华北北部地区震源机制解及构造应力场特征分析*

武敏捷 林向东 徐 平

(北京市地震局，北京 100038)

华北北部地区震源机制解及构造应力场特征分析*

武敏捷 林向东 徐 平

(北京市地震局，北京 100038)

利用华北北部地区2002-01—2010-06月848个Ml≥2.0地震的震源机制解，根据区域构造活动特征将其划分为4个研究区，分析各研究区震源机制解特征，并采用1°×1°的网格，0.5°滑动分区的方法对华北北部地区各研究区和空间滑动进行应力场特征研究。结果表明，各研究区的最大主应力的方位为NEE向，最小主应力方位为NNW向，与华北地区区域构造应力场方向较一致。各研究区的应力结构均为走滑型，水平应力作用为华北北部地区构造应力场的主要特征，震源错动方式以水平走滑为主。

华北地区;震源机制解;构造应力场;最大主应力方位;最小主应力方位

1 引言

大量断层面解的平均P、B、T轴可以推断区域平均构造应力场的方向［1］。李瑞莎等［2］依据2002—2006年的中小地震资料，利用格点尝试法分析计算了华北北部4个应力小区的平均主应力轴，讨论了华北北部地区的现今应力场特征。张红艳等［3］依据活动构造展布及震中分布等情况，将张家口-渤海断裂带陆地段及邻近地区划分为6个应力区，利用格点尝试法计算了1967—2006年间6个分区内的震源机制解。结果显示，6个分区的应力结构较为一致，均为走滑型应力结构，但在应力方向上有明显不同。

本文将应用Gephart的应力张量反演方法［4］研究华北北部地区构造应力张量的变化特征，探讨区域构造应力场的发展变化。

2 资料选取与方法原理

资料来源于华北北部地区(37°～42°N，113°～119°E)2002-01—2010-06月848个Ml≥2.0以上地震的震源机制解。

对资料的处理采用层状介质中的点源位错震源模型［5］，即计算综合地震图得到P、S波的最大振幅，通过其垂直向最大振幅比值与观测资料拟合的方法，反演得到震源机制解。

根据震源机制解反演构造应力场时，只能确定应力张量6个独立参数中的4个量，即3个主应力方向和主应力的相对大小R(R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1))。其中，σ1、σ2和σ3分别为最大、中等、最小主应力。

使用震源机制解P、T轴的倾角、方位等作为应力张量反演的输入数据，并将数据校正为相互正交的数据，反演过程中将震源机制解的两个节面都考虑为可能的断层面，并选择最合适的断层面，通过网格搜索法，将断层滑动方向与最大剪应力方向间的残差最小作为目标函数，寻找一个应力张量，使得该应力张量在这组地震的断层面上的剪切应力方向与滑动方向之差的总和为最小值。计算中采用5°网格进行搜索，并选择最合适的断层面。R值的范围从0到1，步长选取为0.05，根据断层滑动方向与最大剪应力方向间残差最小获得最优应力模型，得到主应力的方向和R值。

3 区域构造背景和应力分区划分

根据华北北部区域地质构造活动和震中分布特征，以山西断陷带、唐山-河间-磁县断裂带和张家口-渤海断裂带的边界［6］，将其划分为A、B、C、D4个研究区(图1)，分别对其进行应力张量反演计算。

图1 华北北部地区Ml≥2.0地震震中分布及研究分区图Fig.1 Epicenters of Ml≥2.0 earthquakes and studied partitions in northern part of North China

4 震源机制解特征分析

对华北北部各研究区震源机制解类型的统计分析结果如表1所示。

统计结果表明，4个研究分区的走滑断层所占的比例分别为63.2%，63.3%，70.4%，66.0%，正断层所占的比例分别为31.1%，20.0%，16.9%，22.4%，逆断层所占的比例分别为5.7%，16.7%，12.7%，11.6%，逆断层所占的比例相对较少。

从P、T、B轴方位及断层走向和滑动角来看(图2，表2)，4个分区P轴方位的优势分布为NNE-NEE向，T轴方位的优势分布为NNW-NWW向，节面走向和B轴方位分布较散乱，看不出较好的优势分布方向。

从各研究区两个节面和P、T、B轴的倾角分布来看(图3，表3)，4个研究区节面的倾角≥45°所占的比例较大，P、T轴倾角＜30°则占绝大多数，B轴倾角≥45°的比例较大。结果表明，4个研究区中绝大多数地震震源处的应力场以水平作用为主，破裂以水平走滑为主。

表1 各研究区断层类型Tab.1 Fault type of the partitions in northern part of North China

图2 各分区断层走向、滑动角及P、T、B轴方位Fig.2 Strike，slip of fault and the orientation of P，T，B-axis in each partition

图3 各研究区两个节面及P、T、B轴倾角的分布Fig.3 Dip of two nodal planes and P，T，B-axis in each partition

5 应力场反演

5.1 各研究区应力场反演结果

对华北北部4个研究区分别进行了应力场反演，反演结果见表4。

由图4和表4可以看出，4个研究区的最大主压应力方位为NEE向，倾角为0°～18°，最小主压应力方位为NNW向，倾角为0°～34°，倾角均接近水平，中间主应力轴倾角为56°～79°，倾角较为陡峭或接近直立，应力所反映的断层性质均为走滑型。其中，D区的最大主压应力方位为268°，近EW向，最小主压应力方位为178°，近NS向。由表4可以看出，华北北部4个研究区的R值较接近。其结果与文献［2］得到的结果较一致。

表2 各研究区断层走向及P、T、B轴方位统计(单位：%)Tab.2 Strike of fault and the orientation of P，T，B-axis in each partition(unit：%)

表3 各研究区两个节面及P、T、B轴倾角的统计(单位：%)Tab.3 Dip of two nodal planes and P，T，B-axis in each partition(unit：%)

表4 各研究区应力张量反演结果Tab.4 Results of stress tensor inversion in the studied partitions

图4 华北北部各研究区震源机制解分布图Fig.4 Distribution of P-axis orientation

5.2 网格滑动分区应力场反演结果

采用1°×1°的网格，0.5°滑动分区的方法对华北北部地区进行空间滑动应力场反演(共划分为99个网格)。其中有32个网格范围的地震个数不足5个，不满足空间滑动应力场反演条件而没有反演，因此只有67个网格参与应力场反演计算，其反演结果见图5。反演计算得到54个分区的最大主压应力方位为NEE向，13个分区的最大主压应力方位为NWW向。

由滑动应力张量反演结果可以看出，各构造分区滑动应力分区的最大主压应力方位大部分为NEE向，最小主压应力方位大部分为NNW向。其中，有部分应力分区的最大主压应力方位近EW向，如阳泉、石家庄附近地区，安新断裂、沧西断裂附近，宁河-昌黎断裂、滦县-乐亭断裂、丰台-野鸡坨断裂和蓟运河断裂所围限的菱形区域及附近地区各分区的最大主压应力方位为近EW向。另外，河北兴隆附近区域的最小主压应力方位为NWW向。

图5 各滑动区应力场方位图Fig.5 Orientation of stress field in the sliding partitions

6 结论与讨论

1)反演结果显示，4个研究区的最大主压应力方位为NEE向，倾角为0°～18°，最小主压应力方位为NNW向，倾角为0°～34°，最大和最小主应力的倾角均接近水平，中间主应力轴倾角为56°～79°，倾角较为陡峭或接近直立。其中，B、C两个区的最大主压应力方位相一致，为62°，D区的最大主压应力方位为268°，近EW向，最小主压应力方位为178°，近NS向，总体来看，4个研究区的应力场方向与华北地区的区域构造应力场方向较为一致，水平应力作用为华北北部地区构造应力场的主要特征。

2)由震源机制解类型来看，各研究区内均以走滑型断层为主，正断层次之，逆断层所占的比例相对较少。各研究区震源机制解参数特征表明，4个区P轴的优势方位分布为NNE-NEE向，T轴的优势分布为NNW-NWW向，节面走向和B轴方位分布较散乱，看不出较好的优势分布方向。4个区节面的倾角≥45°所占的比例较大，P、T轴倾角＜30°则占绝大多数，B轴倾角≥45°的比例较大。4个研究区中绝大多数地震震源处的应力场以水平作用为主，破裂则以水平走滑为主。

致谢 感谢刁桂苓研究员提供震源机制解数据及给予的指导和帮助，感谢与张红艳讨论得到有益帮助!

1 许忠淮，阎明，赵仲和.由多个小地震推断的华北地区构造应力场的方向［J］.地震学报，1983，(3)：268-279.(Xu Zhonghuai，et al.Evaluation of the direction of tectonic stress in north china from recorded data of a large number of small earthquakes［J］.Acta Seismologica sinica，1983，(3)：268-279)

2 李瑞莎，等.华北北部地区现今应力场时空变化特征研究［J］.地震学报，2008，(6)：570-580.(Li Ruisha，et al.Temporal and spatial variation of the present crustal stress in northern part of North China［J］.Acta Seismologica sinica，2008，(6)：570-580)

3 张红艳，等.张渤带陆地段现代构造应力场的非均匀特征［J］.中国地震，2009，(3)：314-324.(Zhang Hongyan，et al.Research on Heterogeneity of the Present Tectonic Stress Field at the Overland Part of the Zhangjiakou-Bohai Fault Zone［J］.Earthquake Research In China，2009，(3)：314-324)

4 Gephart J W.FMSI：A FORTRAN program for inverting fault/slickenside and earthquake focal mechanism data to obtain the regional stress tensor［J］.Comput.＆Geosci，1990，(7)：953-989.

5 粱尚鸿，等.利用区域地震台网P、S振幅比资料测定小震震源参数［J］.地球物理学报，1984，(3)：249-257.(Liang Shanghong，et al.On the determining of source parameters of small earthquakes by using amplitude ratios of P and S from regional network observations［J］.Chinese Journal of Geophysics，1984，(3)：249-257)

6 徐杰，宋长青，楚全芝.张家口-蓬莱断裂带地震构造序列的初步探讨［J］.地震地质，1998，(2)：146-154.(Xu Jie，Song Changqing，Chu Quanzhi.Preliminary study on the seismotectonic characters of the Zhangjiakou-penglai fault zone［J］.Seismology and Geology，1998，(2)：146-154)

ANALYSIS OF FOCAL MECHNISM AND TECTONIC STRESS FIELD FEATURES IN NORTHERN PART OF NORTH CHINA

Wu Minjie，Lin Xiangdong and Xu Ping
(Earthquake Administration of Beijing Municipality，Beijing 100038)

With 848 Ml≥2.0 focal mechanisms which occurred during in January，2002 to June 2010 in northern part of North China，and according to regional tectonic feature，the area is divided into four studied regions to analyze the focal mechanism features of each partitions and to research stress field feature parted by 1°×1°and with 0.5°slip trapeze zone.The results show that the maximum principle stress orientation of various studied partitions all is NEE，the minimum principle stress orientation is NNW，they are basically consistent with the direction of tectonic stress field in North China.The stress structures of various partitions all are of strike-slip type，the principle feature of tectonic stress field in northern part of North China is horizontal stress action，the way of focal strain-slip way is strike-slip mainly.

North China;focal mechanism;tectonic stress field;maximum principle stress orientation;minimum principle stress orientation

1671-5942(2011)05-0039-05

2011-04-14

北京市地震局任务性科技专项(JZX-201103)

武敏捷，女，1977年生，工程师，主要从事数字地震学与地震预测等研究.E-mail：wmj1977@163.com

P315.72+7

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