應(yīng)用綜合震源機(jī)制解法對(duì)遼寧及鄰區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的初步分析

戴盈磊,萬永革,梁永朵,王承偉,惠 楊

(1.遼寧省地震局,遼寧 沈陽(yáng) 110031;2.防災(zāi)科技學(xué)院,河北 三河 065201;3.東華理工大學(xué),江西 南昌 330013)

0 引言

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是導(dǎo)致構(gòu)造體系形成和運(yùn)動(dòng)的地應(yīng)力分布狀態(tài),在解釋板塊運(yùn)動(dòng)、地震成因、造山帶演化等地殼或巖石圈內(nèi)部構(gòu)造現(xiàn)象方面具有重要的科學(xué)意義,是地球動(dòng)力學(xué)、地震學(xué),地質(zhì)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。

遼寧及附近相鄰地區(qū)位于中國(guó)東北地區(qū)南部,總體呈NE走向的華北斷塊區(qū),構(gòu)造背景較復(fù)雜。近30年來,這一地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究逐漸受到學(xué)者們的關(guān)注。姚立珣等[1]利用中強(qiáng)地震震源機(jī)制資料和區(qū)域小震平均解,給出了東北地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)的分布。由于資料有限,研究范圍較大,導(dǎo)致所得結(jié)果并不十分精確。張先澤等[2]根據(jù)地震資料、地應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)、有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,對(duì)遼寧地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了研究。使用資料主要集中在下遼河盆地地區(qū),故而所得結(jié)論的有效覆蓋范圍較小。李平等[3]對(duì)遼寧及周邊地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了有限元三維數(shù)值模擬并探討其基本特征。張萍等[4-5]在對(duì)收集和計(jì)算得到的震源機(jī)制解進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,研究了沈陽(yáng)周邊和遼寧地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征。然而遼寧及鄰區(qū)的地震活動(dòng)具有明顯的空間分布不均勻性,而直接依靠統(tǒng)計(jì)震源機(jī)制的P、T軸來估計(jì)應(yīng)力主軸方向的前提是,樣本數(shù)量足夠大,且空間分布均勻。因此,上述依靠統(tǒng)計(jì)分析少數(shù)震源機(jī)制P、T軸分布情況來對(duì)遼寧及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行的研究具有一定程度的局限性。

隨著遼寧測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字化和不斷完善,數(shù)年間,積累了豐富的地震觀測(cè)數(shù)據(jù),為從P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)入手研究遼寧及鄰近地區(qū)的精細(xì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)提供了有利條件。本次研究我們使用2008年12月至2018年5月遼寧測(cè)震臺(tái)網(wǎng)記錄到的大量天然地震P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù),充分考慮不同震中距數(shù)據(jù)的權(quán)重,進(jìn)行反演計(jì)算。首次給出并分析遼寧及周邊地區(qū)的精細(xì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。所得結(jié)果對(duì)今后研究本區(qū)的地震孕育及其動(dòng)力學(xué)過程,地震危險(xiǎn)性分析,具有一定的參考意義。

1 遼寧及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

本研究區(qū)域主要包括遼寧、吉林、內(nèi)蒙古,河北的部分地區(qū),以及渤海北部和黃海部分地區(qū)(118°42′～25°54′E,38°36′～43°36′N)。該地區(qū)位于我國(guó)華北北部,其中郯廬斷裂帶北段貫穿研究區(qū)南部,在歷史上曾有多次強(qiáng)震發(fā)生,是我國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)防區(qū)之一[6]。根據(jù)遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局[7]的調(diào)查結(jié)果,研究區(qū)主要包含2個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元,7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元和若干個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元(表1、圖1),總體形態(tài)呈NE走向的條塊狀。

表1 研究區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)Table 1 Main geological structure zoning in the study area

圖1 研究區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Main geological structure zoning in the study area

2 研究方法

使用萬永革等[8]提出的有效利用大量不能單獨(dú)確定震源機(jī)制的小震P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)來約束區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方法。在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行精細(xì)網(wǎng)格劃分的同時(shí),充分考慮不同震中距P波極性數(shù)據(jù)的權(quán)重,使計(jì)算結(jié)果具有較高的精細(xì)程度和可靠性。該方法又可稱為“綜合震源機(jī)制解法”,被許多學(xué)者在研究工作中使用[9-11]。

結(jié)合遼寧及鄰區(qū)的實(shí)際范圍和預(yù)期研究精度,我們把整個(gè)研究區(qū)劃分成0.25°×0.25°的網(wǎng)格,選取每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周圍臺(tái)站觀測(cè)到的地震P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)計(jì)算該網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng),進(jìn)而得到整個(gè)遼寧及鄰區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。因每個(gè)地震到網(wǎng)格點(diǎn)的震中距不同,會(huì)導(dǎo)致對(duì)計(jì)算網(wǎng)格應(yīng)力場(chǎng)的約束程度不同。為此,我們對(duì)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)按照震中距的差異賦予相應(yīng)的權(quán)重。不同地震數(shù)據(jù)的權(quán)重記為W,參考Shen等[12]通過大地測(cè)量數(shù)據(jù)求解應(yīng)變的方法計(jì)算:

W=e-r2/D2

(1)

式中:W為數(shù)據(jù)權(quán)重;D為距離衰減常數(shù);r為折合距離按式(2)計(jì)算[12]。D的取值會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)權(quán)重造成直接影響。我們權(quán)衡考慮以下兩個(gè)方面:(1)對(duì)各網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算給予適當(dāng)?shù)钠交?(2)當(dāng)某些網(wǎng)格點(diǎn)周圍地震觀測(cè)數(shù)據(jù)較少時(shí),借助附近網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)該點(diǎn)的計(jì)算施加約束,以便合理地給出整個(gè)研究區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。故而,將D取值為50 km。

(2)

式中:x0、y0、z0,分別為網(wǎng)格點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和深度;x、y、z分別為地震的經(jīng)度、緯度和深度。

3 數(shù)據(jù)資料

遼寧測(cè)震臺(tái)網(wǎng)由眾多數(shù)字測(cè)震臺(tái)站組成,且比較均勻地分布于全省境內(nèi),平均臺(tái)間距70 km[13]。本次研究我們使用從遼寧測(cè)震臺(tái)網(wǎng)及鄰省接入的數(shù)據(jù)共享臺(tái)站2008年11月24日至2018年5月20日的正式觀測(cè)報(bào)告中提取并篩選,6 245個(gè)天然地震的28 698個(gè)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。用到的觀測(cè)臺(tái)站,地震和研究區(qū)內(nèi)主要斷裂分布情況如圖2所示。

F1.伊林哈別爾尕—西拉木倫斷裂;F2.赤峰—開原斷裂;F3.張家口—北票斷裂;F4.普蘭店斷裂;F5.北黃海中部凹陷北側(cè)斷裂;F6.嫩江—青龍河斷裂;F7.中三家子斷裂;F8.青龍—灤縣斷裂;F9.朝陽(yáng)—北票斷裂;F10.醫(yī)巫閭山西側(cè)斷裂;F11.石山—杏山斷裂;F12.松遼盆地東緣斷裂;F13.依蘭—伊通斷裂;F14.敦化—密山斷裂;F15.三源浦—樣子哨斷裂;F16.渾江—灣溝斷裂;F17.鴨綠江斷裂(西支);F18.鴨綠江斷裂(東支);F19.清川江斷裂;F20.安西斷裂;F21.臺(tái)安斷裂;F22.大洼斷裂;F23.營(yíng)濰斷裂遼東灣段(西支);F24.遼中斷裂;F25.二界溝斷裂;F26.營(yíng)口—佟二堡斷裂;F27.營(yíng)濰斷裂遼東灣段(東支);F28.太子河斷裂;F29.金州斷裂;F30.大和尚山山前斷裂;F31.塔子嶺—翁泉溝斷裂;F32.析木城—胡家?guī)X斷裂;F33.皮口斷裂;F34.渾河斷裂;F35.莊河斷裂;F36.雞冠山—青堆子斷裂;F37.赫家堡子—辛家窯斷裂;F38.石城子—馬道嶺斷裂;F39.毛甸子斷裂;F40.太平哨斷裂;F41.中十凹西北側(cè)斷裂;F42.煙筒山—黑石斷裂;F43.伊通—輝南斷裂;F44.遼源—東豐斷裂;F45.柳河斷裂;F46.海城河斷裂;F47.南江斷裂;F48.昌城—云山斷裂;F49.扎魯特旗斷裂;F50.碧流河斷裂;F51.女兒河斷裂圖2 地震震中、臺(tái)站及斷裂分布圖Fig.2 The distribution of earthquake epicenters,stations,and faults

我們對(duì)使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),具體情況見表2所列和圖3所示。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以明顯看出3級(jí)以下地震占到94%以上,而這些小震的震源機(jī)制解是很難準(zhǔn)確得到的,同時(shí)為了充分利用好這些觀測(cè)資料,我們選擇使用研究區(qū)大量小震P波極性數(shù)據(jù)來求取遼寧及鄰近地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),這樣做是非常具有優(yōu)勢(shì)的。

圖3 地震分布柱狀圖Fig.3 The histogram of earthquake distribution

表2 地震震級(jí)分布統(tǒng)計(jì)表(2008-11-24—2018-05-20,ML>0)Table 2 Statistical table of earthquake magnitude distribution (2008-11-24—2018-05-20,ML>0)

4 權(quán)重的確定和速度模型的選取

經(jīng)過對(duì)原始數(shù)據(jù)的整理,發(fā)現(xiàn)所用觀測(cè)資料的平均震源深度為6.91 km。因此,把網(wǎng)格點(diǎn)深度,即式(2)中z0取6.91 km,也就是說最后得到的是平均地下6.91 km處的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果。由式(1)和式(2)可知,當(dāng)與離網(wǎng)格點(diǎn)折合距離為41.65 km時(shí),所用地震的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)權(quán)重是49.96%;折合距離為75.8 km時(shí),數(shù)據(jù)的權(quán)重是10.04%,而當(dāng)折合距離為100 km時(shí),數(shù)據(jù)的權(quán)重僅有1.83%。因此,我們只考慮距每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)折合距離小于100 km的數(shù)據(jù)。為了保證構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演的質(zhì)量,我們只選擇研究區(qū)內(nèi)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)≥100的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

因?yàn)橄Ｍ玫窖芯繀^(qū)內(nèi)與所用地震初至P波極性數(shù)據(jù)形成最佳擬合效果的綜合震源機(jī)制解,并對(duì)它們的P、T軸分布方位特征做進(jìn)一步探討。我們采用1°×1°×1°的網(wǎng)格,對(duì)P、B、T軸方位進(jìn)行搜索,每一次搜索在考慮權(quán)重的同時(shí)給出綜合震源機(jī)制模型的矛盾比(與模型不相符的P波初動(dòng)極性符號(hào)數(shù)和總符號(hào)數(shù)之比),選取矛盾比最小的結(jié)果,其P、B、T軸方位即代表該網(wǎng)格點(diǎn)的主應(yīng)力方位。當(dāng)所用的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)足夠多,并具有良好的方位覆蓋及離源角約束時(shí),就可以得到比較理想的綜合震源機(jī)制解。

為使最終結(jié)果更加可靠,在確定P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)的離源角時(shí),我們考慮遼寧及周邊不同地區(qū)的地殼介質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),在查閱相關(guān)資料并進(jìn)行試錯(cuò)對(duì)比的基礎(chǔ)上,分別選用不同的速度模型進(jìn)行計(jì)算。其中,遼寧大部分地區(qū)使用盧造勛等[14]提出的速度模型;吉林西南部地區(qū)使用吳微微等[15]提到的模型B;內(nèi)蒙古東部地區(qū)使用趙艷紅等[16]提出的速度模型;河北東部地區(qū)使用王夫運(yùn)等[17]所提出的速度模型(表3)。

表3 各分區(qū)地殼速度模型Table 3 The crustal velocity model of each region

5 應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果及分析

應(yīng)用上文所述的數(shù)據(jù)和方法,我們對(duì)研究區(qū)進(jìn)行空間掃描,得到了整個(gè)遼寧及鄰區(qū)內(nèi)各網(wǎng)格點(diǎn)的最優(yōu)綜合震源機(jī)制解結(jié)果。每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、矛盾比、P、T軸空間分布情況如圖4、圖5(圖中編號(hào)所對(duì)應(yīng)的斷裂名稱與圖2相同)所示。為保證結(jié)果具有較高的可靠性,我們只保留了加權(quán)后網(wǎng)格內(nèi)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)≥100的計(jì)算結(jié)果。同時(shí),為有效避免因網(wǎng)格點(diǎn)地震數(shù)量較少,致使計(jì)算過度依賴附近其他網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)約束的情況發(fā)生,我們從結(jié)果中剔除了平均權(quán)重小于0.2的網(wǎng)格點(diǎn)。

(Ⅰ吉黑褶皺系;Ⅰ1 張廣才嶺優(yōu)地槽褶皺帶;Ⅰ2 松遼坳陷;Ⅱ 中朝準(zhǔn)地臺(tái);Ⅱ1 內(nèi)蒙地軸;Ⅱ2 燕山臺(tái)褶帶;Ⅱ3 華北斷坳;Ⅱ4 膠遼臺(tái)隆;Ⅱ5 北黃海斷坳)圖4 P軸方位和矛盾比分布圖Fig.4 The distribution of the azimuth of P axis and the contradictory ratio

反演共得到了535個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng),每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)最優(yōu)解個(gè)數(shù)不超過2個(gè),最大矛盾比0.416 3。從整體上看,所得結(jié)果覆蓋了研究區(qū)的絕大部分區(qū)域,包括遼寧全省和部分周邊鄰省地區(qū)。從圖5可以看出,所得結(jié)果的矛盾比主要集中在0.2～0.4之間,其中,遼寧中北部、東南部和遼東半島地區(qū)矛盾比相對(duì)較高,與這些地區(qū)處在地質(zhì)構(gòu)造單元分區(qū)邊界或斷裂交匯處等因素有關(guān),也在一定程度上體現(xiàn)出其構(gòu)造背景的復(fù)雜性。根據(jù)圖5所示,各網(wǎng)格點(diǎn)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)都很充足,為反演結(jié)果的質(zhì)量提供了保證。結(jié)合研究區(qū)地震活動(dòng)性特點(diǎn),遼寧東南部地震活動(dòng)較周邊地區(qū)更加頻繁,P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)也明顯相對(duì)多出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

(Ⅰ吉黑褶皺系;Ⅰ1 張廣才嶺優(yōu)地槽褶皺帶;Ⅰ2 松遼坳陷;Ⅱ 中朝準(zhǔn)地臺(tái);Ⅱ1 內(nèi)蒙地軸;Ⅱ2 燕山臺(tái)褶帶;Ⅱ3 華北斷坳;Ⅱ4 膠遼臺(tái)隆;Ⅱ5 北黃海斷坳)圖5 T軸方位和各網(wǎng)格點(diǎn)P波極性數(shù)據(jù)數(shù)分布圖Fig.5 The distribution of the azimuth of T axis and the number of P wave polarity data used in each grid

我們參考Zoback[18]對(duì)震源機(jī)制解進(jìn)行分類的原則。把所得每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的綜合震源機(jī)制解分成6類,以便研究其應(yīng)力狀態(tài)與活動(dòng)斷裂和地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系,具體分類情況見表4所列,其在研究區(qū)內(nèi)的空間分布情況如圖6所示。

圖6 綜合震源機(jī)制解空間分布圖Fig 6 Spatial distribution of composite focal mechanism

表4 震源機(jī)制解類型劃分Table 4 Classification of focal mechanism solutions

根據(jù)反演得到的P軸方位、T軸方位,結(jié)合研究區(qū)大地構(gòu)造分區(qū),斷裂分布以及綜合震源機(jī)制解的分類和分布情況,我們對(duì)P波極性數(shù)據(jù)所揭示的遼寧及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果,按照從北向南、自西向東的順序進(jìn)行分析。

5.1 吉黑褶皺系應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

吉黑褶皺系向南以赤峰—開原斷裂為界與中朝準(zhǔn)地臺(tái)相鄰。包含松遼坳陷和張廣才嶺優(yōu)地槽褶皺帶2個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元。松遼坳陷是一個(gè)范圍廣泛的盆地,研究區(qū)僅包括了其南部邊緣地區(qū)。從圖4、圖5,可以看出該構(gòu)造單元內(nèi)絕大多數(shù)網(wǎng)格點(diǎn)P軸方位為NNE向,傾伏角較小;T軸方位以NNW向和近NS向?yàn)橹?傾伏角相比P軸略小,體現(xiàn)出拉張的應(yīng)力狀態(tài)。這與松遼坳陷處在上地殼軟流圈上隆地帶有關(guān),上地殼軟流圈上隆,地殼被拉張減薄以及軟流圈活動(dòng)減弱基底下沉形成松遼盆地[19],T軸走向與斷陷盆地邊緣垂直。松遼坳陷內(nèi)的綜合震源機(jī)制解節(jié)面走向與北部的依林哈別爾尕—西拉木倫斷裂,西部的嫩江—青龍河斷裂走向十分接近,但幾乎都是無法確定型,一方面說明所用的震源機(jī)制分類方法區(qū)分度有限;另一方面說明這里地處吉黑褶皺系與南部的中朝準(zhǔn)地臺(tái)、西部的內(nèi)蒙—大興安嶺地槽褶皺系3個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元的交界地帶,實(shí)際的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)情況比較復(fù)雜。

張廣才嶺優(yōu)地槽褶皺帶內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,NNE向斷裂在西側(cè)呈帶發(fā)育。由圖4、圖5可知,P軸走向呈無規(guī)律性,傾伏角較小;T軸方位主要為NNW向,T軸傾伏角小于P軸傾伏角,接近于水平,體現(xiàn)了拉張的應(yīng)力狀態(tài)。這與依蘭—伊通斷裂拉張式盆地發(fā)育一致。綜合震源機(jī)制解主要為正斷型,其性質(zhì)及節(jié)面走向與主要斷裂性質(zhì)和走向相吻合[20]。此外,在依蘭—伊通斷裂東西兩側(cè),P、T軸走向,綜合震源機(jī)制解類型明顯不同,這也很好地反映出在2個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元分區(qū)交界處的局部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征。

5.2 中朝準(zhǔn)地臺(tái)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

本次研究的大部分地區(qū)都位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)東北部,包括:內(nèi)蒙地軸、燕山臺(tái)皺帶、華北斷坳、膠遼臺(tái)隆、北黃海斷坳等5個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元。內(nèi)蒙地軸為一個(gè)近EW向的軸狀長(zhǎng)期隆起地帶,以緩慢上升運(yùn)動(dòng)為主,呈近NEE—NW向長(zhǎng)橢圓形穹窿狀展布。由圖4和圖5可知,P軸走向主要為NNE—NEE向,傾伏角較小;T軸走向相對(duì)復(fù)雜一些,局部?jī)A伏角略大于P軸,體現(xiàn)出內(nèi)蒙地軸北緣在一定程度上受到來自松遼盆地?cái)U(kuò)張的擠壓。綜合震源機(jī)制節(jié)面與主要斷裂走向比較接近。在構(gòu)造分區(qū)鄰界處有無法確定型、正斷型,還有零星逆斷型和逆走滑型,表現(xiàn)出中三家子斷裂和張家口—北票斷裂(凌源—北票段)的擠壓逆斷層性質(zhì)[21],反映了因?yàn)閮?nèi)蒙地軸長(zhǎng)期持續(xù)上升[22],這里正好處在升降運(yùn)動(dòng)的過渡地帶,構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)比較復(fù)雜。

燕山臺(tái)褶帶向西延入河北境內(nèi),僅有東面的一部分位于遼寧西部地區(qū)。覆蓋層大部分褶皺,主要斷裂呈現(xiàn)NE、NNE向發(fā)育的特點(diǎn)。從圖4,圖5的應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果來看,P軸走向以NNE、NE向?yàn)橹?傾伏角較小;T軸走向以近NS向?yàn)橹?傾伏角接近水平。綜合震源機(jī)制類型以正斷型為主,局部有無法確定型和正走滑型,節(jié)面走向與主要控制斷裂走向大體一致。

NE向的斷裂及斷塊運(yùn)動(dòng)控制著華北斷坳內(nèi)部的差異及發(fā)展,在遼寧境內(nèi)僅包含下遼河斷陷1個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。下遼河斷陷位于遼河中、下游地區(qū),屬于大陸裂谷型斷陷盆地,郯廬斷裂帶北段在斷陷盆地內(nèi)展布。由圖4、圖5可見,在華北斷坳內(nèi)。P軸走向從西到東由NNE過渡到NEE向,在渤海海域局部有NW向和近EW向分布這與陳曉利等[23]的研究結(jié)果一致,且傾伏角較小;T軸走向以NNW向?yàn)橹?在遼東灣西南部渤海海域內(nèi)有零星NW西和NE向分布,傾伏角接近水平。T軸傾伏角小于P軸傾伏角,體現(xiàn)出渤海灣—下遼河盆地是上地幔軟流層上隆形成[19],且處于拉張的應(yīng)力狀態(tài),這與許才軍等[24]通過GPS數(shù)據(jù)反演應(yīng)變率揭示出郯廬斷裂帶渤海段以拉張為主的結(jié)果相吻合。華北斷坳P(guān)、T軸空間分布特征與之前一些學(xué)者的研究結(jié)果較為一致[4,25-28]。我們發(fā)現(xiàn)在遼東灣西部P軸走向呈NNW向,與其余NE走向的P軸分界處正是一條從遼東半島的普蘭店橫跨遼東灣至遼西綏中一帶的NW向地球物理異常帶,它將渤海和遼東灣分為南、北兩大部分,兩部分的構(gòu)造活動(dòng)特征存在明顯差異[29]。圖6中,華北斷坳綜合震源機(jī)制以正斷型,正走滑型和走滑型為主,遼東灣南部渤海海域有無法確定型,反映出這里是一個(gè)深部構(gòu)造的轉(zhuǎn)折地帶[30],也是地殼應(yīng)變面膨脹變化率正、負(fù)值過渡帶[31]構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜。此外,綜合震源機(jī)制解節(jié)面走向與主要斷裂走向較為一致,綜合震源機(jī)制解較好地體現(xiàn)了郯廬斷裂帶北段在下遼河—遼東灣北部的張扭性正斷層性質(zhì)[21]。

膠遼臺(tái)隆的北部處在遼寧省境內(nèi),NNE、NW和近NS走向的斷裂活動(dòng)比較強(qiáng)烈,破壞性地震多發(fā)生在這些構(gòu)造的交匯部位。NE—NNE向斷裂屬于繼承性斷裂,規(guī)模大、延伸連續(xù)性好、切割深,對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格局及其演化具有控制作用;NW向斷裂多屬于新生破裂,規(guī)模小、多呈平行狀或雁行狀、斷續(xù)展布、切割淺,其規(guī)模通常同與其交匯的NE—NNE向斷裂有一定的相關(guān)性[32]。其中,NE—NNE向斷裂為右旋走滑,NW向斷裂為左旋走滑。金州斷裂、海城河斷裂、鴨綠江斷裂是膠遼臺(tái)隆內(nèi)危險(xiǎn)性最高的地震構(gòu)造。在圖4和圖5中、P軸走向以NE—NEE向?yàn)橹?傾伏角很小;T軸走向以NNW向?yàn)橹?在膠遼臺(tái)隆東部呈近NS走向,在丹東市以東地區(qū)T軸走向不規(guī)律,推斷是因?yàn)閲?guó)境線處,反演結(jié)果受到觀測(cè)臺(tái)站的方位約束較弱所致。相比而言,所得膠遼臺(tái)隆T軸傾伏角更小,體現(xiàn)出膠遼臺(tái)隆長(zhǎng)期持續(xù)上升[22]處于拉張的應(yīng)力狀態(tài)。遼東半島地區(qū)具有很強(qiáng)的地震活動(dòng)性,因此,在金州斷裂和海城河斷裂交匯處附近,是整個(gè)研究區(qū)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)量最大、矛盾比相對(duì)較高的地區(qū)。膠遼臺(tái)隆的應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與之前學(xué)者們的研究成果比較接近[1,4-5,25-27]。由圖6可知,綜合震源機(jī)制解類型以正斷型和正走滑型為主,體現(xiàn)出金州斷裂、太子河斷裂、鴨綠江斷裂等主要控制構(gòu)造的正斷層性質(zhì)[21]。在膠遼臺(tái)隆東端有無法確定型分布,此處離國(guó)境線較近,受觀測(cè)臺(tái)站的方位約束較弱。所得綜合震源機(jī)制解節(jié)面走向與主要斷裂走向擬合較好。

6 結(jié)論與討論

根據(jù)2008年11月24日至2018年5月20日遼寧及鄰區(qū)內(nèi)6 245個(gè)天然地震的28 698個(gè)P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù),計(jì)算得到遼寧及附近相鄰地區(qū)0.25°×0.25°的精細(xì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果。反演得到的P軸方位以NE、NEE向?yàn)橹?T軸方位以NW、NNW向?yàn)橹?局部有近NS向分布,與太齡雪等[33]對(duì)遼寧地區(qū)剪切波分裂特征的研究結(jié)果比較接近,T軸傾伏角整體上小于P軸傾伏角且接近水平,反映出研究區(qū)整體上處在拉張的應(yīng)力狀態(tài)。從地球動(dòng)力學(xué)背景來看,遼寧及鄰區(qū)地理上位于中國(guó)東北地區(qū)南部,亞歐板塊東部,長(zhǎng)期受太平洋板塊NWW向的俯沖影響,這里形成了一系列NE—NNE向的隆起和坳陷并有地震的發(fā)生,同時(shí)上地幔軟流圈物質(zhì)上隆使淺部地殼呈現(xiàn)NW—NNW向的擴(kuò)張分量。

本次研究,我們直接使用了從遼寧臺(tái)網(wǎng)正式觀測(cè)報(bào)告中提取的最近10年內(nèi)定位誤差為1類,2類和3類的天然地震P波初動(dòng)極性資料,沒有對(duì)其做進(jìn)一步的精確定位處理。這是考慮到如果重新定位,有一些不足4個(gè)臺(tái)站記錄的地震事件就會(huì)被剔除掉,以致計(jì)算時(shí)所用的P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)大量減少,反倒削弱了該研究方法可充分利用大量不能單獨(dú)確定震源機(jī)制解小震資料的這一優(yōu)勢(shì)。所得結(jié)果反映的是這10年間遼寧及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的平均狀態(tài),并未對(duì)1975年海城7.3級(jí)地震前后的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)情況進(jìn)行對(duì)比和分析。但我們給出的膠遼臺(tái)隆對(duì)應(yīng)海城震區(qū)的計(jì)算結(jié)果與鄧起東等[34]通過震后水平形變計(jì)算得到的應(yīng)力場(chǎng)具有很高的一致性。2011年3月11日,日本本州島以東海域發(fā)生MW9.0特大地震,但這對(duì)本文的求解和研究難免不會(huì)造成影響。譚成軒等[35]對(duì)關(guān)鍵構(gòu)造部位進(jìn)行原位絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量和GPS測(cè)量的結(jié)果顯示,這次地震對(duì)我國(guó)東北地區(qū)的張性效應(yīng)調(diào)整周期為26個(gè)月,且東北地區(qū)震后調(diào)整期結(jié)束的主壓應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方位為NEE向。這與我們的研究結(jié)果相同。豐成君等[36]的研究認(rèn)為,日本9.0級(jí)地震未改變我國(guó)東北地區(qū)區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布特征。以上兩點(diǎn)在很大程度上可以證明,本文給出的精細(xì)結(jié)果反映的是遼寧及鄰區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的固有特征。

本文的結(jié)果也與之前一些學(xué)者的研究成果比較一致[1,4-5,25-28],只在局部略有不同。這是因?yàn)?與之前學(xué)者們[1-2,4-5]針對(duì)遼寧或部分地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究相比,我們使用的數(shù)據(jù)量更大、研究單位尺度更小、在計(jì)算過程中充分考慮了不同震中距數(shù)據(jù)的權(quán)重,更能揭示局部和重點(diǎn)地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景。全部535個(gè)綜合震源機(jī)制解中,無法確定型數(shù)量高于總數(shù)的一半,它們大多分布在地震活動(dòng)性較弱地區(qū)或大地構(gòu)造分區(qū)的交界部位。前者在反演計(jì)算時(shí)可能受到周邊網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)的平滑和約束;后者在一定程度上體現(xiàn)出在這些升降運(yùn)動(dòng)的過渡地帶,構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的不均勻性和復(fù)雜性。綜合震源機(jī)制解的節(jié)面走向與研究區(qū)內(nèi)斷裂走向比較吻合,很好地呈現(xiàn)出主要構(gòu)造的活動(dòng)性質(zhì)。

綜上所述,本研究首次給出覆蓋遼寧及相鄰地區(qū)的精細(xì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果,對(duì)于研究遼寧地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)、地震孕育過程等工作,提供了參考。

本文圖件采用GMT軟件繪制,P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)來自遼寧省地震臺(tái)正式觀測(cè)報(bào)告,斷層數(shù)據(jù)來自遼寧省地震應(yīng)急服務(wù)中心地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),在此一并表示衷心感謝。