地震震源机制从一定角度描述了震源的性质及岩石破裂过程,对地震灾害快速评估及区域应力场变化研究具有重要意义。及时确定地震震源机制,在应急救灾、后续趋势判断等工作中发挥着重要作用。常用震源机制求解方法有:P波初动,P、SV、SH初动和振幅比,波形反演等。其中,基于P波初动求解震源机制(许忠淮等,1983)操作简单,但需要台站分布较好,且节面附近的P波初动极性较难判断;基于波形反演震源机制应用较为广泛,可细分为基于体波、面波及全波形反演等,但该系列方法对震级有一定要求;基于P、SV、SH波初动和振幅比求解震源机制(Snoke et al,1984),所用振幅比的辐射花样随空间方位的变化比单种波的辐射花样强烈,且由于仪器对直达P波和S波的频率响应相近,振幅比可消除仪器影响。较单纯型初动求解震源机制而言,利用Snoke方法求解更为精准。
自2005年11月26日九江—瑞昌5.7级地震后,赣北地区成为地震活动重点监测区域。选取该研究区域2008—2015年ML 3.0以上地震,采用P波初动和SV/P、SH/P振幅比方法(Snoke方法),联合计算震源机制,探讨赣北地区构造应力场特征。
1 研究区概况及资料选取赣北是江西省地震多发区,历史上曾发生多次5级以上地震,2005年11月26日九江—瑞昌5.7级地震即发生在该区。该区域地质构造体系复杂,断裂纵横交错,受皖鄂赣交界的九江受郯庐断裂、襄樊—广济断裂、九江—靖安断裂、湖口—新干断裂等作用,属于江西省地震活动重点监测区域。
随着“十五”“十一五”项目的推进,江西数字化地震台网不断完善,现拥有25个测震台站,并共享邻省18个地震台站记录,地震监测能力显著提高,2008—2015年共记录赣北地区地震329个(图 1)。地震主要集中在皖鄂赣交界地区,其中ML3.0以上地震11个(表 1),最大地震为2011年9月10日江西瑞昌ML4.9地震。对赣北地区11个ML≥3.0地震,采用Snoke方法,计算震源机制解,探讨该区构造应力场特征。
Snoke方法是利用P波初动和SV/P、SH/P振幅比联合计算震源机制解,减少了只采用单纯初动符号确定震源机制解的诸多不确定因素。基于双力偶点源模型,震源辐射的远场地震波位移在r — θ — φ观测坐标系中观测点P(r,θ,φ)处的分量为
$\begin{array}{l} {u_r} = \frac{1}{{4{\rm{ \mathsf{ π} }}}}\frac{1}{{\nu _{\rm{P}}^3}}\frac{1}{r}M\left( {t - \frac{r}{{{\nu _{\rm{P}}}}}} \right){\sin ^2}\theta \cdot \sin 2\varphi \\ {u_\theta } = \frac{1}{{4{\rm{ \mathsf{ π} }}\rho }}\frac{1}{{\nu _{\rm{S}}^3}}\frac{1}{r}M\left( {t - \frac{r}{{{\nu _{\rm{S}}}}}} \right){\sin ^2}\theta \cdot \cos \theta \cdot \sin 2\varphi \\ {u_\varphi } = \frac{1}{{4{\rm{ \mathsf{ π} }}\rho }}\frac{1}{{\nu _{\rm{S}}^3}}\frac{1}{r}M\left( {t - \frac{r}{{{\nu _{\rm{S}}}}}} \right){\sin ^2}\theta \cdot \cos 2\varphi \end{array}$ | (1) |
式中,ρ为岩石密度,vP、vS分别为P波、S波传播速度,r为位移点至震源距离,t为时间,t = 0表示断层开始错动时间,M为双力偶中一个力偶强度随时间的微商,ur、uθ、uφ分别为P波、SV波和SH波的表达式(刘杰等,2004)。
计算初始,根据地震台站和震中位置,确定地震台站在震源球上的反方位角。以此对波形进行旋转,得到径向和切向分量,分别量取SV波和SH波振幅。P波辐射花样愈靠近节面,振幅愈接近零,在断层面和辅助面45°夹角处最大;S波辐射花样在节面附近振幅最大,在断层面和辅助面45°夹角处最小(屠泓为等,2006)。结合P、S波该固有特征,±据P波初动和振幅比信息对断层节面的约束作用,采用网格搜索法,比较理论计算与实际观测所得初动符号和振幅比的矛盾比最小方式,求解最佳震源机制。
3 震源机制解分析 3.1 震源机制解为保证计算结果稳定可靠,选择P波初动清晰的地震台站记录。将波形记录旋转至垂向、径向和切向,将在各向上读取初动后1—2 s内的最大振幅记为P波、SV波和SH波振幅。利用Snoke方法,求解赣北地区11个地震的震源机制解,具体数值见表 2;震源球为下半球投影,见图 2,图中编号对应表 1地震编号,表示对应的各地震。将所选地震以震源机制解在空间排布,见图 3。
李鸿吉等(1994)研究认为,正断层主压应力P轴仰角大于45°,逆断层主张应力T轴仰角大于45°,对于走滑断层P轴和T轴的仰角都小于或等于45°。据此划分赣北地区11个地震的断层类型,结果见图 4。对于所选的11个地震,按照不同区域分析地震的发震构造及断裂类型。
(1) 九江—瑞昌地区。该区位于皖鄂赣交界,受襄樊—广济断裂(F1)、郯庐断裂(F2)相互作用,4次地震(编号2、4、5、11)均为走滑(斜滑)型,P轴和T轴分别为近EW向和近NS向,方向稳定,与该区域EW向挤压、NS向拉张的构造应力场分布特征基本一致。2011年9月10日瑞昌—阳新ML 4.9地震(4号地震)的发震构造为郯庐断裂往震区延伸隐伏的瑞昌—武穴断裂(吕坚等,2012),在该地震后的ML 3.3余震(5号地震)震源机制与主震较为一致,推断其发震构造亦为瑞昌—武穴断裂。
(2) 修水—武宁地区。该区位于九江—瑞昌西南方向,受古市—德安断裂(F3)、渣津—柘林断裂(F4)作用,2次地震(编号7、10)为正断型,T轴为近NS向,表明受NS向拉张的构造应力场作用,符合该区域构造应力场特征。
(3) 丰城地区。该地区靠近江西省中部,2次正断型地震(编号6、9)的T轴为近EW,表明受近EW向拉张应力作用,震中附近有湖口—新干断裂(F7)和萍乡—广丰断裂(F8)分布。湖口—新干断裂为复合型构造带,经过多期强烈演化,具有规模大、延伸长、切割深等特点,断裂带所在区域多为第四系地层,易发生正断型地震。萍乡—广丰断裂为扬子准台地与华南褶皱系两大地质构造单元的分界带,2008—2015年该断裂周边小震持续活动。
4 结论综上所述,可以得出以下结论:①赣北地区2008—2015年11个ML≥3.0中小地震震源机制与区域构造应力场一致,震源机制解稳定可靠;②赣北地区以近EW向挤压、近NS向拉张的构造应力为主(丰城地区受近EW向拉张应力作用除外),区域内断层错综复杂,以走滑、正断型为主;③九江—瑞昌地区受襄樊—广济断裂、郯庐断裂相互作用,构造应力场方向稳定,受EW向挤压应力和NS向拉张应力。
利用Snoke方法,联合P波初动和SV/P、SH/P振幅比计算震源机制解,可使计算结果更加稳定,当记录台站较少时,增加振幅比可以获得较为精准的结果。
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