王甘嬌 項(xiàng)月文 肖孟仁 唐婷婷 余 思

（江西省地震局，南昌 330036）

引言

贛北地區(qū)是華東地區(qū)與華中地區(qū)重要樞紐地帶，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集。該區(qū)曾發(fā)生多次破壞性地震，其中2005年11月26日九江—瑞昌發(fā)生5.7級(jí)地震，是近年來我國中東部最大的破壞性地震，2011年9月10日瑞昌—陽新發(fā)生4.6級(jí)地震，2018年7月2日景德鎮(zhèn)市浮梁縣發(fā)生3.6級(jí)地震?；谮M北地區(qū)嚴(yán)峻復(fù)雜的震情形勢，新時(shí)代下經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新需求以及人們對(duì)地震安全的新期待，要求我們?cè)谝酝芯砍晒幕A(chǔ)上補(bǔ)充開展更具有針對(duì)性的研究工作。

構(gòu)造應(yīng)力場是地震孕育發(fā)生的力學(xué)環(huán)境，是探討斷裂作用方式、地震發(fā)生機(jī)理等科學(xué)問題的基礎(chǔ)，同時(shí)也是地震災(zāi)害防御、工程建設(shè)等國計(jì)民生項(xiàng)目所必須開展的基礎(chǔ)性工作，而地震資料，尤其是震源機(jī)制資料，是研究構(gòu)造應(yīng)力場的重要途徑[1-4]。小震綜合斷層節(jié)面解是根據(jù)大量小地震資料給出的平均節(jié)面解，其P、B、T軸可以反映研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力主軸方向，利用小震綜合斷層面解來推斷區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的方法在國內(nèi)外多個(gè)地區(qū)得到應(yīng)用[5-8]。地震定位是地震活動(dòng)性以及活動(dòng)構(gòu)造等研究的重要基礎(chǔ)資料，精確的地震位置可以為震源機(jī)制解的求取及構(gòu)造應(yīng)力場的反演提供更為可靠的數(shù)據(jù)支撐。

在簡要回顧贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場研究的基礎(chǔ)上，采用雙差定位法，對(duì)贛北地區(qū)內(nèi)小震進(jìn)行精確定位，結(jié)合地震定位結(jié)果，然后利用格點(diǎn)嘗試法[9]分區(qū)計(jì)算小震綜合斷層面解，對(duì)贛北地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境進(jìn)行初步分析。

1 贛北地區(qū)應(yīng)力場研究概況、數(shù)據(jù)資料及速度模型

1.1 應(yīng)力場研究概況

贛北地區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)、華南褶皺帶和秦嶺—大別山構(gòu)造帶3大構(gòu)造單元銜接部位，斷裂構(gòu)造復(fù)雜，其中，北東向郯廬斷裂帶南段末端廬江—廣濟(jì)斷裂、北北東向九江—靖安斷裂和北西向襄樊—廣濟(jì)斷裂等為主要活動(dòng)斷裂帶[10]。地震活動(dòng)以小震為主，但也曾發(fā)生過震級(jí)較大的破壞性地震，例如2005年11月26日九江—瑞昌5.7級(jí)地震，2011年9月10日瑞昌—陽新4.6級(jí)地震。地震發(fā)生后，學(xué)者計(jì)算了這些地震及其余震的震源機(jī)制解，是認(rèn)識(shí)該地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的主要資料。對(duì)于九江—瑞昌5.7級(jí)地震震群，呂堅(jiān)等[11]采用CAP方法分別給出5.7級(jí)主震和4.8級(jí)強(qiáng)余震的震源機(jī)制解，認(rèn)為兩次地震的震源機(jī)制解不完全一致，發(fā)震構(gòu)造也有待商榷。曾文敬等[12]和湯蘭榮等[13]對(duì)大量余震的震源機(jī)制解進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，但在余震活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式上結(jié)果不一致，曾文敬給出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為正斷型，而湯蘭榮給出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為走滑型。依據(jù)這些震源機(jī)制解綜合分析的P軸優(yōu)勢方位也不同，有的認(rèn)為是南西西或近東西向[12]，也有的認(rèn)為是近東西向，略偏北西西向[13-14]。對(duì)于瑞昌—陽新4.6級(jí)地震，呂堅(jiān)等[15]通過震源機(jī)制解的計(jì)算，指出同九江—瑞昌5.7級(jí)地震均反映為近東西向水平擠壓的應(yīng)力場作用。

一些學(xué)者通過大量地應(yīng)力基礎(chǔ)資料，從大尺度上研究我國大陸構(gòu)造應(yīng)力場的特征[6,16]，指出江西及鄰區(qū)的應(yīng)力場最大主應(yīng)力軸方向以南東東—北西西向占優(yōu)勢。丁立豐等[17]在銅鼓縣與宜豐縣交界處的九嶺山隧道洞身兩鉆孔，采用水壓致裂法對(duì)隧道洞身圍巖的最大水平主應(yīng)力及最小水平主應(yīng)力進(jìn)行測量試驗(yàn)，估算最大水平主應(yīng)力方向?yàn)?42°。

學(xué)者關(guān)于贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的研究主要基于震源機(jī)制解資料，取得了許多重要的成果，認(rèn)為贛北地區(qū)受近東西向擠壓、近南北向拉張[10,12,15,18]，但是，震源機(jī)制解反演結(jié)果或是局部推斷整體區(qū)域，或是從大尺度上勾畫宏觀構(gòu)造格局，方法上局限于簡單的統(tǒng)計(jì)分析，并且學(xué)者給出的震源機(jī)制解統(tǒng)計(jì)結(jié)果也不一致，鮮有針對(duì)贛北地區(qū)全面的計(jì)算分析研究。對(duì)此，本文考慮到贛北地區(qū)缺乏鉆孔崩落、應(yīng)力解除和斷層滑動(dòng)等地應(yīng)力資料，小地震資料相對(duì)較多，最為直接的方法就是利用大量小地震的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)求解綜合震源機(jī)制解，對(duì)贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場特征及分布規(guī)律有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

1.2 數(shù)據(jù)資料及速度模型

本文從國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心搜集了2008年1月—2019年7月發(fā)生在贛北地區(qū)（27°N—30°N，113.5°E—118.5°E）中小地震的正式地震觀測報(bào)告，從中提取P波、S波的初至震相到時(shí)，以及P波初動(dòng)極性，篩選出適合開展地震精定位的434個(gè)地震事件，地震事件初始震中及臺(tái)站位置分布見圖1，并根據(jù)江西臺(tái)網(wǎng)提供的這些中小地震事件的波形文件，對(duì)P波初動(dòng)極性正負(fù)進(jìn)行了人工校驗(yàn)。本文采用的一維速度模型是朱介壽等[19]關(guān)于華夏地塊速度結(jié)構(gòu)的研究成果（圖2），綜合人工地震測深速度剖面資料和地震面波層析數(shù)據(jù)得到的。

圖 1 重定位結(jié)果及單個(gè)地震震源機(jī)制解空間分布圖Fig. 1 Relocation epicenters and focal mechanism solution of single earthquake

圖 2 速度模型[19]Fig. 2 Velocity model[19]

2 研究方法

2.1 雙差定位法

地震定位是地震活動(dòng)性、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、震源的幾何構(gòu)造等方面研究的重要基礎(chǔ)資料。地震定位大致分為相對(duì)定位和絕對(duì)定位兩種。相對(duì)定位法主要有主事件法和雙差定位方法[20]。其中，雙差定位方法是由Waldhauser和Ellsworth提出，利用兩個(gè)地震的觀測值的差與理論計(jì)算值的差的殘差（“雙差”）確定其相對(duì)位置，可以對(duì)較大空間范圍內(nèi)發(fā)生的地震同時(shí)進(jìn)行重新定位，是目前地學(xué)界比較成熟的定位方法，在地震定位研究中得到了廣泛的應(yīng)用[21-24]。由于地震定位誤差對(duì)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)的離源角有明顯的影響[25]，因此，在利用P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)計(jì)算小震綜合斷層面解的過程中，結(jié)合了雙差定位技術(shù)，能夠有效地提高構(gòu)造應(yīng)力場反演結(jié)果的可靠性。

2.2 格點(diǎn)嘗試法

Aki[1]首先提出了采用大量小震P波初動(dòng)資料求解綜合震源機(jī)制確定應(yīng)力場方向的反演方法。許忠淮等[2]提出了利用P 波初動(dòng)資料求解綜合斷層面解的經(jīng)典網(wǎng)格搜索法格——點(diǎn)嘗試法。格點(diǎn)嘗試法最突出的特點(diǎn)是在給出最優(yōu)解的基礎(chǔ)上，通過可選解的集合限定解的可變范圍。之后，有學(xué)者在格點(diǎn)嘗試法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)與完善[3,9,26]，使其成為比較成熟和可靠的方法，被廣泛應(yīng)用于求解單個(gè)地震震源機(jī)制解或綜合斷層節(jié)面解[27-28]。在具體計(jì)算過程中，我們?cè)O(shè)置步長為5°，對(duì)所有可能解的三維參數(shù)空間進(jìn)行掃描，選取加權(quán)矛盾比ψ在極小值ψmin和ψmin+5%之間的解作為可選解（解的離散區(qū)），然后通過聚類分析和解的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，確定最終綜合斷層面解。

3 贛北地區(qū)小震綜合斷層面解

采用雙差定位方法，對(duì)2008年1月—2019年7月贛北地區(qū)發(fā)生的地震進(jìn)行了重新定位，共獲得精定位地震299個(gè)，從地震空間分布來看（圖1），贛北部分地區(qū)的地震分布離散，如東部景德鎮(zhèn)、上饒和鷹潭等地區(qū)，南部臨川、吉安等地區(qū)，主要叢集在九江等地區(qū)，宜春、新余和萍鄉(xiāng)等地區(qū)，相比于初始結(jié)果，重定位之后的地震分布在一定程度上更為集中。為了便于與前人研究對(duì)比分析，本文依據(jù)地震定位結(jié)果的集中情況，并參考學(xué)者[11,13,18]關(guān)于贛北地區(qū)震源機(jī)制解的研究情況，本文僅將贛北地區(qū)劃分為2個(gè)分區(qū)，即九江地區(qū)（A區(qū)）、宜春地區(qū)（B區(qū)）（圖 1）。

基于地震精定位結(jié)果，對(duì)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)的方位角和離源角進(jìn)行了修正，采用格點(diǎn)嘗試法，分別求解2個(gè)分區(qū)的綜合斷層面解。圖3a、3b為經(jīng)過雙差定位修正后的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)所計(jì)算得到可選解的3個(gè)應(yīng)力主軸，其結(jié)果列在表1。參照《世界應(yīng)力圖》和《中國大陸地殼應(yīng)力環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫》的劃分原則，根據(jù)震源機(jī)制解P、B、T軸傾角的大小，將震源機(jī)制解類型分為6類，即正斷型、正走滑型、走滑型、逆走滑型、逆斷型和不確定型[5,16,29]。我們依據(jù)上述劃分原則，分別對(duì)2個(gè)地震集中區(qū)的綜合斷層面解參數(shù)進(jìn)行了劃分，結(jié)果顯示A、B區(qū)域的綜合斷層面解分別為不確定型和逆斷型。由圖3a、3b不難看出，A區(qū)最大主應(yīng)力軸方位為近東西向，偏南東東向，最小主應(yīng)力軸方位為近南北向；B區(qū)最大主應(yīng)力軸方位為東西向，最小主應(yīng)力軸方位為近北北東向，兩個(gè)地震集中區(qū)的最小主應(yīng)力軸均具有中等角度的傾角。B區(qū)中間和最小主應(yīng)力軸方位變化范圍較大，是由于該地區(qū)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)相對(duì)較少，并且由此計(jì)算出的結(jié)果可能更多的是代表個(gè)別地震的震源機(jī)制特征。陳浩等[18]使用Snoke方法[30]獲取的2010年6月10日江西新余ML3.1地震震源機(jī)制解（圖1），T軸呈現(xiàn)高角度，應(yīng)力類型也為逆斷型，與B區(qū)綜合斷層面解較為相似。

圖 3 2 個(gè)地震集中區(qū)綜合斷層面解Fig. 3 Composite fault plane solution of two seismic concentration areas

表 1 研究區(qū)綜合斷層面解（平均結(jié)果）Table 1 The composite fault plane solution in northern Jiangxi Province（average result）

求解綜合斷層面解主要有兩種途徑，一種是直接利用P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)進(jìn)行反演[2]，另一種是將震源機(jī)制解的P、T軸分別視為向下和向上的初動(dòng)符號(hào)進(jìn)行反演[31-32]。為了更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)九江地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場，我們搜集了九江地區(qū)118個(gè)中小地震的震源機(jī)制解的P、T軸數(shù)據(jù)[11-12]，這些震源機(jī)制解的時(shí)間范圍主要為2005年11月—2006年12月，震級(jí)范圍為ML1.5—3.9，依然采用格點(diǎn)嘗試法對(duì)綜合斷層面解進(jìn)行計(jì)算。圖3c為利用研究區(qū)內(nèi)中小地震震源機(jī)制解的P、T軸數(shù)據(jù)所計(jì)算得到的可選解的3個(gè)應(yīng)力主軸，其具體參數(shù)仍見表1。由圖3c可以看出，中間主應(yīng)力軸方位較凌亂，最大主應(yīng)力軸方位為近東西向，偏南西西向，高傾角，最小主應(yīng)力軸方位近南北向，傾角很小，近水平，應(yīng)力類型為正斷型。

本文分別利用2008年1月—2019年7月期間中小地震的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)，2005年11月—2006年12月發(fā)生的中小地震震源機(jī)制解的P、T軸數(shù)據(jù)，采用格點(diǎn)嘗試法計(jì)算了九江地區(qū)（A區(qū)）的綜合斷層面解。湯蘭榮[13]采用Michael[33-34]提出的應(yīng)力場反演方法對(duì)震源機(jī)制解資料分布較密集的九江—瑞昌交界地區(qū)進(jìn)行反演計(jì)算，得到該地區(qū)最大主應(yīng)力軸的方位為北西西向（284°），最小主應(yīng)力軸的方位為南北向（186°）。呂堅(jiān)等[11]計(jì)算九江—瑞昌5.7級(jí)主震的P軸方位近東西向，略偏北西西向（276°），T軸方位為東西向（178°），是以走滑為主兼有逆斷層分量的運(yùn)動(dòng)方式。而余震序列，即本文計(jì)算綜合解所使用的2005—2006年間集中發(fā)生在九江—瑞昌地區(qū)的中小地震，其震源機(jī)制解的P軸傾角以高角度數(shù)據(jù)占優(yōu)勢，T軸傾角以低角度數(shù)據(jù)占優(yōu)勢，余震活動(dòng)主要為正斷層性質(zhì)。主震與余震運(yùn)動(dòng)方式不同的原因可能是主震破裂以一定角度逆沖，震后應(yīng)力松弛，又回落，故此觸發(fā)了余震活動(dòng)[12]。余震序列計(jì)算得到的綜合斷層面解最大、最小主應(yīng)力軸方向與贛北地區(qū)近東西向擠壓，近南北向拉張的構(gòu)造應(yīng)力場分布特征基本一致，認(rèn)為余震序列活動(dòng)仍受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的控制，且受主震和強(qiáng)余震發(fā)震構(gòu)造斷裂的影響。對(duì)于主震和強(qiáng)余震發(fā)震構(gòu)造有多種觀點(diǎn)，多數(shù)專家學(xué)者[11,13,35]認(rèn)為，可能是隱伏在瑞昌盆地內(nèi)的洋雞山—武山—通江嶺北西向斷裂和西北緣的丁家山—桂林橋—武寧北東向斷裂北段。A區(qū)2008—2019年期間中小地震發(fā)生的區(qū)域，斷裂構(gòu)造發(fā)育且十分復(fù)雜，分布有瑞昌—武寧斷裂、九江—靖安斷裂和湖口—新干斷裂等，由這些地震經(jīng)過雙差定位修正后的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)計(jì)算綜合斷層面解，得到區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征同上述學(xué)者[11,13]的結(jié)果相同，最大主應(yīng)力軸方位均為近東西向，偏北西西向，最小主應(yīng)力軸方位為近南北向。此外，陳浩等[18]提供的2010—2015年間九江地區(qū)6個(gè)ML≥3.0地震的震源機(jī)制解分布在圖1，其中，地震為正斷性質(zhì)的有2個(gè)，為走滑性質(zhì)的有3個(gè)，為逆走滑性質(zhì)的1個(gè)，地震活動(dòng)性質(zhì)呈現(xiàn)出正斷、走滑和逆走滑兼有的多樣性。對(duì)此，本文認(rèn)為分析九江地區(qū)應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果差別時(shí)，須考慮到研究區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜，斷裂縱橫交錯(cuò)，局部結(jié)果與整體結(jié)果的不一致性，還需考慮到數(shù)據(jù)本身的差異性和反演算法所產(chǎn)生的誤差，像有些學(xué)者利用的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)多為M3.0以下地震的結(jié)果，認(rèn)為這些震級(jí)較小的地震所計(jì)算結(jié)果的可靠性是不高的。如果同一時(shí)空采用多種高質(zhì)量的數(shù)據(jù)資料和先進(jìn)的技術(shù)手段研究構(gòu)造應(yīng)力場，可能會(huì)更準(zhǔn)確，全面的認(rèn)識(shí)九江地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場特征。本文對(duì)缺乏小地震資料的地區(qū)未開展構(gòu)造應(yīng)力場的反演工作，因此，我們需積累資料，進(jìn)一步研究贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

本文采用雙差定位方法，對(duì)2008年1月—2019年7月贛北地區(qū)發(fā)生的地震進(jìn)行了精確定位，重定位之后的地震在分布上更為集中，主要叢集在九江、宜春和新余等地區(qū)。

基于地震精定位結(jié)果，對(duì)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后，采用格點(diǎn)嘗試法，分別對(duì)九江、宜春兩個(gè)地震集中區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行了反演。結(jié)果顯示，九江地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場表現(xiàn)為最大主應(yīng)力軸方位為近東西向，最小主應(yīng)力軸方位為近南北向，同以往學(xué)者在九江地區(qū)應(yīng)力軸方位上的結(jié)論基本一致，應(yīng)力軸在傾角上的差異及其他應(yīng)力場特征還需進(jìn)一步思考和研究。宜春地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的最大主應(yīng)力軸方位為近東西向，最小主應(yīng)力軸方位為北北東向的逆斷型應(yīng)力狀態(tài)。

贛北地區(qū)小震資料的不均勻分布，且受限于臺(tái)站密度，觀測手段等因素，本文對(duì)贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場特征的研究還很淺顯，隨著上述因素的改善，地震觀測資料的積累，可能會(huì)更清晰地勾畫出贛北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場存在的變化規(guī)律。