關(guān)中盆地地殼應(yīng)力場特征分析

閆俊義，呂 睿，趙 濤，王 瑩，白若冰，古云鶴

(1.陜西省地震局，陜西 西安 710068;2.山西省地震局，山西 太原 030021)

0 引言

關(guān)中盆地又稱渭河盆地，夾持于鄂爾多斯塊體與秦嶺造山帶之間，是鄂爾多斯、華南等活動塊體差異運動的調(diào)節(jié)帶，在我國現(xiàn)代構(gòu)造變形的大陸動力學(xué)格局中具有特殊地位。關(guān)中盆地屬于汾渭地震帶的一部分，地震活動頻繁，歷史上曾發(fā)生過1556年華縣8級大地震[1]。文章通過對渭河盆地構(gòu)造應(yīng)力場演變特征的研究，討論了盆地的形成機制[2]，分析了渭河盆地內(nèi)部歷史地震和現(xiàn)今地震的空間分布特征，得出立交構(gòu)造控制了盆地內(nèi)部的地震活動[3]。通過計算近10 a的小震震源機制解，研究陜西地區(qū)的平均應(yīng)力場[4]。使用廣義極性振幅技術(shù)計算了陜西地區(qū)小微震事件的震源機制，給出了震源機制解類型特征，進而探討驅(qū)動該區(qū)域構(gòu)造變形和強震發(fā)生的動力學(xué)機制。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景和數(shù)據(jù)

關(guān)中盆地內(nèi)部活動斷裂比較發(fā)育，主要有華山山前斷裂、渭南源前斷裂、臨潼-長安斷裂、秦嶺北緣斷裂、渭河斷裂等。這些斷裂大多以左旋走滑和正斷性質(zhì)為主，控制著盆地內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力場的演化，同時也是中強地震的控震構(gòu)造。華縣大地震是發(fā)生在高角度正斷層上為數(shù)不多的強震之一，其發(fā)震構(gòu)造目前還存在爭議[5]。由圖1歷史震中分布可以看出，中強地震與活動斷裂關(guān)系密切。

震源機制解是分析地殼應(yīng)力場的基礎(chǔ)資料。此次研究收集震中位于關(guān)中盆地的1972-2018年的震源機制解共102個[6-10]，對于惠少興等[4]的結(jié)果只保留了ML2.0以上的震源機制解，還從陜西省地震監(jiān)測中心收集了部分震源機制解數(shù)據(jù)。早期的震源機制解參數(shù)中沒有滑動角，通過P、T軸參數(shù)求解其對應(yīng)的節(jié)面參數(shù)，補齊分析數(shù)據(jù)。

圖1 關(guān)中盆地活動構(gòu)造與歷史地震Fig.1 Active structures and historical earthquakes in Guanzhong Basin

2 震源機制解特征

通過震源機制3個應(yīng)力軸(P、T、B)傾俯角的最大值，來判斷震源機制破裂類型的歸屬[11]。如P軸傾俯角最大，即P軸直立或者接近直立，則地震破裂類型屬于正斷層類型。以此類推，T軸傾俯角最大的地震破裂類型屬于逆斷層類型，B軸傾俯角最大的地震破裂類型屬于走滑斷層類型。根據(jù)上述震源機制解分類規(guī)則，將關(guān)中盆地的102個震源機制解分為3類。走滑斷層型地震48次，占47.1%；正斷層類型地震39次，占38.2%；逆斷層類型地震15次，占14.7%。整個區(qū)域走滑型和正斷層型占主導(dǎo)，大致為85.3%，與渭河斷陷帶現(xiàn)今的拉張狀態(tài)相一致。

走滑類型和正斷層類型的地震散布在關(guān)中盆地內(nèi)部，而走滑類型的地震更靠近盆地邊界斷裂，正斷層類型地震分布趨于盆地中間部位。兩種類型地震較為集中的地方位于渭南塬前斷裂、驪山北麓斷裂、渭河斷裂、臨潼-長安4條斷裂的交匯處，同時也處于口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂與渭河北山山前斷裂東段的交匯部位，這些斷裂的交匯處容易造成應(yīng)力積累，同時還發(fā)生了逆沖類型的地震。震源機制解不同類型的分布特征基本符合活動構(gòu)造的運動方式和斷裂性質(zhì)(見圖2)。

圖2 關(guān)中盆地震源機制解不同類型分布Fig.2 Distribution of focal mechanism solutions in Guanzhong Basin

3 地殼應(yīng)力場反演

基于關(guān)中盆地中小地震震源機制解資料，使用ZMAP軟件包([11]Wiemer，2001)自帶的Michael反演方法[12]，對關(guān)中盆地應(yīng)力場進行反演。結(jié)果顯示，關(guān)中盆地最大主壓應(yīng)力軸方位261.8°，傾角48.8°；中等主壓應(yīng)力軸方位74.3°，傾角40.9°；最小主壓應(yīng)力軸方位167.4°，傾角3.7°(見圖3)。這與杜興信等[7]反演得到的陜西地區(qū)平均應(yīng)力場基本一致，只是正斷分量比重有所增加，與斷陷盆地拉張的應(yīng)力狀態(tài)一致。關(guān)中盆地的最大主壓應(yīng)力軸與區(qū)域內(nèi)的斷裂近乎平行或者小角度斜交，應(yīng)力狀態(tài)為正走滑型，與震源機制解分類統(tǒng)計的特征相似，反映出關(guān)中盆地夾持在青藏塊體、鄂爾多斯塊體、華南地塊之間所受的復(fù)雜動力作用。

圖3 關(guān)中盆地應(yīng)力場反演結(jié)果投影Fig.3 Projection of inversion results of stress field in Guanzhong Basin

4 結(jié)論與討論

文章收集整理關(guān)中盆地1972-2018年中小地震的震源機制解，分析了震源破裂類型，表明走滑型和正斷層型地震占優(yōu)勢地位，與渭河斷陷盆地拉張伸展的應(yīng)力狀態(tài)一致。這與郭祥云等[10]關(guān)于關(guān)中盆地的研究結(jié)果類似。在關(guān)中盆地內(nèi)部有個地震叢集區(qū)，該區(qū)為幾條活動斷裂的交匯處，容易造成應(yīng)力集中，復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境使得該區(qū)走滑類型、正斷層類型和逆斷層類型的地震都有發(fā)生，但仍以走滑型和正斷層型占主導(dǎo)，這與各條活動斷裂的運動方式和性質(zhì)相符合。應(yīng)力狀態(tài)為正斷層兼走滑分量，最大主壓應(yīng)力方向與盆地邊界斷裂走向平行或小角度斜交。瞿偉等[13]以高精度GPS成果為邊界條件，構(gòu)建了區(qū)域三維有限元模型模擬斷裂運動性質(zhì)及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場。結(jié)果顯示關(guān)中盆地中部區(qū)域是拉張應(yīng)力(NW-NE向)集中帶，與震源機制解反演的應(yīng)力場結(jié)果基本一致。同時，這樣的地殼應(yīng)力場也造成了渭河盆地內(nèi)構(gòu)造地裂縫較為發(fā)育[14]。