夏少紅, 林江南, 曹敬賀

南海北部沿海地區(qū)地震活動(dòng)與發(fā)震構(gòu)造

夏少紅1, 2, 3, 林江南1, 4, 曹敬賀1, 2

(1.中國(guó)科學(xué)院 邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 中國(guó)科學(xué)院 南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301; 2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州), 廣東 廣州 511458; 3.三亞中科海洋研究院, 海南 三亞 572100; 4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

南海北部沿海地區(qū)位于華南陸塊與南海的交接地帶, 經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過(guò)程, 形成了典型的板內(nèi)地震活動(dòng)帶。本文通過(guò)收集研究區(qū)固定地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震數(shù)據(jù), 開展了雙差走時(shí)地震重定位計(jì)算, 獲得了更為精確的地震震源參數(shù)。從地震活動(dòng)的時(shí)空特征可知, 南海北部沿海地區(qū)地震活動(dòng)較為活躍, 空間上主要形成了幾個(gè)典型的集群型震群, 如南澳島外海地震群、陽(yáng)江地震群、新豐江水庫(kù)地震群以及海南島巖漿活動(dòng)地震群等。時(shí)間上, 研究區(qū)每年地震活動(dòng)的數(shù)量與分布模式基本穩(wěn)定, 主要集中在典型的震群區(qū), 其他地區(qū)零星分布較少的地震。典型震群區(qū)地震的分布主要集中在中上地殼(<20 km), 下地殼也偶有地震發(fā)生。但不同震群區(qū)地震的分布形態(tài)存在一定差異, 南澳島外海地震分布呈“L”型, 以NE向地震活動(dòng)為主, 也存在NW走向的地震分布趨勢(shì)。陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)主要呈現(xiàn)南、北兩個(gè)震群, 其中南部震群主要呈近E-W向展布, 地震活動(dòng)比北部震群更強(qiáng)烈; 北部震群覆蓋面積較小, 大體以S-N走向展布。新豐江水庫(kù)地震活動(dòng)主要分布在貯水盆地的西北部和東南部?jī)蓚€(gè)峽谷區(qū), 其中約78%的地震集中在水庫(kù)大壩附近的峽谷區(qū), 總體呈NW-SE走向; 西北部上游峽谷的震群在2010年以前很少被觀測(cè)到, 而2012年以后卻呈明顯增加趨勢(shì)。海南島地區(qū)地震活動(dòng)主要呈現(xiàn)4個(gè)集群, 所有集群的震源深度都具有近垂直狀的通道分布特征, 表明海南地區(qū)地震活動(dòng)與巖漿流體活動(dòng)存在緊密關(guān)聯(lián)。同時(shí), 通過(guò)對(duì)比分析典型震群區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和發(fā)震構(gòu)造, 我們發(fā)現(xiàn)不同震群區(qū)發(fā)震構(gòu)造差異性明顯, 南澳島外海與珠江口地區(qū)的地震主要受NE向和NW向交錯(cuò)斷裂以及地殼內(nèi)部薄弱層和下地殼高速侵入體的控制和影響; 新豐江水庫(kù)地震主要受斷裂帶內(nèi)部流體活動(dòng)和水庫(kù)靜水壓力的影響; 海南地震活動(dòng)可能與地幔柱造成的淺表巖漿流體活動(dòng)有緊密關(guān)聯(lián)。這些結(jié)果說(shuō)明南海北部沿海地區(qū)發(fā)震構(gòu)造與地殼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈非均質(zhì)性有關(guān), 不能用統(tǒng)一模式給予解釋, 各震群主要受當(dāng)?shù)鼐植繕?gòu)造和流體作用的影響。

南海北部; 地震活動(dòng); 地震群; 發(fā)震構(gòu)造; 重定位

0 引 言

地震及其誘發(fā)的海嘯等自然災(zāi)害作為人類目前最大的公敵之一, 具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、防御性難、次生災(zāi)害頻發(fā)以及社會(huì)影響深遠(yuǎn)等特征, 是全球各國(guó)極為關(guān)注的重要科學(xué)問(wèn)題和災(zāi)害性難題(Wang et al., 2011; Parker et al., 2011; Zhang and Engdahl, 2013)。根據(jù)板塊構(gòu)造學(xué)和地震發(fā)生的位置, 全球地震可以分為板緣地震和板內(nèi)地震。板緣地震是指發(fā)生在板塊邊界上的地震, 如板塊俯沖邊界上的蘇門答臘、智利和日本等大地震(Hayes et al., 2014; Bassett et al., 2016); 而板內(nèi)地震是指由板塊運(yùn)動(dòng)引發(fā)的板塊內(nèi)部的地震, 如我國(guó)大陸地區(qū)發(fā)生的汶川、玉樹等大地震(Wang et al., 2011; Parker et al., 2011)。板緣地震由于發(fā)生的位置集中、活動(dòng)性強(qiáng)烈、大震頻繁, 在過(guò)去幾十年的研究中積累了大量的數(shù)據(jù), 對(duì)其發(fā)震構(gòu)造和機(jī)制取得了較好的理解和認(rèn)識(shí)(Nishikawa and Ide, 2014; Herrend?rfer et al., 2015)。然而, 板內(nèi)地震往往發(fā)生的位置比較分散、活動(dòng)性相對(duì)較弱、構(gòu)造環(huán)境差異性較大, 尤其是大震的頻度較低、震源機(jī)制復(fù)雜, 導(dǎo)致其研究程度相對(duì)較弱, 對(duì)其發(fā)震構(gòu)造和機(jī)制的認(rèn)識(shí)和理解還很粗淺, 因此目前很難預(yù)測(cè)到底會(huì)在什么地方發(fā)生多大震級(jí)的地震(Zoback, 2010)。由于板內(nèi)地震大都發(fā)生在人口密集的大陸板塊內(nèi)部, 一旦發(fā)生大震, 所造成的損失和危害性極其嚴(yán)重。

南海北部沿海地區(qū)位于華南地塊與南海的交接地帶, 經(jīng)歷了極為復(fù)雜的地質(zhì)演化過(guò)程, 不同走向斷裂系統(tǒng)非常發(fā)育(圖1)。自有歷史記載以來(lái), 南海北部沿海共發(fā)生7級(jí)以上地震4次, 6級(jí)以上地震18次, 導(dǎo)致了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失(魏柏林等, 2001)。從地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知, 該地區(qū)現(xiàn)今的地震活動(dòng)性仍然很強(qiáng)烈(圖1), 屬于典型的板內(nèi)淺源地震, 具有較強(qiáng)的破壞性。廣東省防震減災(zāi)“十二五”規(guī)劃指出, 60%沿海陸地面積位于地震基本烈度Ⅵ度區(qū)內(nèi), 25%位于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)(主要分布在珠江三角洲及其近海地區(qū)); 珠江口外的擔(dān)桿列島及其附近海域、粵東潮汕地區(qū)、雷州半島南部地區(qū)位于地震基本烈度Ⅷ區(qū), 這些高烈度區(qū)域是未來(lái)發(fā)生破壞性地震的潛在危險(xiǎn)區(qū)(魏柏林等, 2000)。隨著《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》和《中國(guó)(廣東)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)》的實(shí)施, 沿海海洋與海岸工程(如核電站、跨海大橋、郵輪碼頭等)、海島開發(fā)、海洋旅游規(guī)劃、涉海產(chǎn)業(yè)工程等建設(shè)項(xiàng)目日益增多, 開展南海北部沿海尤其是海域地震活動(dòng)性特征、斷裂位置和空間形態(tài)特征、深部發(fā)震構(gòu)造和強(qiáng)震觸發(fā)機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題的研究, 對(duì)于未來(lái)沿海城市規(guī)劃、重要海洋工程建設(shè)、抗震設(shè)防要求的確定等具有重要指導(dǎo)作用。

圖1 南海北部沿海區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地震活動(dòng)分布(據(jù)Steinshouer et al., 1999修改)

本文通過(guò)收集南海北部沿海地區(qū)固定臺(tái)站近7年的地震數(shù)據(jù), 首先開展了地震的雙差走時(shí)重定位計(jì)算, 提高了地震定位的精度; 然后分析不同震源區(qū)地震活動(dòng)的時(shí)空特征, 結(jié)合已有地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)結(jié)果和斷裂發(fā)育特征, 揭示該地區(qū)板內(nèi)地震的發(fā)震結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征, 對(duì)比研究不同震源區(qū)發(fā)震構(gòu)造差異性和流體在地震觸發(fā)中的作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南海北部陸緣與南海海盆的擴(kuò)張形成具有相同的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng), 是南海張裂演化過(guò)程和構(gòu)造特征保存最為完整的大陸邊緣, 也是晚中生代俯沖作用過(guò)渡到新生代南海海盆破裂、擴(kuò)張這一重大構(gòu)造事件的銜接點(diǎn)。晚白堊世?新生代, 南海北部陸緣經(jīng)歷了多次張裂運(yùn)動(dòng)(Zhou et al., 1995), 巖石圈發(fā)生拉伸、減薄和斷陷, 形成了大陸架、大陸坡、大陸隆到深海海盆的海底地貌, 地殼厚度從南海北部沿海的30 km左右減薄到陸架區(qū)的20～27 km, 向海盆急劇減薄至6～8 km, 地殼類型從正常型陸殼、減薄型陸殼、過(guò)渡型地殼轉(zhuǎn)換為洋殼(Xia et al., 2010)。

南海北部沿海地區(qū)分布著一系列沉積盆地, 如南雄盆地、三水盆地、河源盆地、東莞盆地、茂名盆地及合浦盆地等新生代內(nèi)陸斷陷盆地, 這些盆地往往繼承了燕山晚期特征, 并加以改造, 多沿NE向大斷層呈串珠狀排列, 盆地沉積類型復(fù)雜, 沉積環(huán)境多變, 主要為晚白堊世?古近紀(jì)陸相沉積(閆義等, 2005)。在南海北部的陸架和陸坡區(qū), 自東向西發(fā)育了臺(tái)西南盆地、珠江口盆地、瓊東南盆地、北部灣盆地和鶯歌海盆地, 其中除了鶯歌海盆地與紅河斷裂帶的走滑運(yùn)動(dòng)有關(guān), 其余均為張裂過(guò)程中的伸展斷陷型盆地(Zhou et al., 1995), 盆地構(gòu)造以半地塹群及相間的隆起帶為特征(龔再升, 1997)。南海北部陸架和陸坡前新生代基底西段屬加里東褶皺帶, 主要由古生代海相沉積層組成, 受加里東運(yùn)動(dòng)影響發(fā)生褶皺和變質(zhì); 中?東段屬燕山褶皺帶, 主要由白堊紀(jì)花崗巖組成(周蒂等, 2006)。

受中、新生代區(qū)域構(gòu)造轉(zhuǎn)換過(guò)程的影響和控制, 南海北部沿海斷裂構(gòu)造十分發(fā)育(圖1), 主要分布有NE向、NEE向和NW向三組斷裂構(gòu)造體系(劉以宣, 1981; 魏柏林等, 2000)。其中NE向斷裂主要形成于中生代, 燕山期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈(劉以宣, 1981), 為古太平洋板塊對(duì)東亞殼體俯沖碰撞在陸緣形成的斷裂構(gòu)造線, 沿?cái)嗔寻l(fā)育大量中生代花崗巖和中酸性火山巖; 該組斷裂在中、新生代經(jīng)歷壓剪性和張剪性的變化, 越靠近沿海其活動(dòng)程度越高, 控制了許多大型山脈和水系的分布。NEE向斷裂主要形成于前中生代, 新生代由于南海海盆擴(kuò)張, 該組斷裂復(fù)活, 強(qiáng)烈活動(dòng)于新生代晚漸新世?上新世, 以張性正斷層為主, 兼有右行走滑特征(魏柏林等, 2000); 沿?cái)嗔褞С霈F(xiàn)地塹、地壘、裂谷、斷陷盆地以及基性巖漿侵入體, 其主要控制了南海北部海岸線和新生代盆地的總體走向和分布, 有自海域向陸緣活動(dòng)性減弱的趨勢(shì)。NW向斷裂形成時(shí)代較晚, 主要形成于燕山晚期或喜山期, 發(fā)育于中國(guó)東南沿海地區(qū), 稱東南沿海斷裂系(劉以宣, 1981); 在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期表現(xiàn)出較強(qiáng)的活動(dòng)性, 多為蓋層至地殼斷裂, 往往錯(cuò)斷NE向和NEE向斷裂, 新構(gòu)造期以張剪性為主, 控制了第四紀(jì)斷陷盆地和沿海水系、港灣的發(fā)育。以上三組斷裂體系相互疊加和交織, 形成了南海北部陸緣獨(dú)特的斷裂構(gòu)造格架。

2 數(shù)據(jù)與方法

通過(guò)南海北部沿海地區(qū)123個(gè)固定地震臺(tái)站資料(圖1), 我們獲取了2008～2014年共11391個(gè)本地地震走時(shí)數(shù)據(jù), 這些地震事件至少被10個(gè)以上臺(tái)站記錄到。廣東省地震局首先采用Hyposat方法對(duì)這些地震開展了初始定位研究, 其結(jié)果顯示地震定位精度達(dá)到水平2 km以內(nèi)、深度4 km以內(nèi)的誤差范圍。

為了進(jìn)一步提高地震定位的精度, 本次研究采用成熟的雙差走時(shí)定位方法(HypoDD; Waldhauser and Ellsworth, 2000), 對(duì)這些地震進(jìn)行了重定位。HypoDD方法基于一個(gè)重要的前提, 即如果兩次地震之間的震源間隔相對(duì)于地震臺(tái)站距離和速度不均勻性的尺度較小, 那么這兩次地震到相同臺(tái)站的射線路徑都是相似的(Got et al., 1994; Waldhauser and Ellsworth, 2000)。在這種情況下, 在同一個(gè)臺(tái)站觀測(cè)到的兩個(gè)事件走時(shí)的差異可以歸因于震源之間高精度的空間偏移。因此, HypoDD重定位可以有效的減少地殼結(jié)構(gòu)不精確所帶來(lái)的誤差, 因此在地震活動(dòng)密集區(qū)開展地震重定位具極佳的效果。

在HypoDD重定位過(guò)程中, 需要預(yù)先整理出地震事件對(duì)和到時(shí)差數(shù)據(jù), 根據(jù)123個(gè)臺(tái)站中記錄的11391個(gè)地震, 我們整理出了1550659個(gè)震相對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù), 其中有675596個(gè)是P波震相對(duì), 875063個(gè)S波震相對(duì)。考慮到震相拾取過(guò)程中, P波到時(shí)往往比S波到時(shí)更為清晰, 拾取精度一般也高于S波; 所以在重定位過(guò)程中, P波權(quán)重被設(shè)置為1.0, S波權(quán)重則為0.75。定位過(guò)程中, 經(jīng)過(guò)8次迭代之后, 震源位置和起始時(shí)間的變化趨于穩(wěn)定, 水平方向變化小于30 m, 深度方向變化小于60 m, 起始時(shí)間變化小于5 ms。經(jīng)過(guò)10次迭代后, 有11150個(gè)地震被成功重定位(圖2), 占初始地震數(shù)目約98%。雙差重定位后, 地震定位的精度得到較大改善, 所有地震定位水平方向的平均誤差為793 m, 垂向平均誤差為1143 m; 超過(guò)94.6%的地震走時(shí)均方根殘差小于0.4 s (圖3c)。

3 地震活動(dòng)時(shí)空特征

南海北部沿海地區(qū)地震活動(dòng)主要集中在20 km以淺的地殼中, 下地殼底部?jī)H有零星地震發(fā)生, 絕大部分地震震源深度集中在3～15 km之間, 震級(jí)主要為?1.0～1.2(圖3), 屬于板內(nèi)微小地震活躍帶。從HypoDD重定位的結(jié)果來(lái)看(圖2), 空間上南海北部沿海全域都有明顯的地震活動(dòng), 主要表現(xiàn)為部分地區(qū)地震密集且劇烈, 其他地區(qū)地震零星分布的特征。其中地震活動(dòng)比較集中的地區(qū)有南澳島外海、陽(yáng)江地區(qū)、河源新豐江水庫(kù)地區(qū)以及海南島地區(qū), 這四個(gè)地區(qū)的地震活動(dòng)占地震總數(shù)90%以上。整體的地震活動(dòng)分布顯示, 不論是在震級(jí)上還是數(shù)量上研究區(qū)東、西兩側(cè)地區(qū)的地震活動(dòng)明顯強(qiáng)于中部的珠江口及周邊地區(qū)。

圖2 雙差重定位后的地震分布圖

(a) 重定位地震的深度分布情況; (b) 重定位后地震震級(jí)的分布特征; (c) 重定位后地震的走時(shí)均方根殘差分布。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)2008～2014年的地震活動(dòng), 我們發(fā)現(xiàn)南海北部沿海地區(qū)每年的地震活動(dòng)空間分布總體特征比較一致, 每年地震基本上集中在南澳島外海、陽(yáng)江地區(qū)和河源新豐江水庫(kù)地區(qū)等, 其他地區(qū)以零星散落分布為主。這說(shuō)明南海北部沿海地區(qū)每年地震的活動(dòng)態(tài)勢(shì)隨時(shí)間變化趨于穩(wěn)定, 且不存在空間上明顯遷移的趨勢(shì)。

3.1 南澳島外海地震活動(dòng)特征

南澳島外海地區(qū)位于南海北部東側(cè), 距歐亞板塊和菲律賓海板塊俯沖碰撞交匯處較近(約300 km)。南澳島外海是受地震學(xué)家和社會(huì)極為關(guān)注的地震活躍區(qū), 歷史上曾發(fā)生兩次7級(jí)以上地震, 分別是1600年7.0級(jí)地震和1918年7.5級(jí)地震(徐輝龍等, 2006), 這兩次大地震被認(rèn)為均與南澳島外海發(fā)育的大型斷裂帶——濱海斷裂帶有關(guān)(徐輝龍等, 2006; Xia et al., 2020)。其中1918年7.5級(jí)地震還引發(fā)了海嘯, 造成了二次傷害(Lau et al., 2010)。1918年之后, 未有破壞性地震的記錄, 但中小地震每年均非常活躍。

南澳島外海地震的重定位結(jié)果顯示, 震源深度從2～25 km均有分布(圖4), 最集中震源深度為6～ 15 km,即震源深度集中在中地殼, 但下地殼也有零星分布。地震走向主要為NE向, 重定位后一部分地震具有NW向分布趨勢(shì), 使得該地區(qū)地震活動(dòng)表現(xiàn)出“L”型群集特征(圖4), 這種分布特征說(shuō)明南澳島外海地震活動(dòng)主要受NE向?yàn)I海斷裂帶控制, 部分受NW向斷裂控制。該地區(qū)群集性地震的震級(jí)主要集中在?0.6～1.8之間, 其中0～1震級(jí)的地震最多。

從近7年的地震活動(dòng)來(lái)看, 南澳島外海地區(qū)每年地震活動(dòng)在空間分布上趨于穩(wěn)定, 地震活動(dòng)主要集中在南澳島東南海域30～50 km之間, 均以NE向條帶狀為主要群集特征, 表明該地區(qū)受區(qū)域性應(yīng)力場(chǎng)影響, NE走向的濱海斷裂帶在該段一直處于較為活躍的狀態(tài)。南澳島外海地區(qū)總體上每年監(jiān)測(cè)到的地震數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定, 未出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)和斷崖式下跌的情況, 平均每年可監(jiān)測(cè)到200個(gè)以上地震事件。

3.2 陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)特征

陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)主要位于南海北部西側(cè)沿海地區(qū)。有歷史記載以來(lái), 陽(yáng)江地區(qū)最大地震為1969年7月26日發(fā)生6.2地震, 且中小地震十分活躍, 時(shí)常發(fā)生具有明顯震感的3級(jí)以上地震。重定位后的地震分布圖顯示(圖5), 陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)主要表現(xiàn)為南、北兩個(gè)地震集群, 其中北部集群覆蓋范圍較小, 平面上地震活動(dòng)有S-N向展布趨勢(shì); 南部集群位于濱海海灣地區(qū), 規(guī)模明顯比北部大, 地震活動(dòng)呈顯著的E-W向條帶狀分布特征, 1969年6.2地震位于南部震群的西端。陽(yáng)江地區(qū)兩個(gè)震群震級(jí)主要分布在0.6～1.2級(jí)之間, 兩個(gè)集群的震源全部集中在中地殼(深度5～15 km)。與南、北兩個(gè)集群的中地殼震源分布特征明顯不同, 南部集群向北方向的海岸線附近發(fā)生有少量地震, 這些地震部分震源深度分布在20～22 km的下地殼。另外, 陽(yáng)江地區(qū)在15～20 km深度極少有地震發(fā)生, 似乎形成了地震的深度空白區(qū)。

根據(jù)2008～2014年陽(yáng)江地區(qū)每年地震活動(dòng)的空間分布可知, 該地區(qū)每年地震活動(dòng)均呈現(xiàn)為南、北部?jī)蓚€(gè)震群分布特征, 且南部震群地震活動(dòng)性強(qiáng)于北部震群。較為特殊的是, 2011年陽(yáng)江北部震群區(qū)幾乎沒發(fā)生過(guò)地震。從每年監(jiān)測(cè)到的地震數(shù)量上看, 陽(yáng)江地區(qū)每年地震發(fā)生數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定, 并無(wú)明顯增長(zhǎng)或下降的趨勢(shì)。

3.3 新豐江水庫(kù)地區(qū)地震活動(dòng)特征

河源新豐江水庫(kù)位于廣東省中東部, 水庫(kù)上建有高105 m的混泥土大壩, 水庫(kù)容量為115×108m3。1959年10月新豐江水庫(kù)開始蓄水, 1個(gè)月后便開始發(fā)生地震, 其中1962年3月19日在大壩東北1 km處發(fā)生6.1級(jí)地震(圖6), 壩區(qū)地震烈度為Ⅷ度, 毀壞房屋數(shù)千間, 新豐江沿岸發(fā)生地裂、滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害, 對(duì)河源地區(qū)造成嚴(yán)重的傷害和破壞(左兆榮等, 1995)。作為世界上為數(shù)不多的誘發(fā)過(guò)6級(jí)以上地震的水庫(kù)之一, 新豐江水庫(kù)是廣東省地震活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域。現(xiàn)有地震觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示, 2008年1月到2012年8月近7年時(shí)間里, 河源新豐江水庫(kù)至少發(fā)生7269次地震, 這一地震數(shù)量是陽(yáng)江地震密集區(qū)6倍以上, 也是南澳島外海地震數(shù)量約5.5倍。

圖4 南澳島外海地震活動(dòng)分布

圖5 陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)分布

雖然地震數(shù)量多, 但>6.0地震在1962年之后沒有再發(fā)生過(guò)。大部分地震震級(jí)較小, 主要分布在?1.0～0.6之間, 時(shí)常也會(huì)爆發(fā)>4.0地震(圖6), 震源深度主要分布在3～12 km之間。根據(jù)重定位后的地震數(shù)據(jù)來(lái)看, 新豐江水庫(kù)地區(qū)震中主要分布在貯水盆地的上游(西北部)和下游(東南部)兩個(gè)峽谷區(qū)(圖6)。上游峽谷震群規(guī)模明顯比下游峽谷震群小, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示約78%地震集中在下游峽谷周邊(即東南部大壩附近的峽谷區(qū))。新豐江水庫(kù)地震活動(dòng)分布圖顯示, 上游峽谷震群更為集中, 形成了一個(gè)較集中的地震群; 下游峽谷集群的地震分布總體呈NW-SE走向, 主要表現(xiàn)為次一級(jí)的震群模式, 這些小震群深度分布也相對(duì)獨(dú)立, 彼此具有一些深部分布上的差異性, 深度從4～14 km發(fā)育大小不一的震群(圖6)。1969年6.1地震發(fā)生在大壩附近峽谷區(qū)的小震群邊緣。

根據(jù)收集到的地震觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示, 新豐江水庫(kù)上游峽谷地震活動(dòng)與大壩附近峽谷區(qū)存在差異。大壩附近峽谷區(qū)較大規(guī)模的震群從2008～2014年一直較為活躍, 且從2012年后開始出現(xiàn)指數(shù)型增長(zhǎng); 但是西北部上游峽谷的震群在2012年以前活動(dòng)規(guī)模很小, 甚至在2010年都幾乎沒有觀測(cè)到地震, 2012年以后開始與大壩附近震群同步出現(xiàn)爆發(fā)性的數(shù)量增長(zhǎng)。從歷年地震數(shù)量統(tǒng)計(jì)可知, 2012年以前新豐江水庫(kù)地區(qū)地震數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定, 約在300～400次之間; 2012年后卻出現(xiàn)爆發(fā)性指數(shù)增長(zhǎng)。2014年前8個(gè)月地震數(shù)量已經(jīng)是2013年約2.3倍, 是2008年約11倍; 且該地區(qū)爆發(fā)性地震增加也直接導(dǎo)致了整個(gè)南海北部地區(qū)2012～2014年地震數(shù)量指數(shù)型增長(zhǎng)。

3.4 海南島地區(qū)地震活動(dòng)特征

海南島及其周邊地區(qū)地震特征獨(dú)具特色(徐曉楓等, 2014), 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: ①該區(qū)地震活動(dòng)較強(qiáng)烈, 卻很少地震發(fā)生在該地區(qū)最大斷裂——紅河斷裂帶的海上延伸段; ②“震群型”和“雙震型”地震頻繁發(fā)生(謝振福, 2006); ③東方震群和北部灣的震源機(jī)制解中含有非雙力偶組分(周榮茂等, 1999a, 1999b); ④瓊北火山地震帶上存在巖漿侵入觸發(fā)地震的現(xiàn)象(Ji et al., 2015)。為了厘清海南及鄰區(qū)地震活動(dòng)的獨(dú)特性及其受控機(jī)制, 本次研究收集了徐曉楓等(2014)利用HypoDD重定位的2000～2012年海南島及鄰區(qū)的地震數(shù)據(jù), 并進(jìn)行相關(guān)分析。整體上, 海南島及其周邊820個(gè)地震震級(jí)分布在0.3～4.3之間, 其中93%震級(jí)在3級(jí)以下; 震源深度從30 km到淺部0～1 km均有分布。最為獨(dú)特是海南島及其周邊震中分布表現(xiàn)為一簇簇大小不一的地震群特征, 我們對(duì)最為明顯的4個(gè)地震群進(jìn)行了細(xì)致分析。

圖6 新豐江水庫(kù)地震活動(dòng)分布

從海南島及周邊地震活動(dòng)分布圖(圖7)可知, 震群1位于北部灣, 該區(qū)域廣泛被全新世OIB型火山巖層(<0.1 Ma)覆蓋(Li et al., 2013), 震中呈S-N向展布, 震源從深度22 km似通道狀連續(xù)分布到了近地表。震群2位于瓊北火山區(qū), 震中沿S-N方向分布, 震源從深度約28 km一直連續(xù)到約1 km, 且在15 km深度形成了兩個(gè)分支。此外, InSAR數(shù)據(jù)也觀測(cè)到巖漿侵入導(dǎo)致地表變形, 并伴隨地震活動(dòng)的現(xiàn)象(Ji et al., 2015)。在震群3地區(qū), 震中呈NW-SE向展布, 震源深度從24 km起一直連續(xù)到近地表, 主要集中在10～15 km。張前等(2015)通過(guò)綜合地球物理和地質(zhì)調(diào)查, 也識(shí)別出了軟流圈以上的侵入和隆升以及垂直的巖漿通道。震群4位于海南島東南濱海地區(qū), 震中也呈NW-SE向展布, 縱向上呈似通道狀連續(xù)分布。總體上, 各個(gè)震群震源都存在從深到淺近似通道狀分布特征, 深度可從30 km連續(xù)到淺部0～1 km。似通道狀的震群活動(dòng)特點(diǎn)表征了海南地區(qū)的巖漿流體活動(dòng)通道, 暗示了地震活動(dòng)受深部巖漿流體活動(dòng)的影響(Lin et al., 2022)。

圖7 海南島及周邊地震活動(dòng)分布

3.5 珠江口地區(qū)地震活動(dòng)特征

珠江口地區(qū)積聚了粵港澳大灣區(qū)最重要的城市群, 該地區(qū)地震活動(dòng)與地震災(zāi)害一直是備受關(guān)注的重點(diǎn)地區(qū)。從重定位的地震活動(dòng)分布看, 珠江口地區(qū)未發(fā)生長(zhǎng)期性的集群地震活動(dòng), 僅有零星地震分布在珠江口海域及兩側(cè)地區(qū)。已有數(shù)據(jù)和研究顯示(圖8), 該地區(qū)在1874年曾發(fā)生過(guò)一次5級(jí)以上地震, 2006年也發(fā)生過(guò)一次4級(jí)地震, 這兩次地震均位于珠江口的擔(dān)桿島海域, 被認(rèn)為與濱海斷裂帶在該段的活動(dòng)性有關(guān)(Xia et al., 2018)。另外, 2020年1月5日在珠江口發(fā)生了一次L4.0級(jí)的有感地震, 這次地震與已探測(cè)的濱海斷裂帶存在一定的距離, 推測(cè)應(yīng)該不是由濱海斷裂帶觸發(fā), 而與該地區(qū)其他NE或NW向斷裂存在關(guān)聯(lián)(Chen et al., 2021)。因此, 珠江口地區(qū)雖然目前地震活動(dòng)性不是很強(qiáng), 沒有形成集群性地震特征, 但從已有地震活動(dòng)的研究來(lái)看, 該地區(qū)NE向和NW向斷裂均具備觸發(fā)地震的可能性。

4 地殼結(jié)構(gòu)與發(fā)震構(gòu)造

地震探測(cè)揭示南海北部沿海地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)烈, 地殼厚度在28～34 km左右(Xia et al., 2015), 中地殼10～15 km深度廣泛發(fā)育有厚3～5 km左右的低速層, 其速度為5.5～6.0 km/s(廖其林等, 1988; 尹周勛等, 1999; Zhou et al., 2020), 低速層向海方向逐漸尖滅。南海北部沿海西側(cè)地殼結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜, 雷瓊坳陷區(qū)地殼厚約25～26 km, 大陸區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)中地殼低速層, 反而在中地殼局部發(fā)育高速異常區(qū), 而在下地殼卻有低速異常結(jié)構(gòu)的存在(嘉世旭等, 2006)。針對(duì)南海北部沿海大陸地殼中廣泛發(fā)育的殼內(nèi)低速層, 許多學(xué)者進(jìn)行了深入研究, 認(rèn)為巖石各向異性和流體作用可能是引起低速的主要原因(楊曉松和金振民, 1998; 周永勝和何昌榮, 2002; 趙明輝等, 2007; Zhou et al., 2020)。

圖8 珠江口及鄰近地區(qū)地震活動(dòng)分布

物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 殼內(nèi)低速軟弱層的存在, 使層間相互作用更為復(fù)雜, 在塊體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)層間解耦, 一方面使塊體內(nèi)深淺部斷層性質(zhì)和活動(dòng)方式不同, 另一方面為塊體局部運(yùn)動(dòng)以及應(yīng)力集中、調(diào)整和釋放提供了條件, 對(duì)地震孕育起到了重要作用(李建國(guó)和周永勝, 1997), 這與本研究區(qū)約90%以上地震普遍發(fā)育在5～15 km深度現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)(圖2)。南海北部沿海陸域普遍發(fā)育的殼內(nèi)低速層為脆性上地殼的軟弱夾層, 該軟弱夾層的存在使得地殼上部脆性層整體性降低, 在外力作用下軟弱夾層易于流動(dòng), 促使脆性層發(fā)生破裂引發(fā)地震(黎剛, 2006)。這從整體上能夠宏觀解釋本研究區(qū)的地震活動(dòng)與地殼內(nèi)部薄弱構(gòu)造層的關(guān)聯(lián)性。

然而, 從地震分布特征可知, 研究區(qū)地震活動(dòng)并不是均勻分布, 而是形成了一些集群性的震群分布態(tài)勢(shì)。不同震群區(qū)地震的發(fā)震構(gòu)造是否相似或存在明顯差異, 這需要我們開展對(duì)比分析, 重點(diǎn)對(duì)各典型震源區(qū)開展地殼結(jié)構(gòu)與發(fā)震構(gòu)造的詳細(xì)研究。通過(guò)對(duì)南澳島外海開展反射和廣角地震探測(cè)(Xia et al., 2020), 我們厘定了NEE走向?yàn)I海斷裂帶和NW走向黃岡水?dāng)嗔言诤５椎陌l(fā)育位置和屬性特征, 確定了濱海斷裂帶作為海陸交互帶重要的邊界斷裂帶, 并造成了沉積基底大規(guī)模的垂直錯(cuò)斷。三維地殼結(jié)構(gòu)顯示南澳島海域地殼非均質(zhì)性強(qiáng)烈(Xia et al., 2020), 尤其是上地殼包含諸多高、低速異常體, 反映了復(fù)雜的斷裂交叉構(gòu)造所導(dǎo)致的上地殼破碎特性。該地區(qū)震群型微震活動(dòng)主要發(fā)生在中地殼低速體(LVZ)或其附近的高?低速過(guò)渡區(qū), 反映出該低速體作為殼內(nèi)構(gòu)造薄弱帶, 為海域震群的發(fā)生提供了適宜的構(gòu)造條件。成像結(jié)果表明, 研究區(qū)中地殼低速體、濱海斷裂帶與黃岡水?dāng)嗔训慕粎R構(gòu)造以及沿?cái)嗔褞У母咚偾秩塍w交匯融合并形成了局部應(yīng)力集結(jié)帶, 其為該地區(qū)主要的發(fā)震構(gòu)造耦合體, 強(qiáng)烈影響并控制了該海域板內(nèi)地震活動(dòng)的發(fā)生。

同樣, 我們?cè)谥榻诤Ｓ蛞查_展了反射和廣角地震探測(cè), 反射地震剖面展示了濱海斷裂帶在該段發(fā)育清晰, 該斷裂帶造成了兩側(cè)基底的明顯錯(cuò)斷(曹敬賀等, 2014; Xia et al., 2018)。2006年擔(dān)桿島4.0級(jí)地震發(fā)生在NE向和NW向斷層的交叉點(diǎn)附近。在擔(dān)桿島南部發(fā)現(xiàn)了上地殼中發(fā)育低速異常體, 而下地殼底部具有高速異常的侵入體結(jié)構(gòu), 1874年和2006年兩次擔(dān)桿島地震均發(fā)生在該低速異常體的邊緣。這些結(jié)果表明, 不同走向交叉的斷裂可能作為局部應(yīng)力集中區(qū), 并在其附近引起異常應(yīng)力積聚。擔(dān)桿島南部下地殼侵入高速體反映了一個(gè)強(qiáng)而脆的凸起體, 它可進(jìn)一步影響斷層的動(dòng)力學(xué), 改變斷層帶的應(yīng)力, 導(dǎo)致地震破裂。此外, 流體可通過(guò)裂縫斷裂帶, 從而影響斷裂帶的長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)和成分演化(Zhao et al., 2004)。這些影響將增強(qiáng)發(fā)震區(qū)的應(yīng)力集中, 導(dǎo)致強(qiáng)凹凸體的機(jī)械破壞(Zhao et al., 2004), 從而可能導(dǎo)致大地震的成核。Cochran et al. (2009)推斷斷層損傷帶巖體強(qiáng)度很可能比圍巖弱, 有助于區(qū)域應(yīng)變的局部化。斷層的應(yīng)變局部化更能響應(yīng)相對(duì)較小的應(yīng)力變化(Cochran et al., 2009), 從而提高交叉斷層帶中易發(fā)生地震的可能性。因此, 我們推斷擔(dān)桿島海域交叉斷裂帶與下伏高速體之間的接觸帶是珠江口地區(qū)最有可能發(fā)生地震的地區(qū), 這與目前的地震活動(dòng)分布也是一致的。

陽(yáng)江地區(qū)的地震活動(dòng)主要發(fā)生在平岡斷裂和程村斷裂的交匯地帶, 表明其受交叉斷裂的控制和影響, 但也有例外。前人研究顯示, 1969年陽(yáng)江6.2地震由NE向平岡斷裂的右旋走滑破裂引起(林群等, 2018)。相應(yīng)的庫(kù)倫應(yīng)力變化研究表明(Zhu et al., 2020), 1969年的陽(yáng)江6.2地震以及1987年和2004年的兩次地震的庫(kù)倫應(yīng)力變化呈現(xiàn)復(fù)雜的特征, 庫(kù)倫應(yīng)力增加不僅發(fā)生在斷裂的尖端, 也發(fā)生在斷層的外側(cè)。大部分的余震發(fā)生在應(yīng)力增加區(qū), 且主要發(fā)生在淺部上地殼, 表明地震活動(dòng)應(yīng)該與深部地殼物性的異質(zhì)性相關(guān)。通過(guò)Zhang and Wang (2007)的P波速度結(jié)構(gòu), 我們發(fā)現(xiàn)陽(yáng)江地區(qū)的上、下地殼存在解耦, 形成了約3 km厚的低速層。由此, 我們認(rèn)為該低速層的存在使得應(yīng)力變化很難向深部傳播, 導(dǎo)致大部分地震發(fā)生在淺層上地殼, 僅有極少部分地震分布在下地殼(圖5)。綜上分析, 陽(yáng)江地區(qū)平岡斷裂與程村斷裂的相交點(diǎn)或端點(diǎn)是應(yīng)力易集中、且是最可能發(fā)生強(qiáng)震的部位, 低速層起到隔絕應(yīng)力傳播的作用, 導(dǎo)致地震主要集中在上地殼。

新豐江水庫(kù)發(fā)震構(gòu)造與前三者不同, He et al. (2018)利用三維走時(shí)成像的方法揭示該地區(qū)地殼復(fù)雜的p(橫波速度)和s(縱波速度)結(jié)構(gòu)。三維速度結(jié)構(gòu)顯示NE向河源斷裂、人字石斷裂和大坪?巖前斷裂的延伸深度不超過(guò)5 km, 且水庫(kù)下7～10 km的低速體可能反映了NW向沿水庫(kù)峽谷的深斷裂。結(jié)合前人的成像結(jié)果, 發(fā)現(xiàn)大部分地震分布在低波速或者高p/s值的邊緣地帶, 而不是在結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域, 表明地震應(yīng)該是從斷裂帶外圍發(fā)生。根據(jù)前人在飽和干燥巖石p/s值的研究(Dixit et al., 2014; Gritto and Jarpe, 2014), 圍巖的p/s值對(duì)水極其敏感, 水的滲透可以顯著增加p/s值。從水庫(kù)蓄水前后地震大量增加以及地震主要分布在高p/s值的區(qū)域來(lái)看, 我們推斷水在觸發(fā)地震過(guò)程中起著重要作用。水庫(kù)蓄水后, 水開始滲進(jìn)裂縫中, 增加孔隙壓力, 促進(jìn)了地震的發(fā)生。地震后, 水可以更輕易地向開放的裂縫中滲透, 并將裂縫延伸到深部, 同時(shí)地震也逐步往深部延伸和遷移, 這也是很好地解釋了為何三組NE向斷裂延伸深度不足5 km, 而震群活動(dòng)卻可以延伸到16 km。此外, 由于水的參與改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài), 也改變地震類型(He et al., 2018)。根據(jù)蓄水一個(gè)月后便發(fā)生大量地震和兩年多后(1962年)爆發(fā)6.1破壞性地震的客觀事實(shí), 我們認(rèn)為水的載荷和擴(kuò)散效應(yīng)在觸發(fā)6.1的地震中發(fā)揮了重要作用, 并導(dǎo)致小震的頻繁發(fā)生。

近年來(lái), 大量的研究表明海南島存在地幔柱活動(dòng), 在層析成像中表現(xiàn)出起源于下地幔的低速異常(Huang, 2014; Xia et al., 2016), 在海南島和北部灣新生代晚期玄武巖的研究中, 表現(xiàn)為符合地幔柱起源的同位素地球化學(xué)特征(賈大成等, 2003; Zou and Fan, 2010)。眾多學(xué)者在海南地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)研究也顯示, 該地區(qū)從深到淺廣泛存在低速通道, 如瓊北火山區(qū)(Lei et al., 2009)和海南東南濱海地區(qū)(Lin et al., 2022)。1605年海南瓊州7.5地震震源區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的研究表明, 其下方的低速異常體也是低阻、高導(dǎo)體, 且與現(xiàn)今地震活動(dòng)存在較強(qiáng)的空間相關(guān)性(Hu et al., 2007; Huang, 2014; Ji et al., 2015)。在海南島外海1969年雙震震源區(qū)的地殼發(fā)震結(jié)構(gòu)研究中, 我們發(fā)現(xiàn)1969年的兩個(gè)>5.0地震和現(xiàn)今的微震活動(dòng)發(fā)生在低速異常體的邊緣, 且與深部的巖漿流體活動(dòng)具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(Lin et al., 2022)。此外, 海南及其周邊地區(qū)地震群活動(dòng)在深度上都呈現(xiàn)明顯的近垂直狀的通道分布特征(圖7)。通過(guò)對(duì)每個(gè)震群周邊的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)資料的調(diào)查, 我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)震群活躍區(qū)都存在明顯的巖漿活動(dòng)痕跡。因此, 我們認(rèn)為海南島及鄰區(qū)地震活動(dòng)主要受海南地幔柱巖漿和流體活動(dòng)的影響。巖漿或熱液流體可以通過(guò)溶解和改變各種礦物來(lái)削弱裂縫的壁, 導(dǎo)致斷層泥的孔隙率增加, 斷層減弱, 當(dāng)斷層強(qiáng)度降低到臨界值, 則會(huì)觸發(fā)地震活動(dòng)。斷裂在破裂過(guò)程中又會(huì)被壓實(shí), 斷裂強(qiáng)度恢復(fù)(Hirakawa and Ma, 2016; Vavry?uk and Hrubcová, 2017), 因此地震周期性發(fā)生形成了海南地區(qū)的各個(gè)地震群。

5 結(jié) 論

通過(guò)收集南海北部沿海地區(qū)固定臺(tái)站記錄的天然地震數(shù)據(jù), 我們利用雙差走時(shí)重定位方法開展了地震震源定位研究。結(jié)果顯示, 南海北部沿海地區(qū)地震活動(dòng)主要以集群模式分布在南澳島外海、陽(yáng)江、新豐江水庫(kù)以及海南島等不同區(qū)域, 其他地區(qū)僅零星分布, 地震活動(dòng)的數(shù)量和空間分布模式隨時(shí)間沒有明顯變化。

(1) 南澳島外海震群呈“L”型分布特征, 以NE走向?yàn)橹? NW走向?yàn)檩o, 震源深度從2～25 km均有分布, 主要集中在6～15 km深度。該震源區(qū)的中地殼低速體、濱海斷裂帶與黃岡水?dāng)嗔训慕粎R構(gòu)造以及沿?cái)嗔褞У母咚偾秩塍w交匯融合形成了局部應(yīng)力集結(jié)帶, 該集結(jié)帶是主要的發(fā)震構(gòu)造耦合體, 強(qiáng)烈影響并控制了區(qū)域地震的發(fā)生。

(2) 陽(yáng)江地區(qū)地震活動(dòng)主要表現(xiàn)為南、北兩個(gè)集群, 其中北部集群覆蓋范圍較小, 平面上地震活動(dòng)有S-N向展布趨勢(shì); 南部集群規(guī)模明顯比北部大, 地震活動(dòng)呈顯著的E-W向條帶狀分布; 兩個(gè)集群的震源深度全部集中在5～15 km。該震源區(qū)平岡斷裂與程村斷裂的相交點(diǎn)或端點(diǎn)是應(yīng)力易集中且最可能發(fā)生強(qiáng)震的部位, 殼內(nèi)低速層起到阻隔應(yīng)力向下傳播的作用, 導(dǎo)致地震更多地集中在上地殼。

(3) 新豐江水庫(kù)地區(qū)地震活動(dòng)主要分布在水庫(kù)西北部和東南部的兩個(gè)峽谷區(qū)。上游峽谷的震群規(guī)模明顯比下游峽谷的震群小, 約78%的地震集中在東南部水庫(kù)大壩附近的峽谷區(qū)。下游峽谷集群的地震分布總體呈NW-SE走向。該水庫(kù)震源區(qū)水的載荷和擴(kuò)散效應(yīng)在觸發(fā)6.1地震中發(fā)揮了重要作用, 并導(dǎo)致持續(xù)不斷的小震發(fā)生。

(4) 海南島及其鄰區(qū)地震活動(dòng)主要表現(xiàn)為大小不一的地震群特征, 最明顯的有4個(gè)震群。各震群的震源深度均存在從深到淺的近垂直狀通道模式分布特征, 從30 km深度連續(xù)到淺部0～1 km, 這種特征暗示了該地區(qū)地震活動(dòng)主要受海南地幔柱巖漿和流體活動(dòng)的影響。巖漿或熱液流體可以通過(guò)溶解和改變各種礦物來(lái)削弱裂縫的壁, 導(dǎo)致斷層泥的孔隙率增加, 斷層減弱, 從而由深到淺觸發(fā)地震活動(dòng)。

(5) 珠江口地區(qū)未發(fā)生長(zhǎng)期性的集群地震活動(dòng), 僅有零星地震分布在珠江口海域及兩側(cè)地區(qū)。歷史記載該地區(qū)在1874年曾發(fā)生過(guò)5級(jí)以上地震, 2006年發(fā)生過(guò)一次4級(jí)地震。該地區(qū)不同走向交叉斷裂可能作為局部應(yīng)力集中區(qū), 同時(shí)下地殼侵入體作為一個(gè)強(qiáng)而脆的凸起體, 可能改變了斷層的動(dòng)力學(xué)特征, 從而引發(fā)地震破裂。

致謝:本文的地震數(shù)據(jù)來(lái)自于廣東省地震局; 感謝中山大學(xué)王岳軍教授和張玉芝老師對(duì)本文的指導(dǎo); 感謝中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所郭鋒研究員以及兩位匿名審稿專家提出了建設(shè)性修改建議。

曹敬賀, 孫金龍, 徐輝龍, 夏少紅. 2014. 珠江口海域?yàn)I海斷裂帶的地震學(xué)特征. 地球物理學(xué)報(bào), 57(2): 498– 508.

龔再升. 1997. 南海北部大陸邊緣盆地分析與油氣聚集. 北京: 科學(xué)出版社.

嘉世旭, 李志雄, 徐朝繁, 沈繁鑾, 趙文俊, 楊卓欣, 楊鍵, 雷宛. 2006. 雷瓊拗陷地殼結(jié)構(gòu)特征. 地球物理學(xué)報(bào), 49(5): 1385–1394.

賈大成, 丘學(xué)林, 胡瑞忠, 盧焱. 2003. 北部灣玄武巖地幔源區(qū)性質(zhì)的地球化學(xué)示蹤及其構(gòu)造環(huán)境. 熱帶海洋學(xué)報(bào), 22(2): 30–39.

黎剛. 2006. 南海北部地震震源深度特征與巖石圈流變結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究. 華南地震, 26(2): 1–8.

李建國(guó), 周永勝. 1997. 巖石圈塑性流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與多層構(gòu)造變形的物理模擬. 地震地質(zhì), 19(3): 248–258.

廖其林, 王振明, 王屏路, 余兆康, 吳寧遠(yuǎn), 劉寶誠(chéng). 1988. 福州?泉州?汕頭地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的爆炸地震研究. 地球物理學(xué)報(bào), 31(3): 270–280.

林群, 劉特培, 王小娜, 徐曉楓, 宮會(huì)玲, 陳幸蓮. 2018. 1969年陽(yáng)江S6.4地震發(fā)震斷層面參數(shù)的確定. 中國(guó)地震, 34(4): 745–753.

劉以宣. 1981. 華南沿海區(qū)域斷裂構(gòu)造分析. 北京: 地震出版社.

魏柏林, 陳仁法, 黃日恒. 2000. 廣東省地震構(gòu)造概論. 北京: 地震出版社.

魏柏林, 馮絢敏, 陳定國(guó). 2001. 東南沿海地震活動(dòng)特征. 北京: 地震出版社.

謝振福. 2006. 海南島及鄰區(qū)地震活動(dòng)特征研究. 震災(zāi)防御技術(shù), 1(4), 326–336.

徐輝龍, 丘學(xué)林, 趙明輝, 孫金龍, 朱俊江. 2006. 南海東北部南澳大地震(=7.5)震中區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)特征與震源構(gòu)造. 科學(xué)通報(bào), 51(B11): 83–91.

徐曉楓, 王惠琳, 陳小敏. 2014. 海南島及鄰區(qū)地震精確定位及斷裂構(gòu)造分析. 地震研究, 37(2): 216–221.

閆義, 夏斌, 林舸, 劉寶明, 閻貧, 李忠誠(chéng). 2005. 南海北緣新生代盆地沉積與構(gòu)造演化及地球動(dòng)力學(xué)背景. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 25(2): 53–61.

楊曉松, 金振民. 1998. 殼內(nèi)部分熔融低速層及其研究意義. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 13(3): 38–45.

尹周勛, 賴明惠, 熊紹柏, 劉宏兵, 滕吉文, 孔祥儒. 1999. 華南連縣?博羅?港口地帶地殼結(jié)構(gòu)及速度分布的爆炸地震探測(cè)結(jié)果. 地球物理學(xué)報(bào), 42(3): 383–392.

張前, 吳小潔, 謝順勝, 韓之, 張展. 2015. 綜合物探方法在海南陵水地區(qū)干熱巖資源勘查中的應(yīng)用. 工程地球物理學(xué)報(bào), 12(4): 477–483.

趙明輝, 丘學(xué)林, 徐輝龍, 施小斌, 吳世敏, 葉春明, 夏少紅. 2007. 南海北部沉積層和地殼內(nèi)低速層的分布與識(shí)別. 自然科學(xué)進(jìn)展, 17(4): 471–479.

周蒂, 王萬(wàn)銀, 龐雄, 王家林, 蔡?hào)|升, 孫珍. 2006. 地球物理資料所揭示的南海東北部中生代俯沖增生帶. 中國(guó)科學(xué)(D輯), 36(3): 209–218.

周榮茂, 陳運(yùn)泰, 吳忠良. 1999a. 由矩張量反演得到的海南東方震群的震源機(jī)制. 地震學(xué)報(bào), 21(4): 1–7.

周榮茂, 陳運(yùn)泰, 吳忠良. 1999b. 由矩張量反演得到的北部灣地震的震源機(jī)制. 地震學(xué)報(bào), 21(6): 561–569.

周永勝, 何昌榮. 2002. 華北地區(qū)殼內(nèi)低速層與地殼流變的關(guān)系及其對(duì)強(qiáng)震孕育的影響. 地震地質(zhì), 24(1): 124–132.

左兆榮, 吳建平, 巫志玲. 1995. 新豐江水庫(kù)6.1級(jí)地震前震序列分析. 華南地震, 15(1): 21–29.

Bassett D, Sandwell D T, Fialko Y, Watts A B. 2016. Upper- plate controls on co-seismic slip in the 2011 magnitude 9.0 Tohoku-oki earthquake., 531(7592): 92–96.

Chen H, He X H, Yang H F, Zhang J Y. 2021. Fault-plane determination of the 4 January 2020 offshore Pearl River delta earthquake and its implication for seismic hazard assessment., 92(3): 1913–1925.

Cochran E, Li Y, Shearer P, Barbot S, Fialko Y, Vidale J. 2009. Seismic and geodetic evidence for extensive, long- lived fault damage zones., 37(4): 315–318.

Dixit M M, Kumar S, Catchings R D, Suman K, Sarkar D, Sen M K. 2014. Seismicity, faulting, and structure of the Koyna-Warna seismic region, Western India from local earthquake tomography and hypocenter locations.:, 119(8): 6372–6398.

Got J L, Fréchet J, Klein F W. 1994. Deep fault plane geometry inferred from multiplet relative relocation beneath the south flank of Kilauea.:, 99(B8): 15375–15386.

Gritto R, Jarpe S P. 2014. Temporal variations ofp/s-ratio at the Geysers geothermal field, USA., 52: 112–119.

Hayes G P, Herman M W, Barnhart W D, Furlong K P, Riquelme S, Benz H M, Bergman E, Barrientos S, Earle P S, Samsonov S. 2014. Continuing megathrust earthquake potential in Chile after the 2014 Iquique earthquake., 512(7514): 295–298.

He L P, Sun X L, Yang H F, Qin J L, Shen Y S, Ye X W. 2018. Upper crustal structure and earthquake mechanism in the Xinfengjiang water reservoir, Guangdong, China.:, 123(5): 3799–3813.

Herrend?rfer R, Van Dinther Y, Gerya T, Dalguer L A. 2015. Earthquake supercycle in subduction zones controlled by the width of the seismogenic zone., 8(6): 471–474.

Hirakawa E, Ma S. 2016. Dynamic fault weakening and strengthening by gouge compaction and dilatancy in a fluid-saturated fault zone.:, 121(8): 5988–6008.

Hu J C, Bai D H, Wang W H, Lin Z, Xiang X J, Wang L F. 2007. Deep electrical anomaly in the7.5 Qiongzhou earthquake region and its relation with future seismicity., 20(3): 273–279.

Huang J L. 2014. P- and S-wave tomography of the Hainan and surrounding regions: Insight into the Hainan plume., 633: 176–192.

Ji L Y, Hu Y X, Wang Q L, Xu X F, Xu J. 2015. Large-scale deformation caused by dyke intrusion beneath eastern Hainan Island, China observed using InSAR., 88: 52–58.

Lau A Y A, Switzer A D, Dominey-Howes D, Aitchison J C, Zong Y Q. 2010. Written records of historical tsunamis in the northeastern South China Sea — Challenges associated with developing a new integrated database., 10(9): 1793–1806.

Lei J S, Zhao D P, Steinberger B, Wu B, Shen F L, Li Z X. 2009. New seismic constraints on the upper mantle structure of the Hainan plume., 173(1–2): 33–50.

Li N S, Yan Q S, Chen Z H, Shi X F. 2013. Geochemistry and petrogenesis of Quaternary volcanism from the islets in the eastern Beibu Gulf: Evidence for Hainan plume., 32(12): 40–49.

Lin J H, Xia S H, Wang X Y, Zhao D P, Wang D W. 2022. Seismogenic crustal structure affected by the Hainan mantle plume., 103: 23–36.

Nishikawa T, Ide S. 2014. Earthquake size distribution in subduction zones linked to slab buoyancy., 7(12): 904–908.

Parker R N, Densmore A L, Rosser N J, De Michele M, Li Y, Huang R Q, Whadcoat S, Petley D N. 2011. Mass wasting triggered by the 2008 Wenchuan earthquake is greater than orogenic growth., 4(7): 449–452.

Steinshouer D W, Qiang J, McCabe P J, Ryder R T. 1999. Maps showing geology, oil and gas fields, and geologic provinces of the Asia Pacific region: U.S.97-470-F: 16.

Vavry?uk V, Hrubcová P. 2017. Seismological evidence of fault weakening due to erosion by fluids from observationsof intraplate earthquake swarms.:, 122(5): 3701–3718.

Waldhauser F, Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the northern Hayward fault, California., 90(6): 1353–1368.

Wang Q, Qiao X J, Lan Q G, Jeffrey F, Yang S M, Xu C J, Yang Y L, You X Z, Tan K, Chen G. 2011. Rupture of deep faults in the 2008 Wenchuan earthquake and uplift of the Longmen Shan., 4(9): 634–640.

Xia S H, Cao J H, Sun J L, Lv J S, Xu H L, Zhang X, Wang K Y, Fan C Y, Zhou P X. 2018. Seismogenic structures of the 2006L4.0 Dangan Island earthquake offshore Hong Kong., 17(1): 169–176.

Xia S H, Shen Y S, Zhao D P, Qiu X L. 2015. Lateral variation of crustal structure and composition in the Cathaysia block of South China and its geodynamic implications., 109: 20–28.

Xia S H, Zhao D, Sun J L, Huang H B. 2016. Teleseismic imaging of the mantle beneath southernmost China: New insights into the Hainan plume., 36: 46–56.

Xia S H, Zhao M H, Qiu X L, Xu H L, Shi X B. 2010. Crustal structure in an onshore-offshore transitional zone near Hong Kong, northern South China Sea., 37(5): 460–472.

Xia S H, Zhou P X, Zhao D P, Cao J H. 2020. Seismogenic structure in the source zone of the 19187.5 NanAo earthquake in the northern South China Sea., 302, 106472.

Zhang P Z, Engdahl E. 2013. Great earthquakes in the 21st century and geodynamics of the Tibetan Plateau., 584: 1–6.

Zhang Z J, Wang Y H. 2007. Crustal structure and contact relationship revealed from deep seismic sounding data in South China., 165(1–2): 114–126.

Zhao D P, Tani H, Mishra O P. 2004. Crustal heterogeneity in the 2000 western Tottori earthquake region: Effect of fluids from slab dehydration., 145: 161–177.

Zhou D, Ru K, Chen H Z. 1995. Kinematics of Cenozoic extension on the South China Sea continental margin and its implications for the tectonic evolution of the region., 251(1): 161–177.

Zhou P X, Xia S H, Hetényi G, Monteiller V, Chevrot S, Sun J. 2020. Seismic imaging of a mid-crustal low-velocity layer beneath the northern coast of the South China Sea and its tectonic implications., 308, 106573.

Zhu J J, Li S Z, Chen X L, Li J, Li Y, Xing H L, Jia Y G. 2020. Large intraplate earthquakes and static stress changes in the South China coastal region., 102(3), https: //doi. org/10.1016/j.gr.2020.03.004.

Zoback M. 2010. Earthquake climate and intraplate shocks., 466(7306): 568–569.

Zou H B, Fan Q C. 2010. U-Th isotopes in Hainan basalts: Implications for sub-asthenospheric origin of EM2 mantle endmember and the dynamics of melting beneath Hainan Island., 116(1–2): 145–152.

Seismicity and Seismogenic Structure in the Northern Coastal Area of the South China Sea

XIA Shaohong1, 2, 3, LIN Jiangnan1, 4, CAO Jinghe1, 2

(1. CAS Key Laboratory of Ocean and Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301,Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou511458, Guangdong, China; 3. Sanya Institute of Oceanology, SCSIO, Sanya 572100, Hainan, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The coastal area of South China belongs to the intersection of the South China Block and South China Sea (SCS), which has undergone a complex geological evolution and formed a typical intraplate seismic activity zone. In this work, the seismic data recorded by the permanent seismic network in the study area are collected and the HypoDD relocation is carried out to get the more accurate seismic source parameters. From the temporal and spatial features of seismic activity, it can be seen that earthquakes in the northern coast of the South China Sea are relatively intense, forming several typical earthquake clusters, such as the Nan’ao Island Offshore earthquake swarms, Yangjiang earthquake swarms, Xinfengjiang Reservoir earthquake swarms, and Hainan Island magma-induced earthquake swarms. The yearly number and distribution pattern of earthquake in the study area are stable, mainly concentrated in the several typical earthquake swarm areas with sporadic earthquake in the other regions. Typical earthquake swarms are primarily distributed in the middle and upper crust depths (<20 km), and fewer occur in the lower crust. However, there are certain different distribution patterns in various earthquake swarm areas. Many seismic events offshore the Nan’ao Island are L-shaped, and most of the earthquakes are gathered to form a NE-trending seismic zone with some distributed in NW trend. The seismic distribution in the Yangjiang area can be divided into the south cluster and the north cluster. The south cluster is ruptured along the near-EW direction, which is obviously more intense than the north cluster that covers a smaller area and generally scatters in the NS direction. In the Xinfengjiang Reservoir area, two canyon areas in the northwest and southeast of the water storage basin are the primary sites of seismic event. About 78% of earthquakes are located in the southeastern canyon area near the dam of the reservoir, showing an overall NW-SE trend; the quake swarm in the upstream canyon of the northwest was rarely observed before 2010, but significantly increased after 2012. Four distinct swarms are generated in and around the Hainan Island with nearly vertical channel distribution characteristics in focal depths, indicating that seismic activity in the Hainan Island is closely related to the magmatic fluid activity. Furthermore, by comparative analysis of the crustal structure and seismogenic structure in the different typical earthquake swarm areas, we discovered that the seismogenic structure varies in different earthquake swarm areas. The earthquakes that occurred off the Nan’ao Island coast and the Pearl River Mouth area are controlled and influenced by several factors including the NE and NW-trending intersecting faults, the weak layer in the crust, and high-velocity intrusions in the lower crust. The fluid activity inside the fault zone and the hydrostatic pressure of the reservoir are the main causes of seismicity in the Xinfengjiang Reservoir area. The Hainan Island seismic activity may be closely linked to the shallow magmatic fluid activity caused by a mantle plume. These results suggest that the seismogenic structure in the northern coast of ??the South China Sea is attributed to the strong heterogeneity of the crustal structure, which cannot be interpreted by a unified model, and each earthquake swarm area is principally controlled by the local structures and fluids.

north of the South China Sea; seismic activity; earthquake swarms; seismogenic structure; HypoDD relocation

2021-12-10;

2022-02-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1701641、42076071)、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)(GML2019ZD0204)和海南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(ZDYF2020198)聯(lián)合資助。

夏少紅(1981–), 男, 研究員, 從事海洋地球物理方向研究。E-mail: shxia@scsio.ac.cn

P65; P511.2

A

1001-1552(2022)03-0455-016

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.004