河套地震帶中小地震的震源機制測定及應力場特征

韓曉明劉芳張帆魏建民徐巖侯迪李娟梁沙沙

1　內蒙古自治區地震局，呼和浩特市哲里木路80號，010010

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河套地震帶中小地震的震源機制測定及應力場特征

韓曉明1劉芳1張帆1魏建民1徐巖1侯迪1李娟1梁沙沙1

1內蒙古自治區地震局，呼和浩特市哲里木路80號，010010

摘要：運用振幅比和CAP方法測定224次地震的震源機制解，進行歸一頻度統計和震源機制類型時空分析，以考察河套地震帶的應力場在模式轉換和應力作用方式兩方面的變化形態。河套地震帶的壓應力方位在北東向存在優勢分布，張應力方位在北西向存在優勢分布，滑動角主要分布在近水平方向，應力場整體表現出繼承性運動特征，表明水平剪切拉張運動總體控制了帶內斷裂的作用模式而多產出走滑型地震，并貫穿整個研究時段，屬穩態應力作用模式。在太平洋板塊向西俯沖和青藏塊體向北運移的聯合作用下，河套地震帶兩側的陰山隆起和鄂爾多斯塊體作相對旋性扭動，最終驅使帶內眾多北東-近東西向展布的斷裂產生水平旋性剪切，構成相對穩定的應力場演化模式。

關鍵詞：河套地震帶；震源機制解；振幅比；CAP；應力場特征

河套地震帶屬于中國東部華北至東北應力區的次級應力區域，最大主壓應力方向為北東(臨河地區)-北東東(呼和浩特至包頭地區)，構造應力張量結構以走滑型為主(圖1)。本文基于河套地震帶的構造應力場背景特征，根據2001年以來發生在河套地震帶的中小地震事件，運用振幅比和CAP方法測定震源機制，通過歸一頻度統計和斷層滑動類型的時空分析，考察河套地震帶的應力場在模式轉換和應力作用方式兩方面的變化形態，并結合外圍動力學環境和區域斷裂構造的運動性質闡釋其變化原因。

1研究區地質構造背景及地震活動

河套地震帶位于陰山隆起與鄂爾多斯臺地之間，是鄂爾多斯周緣斷陷帶中規模最大、構造活動和垂直差異運動十分顯著的地區。第四紀以來，陰山隆起與鄂爾多斯塊體之間作相對左旋的剪切拉張運動[1]，這種運動特征通過1970年以來河套地震帶發生的4次6級以上地震的震源機制解能得到體現，震源機制解所表達的張應力方位為NW-NNW，壓應力方位為NE-NEE。其中發生在臨河盆地周緣的兩次地震的張應力為NW，壓應力為NE，發生在呼包盆地周緣的兩次地震的張應力為NNW，壓應力為NEE，表明河套地震帶次級構造單元的應力場方向特征并非完全一致[2]。

相對于歷史地震的高強度，研究區近代以來的中強地震表現出高頻度的特點[3-4]。1920年以來，華北地區的中強地震出現 “填空性”活動特征，而位于鄂爾多斯塊體北緣的河套地震帶也在長期平靜后發生了5次6級以上地震。其中，1976～1979年連續發生3次6級以上地震，形成小規模叢集活躍，使其成為鄂爾多斯塊體周緣中強地震最為活躍的區域(圖1)。由此可見，河套地震帶的斷裂運動模式和應力場積累規模具備產出強烈地震的條件。

2震源機制求解

選擇振幅比[5-6]和CAP(cut and paste)[7]方法進行震源機制測定，這兩種方法均可削弱臺站布局、介質非均勻性和速度結構模型的影響而得到相對精確的震源機制解。ML≥4.0地震采用基于波形擬合反演的CAP方法求解，ML<4.0地震采用基于P波初動的振幅比方法求解。CAP反演震源機制的過程中，東段的地震采用魏文博等[8]的速度模型，西段的地震采用李祥等[9]的速度模型(圖2)。

2.1振幅比方法和CAP方法

振幅比計算過程中，運用層狀介質中一點源位錯模型計算綜合地震圖得到P、S最大振幅，并對P、S最大振幅的比值與觀測數據進行擬合來確定震源機制。為保證震源機制解的穩定性和可靠性，實際操作中約定參與計算的臺站數目為5個以上，振幅讀取精度控制在0.2 mm以內，記錄振幅大于0.5 mm且不限幅。同時，采用限定震中距(150 km以內)的辦法排除Pn、P11、Sn、S11等震相。

根據CAP方法和相關約束原則[7]，挑選震中距在150～500 km范圍內地震事件的EVT格式波形記錄，首先將臺站記錄的儀器響應去除，把地震波形旋轉至徑向、切向和垂向，分解為Pnl和Snl兩部分，用4階帶通濾波分別在0.05～0.2 Hz和0.05～0.1 Hz頻段內對Pnl和Snl的噪聲部分進行壓制并賦予不同的權重，然后采用頻率-波數方法(F-K)計算震中距的格林函數并得到合成地震圖，與實際觀測波形進行互相關，最終通過格點搜索方法進行震源機制反演求解。

2.2計算結果

2001年以來河套地震帶224次ML≥2.8地震事件震源機制結果見圖3。圖4給出了CAP方法求解震源機制的示例。對于波形擬合效果較好的地震(圖4(a))，可以通過反演不同矩心深度下的震源機制解(圖4(c))獲取最佳震源深度和最佳雙力偶解(圖4(b))。

圖4(a)為理論地震圖(粗灰線)和觀測地震圖(細黑線)的波形擬合效果，每行波形最左側為臺站代碼和震中距，擬合曲線下方第1行數字為理論地震圖相對觀測地震圖的移動時間，第2行數字為理論地震圖和觀測地震圖的相關系數，PnlV、PnlR分別為Pnl垂直分量和徑向分量。圖4(b)為震源深度為4 km時的最佳雙力偶解(下半球投影)，黑色為拉張區，白色為壓縮區；圖4(c)為不同震源深度下的擬合殘差分布，其中深度為4 km時對應的殘差值最小。

為整體把握震源機制解所表達的應力場方向特征，分別以10°、20°和30°為基本統計單位，對震源機制參數進行歸一頻數統計和累計比率分析(圖5)。結果顯示，在研究時段內，斷層的兩個節面走向分別在北東至北東東向和北西向存在優勢分布，根據河套地震帶所轄構造的分布特點，北東向節面更能代表應力場方向特征；節面的傾角分布在30°～80°，覆蓋范圍較大；滑動角在±180°和0°附近存在優勢分布，契合研究區以水平走滑為主的斷層作用機制特征；壓應力方位整體分布呈北東向，張應力T軸方位整體分布呈北西向，同樣符合應力場背景特征。

3震源機制類型的時空分布

在震源機制參數中，斷層節面的滑動角最易表現其運動情形。為考察河套地震帶的震源機制類型構成情況，依據滑動角和震源機制類型的對應關系[9]，對震源機制類型進行歸類統計。其中，斜滑型占46.2%、走滑型占33.3%、逆沖型占12.5%、正斷層占8.0%，斜滑型和純走滑型共占79.5%。可以看出，研究時段內河套地震帶的構造應力張量結構以走滑為主。

不同的震源機制類型對應不同的應力作用模式，其中正斷層對應拉張應力，逆斷層對應擠壓應力，走滑斷層對應水平剪切應力[10]，因此，震源機制類型的時序分布也可反映應力作用方式的時序變化形態。從圖6看出，2001年以來，河套地震帶主要產出走滑型和斜滑型地震，正斷層和逆沖型震源機制類型分布較為稀疏；從空間分布看(圖7)，除在盆地向隆起過渡地段出現少量的正斷層和逆沖型震源機制外，河套地震帶內地震主要受到水平剪切作用而多表現為走滑型震源機制。

4結語

震源機制類型構成結果顯示，2001年以來，河套地震帶的斜滑型地震占46.2%、走滑型地震占33.3%、逆沖型地震占12.5%、正斷層地震占8.0%，走滑型和斜滑型地震總比例達到79.5%。歸一頻度統計結果顯示，2001年以來，河套地震帶的壓應力方位在北東向存在優勢分布，張應力方位在北西向存在優勢分布，滑動角主要分布在-30°～30°，即水平剪切拉張運動總體控制了斷裂的作用模式而多產出走滑型地震。結合外圍動力學環境和區域構造運動性質分析認為，在太平洋板塊向西俯沖和青藏塊體向北運移的聯合作用下，河套地震帶兩側的陰山隆起和鄂爾多斯塊體相對作旋性扭動，驅使北東向-近東西向展布的斷裂產生水平旋性剪切而主要產出正走滑型震源機制。另外，河套地震帶西段應力場的壓應力方向為北北東-北東向，東段應力場的壓應力方位為北東東-近東西向，應力場方向的區域性偏轉現象應該是河套地震帶應力場長期以來的一個典型特征[2]。除了受外圍動力學作用形式以及構造塊體的運動模式約束外，其還可能與西段的斷裂構造多呈北東向展布、東段的斷裂構造多為近東西向展布有關(圖1)。斷裂的展布形態也影響到了震源機制斷層節面的方位分布，使其產生構造相依的分布特點。

致謝：感謝美國圣路易斯大學朱露培教授提供CAP程序。

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FocalMechanismDeterminationofMedium-SmallEarthquakesand

Foundationsupport:TheSparkProgramofEarthquakeTechnologyofCEA，No.XH15010Y.

Aboutthefirstauthor:HANXiaoming,associateresearcher,majorsindigitalseismology,E-mail：hxmpower@126.com.

CharacteristicofStressFieldinHetaoSeismicBelt

HAN Xiaoming1LIU Fang1ZHANG Fan1WEI Jianmin1XU Yan1HOU Di1LI Juan1LIANG Shasha1

1EarthquakeAdministrationofInnerMongolia, 80ZhelimuRoad，Hohhot010010，China

Abstract:InordertoinspectthechangeformofschematransformationandthestressformofHetaoseismicstressfield,weuseamplituderatioandCAPmethodstocalculate224focalmechanismsolutions,basedonnormalizedfrequencystatisticsandanalysisoffaultsliptype.TheresultsshowthattheadvantagedistributionofcompressivestressorientationisNE,theadvantagedistributionoftensilestressorientationisNW,andtherakeangleisdistributednearlyhorizontally.Further,thewholestressfieldshowsinheritancefeatures,horizontalshearandtensioncontrolthestressformoffaultsinHetaoseismicbelt,andthemainoutputsarestrike-sliptypeearthquakes.Throughoutthewholestudyperiod,asteadystressmodelispresented.Combiningperipheraldynamicpropertieswithregionaltectonicmovementdeterminesthat,underthejointactionofthewestwardsubductionofthePacificplateandtheQinghai-Tibetblocknorthwardmigration,YinshanupliftandOrdosblockrelativetodospintwist.Finally,theNE-EWdistributionfaultspresenthorizontalandrotaryshear,andconstitutearelativelystableevolutionmodelofstressfield.

Keywords:Hetaoseismicbelt;focalmechanismsolution;amplituderatio;CAP;characteristicsofstressfield

收稿日期：2015-06-26

第一作者簡介：韓曉明，副研究員，主要從事數字地震學研究，E-mail：hxmpower@126.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.006

文章編號：1671-5942(2016)06-0495-04

中圖分類號：P315

文獻標識碼：A

項目來源：中國地震局地震科技星火計劃(XH15010Y)。