2012年2月2日盖州M L 4.7震群序列特征及发震构造探讨

曹凤娟 王 亮 焦明若 翟丽娜 王 岩

(辽宁省地震局，沈阳 110034)

0 引言

震群是地震活动的一种表现形式，它的发生和发展与地下物质运动、应力状态、局部地区的构造条件和地壳介质特性有关，同时也受大范围构造应力制约。研究表明，小震群活动的出现不是偶然的，它们大多发生在地壳运动增强的背景之上(朱传镇等，1981)。目前，有关震群序列的研究取得了大量的成果(赵根模，1990;林邦慧等，1994;蔡静观等，1996;高原等，1996;朱传镇等，1996;王琳瑛等，2005;黄耘等，2011;崔子健等，2012)，研究方法主要基于地震活动性、地震波形、余震激发和岩石物理实验及数值模拟等(崔子健等，2011)。由于地下介质和发震构造的差异，不同地区的震群活动具有不同特征。辽宁地区成功预报的2次地震(1975年2月4日海城7.3级和1999年11月29日岫岩5.4级)震前均有震群序列发生，且均为前震序列(李兴才，1994;左兆荣等，1995;罗灼礼等，2000;孙文福等，2000;王琳瑛等，2005)，但2012年2月2日在距离上述2次地震40～50km的盖州发生的4.7级震群序列却不具备前震序列性质。因此，详细分析该震群序列的特征，通过精定位和震源机制对震群序列进行深入研究，无论是对环渤海地区的震情跟踪，还是对地震孕育过程及发震构造等方面的探索都具有十分重要的意义。

图1 2012年2月2日盖州M L4.7震群及该区附近典型的历史地震Fig.1 The M L4.7 Gaizhou earthquake swarm on February 2，2012 and the typical historical earthquakes in the nearby areas.

1 盖州M L4.7震群序列基本概况和特征

1.1 序列基本概况

2012年2月2日，在辽宁盖州(40.56°N，122.36°E)发生ML4.7震群序列，据辽宁地震台网，截止到2012年12月5日，该序列共记录小震953次。其中，1.0～1.9级地震93次，2.0～2.9级地震30次，3.0～3.9级地震5次，4.0～4.9级地震4次，分别为2月2日 ML4.7和ML4.3、7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震(表1)。

本次ML4.7震群发生在金州断裂北端。金州断裂为正断层，在第四纪时期表现出明显的活动性，走向为N15°～30°E，倾向NW，倾角为40°～80°，为辽南地区主要的控震断裂，但实际的地震破裂则大多发生在NW向断裂上(雷清清等，2008)。金州断裂主要展布在普兰店西侧，在断裂附近有一系列相关联、近平行的小型分支断裂发育(钟以章等，1999)，历史上金州断裂上发生的最大地震为1940年8月5日熊岳5.7级地震。2月2日盖州ML4.7地震距离1975年2月4日海城7.3级地震约37km，距离1999年11月29日岫岩5.4级地震约60km(图1)。

1.2 序列时空分布特征

1.2.1 时间分布特征

自2012年2月2日盖州ML4.7地震开始，序列先后经历了3次明显的应力释放过程。第1次为2月2日，截止到2月7日，该序列共发生小震595次，其中1.0～1.9级地震51次，2.0～2.9级地震11次，3.0～3.9级地震3次，4.0～4.9级地震2次;第2次应力释放为7月12日，盖州震群再次发生ML4.2地震，截止到7月17日，该序列共记录地震309次，其中4.0～4.9地

震1次，3.0～3.9级地震2次，2.0～2.9级地震7次，1.0～1.9级地震35次;第3次应力释放为11月1日，盖州震群又发生ML4.1地震，截止到11月5日，该序列共记录地震49次，其中4.0～4.9地震1次，2.0～2.9级地震3次，1.0～1.9级地震7次(图2a)。

表1 2012年盖州M L4.7震群中M L≥2.0地震目录Table 1 M L≥2.0 earthquake catalog in the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm

同样，从盖州ML4.7震群序列的蠕变释放曲线(图2b)也可看出，这次地震后，该序列有2次明显加速释放的过程，一次在7月，一次在11月，分别对应了7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震。且随着时间的推移，能量释放有逐渐减弱的趋势。

图2 2012年盖州M L4.7震群序列的M－t图和蠕变释放曲线Fig.2 The M－t diagram and the creep release curve of the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm.a盖州序列M－t图;b盖州序列蠕变曲线

1.2.2 空间分布特征

地震定位大致可以分为相对定位和绝对定位2种。近年来，相对地震定位方法发展起来一种双差定位方法，它是反演一组丛集地震中每个地震相对于该丛集矩心的相对位置，不需要主事件，该方法最主要的特点是能够有效地减少对地壳结构的不了解而引起的误差(杨智娴等，2003)。因此，定位精度与地震事件丛集区域大小密切相关，地震丛集性越强，定位精度就越高(秦双龙，2009)。

双差定位法尤其适用于震源分布集中的震群序列或相邻地震事件距离几百m或更小的地震丛集。为此，应用双差定位法对盖州ML4.7震群进行了重新定位，定位前序列的空间分布大体上呈NW向，SN向分布较分散(图3a)，定位后序列空间分布较定位前更为集中，在金州断裂和营口－海城断裂之间呈NW向展布(图3b)，且随着时间的推移，序列有从金州断裂向营口－海城断裂迁移的趋势。同时，由精定位后的序列深度剖面(图4)可见，序列中7月12日的ML4.2地震序列发生在2月2日ML4.7地震序列的西北端，11月1日ML4.1地震序列继续向NW方向展布，震源深度大部分集中在6～9km。值得注意的是，2月2日ML4.7地震序列中最初2次较大地震(表1中序号为2和4的地震)分布位置明显偏离该序列空间分布的主体地区，而位于序列主体地区的NW方向(图4中虚线)，震源深度也更靠近地表，而后来7月12日的ML4.2地震序列的空间展布也刚好位于2月2日ML4.7地震序列的NW方向(图3b，4)。

图3 双差定位前(a)、后(b)的2012年盖州M L4.7震群空间分布Fig.3 The spatial distribution of the 2012 Gaizhou M L4.7 earthquake swarm before(a)and after(b)the double difference location.

图4 双差定位后盖州M L4.7震群深度剖面分布Fig.4Thefocal depth profile of the Gaizhou M L4.7 earthquake swarm after the double difference location.

2 序列机理与发震构造分析

由图2a可见，盖州ML4.7地震序列先后经历了3次明显的应力释放过程，分别对应于2012年2月2日ML4.7和ML4.3、7月12日ML4.2和11月1日ML4.1等4次较大地震。张萍等(2012)对盖州ML4.7震群中这4次较大地震的震源机制研究表明(表2)，2月2日发生的2次4级地震的震源机制解显示发震断层为正断兼走滑，P轴方位在94°～120°之间，这与部分学者(徐杰等，1999，2012;葛荣峰等，2009)对这一地区区域构造应力场研究的结果基本吻合，说明2月2日发生的盖州ML4.7地震序列是在NWW或近EW向区域应力场作用下，金州断裂走滑错动的结果。但7月12日和11月1日的2次4级地震的P轴方位转变为近NS向，且由精定位结果(图3b)来看，这2次地震有往NW向营口－海城断裂迁移的趋势，由此推测这2次明显的应力释放过程不单纯是金州断裂滑动的结果，营口－海城断裂也起了一定的作用。

表2 盖州震群中M L≥4.0地震震源机制解Table 2 The focal mechanism solutions of M L≥4.0 earthquakes in the Gaizhou earthquake swarm

图1显示，2月2日盖州ML4.7地震序列所在的地理位置刚好位于金州断裂和营口－海城2条雁列式断裂交会的部位。为了进一步研究盖州震群的发震构造，将精定位后的盖州地震序列空间分布与雁列式断层标本变形过程中的声发射事件的定位结果(蒋海昆等，2002;马胜利等，2008)相比较发现，盖州ML4.7地震序列的空间分布和岩石破裂实验给出的标本变形过程中的微观和宏观破裂分布(图5)有一定的相似之处。岩石破裂实验给出的宏观破裂方向为NW向(图5a)，与盖州震群小震的空间展布方向一致(图3b)。此外，由含拉张断层阶区岩石标本的声发射能级－时间分布图(图6)和盖州地震序列M－t图(图2a)对比也可发现，时间序列上二者也很类似:2月2日之前盖州地区的小震活动水平并不高，亦即声发射实验的第1阶段(声发射活动频度不高);2月2日盖州ML4.7地震序列的发生，对应声发射实验的第2阶段(声发射活动明显增强)，在M－t图上也显示地震活动明显增强;而7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震的发生，均为区域应力场作用下盖州ML4.7地震序列的持续活动，对应声发射实验的第3和第4阶段，粘滑失稳对应有一个能级较大或一簇声发射事件。

图5含拉张断层阶区标本(HBR05 － 10)变形过程中产生的宏观和微观破裂(据马胜利等，2008)Fig.5Macroscopic and microscopic ruptures during the deformation of the sample(HBR05－10)with extensional en-echelon faults(after MA Sheng-li，2008).

结合盖州震群几次较大地震的震源机制解和辽宁地区的区域构造应力场，不难发现，盖州地震序列所在的位置可能为金州断裂和营口－海城断裂的拉张阶区。盖州序列的NW向展布方向(图3b)大体上垂直于金州断裂和营口－海城断裂的走向(NNE向)，因此，由拉张型雁列区宏观破裂方向与轴向应力方向垂直(蒋海昆等，2002)的研究结果来看，也表明盖州ML4.7地震序列所在的位置属金州断裂和营口－海城断裂拉张阶区。马胜利等(2008)实验结果也表明，拉张阶区的持续变形在断层活动阶段有重要作用，阶区微破裂的发生为断层粘滑提供了变位条件，并对断层的滑动具有指示作用。由此可见，盖州ML4.7震群的发震构造为NE向的金州断裂和营口－海城2条雁行断裂，这种雁形构造有利于构造应力场在该地区产生地震丛集。盖州ML4.7地震序列的发生可能是金州断裂和营口－海城断裂共同作用的结果，同时也表明在区域应力场的作用下，金州断裂和营口－海城断裂有活动的迹象。

3 结论与讨论

(1)2012年2月2日开始的盖州ML4.7震群序列，随着时间的推移，能量释放有逐渐减弱的趋势。且序列有2次明显的加速释放过程，分别对应了7月12日ML4.2和11月1日ML4.1地震。

(2)双差定位结果显示，精定位后盖州ML4.7震群序列空间分布更为集中，在金州断裂和营口－海城断裂之间呈NW向展布，序列随时间有从金州断裂向营口－海城断裂迁移的趋势，震源深度大部分集中在6～9km。

图6 含拉张断层阶区标本的实验结果(据马胜利，2008)及盖州M L4.7震群M－t图Fig.6 The experimental results of the sample(HBR05－10)with extensional en-echelon faults(after MA Sheng-li et al.，2008)and the M － t diagram of Gaizhou M L4.7 earthquake swarm.

(3)2月2日发生的2次4级地震的震源机制解P轴方位为94°～120°，这与前人对这一地区区域构造应力场研究的结果基本吻合，说明2月2日发生的盖州ML4.7地震序列是在NWW或近EW向区域应力场作用下，金州断裂走滑错动的结果。但7月12日和11月1日的2次4级地震的P轴方位转变为近NS向，且由精定位结果(图3b)来看，这2次地震有往NW向营口－海城断裂迁移的趋势，由此推测这2次明显的应力释放过程不单纯是金州断裂滑动的结果，营口－海城断裂也起了一定的作用。

(4)结合声发射等实验结果，进一步表明盖州ML4.7震群的发震构造为NE向的金州断裂和营口－海城2条雁行断裂。该震群的发生可能是金州断裂和营口－海城断裂共同作用的结果，同时也表明在区域应力场作用下，金州断裂和营口－海城断裂有活动的迹象。

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