地震研究杂志社论文

引言 近几年来，华北地区中上地壳构造探测与研究取得了新的重要成果，对地震与地质构造的空间关系研究产生了很大影响，例如对1966年邢台地震、1679年三河—平谷地震、1695年临汾和1303年洪洞地震等大震区的研究表明：a）深浅构造是不连接的形态、产状、力学性质不同的两套断裂系统；b）直接的发震构造是地壳深部的高倾角断层；c） 浅层的铲形正断层消失在10km以内的地壳上部。这些观测事实和地震活动空间分布与浅层构造间的种种不协调现象都证明，不能简单地用地表断层代替地壳深处的发震构造。因此，研究地壳深断裂特征及其与浅层构造的对应关系是地震学的重要课题。然而现有多震层深断裂探测资料很少，短期内不可能编制出区域性深断裂展布图件，更难了解其活动性。目前最现实的思路是，采用以地震活动图象和震源机制为主要资料的构造分析方法，研究现代活动的震源断层。 1989年和1991年大同—阳高两次地震发生在山西剪切拉张带北部的晋北拉张区内，是本世纪在山西断陷构造带内发生的最大地震，这两次地震的发生提供了深入研究在张性断陷构造条件下地震成因机制的良好机会。本文以地震地质思想为指导，采用地震活动图象�平面和剖面和震源机制资料构造分析为主的方法，结合宏观烈度分布和地质构造资料，研究大同—阳高两次地震震源断层的三维特征，讨论震源断层与地质构造的关系。 1 地震活动图象分析 傅承义院士（1963）在记述地震预报的地震地质方法时指出，用高灵敏度的高频地震仪可以划分出地下微弱震动的震中汇集带，这可能就是地下深处地震成因断裂在地面的痕迹，可以补地质方法之不足，对了解地震的地质条件大有帮助。本节以震中平面带状分布图象显示大同—阳高两次地震震源断层在地面的投影图象，即震源断层的平面特征；以震源分布图象显示震源断层的剖面特征。大同—阳高地震序列位于大同遥测台网的最佳控制范围，台网记录了整个地震序列，并且有较高的震源定位精度，为分析地震活动图象提供了良好的条件。我们使用山西省地震局提供的序列目录分阶段进行地震活动图象分析。 a）第一阶段：1989年10月18日22时59分（级地震）—10月19日00时52分（级地震前）。这个阶段主要是级地震及其余震活动，震中分布如图1a所示。图中显示出NE25°和NW80°地震活动带的交叉图象。级地震和10月18日23时15分级、23时41分级地震发生在NE25°带内。 b）第二阶段：10月19日01时01分（地震）至10月19日12时30分。这个阶段是级主震和10月19日02时20分级地震及其余震活动。震中分布如图1b所示。图中显示出NE20°和NW60°地震活动带的交叉图象，若与图1a比较，NE20°地震活动带明显向SW方向延伸，级和10月19日01时26分级、10月19日05时02分级地震发生在这个带内。级地震发生在NW60°带内。图1a1989年大同—阳高地震序列第1阶段地震震中分布图 图1b1989年大同—阳高地震序列第2阶段地震震中分布图图1c1989年大同—阳高地震序列第3阶段地震震中分布图 图1d1989年大同—阳高地震序列第4阶段地震震中分布图图1e1989年大同—阳高地震序列地震震中分布图 c）第三阶段：10月19日18时29分（级地震）至10月21日23时39分。本阶段表现为级地震及其余震活动。图1c是震中分布图，图中显示出十分清楚的NE25°地震活动带。级地震和10月19日20时32分级、21时59分级、10月20日01时56分级、19时41分级地震都位于NE25°地震活动带内。 d）第四阶段：10月23日21时19分（级地震）至10月29日09时34分。本阶段表现为级地震及其余震活动，震中分布如图1d所示，由图可以看出，NE25°地震活动带仍有清楚的显示，10月24日01时07分级、10月24日23时36分级地震发生在这个带内。在该带东侧形成一条NW70°的分支地震活动带，级地震位于这个带内。 与上个阶段相隔近17个月发生的级地震子序列。由图1e震中分布图象可以看出，级地震发生在NE25°地震活动带内。该带东侧出现一条NW45°地震活动带。此外，还在该带的ES方向上形成了另一条NE25°的地震活动带，两条NNE向带呈明显的斜列图象。 在图1a～图1e中，由震中密集程度勾划出来的地震活动带是十分明显的，若统计图中带外离散地震与地震总数比值，各阶段均小于，说明这样的划分是可取的。 以地震活动条带表示震源断层，图1a～图1e所示的大同—阳高地震序列震源断层分布平面图象的特征是：1）全序列各阶段都是由NNE和NW—NWW向的共轭震源断层组合；2）全序列各阶段出现的NNE向震源断层是一条主干断层，长约20km，它自始至终贯穿于全序列的破裂过程，在时间和空间上都具有鲜明的稳定性。两次地震的主震都发生在这条断层上，成为主震震源断层。此外级、级地震和10次级～级地震也发生在这个断层面上；3）NNE向主干震源断层由两条断层斜列组成，以北面的一条为主，南面的一条是在序列破裂发展的最后阶段形成的。 为求得NNE向主震震源断层垂向剖面特征，作出了该断层的纵向和横向剖面图�由于1991年的震源定位精度不高，故未采用，由图2可以看出，两次地震的主震震源分布在10km和12km深度上。主震震源断层是近似垂直的高倾角断层，断层面埋深5km～17km，断面宽度为12km。图2a1989年大同—阳高地震震源断层横剖面图 图2b1989年大同—阳高地震震源断层纵剖面图 通过以上地震活动图象（平面与剖面）分析，我们得到了一条走向NNE向，长20多千米，埋深5km～17km，断面宽12km的高角度震源断层。 2 震源机制资料的构造分析 以上通过地震活动图象分析得到了大同—阳高地震两个主震震源断层的静态特征。为进一步研究主震震源断层的力学性质和受力状况，使用在NNE向地震活动带内发生地震的震源机制资料进行构造分析。 级以上地震震源机制解 以概率振幅模型利用初动符号计算得到NNE向地震活动带内发生的9个级以上地震的震源机制解，列于第18页表1。按照地震活动图象分析得到的地震活动带（见图1），取与震中所在震源断层一致的节面为断层面，将9个位于NNE向地震活动带内的地震断层标在图3上。由表1和图2a可以看出，在NE25°地震活动带上，各地震断层走向与带走向基本一致，两次地震震源断层走向分别为25°和31°，与地震活动带一致或十分接近。大多数震源断层的倾角在60°以上，两个主震震源断层倾角为86°和85°，这与地震活动带横剖面所表示的接近直立的断层一致。各地震断层的滑动矢量与走向的夹角均小于15°，均为右旋以走滑为主的错动性质。再从P，T轴各参数来看，P轴仰角多数小于20°，平均值为°；T轴仰角多数小于20°，平均值为°。P，T轴的优势方位分别为NEE—SWW和NNW—SSE向，P轴平均方位为°，T轴平均方位为°。图3 NNE向活动带上级以上地震震源机制反映的破裂图象 小地震综合断层面解 小地震综合断层面解是一种汇集小地震震源信息的方法，常用来研究震源区应力场。李钦祖等最早提出利用单台小地震资料确定台站所在地区的地壳应力场。许忠淮等利用北京周围地区地震台站的地震P波初动资料，分区研究了综合断层面解得到区应力场方向。经验表明，一个地区小地震综合断层面解反映的应力状态信息的可靠性可与一次强震相当。本文试图使用这个方法汇集由小地震带来的震源破裂信息，进一步论证由地震活动图象和单个较大地震震源机制资料得到的大同—阳高地震NE25°地震活动带上的多个小震P波初动资料，求得小地震综合断层面解，这个结果可以抑制震源断层破裂过程的局部复杂因素，取得由小地震反映的主震震源断层的主体特征。 使用均匀分布于NNE向地震活动带内的多个小地震的879个初动符号，得到综合断层面解，使矛盾符号比为15％，将这个结果也列于表1中。它汇集了由主震断层面上发生的众多小地震带来的震源破裂总体信息。取节面Ⅱ为断层面，走向NE29°，倾角89°，滑动矢量与走向的夹角9°，为右旋走滑断层，P和T轴仰角小于10°，方位分别为NE74°和NW16°。序号 时间年-月-日T时：分 震级Ms 震源深度h/km 震中位置 节面1 节面2 P轴 T轴 N轴 资料 φN(°)(′) λE(°)(′) 走向(°) 倾向 倾角(°) 滑动角(°) 走向(°) 倾向 倾角(°) 滑动角(°) (°) (°) (°) (°) (°) (°) 矛盾符号比 1 1989-10-18T22:57 10 39°′ 113°′ NW NE 30/120 2 1989-10-19T01:01 10 39°′ 113°′ NE NW 31/102 3 1989-10-19T01:26 11 39°′ 113°′ NW NE 8/37 4 1989-10-19T05:02 14 39°′ 113°′ NW SW 8/48 5 1989-10-19T13:29 10 39°′ 113°′ SW SE 24/90 6 1989-10-19T20:32 15 39°′ 113°′ NW SW 10/34 7 1989-10-19T21:59 13 39°′ 113°′ NW SW 6/33 8 1989-10-20T01:56 13 39°′ 113°′ SE NE 10/46 9 1991-03-26T02:02 12 39°′ 113°′ SW NW 10 综合断层面解 132/879 由表1可以清楚地看出，由众多小地震和9个级以上较大地震的断层面解得到的震源破裂信息有较好的一致性。尤其是小地震综合断层面解与两次地震主震断层面解十分接（见图4、图5），并且与地震活动图象（平面和剖面）反映的震源断层特征也十分一致，它们共同揭示出大同-阳高主震震源破裂面是在近水平的应力场作用下，产生的一条NNE向高倾角右旋走滑断层。图4a 1989年大同—阳高地震震源断层综合断层面解图4b 1991年大同—阳高地震震源断层综合断层面解图4c 两次大同—阳高地震震源断层综合断层面解图5 震源断层上5级以上地震震源机制解与综合断层面解的比较 3 震源断层与地壳分层结构及等震线的相互验证 80年代以来对大陆地壳内的地震研究发现，大多数地震发生在一个多震层层位内。大陆地壳热力学剖面研究指明，陆壳中、上部存在一个温压适中的介质高强度带；陆壳岩石学剖面表明多震层的岩石结构易于表现弹性行为；地壳地球物理环境的研究发现，多震层之下存在着低速层与高导层，这可以作为促使其上部岩石层易于断错的底部边界条件。于利民[4]等利用深源体波记录反演得到的大同一带的低速层深度为14km～19km，两次主震发生在12km和10km处，恰在地壳低速层之上，多震层位之中。 虽然1989年大同—阳高地震的极震区等震线不甚规则，但长轴方向仍然显示出NNE向的优势方向，1991年级地震的极震区等震线非常清楚地显示出与震源断层的走向[5]、长度等大体相当[6]。 以上所述表明我们得到的震源断层结果有着构造发生学的基础和地表破裂的解释，因此是可靠的。 4 结论与讨论 通过上述地震活动与震源机制解分析，我们认为1989年与1991年大同—阳高地震发生在同一条地震断层上。1991年地震破裂面略向南有所扩展，但总体上没有太大的变化。地震活动图象是震源断层在平面上的投影。平面上震源断层分布显示出为走向NE25°，长20多千米，剖面上为一陡立的断层，埋深在5km～17km范围内，宽度12km左右。由地震带上小震综合断层面解和两次地震主震及单个4级以上地震的震源机制解结果表明，它们得到的断层面解是一致的，共同揭示出一条NNE向右旋走滑的高角度断层。此震源断层与地壳分层结构及等震线等资料一致。 从区域地壳浅层地质构造环境看，大同—阳高地震序列发生在山西剪切拉张带北部的拉张区内。震区的主体构造是NEE向的大同断陷盆地，长130km的六棱山北麓断裂是控制大同盆地东南边界的主控性构造，该断裂晚更新世—全新世强烈活动，表现为张性倾滑活动。然而大同—阳高地震序列震源断层与浅层主体构造有明显差异，以右旋走滑为主的NNE向震源断层在地下深处斜穿大同断陷盆地及六棱山北麓正断裂（见图6），表现出深浅断裂的不协调现象。图6 大同—阳高地震构造简图 苏宗正和程新原[7]根据野外调查、物探及钻探资料，发现斜切大同盆地的两条断裂，一条走向NE40°左右、长48km，称为大王村断裂，该断裂至少在晚更新世末有明显活动；另一条走向NW40°左右，长为47km，称为团堡断裂。大王村断裂与大同—阳高地震序列的震源断层大体吻合，是地壳浅层与地壳深部相对应的发震构造。参考文献：[1]王椿镛，王贵美，林中洋，等.用深地震反射方法研究邢台地震区的地壳细结构[J]地球物理学报,1993,36(4);410-415.[2]张家茹，邵学钟，殷秀华，等.深部构造背景和强震的深部孕震环境[A],高学闻、马瑾.首都圈地震地质环境与地震灾害[C]北京：地震出版社，.[3]刘国栋.山西临汾地区的地壳上地幔构造裂谷模型和大地震震源结构[A]，辽宁省地震局。发展中的地震科学研究——纪念海城地震成功预报20周年学术讨论会论文集[C]，北京：地震出版社，.[4]于利民，刁桂苓，李钦祖，等.由深源远震体波记录反演华北北部地壳上地幔速度结构[J]。华北地震科学，1995（3）：11-19.[5]阎海歌，安卫平，王国强，等.1989年大同—阳高地震的震害和灾害评估[J].山西地震,1992(1):48-61.[6]王国强，安卫平，兰龙青，等.1991年大同—阳高级地震宏观烈度与地震构造[J].山西地震,1992(1):41-47.[7]苏宗正，程新原.1989年大同—阳高地震的地质环境与地震构造[J].山西地震,1992(1):19-30.