毛松林，蔡欣欣

(廈門市地震局，福建 廈門 361021）

0 前言

2013年9月4日06時23分，莆田仙游發(fā)生ML5.0級地震，震中位于北西向沙縣—南日島斷裂帶附近（圖1）。該地震是2010年8月以來，發(fā)生在仙游的震群型地震活動中震級最大的一次，也是2013年發(fā)生在福建省內(nèi)的最大地震。

1 地震序列及其特點

以震中（N25.63°， E118.75°）為中心， 半徑 10 km，對該區(qū)域1971年以來福建臺網(wǎng)記錄的小震進行分析統(tǒng)計，結(jié)果顯示：該區(qū)域自2010年8月4日發(fā)生ML1.3級地震以來，共記錄ML（下同）0級以上地震1 496次。震中分布 （圖1）顯示，1 000多次小震在空間分布上呈現(xiàn)北西向分布的態(tài)勢，與通過該區(qū)域的北西向沙縣——南日島斷裂走向一致，北西長度最長達13 km。對這些小震進一步分析顯示，時間上大致可分為四組活動（表1，圖2）：

圖1 仙游地震序列震中分布圖（2010-08-04～2013-12-31）Fig.1 The epicenters distribution of Xianyou earthquake sequence(2010-08-04-2013-12-31)

（1）第Ⅰ組活動。發(fā)生在2010年8月～9月，最大震級為2010年8月6日的1.8級震。

（2）第Ⅱ組活動。從2010年11月～2011年4月30日，最大震級為2011年1月29日2.8級震；隨后，該地區(qū)進入相對平靜，長達247 d，該地區(qū)未記錄到0級以上小震。

圖2 仙游地震序列M-T圖 （2010-08-04～2013-12-31，ML≥0）Fig.2 The M-T diagram of Xianyou earthquake sequence(201-08-04-2013-12-31,ML≥0）

表1 莆田仙游地區(qū)地震分時段統(tǒng)計分析表Table 1 The statistical analysis table of earthquakes in Xianyou region by time

（3）第Ⅲ組活動。從2011年12月23日至2012年8月7日，最大地震為2012年4月15日的4.1級震。

2012年8月8日至11月11日，仙游地區(qū)，再次異常平靜，持續(xù)時間95 d。

（4）第Ⅳ組活動。從2012年11月11日起，仙游地區(qū)的活動再次加劇，持續(xù)已達13個月，最大地震為2013年9月4日的ML5.0級地震。

圖3 仙游地震序列 M-T圖（2012-11-11～2013-12-31日，ML≥0）Fig.3 The M-T diagram of Xianyou sequence(2012-11-11-2013-12-31,ML≥0）

震群活動的進一步分析，M-T圖 （圖3）顯示，該組活動在2013年8月3日起震群活動加劇，2013年8月3日～2013年9月3日的地震序列參數(shù)計算結(jié)果顯示，在9月4日5.0級地震震發(fā)生前一個月，仙游地區(qū)的小震序列的前兆性質(zhì)明顯，具有一定的指示意義（圖4，表2）。

2 地震序列震源深度分析

圖4 仙游地震序列l(wèi)gN-M圖（2013-08-03～2013-09-03-，ML≥0）Fig.4 The lgN-M diagram of Xianyou earthquake sequence(2013-08-03-2013-09-03,ML≥0）

表2 地震序列判定（2013-08-03～2013-09-03， ML≥0）Table 2 Determination of Xianyou earthquake sequence(2013-08-03-2013-09-03,ML≥0）

仙游地震序列的震源深度時變圖（圖5）顯示，2010年8月～2011年4月30日，震級較小，最大地震僅為2.8級；震源深度主要集中在4～15 km范圍內(nèi)分布，且有加深趨勢。2011年11月11日起，序列地震的震級加大，發(fā)生16次3級以上地震，最大地震達到ML5.0級，且震源深度隨時間逐漸變淺。

根據(jù)仙游地震（ML≥2.0）震源深度時變圖，對仙游地震序列（ML≥2.0）做進一步分析，可把它們分為五組活動（圖5），這五組活動在空間上的分布如圖6所示。綜合圖5、6分析認為，五組中每組在時間上具有集中性，在空間上具有成團性。

3 地震序列震源機制解

根據(jù)福建省局分析預(yù)報中心對2012年4月15日以來的7個3.8級以上地震所做的震源機制解（圖7）表明，本次震群型地震發(fā)生在北西走向斷層上，主壓應(yīng)力方向為北西向，使得該發(fā)震斷裂呈現(xiàn)出右旋張剪性活動方式，這一計算結(jié)果與區(qū)域地震地質(zhì)條件吻合。

圖5 仙游地震序列震源深度時變圖（2010-08-04～2013-12-31）Fig.5 The diagram of focal depth varying time of Xianyou earthquake sequence(2010-08-04-2013-12-31)

圖6 仙游地震序列震中分布圖 （2010-08-04～2013-12-31）Fig.6 The epicenters distribution of Xianyou earthquake sequence (2010-08-04-2013-12-31)

圖7 仙游地震震源機制解Fig.7 Focal mechanism solution of Xianyou earthquake sequence(from QIU Yi)

4 莆田環(huán)線重力復(fù)測

重力復(fù)測結(jié)果映射出長詔斷裂帶及其與北西向斷裂帶的地應(yīng)力概況和地球物理場的變化情況，指出了未來地震發(fā)生的可能地帶。福建流動重力累積變化趨勢圖（2009-06～2013-04）（圖 8）顯示，正負差異變化較為明顯的出現(xiàn)在長樂-詔安斷裂帶北段以西地區(qū)，即莆田西北地區(qū)。2013年8月～9月，莆田仙游發(fā)生最大地震為ML5.0級的震群活動，其震中位置落于此區(qū)域內(nèi)。

圖8 福建流動重力累積變化趨勢圖（2009-06～2013-04）Fig.8 Trend map of cumulative changes of flow gravity in Fujian （2009-06-2013-04）

對莆田環(huán)線的重力復(fù)測資料分析，得出莆田環(huán)線的段差年變化情況（圖9）。分析顯示，各段段差年變都在正常范圍之內(nèi)（±30 ugal），其中較大變化量出現(xiàn)在雷鋒鎮(zhèn)水口鎮(zhèn)（+31 ugal）之間。相對而言，在莆田地區(qū)西部，即永泰-德化沿線出現(xiàn)正負異常變化，表明近期該地區(qū)活動相對較為活躍，需進一步關(guān)注永泰-仙游-德化環(huán)線區(qū)域。

5 地震機理的地震地質(zhì)和構(gòu)造背景分析

5.1 福建構(gòu)造格局的形成

圖9 莆田環(huán)線重力段差年變圖Fig.9 Annual variation diagram of gravity segment difference in Putian

福建自晚元古代以來，經(jīng)歷前泥盆紀(jì)優(yōu)地槽發(fā)展階段，泥盆紀(jì)至三疊紀(jì)時期，整體抬升進入準(zhǔn)地臺發(fā)展階段，這一時期處于長期隆起剝蝕環(huán)境之下。晚三疊世開始至晚侏羅世，受太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用，構(gòu)造運動進入了瀕太平洋大陸邊緣活動帶的發(fā)展階段，這一時期形成了濱海斷裂（含長樂-詔安）壓剪性斷裂以及北西向張剪性等區(qū)域性斷裂構(gòu)造，造就了本區(qū)的大地構(gòu)造基本格局。由于區(qū)域性斷裂構(gòu)造的發(fā)育和地殼運動的影響，該隆起區(qū)解體破碎并沿斷裂帶伴有大規(guī)模的中酸性火山巖噴發(fā)，構(gòu)成了閩東火山噴發(fā)帶。新生代時期，由于受菲律賓板塊對歐亞板塊的持續(xù)俯沖作用，區(qū)域地殼運動和斷裂構(gòu)造活動表現(xiàn)為具有繼承性的特點（圖10）。

5.2 福建地應(yīng)力與構(gòu)造運動

地質(zhì)歷史時期不同的地應(yīng)力及其方向，決定了斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和相互運動。按地應(yīng)力及其方向，從今向前推可分為三個發(fā)展階段，并對應(yīng)著各階段的斷裂性質(zhì)和運動方式。

（1）侏羅紀(jì)及以前時期（約1億4千萬年前）在進入晚侏羅紀(jì)時，福建已形成北東，北西向兩組主要斷層相互切割的菱形斷塊構(gòu)造格局。進入侏羅紀(jì)后，可分為兩個不同發(fā)展階段。早侏羅紀(jì)，福建處于較為活躍的斷陷構(gòu)造環(huán)境。中、晚侏羅世，受太平洋板塊與歐亞大陸板塊碰撞影響，地殼受北西-南東古構(gòu)造應(yīng)力場強烈推擠，伴隨著變形變質(zhì)和巖漿活動，韌性剪切帶、變質(zhì)相帶和巖漿巖帶呈北東方向帶狀分布。

（2）白堊紀(jì)-早第三紀(jì)時期（燕山運動期間，約1億4千萬～6千5百萬年）

圖10 福建仙游震群型地震附近地質(zhì)圖Fig.10 The geological map nearby Xianyou earthquake swarm

白堊紀(jì)-早第三紀(jì)時期，本區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了巨大變化，擠壓方向為北東-南西向，致使前白堊紀(jì)區(qū)域性北東向壓(剪)性斷層和北西向張性斷層，分別轉(zhuǎn)化為張(剪)性和壓(剪)性，在已形成的北東，北西向兩組主要斷層相互切割的菱形斷塊構(gòu)造格局基礎(chǔ)上，致使北東向斷裂產(chǎn)生左旋剪切運動，并切割北西向斷裂，運動的結(jié)果給北西向斷裂面造成了凸體，如圖11所示。這一構(gòu)造發(fā)展時期的另一特色是巖漿侵入活動較強烈，同時，混合巖化進一步加強，表現(xiàn)為近海域一側(cè)的小金門島混合巖十分發(fā)育。

（3）晚第三紀(jì)-第四紀(jì)時期（喜馬拉雅運動以來，約6千5百萬年以來）

這一時期，由于菲律賓板塊向西北方向朝歐亞大陸板塊俯沖，亞洲大陸邊緣典型的島孤-海溝系開始形成。期間地殼上升并造成斷塊差異活動，形成了一系列大小不等的斷塊隆升塊體和拗陷區(qū)，同時，在金門-龍海牛頭山發(fā)育有基性火山巖帶。與地震發(fā)生關(guān)系密切的是，此時區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場擠壓方向復(fù)轉(zhuǎn)為北西-南東向，早期形成的北東向和北西向斷層不同程度地復(fù)活，尤其是在北西-南東向主壓應(yīng)力作用下，整個福建向南東方向運動，同時，使得北向西斷裂產(chǎn)生右旋剪切運動，為使其運動繼續(xù)，斷層兩盤必須“頂破”對方斷層面上的凸體，“頂破”的過程即地震發(fā)生的過程（如圖10、11、 12 所示）。

按地震地質(zhì)分析方法，對仙游地震的發(fā)生機理及其特點有如下認識：

震中附近發(fā)育著北東向壓剪性左旋斷裂和與之呈共軛關(guān)系的北西向張剪性右旋斷裂，在早期的地應(yīng)力及其方向作用下，使得北東向斷裂右旋運動并切割北西向斷裂，顯然在上述兩組斷裂的交匯處，北西向斷裂面上便形成了凸體，而現(xiàn)今的地應(yīng)力場與早期的地應(yīng)力及其方向存在顯著地差異，即現(xiàn)今的主壓應(yīng)力方向為北西向，使得北西向斷裂呈現(xiàn)右旋張剪性特征，并在此地應(yīng)力及其方向作用下，斷裂兩盤必須“頂破”對面的凸體，才能繼續(xù)沿著北西向斷裂方向作右旋剪切運動，這種“頂破”對面的凸體即斷面凸破，便隨即產(chǎn)生了地震，由于這種斷層運動所產(chǎn)生的斷面凸體，分布在斷層的傾向方向上，并沿著斷層傾角向下延伸，因此，凸體的破裂是多次的，如果凸體破裂發(fā)生在近地表處，由于巖體中的應(yīng)變能較低，所以地震震級較小，越往地下深處，凸體破裂產(chǎn)生的地震震級越大。

圖11 早期的地應(yīng)力及其方向造成的斷裂構(gòu)造運動示意圖Fig.11 The schematic diagram of tectonic movement of fracture caused by the early ground stress terrestrial atress and its direction caused by the early tectonic movement and its direction

圖12 現(xiàn)今的地應(yīng)力及其方向造成的斷裂構(gòu)造運動示意圖Fig.12 The schematic diagram of tectonic movement of fracture caused by the present ground stress and its direction

6 結(jié)語

通過對仙游地震的震中、震源深度、震源機制、以及地震地質(zhì)和構(gòu)造等的綜合分析認為：

（1）福建地質(zhì)歷史演化表明，福建省陸域被北東向三組斷裂和北西向多組斷裂切割成菱塊狀，當(dāng)今GPS和地應(yīng)力監(jiān)測指示，全省及臺灣海峽受到北西向主壓應(yīng)力作用，使得北西向斷裂呈現(xiàn)出右旋張剪性質(zhì)，與震源機制解結(jié)果吻合，由此推斷，本次發(fā)生在沙縣-南日島張剪性斷裂帶上的震群型地震，斷層的性質(zhì)決定了地震震級應(yīng)當(dāng)不會很大（截至目前，最大地震震級為4.8級）。

（2）震群內(nèi)的地震均發(fā)生在沙縣-南日島斷裂與一條北東向斷裂交匯處。

（3）總體上看，仙游地震發(fā)生在同一地點，實質(zhì)上各個地震的震中位置反映出沙縣-南日島斷裂（向南東傾斜）和北東向斷裂（向北西傾斜）共同切割巖體所構(gòu)成的巖體內(nèi)；分析認為，從2010年8月～2013年10月，斷層一盤每次“頂破”斷層另一盤凸出巖體形成巖塊，即發(fā)生一次地震，被破裂下來的巖塊進一步破裂，便形成一系列小震（余震），因此，圖6展示的5組地震，即為5次巖塊的破裂，其震源在空間上呈團塊狀，震中位置在地面上呈集中的片狀，由于震源位置的不同，震中在地表表現(xiàn)出震源越深，震中位置越向西南（即沙縣-南日島斷層傾向方向）偏移的規(guī)律。通過兩次較大震級地震相關(guān)數(shù)據(jù)的計算，獲得沙縣-南日島斷裂傾角約為76°。

（4）2012年4月15日4.0級和3013年8月23日4.2級地震的震源機制解表明，本次震群型地震發(fā)生在張剪性斷層上，主應(yīng)力方向為北西向，這一計算結(jié)果與區(qū)域地震地質(zhì)條件吻合。

（5）從斷面凸破模型即本次震群型地震發(fā)生機理分析，所謂震群型地震只是對震級統(tǒng)計分析的表面描述，本質(zhì)上是斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和巖塊破裂的大小與所釋放的應(yīng)力決定了震級的相近性。本文一方面仍然采用省地震局確認的震群型地震稱謂，另一方面，按照斷面凸破模型對仙游震群型地震的發(fā)生機理作了分析，并非地震預(yù)測，但可為進一步預(yù)測預(yù)報地震提供支撐。按此斷面凸破模型分析，凸體在不同深度上（4～23 km）的破裂造成一系列對應(yīng)深度的小地震，依次推測，未來不排除深度更深的凸體破裂引起較大震級地震的可能。

（6）仙游震群型地震震中位于福建仙游縣金鐘水庫附近，金鐘水庫庫容1.06億m3，壩高97.5 m，2010年開始蓄水，8月庫區(qū)附近出現(xiàn)地震活動。分析認為，地震與水庫蓄水有一定關(guān)系。水庫對地震發(fā)生的貢獻或作用的本質(zhì)是什么，有哪些因素影響并決定著水庫地震的發(fā)生及其大小？從調(diào)查分析和實驗結(jié)果綜合分析認為，水庫對地震發(fā)生的作用或貢獻，本質(zhì)上是庫水被壓入地下巖體之中，使巖石處于飽和狀態(tài)，隨之顯著地降低了巖石的強度，在地應(yīng)力增強或相對不變的情況下，巖石破裂，產(chǎn)生地震。由此可進一步推測，正是由于未達到正常構(gòu)造地震發(fā)生時應(yīng)具備的地應(yīng)力和應(yīng)變能，所以，這類地震的震級不應(yīng)很大?？偨Y(jié)水庫誘發(fā)或觸發(fā)地震的決定性因素主要包括①庫區(qū)斷裂構(gòu)造格局、規(guī)模和性質(zhì)；②地應(yīng)力大小及其變化；③水庫壩高和庫容；④巖石及其強度等。

（7）需要進一步研究的問題，一是按照時間順序，一簇里震級大小之間是什么關(guān)系？二是采用地球物理方法探測并繪制一簇震源處破碎巖塊體的大小和形狀。

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