关中盆地地壳应力场特征分析

闫俊义，吕 睿，赵 涛，王 莹，白若冰，古云鹤

(1.陕西省地震局，陕西 西安 710068;2.山西省地震局，山西 太原 030021)

0 引言

关中盆地又称渭河盆地，夹持于鄂尔多斯块体与秦岭造山带之间，是鄂尔多斯、华南等活动块体差异运动的调节带，在我国现代构造变形的大陆动力学格局中具有特殊地位。关中盆地属于汾渭地震带的一部分，地震活动频繁，历史上曾发生过1556年华县8级大地震[1]。文章通过对渭河盆地构造应力场演变特征的研究，讨论了盆地的形成机制[2]，分析了渭河盆地内部历史地震和现今地震的空间分布特征，得出立交构造控制了盆地内部的地震活动[3]。通过计算近10 a的小震震源机制解，研究陕西地区的平均应力场[4]。使用广义极性振幅技术计算了陕西地区小微震事件的震源机制，给出了震源机制解类型特征，进而探讨驱动该区域构造变形和强震发生的动力学机制。

1 地质构造背景和数据

关中盆地内部活动断裂比较发育，主要有华山山前断裂、渭南源前断裂、临潼-长安断裂、秦岭北缘断裂、渭河断裂等。这些断裂大多以左旋走滑和正断性质为主，控制着盆地内构造应力场的演化，同时也是中强地震的控震构造。华县大地震是发生在高角度正断层上为数不多的强震之一，其发震构造目前还存在争议[5]。由图1历史震中分布可以看出，中强地震与活动断裂关系密切。

震源机制解是分析地壳应力场的基础资料。此次研究收集震中位于关中盆地的1972-2018年的震源机制解共102个[6-10]，对于惠少兴等[4]的结果只保留了ML2.0以上的震源机制解，还从陕西省地震监测中心收集了部分震源机制解数据。早期的震源机制解参数中没有滑动角，通过P、T轴参数求解其对应的节面参数，补齐分析数据。

图1 关中盆地活动构造与历史地震Fig.1 Active structures and historical earthquakes in Guanzhong Basin

2 震源机制解特征

通过震源机制3个应力轴(P、T、B)倾俯角的最大值，来判断震源机制破裂类型的归属[11]。如P轴倾俯角最大，即P轴直立或者接近直立，则地震破裂类型属于正断层类型。以此类推，T轴倾俯角最大的地震破裂类型属于逆断层类型，B轴倾俯角最大的地震破裂类型属于走滑断层类型。根据上述震源机制解分类规则，将关中盆地的102个震源机制解分为3类。走滑断层型地震48次，占47.1%；正断层类型地震39次，占38.2%；逆断层类型地震15次，占14.7%。整个区域走滑型和正断层型占主导，大致为85.3%，与渭河断陷带现今的拉张状态相一致。

走滑类型和正断层类型的地震散布在关中盆地内部，而走滑类型的地震更靠近盆地边界断裂，正断层类型地震分布趋于盆地中间部位。两种类型地震较为集中的地方位于渭南塬前断裂、骊山北麓断裂、渭河断裂、临潼-长安4条断裂的交汇处，同时也处于口镇-关山断裂与渭河北山山前断裂东段的交汇部位，这些断裂的交汇处容易造成应力积累，同时还发生了逆冲类型的地震。震源机制解不同类型的分布特征基本符合活动构造的运动方式和断裂性质(见图2)。

图2 关中盆地震源机制解不同类型分布Fig.2 Distribution of focal mechanism solutions in Guanzhong Basin

3 地壳应力场反演

基于关中盆地中小地震震源机制解资料，使用ZMAP软件包([11]Wiemer，2001)自带的Michael反演方法[12]，对关中盆地应力场进行反演。结果显示，关中盆地最大主压应力轴方位261.8°，倾角48.8°；中等主压应力轴方位74.3°，倾角40.9°；最小主压应力轴方位167.4°，倾角3.7°(见图3)。这与杜兴信等[7]反演得到的陕西地区平均应力场基本一致，只是正断分量比重有所增加，与断陷盆地拉张的应力状态一致。关中盆地的最大主压应力轴与区域内的断裂近乎平行或者小角度斜交，应力状态为正走滑型，与震源机制解分类统计的特征相似，反映出关中盆地夹持在青藏块体、鄂尔多斯块体、华南地块之间所受的复杂动力作用。

图3 关中盆地应力场反演结果投影Fig.3 Projection of inversion results of stress field in Guanzhong Basin

4 结论与讨论

文章收集整理关中盆地1972-2018年中小地震的震源机制解，分析了震源破裂类型，表明走滑型和正断层型地震占优势地位，与渭河断陷盆地拉张伸展的应力状态一致。这与郭祥云等[10]关于关中盆地的研究结果类似。在关中盆地内部有个地震丛集区，该区为几条活动断裂的交汇处，容易造成应力集中，复杂的应力环境使得该区走滑类型、正断层类型和逆断层类型的地震都有发生，但仍以走滑型和正断层型占主导，这与各条活动断裂的运动方式和性质相符合。应力状态为正断层兼走滑分量，最大主压应力方向与盆地边界断裂走向平行或小角度斜交。瞿伟等[13]以高精度GPS成果为边界条件，构建了区域三维有限元模型模拟断裂运动性质及区域构造应力场。结果显示关中盆地中部区域是拉张应力(NW-NE向)集中带，与震源机制解反演的应力场结果基本一致。同时，这样的地壳应力场也造成了渭河盆地内构造地裂缝较为发育[14]。