0 引言

晋冀豫交界地质构造复杂，历史上发生过强震或中强震，如1830年磁县M_S 7.5强震，该区域具有中强地震的发生背景。近年来晋冀豫交界中小地震活跃，自2008年河南数字地震台网改造至今，已记录691次M_L 1.0以上地震，为地震研究提供了丰富的中小震资料。然而，该区域6.0级以上地震活动已持续平静20年，超过1815年以来华北地区前4个平静幕的最长平静时间。构造应力场是研究地球动力学问题的重要资料，在板块运动、地震成因和断层活动等动力学过程解释中具有重要地位（闫睿，2017）。确定晋冀豫交界应力场信息有助于进一步认识和理解河南北部现今地质构造格局形成的动力学过程，并为区域震情预报工作提供基础信息。

作为地震学的重要研究内容，应力场一直是研究热点，诸多研究者对晋冀豫交界区域应力场做了相应分析，取得重要认识，如：谢智等（2002）汇编河南及邻区52次地震震源机制，认为河南区域应力场P轴多为NEE向，T轴大多为NNW向，震源机制类型主要为走滑型；王磊等（2009）通过比较冀鲁豫交界区2种震源机制解，证实应力场动态演化存在异常客观性；崔效锋等（2010）通过水压致裂原地应力测量和小震震源机制解数据，分析认为豫北地区最大主应力方向为近EW向；莘海亮等（2012）收集1985—2008年豫北及邻区发生的145个中小地震震源机制解，通过格点尝试法，求取该区域平均应力场，结果表明：豫北地区震源机制解以走滑型为主，且主应力轴接近水平，应力场以水平挤压为主，受华北整体应力场控制作用较弱；盛书中等（2015）收集鄂尔多斯块体周缘8499个地震，应用综合震源机制解法求解区域构造应力场，提及华北平原中部地区P轴方位由北向南，从西向东，逐渐由NEE向转为近EW向，倾角逐渐变得水平。

晋冀豫交界构造应力场总体受华北应力场控制，受地震资料限制，大多研究不能给出较为精细的应力场结果。本文在前人工作基础上，收集大量含P波初动信息的小震资料，采用综合震源机制解方法，反演该区域构造应力场。

1 地质构造背景

晋冀豫交界（35.4°—37°N，113.0°—115.2°E）位于太行山隆起至华北坳陷过渡地区，自西向东细分为稳定太行山隆起、太行山山前弱隆起区、北华北坳陷，地质构造复杂，分布有磁县大名断裂、薄壁断裂、安阳南断裂、汤东断裂、汤西断裂及林州西断裂等（图 1），其中：磁县大名断裂为华北地区次级构造单元，走向NWW，是中生代以来长期发育的一条断裂（江娃利等，1996）；薄壁断裂走向NE，倾向SE，倾角50°—70°，与其东侧的九里山—古汉山断裂组成为薄壁地堑；该地堑东部的北华北坳陷包括汤阴地堑等次级构造单元，汤阴地堑分别以汤东和汤西断裂为边界构成双边地堑，地堑南部边界截于安阳南断裂；安阳南断裂为安阳地堑的南部边界，断裂南侧呈岗秋（山岗和丘陵）地形，且垂直落差约达30 m；林州西断裂位于太行山隆起南部，走向NNE。相互交错的活动断裂构成了晋冀豫交界复杂的地质构造背景。

2 研究方法及资料选取

大量小地震不能单独计算震源机制解，这些有用的小震信息容易被忽略。采用综合震源机制解方法，利用含有大量P波初动信息的小震资料，反演区域构造应力场。Aki（1966）首先采用该方法获得日本地区1961—1963年构造应力场信息；李钦祖等（1973）用此方法求解红山地震台和沙城地震台2个区域的构造应力场结果；许忠淮等（1983）在此基础上，收集大量地震和多个台站资料，求解区域构造应力场信息；万永革等（2011）则利用该方法，在一个网格内对多个地震多个台站记录的P波初动信息进行加权约束，反演中国台湾地区三维构造应力场，结果经验证具有一定可信度。万永革等改进的方法在国内受到广泛应用（盛书中等, 2013, 2015；李祥，2016）。

收集河南数字地震台网记录的晋冀豫交界小震资料，筛选2008—2017年468个地震的1 143个P波初动符号，利用综合震源机制解方法，反演该区域构造应力场信息。所选地震深度多在10 km左右，因此，将研究区划分为0.15°×0.15°的网格，利用万永革等（2011）的计算方法，利用周围台站记录的P波符号，求解各网格内构造应力场，由于每个地震到网格中心点的距离不同，对网格内应力场确定的比重也不相同。文中仿照Shen等（1996）的加权方式，对距离网格中心不同距离的地震赋予不同的权重，计算公式如下

$ \omega = {{\rm{e}}^{ - {r^2}}}/{D^2} $

式中：ω为P波初动符号的权重；D为距离衰减常数，决定了与网格中心不同距离的地震P波初动的权重大小；r为震中至网格中心的距离。

鉴于网格内部的地震P波初动数据较少，不能较好地约束网格内部构造应力场，经多次实验，将本研究中D取为40 km。为了拟合最优的P轴和T轴方向，采用1°×1°×1°的网格搜索法，搜索P、T、B轴的方位。每次尝试均给出观测P波初动资料与综合震源机制模型预测的P波初动符号不一致的P波初动数（矛盾个数）与总初动数之比，称为矛盾比。网格搜索法最终得到最小矛盾比所对应的综合震源机制解，将P轴、B轴、T轴的方位作为网格内应力场压应力轴、中间轴、张应力轴的方位（李钦祖等，1973；许忠淮等, 1983, 1989；万永革等，2011；李祥，2016）。网格搜索法每次尝试均得到理论P波初动方位角和离源角，使用的地壳速度结构模型由kissling的最小一维模型法获得（闫睿等，2017），见表 1。

3 应力场分析

选取2008—2017年晋冀豫交界468个地震的1 143个P波初动符号，采用综合震源机制解方法，以0.15°×0.15°进行网格划分，反演计算该区域构造应力场（图 2），可见晋冀豫交界精细应力场整体为NE向P轴和NW向T轴控制，且P轴和T轴的倾角近水平，与前人结果一致（李钦祖，1980；魏光兴等，1982；谢智等，2002；莘海亮等，2012）。

由图 2可见，受局部应力场控制较为严重的区域为太行山山前弱隆起区与北华北坳陷交界的中南部，即薄壁断裂以东，安阳南断裂东南部。其中，薄壁断裂走向NE，倾向SE，倾角50°—70°，与其东侧的九里山—古汉山断裂组成为薄壁地堑，地堑两侧错断约70 m。曾融生等（1991）认为，在水平板块构造应力场背景中，上地幔热物质上涌，导致华北地区构造应力场在垂直方向上出现差异。而薄壁地堑出现局部应力场紊乱，可能就是因为上地幔热物质上涌所致。

在薄壁地堑东部，发现安阳南断裂周边应力场P轴由NE向转为NEE至EW向，T轴呈放射状，从NW向逐渐转为NWW且倾角较大，该现象未在前人研究中出现。薄壁地堑东部的北华北坳陷包括汤阴地堑、内黄隆起次级构造单元，其中汤阴地堑分别以汤东和汤西断裂为边界构成双边地堑，北南分别截于新乡—商丘断裂和安阳南断裂附近，总体走向NNE，南北延伸约110 km，东西宽20—25 km。安阳南断裂为安阳地堑的南部边界，断裂南侧呈岗秋（山岗和丘陵）地形，且垂直落差达30 m左右。断层相互切割、相互作用的复杂性也会影响区域构造应力场方向（Hardebeck et al，2001；Townend et al，2004），因此认为，该区域受局部应力场控制较为严重，可能由断层相互作用引起。安阳南断裂为左旋正断运动方式，与该处地质构造运动相符，证明结果具有可靠性。

4 结论

使用2008—2017年468个地震的1 143个P波初动符号，利用综合震源机制解方法，得到晋冀豫交界构造应力场，所得0.15°×0.15°应力场结果覆盖整个交界地区，具体结论如下。

（1）晋冀豫交界精细应力场整体为NE向P轴和NW向T轴控制，且T轴与P轴倾角近水平，与前人结果一致。

（2）薄壁断裂以东P轴和T轴方位在局部变化较大，P轴成NS向分布，T轴呈NNE向分布，且倾角较大。薄壁地堑出现局部构造应力场紊乱可能由上地幔热物质上涌所致。

（3）安阳南断裂周边构造应力场出现局部紊乱。应力场P轴由NE向转为NEE至EW向，T轴呈放射状，从NW向逐渐转为NWW向，且倾角较大，受局部构造应力场控制较为严重，可能由断层相互作用引起。