隆起强烈的块断隆升活动；T₀反射界面以浅，断层断距明显减小，表明新近纪以来，在太康隆起整体沉降背景下，构造活动强度减弱。T₀错断亦不明显，则是三叠纪末至古近纪末太康隆起处于大面积隆升状态、地层剥蚀，以及新近纪以来构造活动强度减弱的双重结果。

受探测目的的限制，石油地震剖面对新近系以来的构造细节分辨能力有限，尤其是双程旅行时，0.4 s以浅数据由于采集、处理等原因被直接切除，断层在近地表或者第四系内部的分布状况不清楚。因此，为了详细了解研究区新近系以来的地层和构造状况，揭示隐伏断层第四系或近地表特征，为活动构造研究提供必要信息，笔者在太康地震区开展了高分辨浅层反射地震探测。

3 高分辨浅层反射地震剖面

根据石油勘探的结果，考虑浅层地震勘探工作特点^[11]，在太康震区沿省道213由北向南布设一条长17.16 km的高分辨浅层地震测线。

图 3是沿省道213的高分辨浅层地震反射波叠加时间剖面。由图可见，地层反射波组丰富，沉积地层整体呈水平状、自北向南略有加深。双程走时1.0 s以下，受探测深度的限制，反射能量减弱，但仍可进行波组追踪。据地质资料，太康地区第四系厚度200~250 m，新近系-第四系厚度1 200~1 400 m。结合浅层叠加速度进行时深转换可知，T₀₂波组对应第四系底界面，T₀波组对应新近系底界面。

通过反射波组特征分析发现，在剖面桩号3 000~4 400 m及10 000~14 000 m两段内出现了明显的同相轴扭曲、错断现象，分析认为是断层的反映，据此在剖面上解释了两组共6条正断层。桩号3 000~4 400m之间解释了F_p1和F_p1.1两条断层，F_p1为南倾正断层，F_p1.1为F_p1断层下降盘受牵引拉伸而衍生的北倾正断层；桩号10 000~14 000 m之间解释了F_p2、F_p3、F_p4和F_p54条北倾正断层，4条断层特征相似、断距较小、错断地层基本一致。表 1给出以上6条断层参数的实测结果。

从表 1可知，6条断层上断点埋深在70~160 m之间，依据太康地区第四系地层厚度资料可知，这些断层均错断了第四系底界并向上延伸进入第四系内部。受浅层地震勘探分辨率影响，断层上断点具体埋深可能更浅。由于太康M_S4.7地震震区附近缺少钻孔资料，为确定断层上断点具体埋深及断层最终活动年代，建议采用钻井、探槽等方法进行分析。

4 断层组合及构造分析 4.1 断层空间组合

对比图 2与图 3可知，从浅到深，两个剖面反映的断层形态、性质是一致的。相对于石油勘探而言，由于高分辨浅层探测分辨更高，对浅层细小断层的识别能力更强，因此，浅层剖面能够反映出石油地震剖面无法获得的浅层构造细节。石油勘探的目标层位较深，能得到浅层地震探测深度之下的构造信息。

将高分辨浅层地震剖面和石油地震剖面的双程旅行时间调整到同一尺度，将地表坐标调整一致，用于时深转换的浅层速度采用叠加速度，深层速度参考太康地区分层地壳速度模型^[9]，得到研究区近地表至地下7~8 km深度的断裂构造图(图 4)。

由图 4可见，浅层地震剖面上的断层F_p1是石油剖面北部断层①的浅部延伸，受探测分辨的限制，F_p1的衍生断层F_p1.1在石油剖面上未有显示；浅层地震剖面上的断层F_p5是石油剖面南部断层②的浅部延伸，断层F_p4为断层②上发育的次级断层，断层F_p2和F_p3在石油剖面上未见显示。

断层①与断层②及其次级断层F_p4为产生于晚白垩世至古近纪走滑伸展应力体制下的正断层，它们呈铲式形态，相向而倾，地层受其控制而形成凸凹相间的构造格局。进入新近纪，在太康隆起整体沉降背景下，断层仍有活动，控制着新近系-第四系的发育，但活动强度明显减弱。断层F_p1.1是断层①在新近纪-第四纪活动产生的次生断层，F_p2和F_p3可能产生于新近纪以来的地层沉积过程中。

4.2 震源机制解与地震精确定位结果

谢智等^[12]对河南及其邻区1965~2000年3.5级以上地震震源机制解进行了汇集分析。结果表明，该区震源机制解两组节面走向大多为NWW和NNE向；主压应力大多为北东东向, 主张应力大多为北北西向，不同地区存在一定差异性；地震震源大致表现为走滑错动型。

太康M_S4.7地震之后发生多次余震，最大一次余震为M_S4.1。不同学者采用不同的方法对太康M_S4.7地震和M_S4.1余震震源机制进行了研究。结果显示，M_S4.7地震震源机制解两组节面走向分别为近NW向和近NE向，倾角较陡^[13-14](表 2)。震源精确定位结果显示，余震展布沿近NW向和近NE向，与主震的两个节面方向基本一致。根据主、余震发生的时间顺序推测，首先是近NW向断裂破裂形成主震，而后近NE向断裂继续调整应力，再次发生了M_S4.1余震。主震和最大余震震源深度均为13 km^[14]。

以上结果表明，近NW向和近NE向断裂是太康M_S4.7地震的深部震源构造，太康M_S4.7地震及其余震的发生与这两条断裂的走滑活动有关。

4.3 太康M_S4.7地震构造分析

根据反射地震剖面确定的断层分布，结合太康M_S4.7地震震源精确定位、震源机制结果，给出太康震区深浅断裂和地震在地表平面和地震剖面上的展布(图 5)。由图 5可见，深浅构造不一致，深部震源构造表现为沿近NW和近NE走向的高角度断层，浅部构造表现为受近NW走向铲式张性断层控制的凸凹相间的构造样式。

凸凹相间构造是走滑伸展作用产生的一种构造变形样式。从区域构造演化历史来看，太康隆起凸凹相间的构造格局与NWW向和NE-NEE向断层的走滑拉张活动有关。燕山晚期，受郯庐断裂带大规模走滑活动的影响，南华北地区也产生了NW和NE向部分深大断裂的走滑活动。晚白垩世至古近纪，华北-扬子板块近SN向挤压作用趋于停止，而郯庐断裂带强烈的走滑作用仍在持续，此时，南华北地区受到中国东部NW-SE向区域拉张应力场的影响。在此背景之下，NWW和NE-NNE向断层发生张剪性活动，太康隆起解体，形成目前凸凹相间的构造格局。进入新近纪，在太康隆起整体沉降背景下，构造活动强度减弱，但凸凹相间变形样式得以延续，表现为控制断陷的边界断层的持续活动，同时，一系列新近纪-第四纪铲式正断层的形成也表明深部走滑伸展作用的存在。

综上所述，太康M_S4.7地震震区存在近NW向和近NE向高角度深部震源断裂，其走滑伸展作用导致其上方浅部地层形成铲式张性断裂及受其控制的凸凹相间的构造变形样式。这种深浅构造格局共同控制了太康M_S4.7地震及其余震的发生。

5 结语

本文通过对石油地震剖面和高分辨浅层地震剖面结果进行分析和对比，依据震源机制解和地震精确定位结果，给出了太康M_S4.7地震震区断裂的深浅展布关系图像，在此基础上，结合区域构造演化，获得了对太康M_S4.7地震构造的初步认识。主要结论如下：

1) 晚白垩世至古近纪，太康隆起发生NWW和NE-NNE向张剪性走滑断层活动，其产生的伸展拉张作用使隆起解体，形成凹凸相间的构造变形样式；新近纪以来，太康隆起整体沉降，构造活动强度有所减弱，但凸凹相间变形样式得以延续，表现为控制断陷的边界断层的持续活动，同时，一系列新近纪-第四纪铲式正断层的形成也表明深部走滑伸展作用的存在。

2) 太康M_S4.7地震区深浅构造存在不一致性。深部震源构造表现为沿近NW和近NE向的高角度断层，浅部构造表现为受近NW向铲式张性断层控制的凸凹相间的构造样式。这种深浅构造展布形式共同控制了太康M_S4.7地震及其余震的发生。

本文的地震剖面结果仅能给出双程走时3.5 s (约7~8 km)以上的构造图像，对于深部构造的认识是在地震剖面结果的基础上，依据其他地球物理研究成果，结合区域构造演化推测而来。更合理和有效的做法是开展深地震折射、反射探测获得地壳深部构造信息，特别是震源精细结构和构造图像。