江苏及邻区（116°E~123°E，30°N~36°N），位于我国人口稠密、经济发达的长江三角洲地区.以中国大陆地质构造单元划分，该区自北向南依次位于华北地台、扬子地台与华南褶皱系内^[1]，及该区位于我国大陆三大地质构造单元的交汇区域（图 1）.以地理位置划分，该区位于华南大陆的北隅.华南大陆西倚青藏高原，北以秦岭-大别造山带为界，东南濒临西太平洋，是由不同时期的块体在地史期间不断拼贴组成的联合大陆^[2]，在欧亚大陆运动学与动力学研究领域占有重要地位.

图 1

Fig. 1

图 1 研究区域地质构造、断层与台站分布图 白色曲线为华北地台、扬子地台、华南褶皱系的分界线[1]. Fig. 1 Tectonic structure, faults and stations in the research area White curves are the borders of North China Craton, Yangtze Craton and South China Folds[1].

姚保华等^[3]综合深、浅地震反射、地震宽角反射/折射、高分辨地震折射与大地电磁测深等联合剖面探测方法，发现在位于江苏境内的湖州-苏州断裂西侧存在埋深约13~15km、厚度约2km的高导层.位于苏鲁交界的苏鲁造山带毗邻华北地块，其深部结构可以为讨论苏鲁超高压变质带以及华北克拉通演化提供重要证据.Bai等^[4]综合多条地震速度剖面成像结果，揭示了郯庐断裂带中段地壳结构及其与大别造山带的相互关系.肖骑彬等^[5]、李曙光等^[6]对苏鲁造山带分别展开研究，前者依据大地电磁测深剖面资料发现电性边界带与郯庐断裂带、淮阴-响水断裂带等重要边界断裂具有很好的对应关系；后者综合地质、地球化学与地球物理的研究结果，认为造山带两侧曾发生了岩石圈拆离和岩浆板底垫托作用.

由于江苏及邻区地震活动性较西部及华北北部偏弱，有关该区地震学方面的研究成果具有一定的局限性，往往分辨率不高，无法获取细部信息.如：位于多个一级块体交汇处的江苏地区，在构造环境上，主要受到哪个一级块体控制？区内不同地理位置，如长江以南、长江以北，在构造环境上是否存在差异？

如有差异，这种差异与局部构造有无关系？地震各向异性被证实是地球内部存在的一个普遍的地球物理现象^{[7, 8]}.地壳介质各向异性主要是由地壳内部沿应力方向定向排列的充液微裂隙引起的.研究地壳介质各向异性最有效的方法之一是剪切波分裂.当剪切波穿过各向异性介质时，会分裂成两列波，其中沿裂隙定向排列方向振动的波，速度较快，被称为快剪切波，而沿垂直于裂隙定向排列方向振动的波，速度较慢，被称为慢剪切波.剪切波分裂的两个基本参数为：快剪切波偏振方向与慢剪切波延迟时间.研究表明，快剪切波偏振的优势方向总是与区域主压应力场方向一致^[9].研究区域内不同构造位置的具体应力分布会受到区域内断裂走向、断裂性质、块体及相互作用、以及地震孕育与发生造成的应力调整等因素的影响^[10].目前的研究结果表明，位于活动断裂上（或附近）的台站，其快剪切波偏振优势方向与断层走向较为一致，在地质结构比较复杂的区域，如不同走向断层交汇处、地块交汇区域等，台站的快剪切波偏振方向具有一定的离散性^[11~18].慢剪切波延迟时间不仅能反映介质各向异性的强弱，更能够描述区域应力环境的动态变化特征^[19~24].

本文旨在通过江苏区域数字地震台网（1999~2008年）10年的观测资料，依据剪切波分裂基本原理，采用SAM分析方法^[25]，分析江苏及邻区地壳介质各向异性，对该区应力环境特征展开讨论.

江苏及邻区既分布NNE、NE走向的活动断裂，又有近E-W与NW走向的活动断裂展布，形成断层交错分布的构造格局（图 1）.区内主要断层埋深均达到康氏面（约20km）以下，其中郯庐断裂带、茅山东侧断裂带的埋深更深至莫氏面（约36km）以下^[26].郯庐断裂带是一条纵贯中国大陆东部的NNE走向深大断裂带，它在讨论华北克拉通活化过程^[27]、大别-苏鲁造山带演化过程^[28]、华北地台与扬子地台碰撞过程、华北地台与扬子地台边界^[29]等方面有重要意义.

历史地震统计结果表明，该区强震震中主要分布在区内四大地震活动断裂带上，分别为郯庐断裂带、淮阴-响水断裂带、茅东断裂带与滨海断裂带.其中发生在陆域，并造成破坏性影响的地震主要位于郯庐断裂带与茅东断裂带.如：1668年M8.5地震发生在郯庐断裂带上；1974年溧阳M5.5地震与1979年溧阳M6.0地震均发生在茅东断裂带上，震中位置接近.除破坏性地震以外，该区陆域地震亦呈现小震群频发的现象.如：1992年射阳小震群，1999年常熟小震群，2001年溧阳小震群，2001年常熟小震群，2002年常熟小震群等.

江苏数字地震台网始建于1999年，目前运行已近10年，积累了大量波形数据.该台网共有固定子台17个（其中3个台站为井下摆，图 1），数据采样率为50Hz.台网东西跨度约300km，南北跨度约400km，台间距约70km.

本文搜集并整理江苏数字地震观测台网1999~2008年（共10年）的地震观测报告，统计结果表明江苏境内M_L0.0级以上地震共2464次，其中有震源深度的地震事件为172次，约占全部地震事件的7%，震源深度平均约为15km.

依据剪切波窗口条件，并考虑扩大可用数据量，本文将可用数据分为两类：有震源深度、无震源深度.剪切波窗口是由地壳介质性质确定的垂直锥体，其顶角为arcsin（V_S/V_P），V_P与V_S分别是射线路径所经过地壳介质的P波、S波速度.对于泊松比为0.25的地壳介质，顶角约为35°.由于低速的地表沉积层作用，该顶角可放宽至45°~55°左右^{[9, 30]}.依据剪切波窗口原理，并考虑到江苏主要地区沉积盖层厚达10km^[26]，本文可用数据依据以下两种方法归类：对有震源深度参数的地震事件，震中距小于震源深度的地震射线为窗口内记录（A类）；对无震源深度参数的地震事件，震中距小于15km的地震射线为窗口内记录（B类）.B类事件中，震中距的优势分布区间为9~12km范围内.

最后，本文在11个台站获取A类记录37条，B类记录123条，共160条.其中有3个台站为单条记录，其余均为多条记录.图 1标示获取剪切波分裂参数的台站，表 1列出各台站参数与剪切波分裂参数.

表 1(Table 1)

表 1 江苏及邻区11个台站基本参数与剪切波分裂参数 Table 1 Stations parameters and results of shear-wave splittings of 11 stations in Jiangsu Area

表 1 江苏及邻区11个台站基本参数与剪切波分裂参数 Table 1 Stations parameters and results of shear-wave splittings of 11 stations in Jiangsu Area

剪切波分裂计算的方法较多^[31]，主要分为计算程序自动分析与可视化测量.由于直达剪切波周期小、干扰源多，自动化分析对剪切波波段长短与起始位置的选择敏感，所以，虽然自动化分析提高了工作效率，但分析结果往往不够稳定.可视化测量工作量大，但是对波形选取的判断准确度较高.SAM方法^[25]综合计算程序自动分析与可视化测量的优点，将剪切波分裂方法分为三大步骤：相关分析、时间延迟校正、偏振分析检验，具体如下.

首先选取直达剪切波段，依据网格搜索的原理，给定不同的快剪切波偏振方向与慢剪切波延迟时间参数，分别计算两水平分量的相关系数.选取最大相关系数所对应的一组各向异性参数作为初始解.

为排除初始解的不确定性，对初始解做检验是非常必要的.检验过程简述见图 2与图 3，其中包括A类（左）地震事件与B类（右）地震事件.图 2显示经带通滤波后，地震波三分向记录，地震参数详见图例.图 3显示剪切波分裂结果校正前后，S波质点运动轨迹有明显不同.校正前，质点运动轨迹呈椭圆状，校正后，则呈现较好的线状偏振.

图 2

Fig. 2

图 2 滤波后地震事件三分向波形记录 左：A类事件，2006-02-0304:10:24，SSY记录到的ML2.1地震，震源深度20km，震中距15km，至上而下分别为垂直方向、东西方向、北南方向带通滤波后记录.右：B类事件，2002-06-13 19:53:56, SCS记录到的ML1.1地震，震中距12 km，至上而下分别为垂直方向、东西方向、北南方向带通滤波后记录.右上角所标为时间标尺. Fig. 2 Filtered waveform of the seismic event in three directions Left:Event A, 2006-02-03 04:10:24, recorded by station SSY, ML2.1, depth is 20 km, epicenter is 15 km, the three filtered records are UD, EW, and NS respectively from up to down.Right:Event B, 2002-06-13 19:53:56, recorded by station SCS, ML1.1, epicenter is 12 km, the three filtered records are UD, EW, and NS respectively from up to down.Time scale is marked on the right corner.

图 3

Fig. 3

图 3 剪切波分裂分析检验 左:A类事件，左侧三行至上而下分别为：剪切波EW方向记录、剪切波NS方向记录、剪切波质点运动轨迹图；右侧三行至上而下分别为：快剪切波F、慢剪切波S、经过慢剪切波时延与快剪切波偏振方向校正后的剪切波质点运动轨迹；右：B类事件，其他同左.图中，S1与S2分别代表快剪切波与慢剪切波，圆圈与箭头分别标示快、慢剪切波的位置，右上角所标为时间标尺. Fig. 3 The check of shear-wave splitting analysis Left:Event A, there are EW, NS, particle motion of shear wave on the lett three lines, while there are fast shear-wave, slow shear-wave, particle motion after corrections of shear-wave splitting parameters on the right three lines.Right:Event B, the same with Event A.In Fig.3, S1 means fast shear-wave, S2 means slow shear-wave, circles and arrows mark the position of fast and slow shear-waves.Time scale is marked on the right corner.

图 4是11个台站快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图.其中，有7个台站既包括A类事件（绿色），又包括B类事件（红色）.从图 4可看出，这7个台站的A类与B类的结果表现出了相当的一致性.根据石玉涛等^[32]的研究，对无震源深度参数的地震事件，震中距小于一定范围的地震记录是可用于剪切波分裂研究的.这种扩大数据量的处理技术对地震活动性较弱的华东与华南地区，具有重要的现实意义.

图 4

Fig. 4

图 4 研究区域内11个台站单台快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图 绿色对应A类地震事件, 红色对应B类地震事件, 第一行与第二行为既有A类, 又有B类地震事件的台站, 第三行为仅有A类或B类地震事件的台站, 图件下方标示台站名. Fig. 4 Equal-area project rose diagram of fast shear-wave polarizations of each station in research area Green means Event A, red means Event B, the first and second lines correspond to the stations with both Event A and B, the third line corresponds to the stations with just one kind of event (Event A or B). The bottom of the rose diagram is the name of station.

11个台站中，有4个台站仅获取单类（A类或B类）记录分析结果，其中除射阳台（SSY）为多条A类记录外，其余3个台站仅有单条记录.为避免分析结果的片面性，对这3个台站（赣榆台GAY，连云港台LYG，宿迁台SSQ）不做过多讨论.

图 5a为研究区域所有有效记录的快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图，该图表明，优势偏振方向为近E-W方向.但是，为了避免2001年与2002年两次常熟小震群对分析结果的影响，本文剔除SCS台站记录到的两次小震群的共73条记录，重新统计.图 5b显示研究区域内除常熟小震群外所有有效记录的快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图，结果表明，该区具有多个快剪切波优势偏振方向：NE、近E-W与NW方向，并无明显的第一优势偏振方向，可能说明区域应力与局部断裂诱导的各向异性综合效应^[10].

图 5

Fig. 5

图 5 研究区域内多个台站快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图 (a)研究区域内11个台站所有有效记录的快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图；(b)剔除掉SCS台记录到的2001年11月与2002年6月两次常熟小震群资料后的快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图.图中下方数字为记录个数. Fig. 5 Equal-area project rose diagram of fast shear-wave polarizations in research area (a) Results of all records from 11 stations; (b) Records from 11 stations excluded the records from two small swarms (in Nov.2001 and Jun.2002) in Changshu recorded by station SCS.The bottom number shows the records, number.

图 6显示研究区域快剪切波偏振方向空间分布特征.图 6a为各台站快剪切波平均偏振方向，图 6b为各台站快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图.图 6表明，江苏及邻区空间范围约为6°×6°，其地壳介质各向异性方向由北及南具有明显分区特点.

图 6

Fig. 6

图 6 研究区域内11个台站快剪切波偏振方向空间分布图 (a)平均快剪切波偏振方向空间分布，粉色表明只有单条有效记录，黑色表明平均值，黄色表明两个优势偏振方向，断层标识同图 1; (b)各台站快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图的空间分布，黄色表明南京一溧阳地区，蓝色表明长江以南地区，红色表明长江以北地区，断层标识同图 1. Fig. 6 The spatial distribution of fast shear-wave polarizations of 11 stations in research area (a) Average polarization of fast shear-wave at each station, pink shows single record, black shows average polarization of multi-records, yellow shows two predominant polarizations, the faults are same with Fig. 1; (b) Equal-area project rose diagram of fast shear-wave polarizations at each station, yellow shows the results in Nanjing-Liyang area, blue shows the results in the South of Yangtze River, red shows the results rn the North of Yangtze River, the faults are same with Fig. 1.

如图 6a所示，属于华北地台的台站共有3个（SSQ、GAY、LYG），这3个台站均位于苏鲁交界处，该区亦属于苏鲁-大别构造带，但是这3个台站的快剪切波偏振方向有显著的不同.因此，可能该区地壳介质所受应力环境差异较大.值得注意的是，位于郯庐断裂带的SSQ，其快剪切波偏振方向为NE方向，与郯庐断裂带走向相关.由于观测资料有限，这里不做过多讨论.

研究区域内，有3个台站具有两个优势快剪切波偏振方向，分别为SSY、SNJ、SLY（图 6）.SSY两个优势偏振方向分别为NE与NW方向，与台站附近NE、NW走向的断层格局一致，表明该台站下方地壳介质可能受到两个断层的控制，其中NE走向的断层作用更显著.SNJ的两个优势偏振方向分别为NW方向与NE方向，这表明台站附近的板桥-南渡断裂（NW走向）与幕府山-焦山断裂（ENE走向）对南京台下方地壳介质可能均有影响.SLY亦有两个优势偏振方向，分别为NE方向与NW方向，显示台站附近的茅东断裂（NE走向）与板桥-南渡断裂（NW走向）对溧阳台下方地壳介质可能均有影响.

SLY与SNJ位于研究区域的西南部，这一区域的地质构造年代呈现外围为古生界-志留系，中心为中生界-白垩系的特征，该区亦是江苏及邻区地质年代最古老的区域之一.区域主要分布3条活动断裂：NE走向的茅东断裂、NW走向的板桥-南渡断裂、ENE走向的幕府山-焦山断裂.1974年溧阳M_s5.5、1979年溧阳M_s6.0均发生在茅东断裂与板桥-南渡断裂的交汇处.地质构造分析表明，溧阳地震构造成因源于茅东断裂与板桥-南渡断裂的共同作用^[33].SLY与SNJ的快剪切波偏振方向皆为两个优势偏振方向，这表明，研究区域的西南部具有局部应力环境特征，主要受茅东断裂、板桥-南渡断裂、幕府山-焦山断裂的共同约束，目前这3条断裂仍处于活动状态.

位于研究区域东南部的共有5个台站，并分别紧邻长江之南北，长江以南有2个台站（SWX、SCS），以北有3个台站（SHA、SJJ、SNT）.这5个台站中，每个台站的快剪切波偏振方向一致性较高，标准差较小（表 1）.另外，长江以南的台站，平均快剪切波偏振方向均为近E-W方向，但断裂分布图中并未看到近E-W方向的断裂（图 1）.长江以北的台站，则均为NW方向，与区域内的NW方向断裂走向一致（图 1）.据此推断：长江以南有可能存在近E-W走向的局部活动构造；长江以北主要受NW活动构造作用；长江有可能是两个具有不同应力特征的活动构造的边界.

江苏及邻区各台站所有有效记录（不包括常熟震群）快剪切波偏振方向等面积投影玫瑰图（图 5b）显示该区具有多个快剪切波优势偏振方向：NE、近E-W与NW方向，并无明显的第一优势偏振方向.图 6a显示，江苏及邻区各台站的快剪切波平均偏振方向既有近E-W方向，亦有NW方向，还有NE方向，并未呈现出明显的第一优势方向.中国大陆3个一级构造单元，华北地台、扬子地台、华南褶皱系，具有不同的主压应力场方向.因此，江苏及邻区背景应力环境可能是多个一级构造单元共同作用的结果，华北地台、扬子地台、华南褶皱系这3个中国大陆一级构造单元在研究区内的边界不明显，江苏及邻区很有可能位于这3个构造单元的过渡区域.

南京台与溧阳台位于该区，两个台站的快剪切波偏振方向均有两个优势偏振方向.SNJ的两个优势偏振方向为NW与NE方向，分别与台站附近的板桥-南渡断裂（NW走向）、幕府山-焦山断裂（ENE走向）相关.SLY的两个优势偏振方向为NE方向与NW方向，分别与台站附近的茅东断裂（NE走向）、板桥-南渡断裂（NW走向）相关，SLY台正位于这两条断裂的交汇处.1974年、1979年两次溧阳破坏性地震，震中亦位于这两条断裂的交汇处.结果表明，研究区西南部具有局部构造特征，茅东断裂、板桥-南渡断裂、幕府山-焦山断裂具有明显的活动性.

海安台、靖江台、南通台、无锡台与常熟台位于该区.这5个台站皆紧邻长江，其中前3个台站位于长江以北，后2个台站位于长江以南.虽然5个台站仅在1°×2°左右的空间范围内，但其快剪切波偏振方向明显不同，长江以北的台站，均为NW方向，长江以南的台站，均为近E-W方向.据此推断：长江以南有可能存在近E-W方向的活动构造；长江可能是两个具有不同应力特征的活动构造的边界.

感谢江苏省地震局地震监测中心提供波形数据.感谢中国地震局地震预测研究所高占武博士、王辉博士在构造分析与结果讨论方面给予的帮助.