运用地震P波初动资料求解浙江地区构造应力场

陈 鑫，于学庆，黄骥超，张付胜

（1.广西壮族自治区地震局，南宁 530022；2.甘肃省地震局，兰州 730000；3.防灾科技学院 地震科学系，河北 三河 065201）

0 引言

构造应力场研究是地球科学的一个重要分支，在解释板块运动、山脉的隆升、断裂构造的运动方式、地震的孕育和发生等方面起着最重要的作用［1］。在加卸载响应比预测地震的方法中，也需要给出地壳应力场的方向［2－5］。在开展地震应力触发的研究中，也要给出构造应力的方向和大小［6－7］才能计算后续断层面的优势方向。分时段精确求解区域构造应力场的方向还可以用来预示地震危险的程度［8－11］，在防震减灾中有一定的实用意义。自20世纪80年代开始的国际岩石圈计划开展了世界应力图编制计划。该计划由Zoback，M.L.领导，多国科学家参加，该项目搜集分析了全球范围内有关现代构造应力的测量和研究成果，在此基础上建立了全球应力数据库，编制了“世界应力图”。该图反映了全球岩石圈应力场的总体和分区特征，并对岩石圈中构造应力的作用情形进行了解释［12］，此成果成为研究地球动力学的基础资料。中国学者近年来在构造应力分区研究等方面取得了重要的进展［13－16］，特别是“东亚地区现今构造应力图”的编制完成［14］和“中国大陆地壳应力环境基础数据库”的建立［16］，标志中国在构造应力场方面的研究达到一个新的水平。该方面的成果为中国及其邻区板块运动等地球动力学研究提供了基础约束。

在大地构造上，浙江省分属于扬子准地台和华南褶皱系两个一级构造单元。以江山－绍兴断裂为界，西北部为扬子准地台钱塘台褶皱［17］，东南褶皱带二级构造单元。浙江省主要大断裂带有北东向，北西向和东西向3 组。其中以北东向断裂带占优势。这3组断裂带控制了浙江省的地震活动。浙江省历史上较大的地震几乎都分布在这几条断裂带上，也有部分分布在这几组断裂带的交汇部位。其中镇海－温州断裂带上发生4级以上地震10余次，最大为1813年温州4.7级地震，余姚－丽水断裂带及相邻的丽水－奉化断裂带上发生4级以上的地震6次，最大的是1574年庆元5.5 级地震，其次为1866年景宁4.7级，萧山－球川断裂带上4级以上地震发生了10 余次，其中最大的是929 杭州5级［17］。浙江省的几条北东向大断裂几乎多延伸到长江口地区，在长江口地区历史上发生过多次强震，由于活动构造上的联系，长江口的中强地震与浙江陆地上的中强震有一定的呼应关系。因此研究该地区的应力场对地震构造环境和地震孕育背景有十分重要的现实意义。

虽然前人对中国大陆应力场有了一定的研究，但相对于地震资料较少的浙江地区，目前只在文献上查到汪素云和许忠淮［18］和Wan［15］。汪素云和许忠淮［18］只是给出了该地区的平均P、T 轴的图形，以此来解释中国东部大陆地壳应力背景及其动力学，没有给出具体数值。其他两篇所采用的资料较为有限。而欲研究地震孕育过程，需知道具体的应力方向数值［2－5］。1998年以来，新布设的密集数字地震台网的运行和地震资料的增加为该地区的应力场的精确求解提供了难得机会。我们拟采用该地区新布设的数字地震台网记录到的1998—2002年的地震资料精确求解该地区的应力场。

1 方法

采用大量小震P 波初动资料推测应力场方向的研究是Aki首先提出的［19］。由于该方法可以利用大量的不能单独确定震源机制的P 波初动数据推断应力方向，因此，得到了较为广泛的应用。李钦祖等［20］根据该方法求得了红山台和沙城台两个区域的应力场。许忠淮等［21－22］对其进一步发展，采用研究区域的多个地震和多个台站求解区域应力场的格点尝试法。刁桂苓等［23］也用求解综合断层面解来推测京津唐张地区的应力方向。许忠淮等总结了该方法得到的结果，综合得到了中国大陆的应力场方向和动力学模型［24－25］。本文我们采用许忠淮等［22］的格点尝试法求解浙江地区的应力场，其原理如下：

按震源的双力偶点源模式，为确定震源机制解，只要确定震源处“震源坐标架”的空间方位就行了。震源坐标架可由断层滑动方向（X 轴）、断层面的法线方向（Y 轴）和二节面的交线（Z轴，即B轴）组成。本程序是先求平均的P、B、T 三轴，再计算X、Y 轴。

用三个独立变化的角度可以规定震源坐标架的空间方位。本程序确定震源坐标架的步骤是：

取定地平坐标架（向东）（向北）（向上）；用方位角Az（从正北顺时针量，0°～360°）和倾斜角ih（从垂直向上轴量至Z轴）确定Z轴的空间方位；再用角度R确定另两轴的位置。R是Z轴的垂直面与水平面的交线到X轴（或Y轴）的夹角。

于是，一组（Az，ih，R）数值就可确定一个震源坐标架相对于地平坐标架的空间位置。格点尝试法是以一定步长，例如10°×10°×10°或5°×5°×5°，改变Az、ih和R的数值，对这三个角度所有可能的取值逐一进行尝试，看哪一组（Az，ih，R）对应的两个理论正交节面（即XY 面和YZ面）可将观测的P波初动方向分为正负相间的四象限，使得与此象限划分矛盾的观测数据最少。根据观测数据拟合最佳的一组（Az，ih，R）可计算出震源机制解的各有关参数。

图1 震源坐标与东北上坐标示意图

2 资料

我们读取了浙江地区1998—2002年间记录的44个地震的168条P 波初动资料。地震和台站的分布见图2。由图可见，大部分地震分布在研究区域北部，因此严格来讲，该处求解的应力场为浙江地区北部的应力场。按照这些地震位置计算各个台站震相（Pg和Pn）的方位角和离源角，投影到乌尔夫网上，得到其分布图为图3。

3 结果

图2 浙江地区的台站和地震分布图

图3 P波初动符号在乌尔夫面上的投影。实心圆表示初动符号向上，空心圆表示初动方向为向下。

按照上面的资料和方法，我们得到该地区的综合震源机制的节面分布和平均P、T 轴分布（图4）。其中结果的符号矛盾比为31%；A 节面走向、倾角和滑动角为113°，88°和6°；B节面走向、倾角和滑动角为23°，84°和178°。平均P轴的走向和倾俯角分别为248°和3°，平均T 轴的走向和倾俯角分别为338°和6°。P轴和T 轴的倾俯角较小，接近水平，说明该地区的应力场以走滑为主。其P、T 轴也相对比较集中，说明了反演结果具有相对稳定性。

4 结论与讨论

我们根据浙江地区1998—2002年的地震波形资料反演了该地区的地壳应力场。我们的结果表明浙江地区的应力场的P、T 轴均接近水平，表明该地区的地震以走滑为主。平均P 轴的走向和倾俯角分别为248°和3°，平均T 轴的走向和倾俯角分别为338°和6°。这些参数对地球动力学研究和地震地质研究，乃至地震预测研究［2－4］均具有重要的参考意义。

图4 浙江地区的应力场状态

与汪素云和许忠淮［18］的结果比较，我们采用了更多的资料，并且我们计算的矛盾比小于他们的矛盾比，表明我们的方法更为准确。与Wan［15］的结果相比，Wan采用了震源机制求解应力场的方法［26］，只能采用已得出震源机制的地震资料，因此所选用的资料非常有限，而我们采用了44个地震的168条P波初动资料，远比他们的资料多，因此更为符合实际。我们得到的应力场方向跟他们得到的结果相差无几，表明我们的结果的可信性。

表1 本研究与前人研究得到结果的比较

本研究采用许忠淮等［21－22］求解综合震源机制的格点尝试法，在计算过程中采用均匀地壳模型，没有考虑速度成层介质［27］对离源角计算的影响，也没有采用P／S的振幅比信息［28］我们的下一步工作需要考虑这些因素进行进一步的研究。

致谢：中国地震局地球物理研究所许忠淮研究员提供了格点尝试法的程序，钟雨云研究员提供了浙江地区的地震波形数据资料，在此表示感谢。

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