广西北流-广东化州MS 5.2级地震发震构造探讨

王小娜,邓志辉,王力伟,杨 选

（1.广东省地震局,广州 510070；2.南方海洋科学与工程广东省实验室,广东 珠海 519000）

0 引言

经中国地震台网中心测定,北京时间2019年10月12日22时55分广西北流与广东化州交界（22.16°N,110.52°E）发生MS5.2级地震 ,震源深度10 km（图1）,地震发生前2 s ,其北西侧发生1次4.2级前震。根据广西及广东省地震局地震烈度调查与评定结果（http://www.gxdzj.gov.cn/dzyjcl/17431.jhtML）,此次地震极震区烈度为Ⅵ度,等震线形状呈椭圆形,长轴总体呈NW向,长约19 km,短轴约10 km,面积约为141 km2,共造成广东化州市平定镇、播扬镇和广西北流市六靖镇、石窝镇和清湾镇5个乡镇受灾,目前无人员伤亡,直接经济损失约505万元。

地震发生后广东省地震局及广西省地震局组成应急工作小组前往震源区进行应急处置工作,在5.2级地震周边30 km范围内布设了6个地震台站（图1）,显著提高了5.2级地震序列的监测能力。截止到2019年12月25日,共记录到余震205次,其中ML0.0～0.9地震123次、ML1.0～1.9地震 70次、ML2.0～2.9地震 10次、ML3.0～3.9地震2次,最大余震为2019年10月12日23时31分的ML3.2地震（图1）。

2016年7月31日距北流5.2级地震北东约230 km处发生广西苍梧5.4级地震,广西苍梧5.4级地震打破了东南沿海地震带近18年的5级地震平静,标志着东南沿海地震带进入1900年以来第Ⅴ活跃幕[1]。2018年11月26日台湾海峡6.2级地震打破了东南沿海地震带近24年的5.5级地震平静[2],而广西北流—广东化州5.2级地震再次确认了东南沿海地震带正处于第Ⅴ活跃幕。因此研究这些地震的震源机制及动力学特征,对于东南沿海地震带震情研判具有重要意义。

广西北流—广东化州5.2级地震位于少震弱震区,1800年后, 5.2级地震周边100 km范围内仅在1890年8月30日广东廉江及广西陆川交界处发生5¾级地震,两次地震相距61 km。鉴于震源区周边较低的地震活动性,相关的地球物理学研究资料较少,这为研究本次地震的发震构造增加了难度,因此,本文尝试利用固定台站和流动台站记录的地震资料对广西北流—广东化州5.2级地震序列进行精定位,对震源机制解进行反演,结合地质构造资料和烈度调查结果进行分析研究,探讨其发震构造,为粤闽交界地震危险性评价提供信息。

1 地震地质构造背景

广西北流—广东化州5.2级地震位于南华沿海断块差异隆起区,根据地质调查结果,该隆起区处于华南沿海地区,北至粤北间歇性上升区,南至滨海断裂带,构造线主要为NE向,其次为NW向。区内自晚古生代以来形成多个相对隆起区,中生代构造活动强烈,主要以断裂活动和断块运动为特征,新构造运动在总体上继承了断裂和断块运动特征。南华沿海断块差异隆起区地震活动较为频繁,是东南沿海地震带的主要组成部分。根据构造特征的差异,该区又可分为多个次级构造单元[3-5],自西向东分别为桂东南—粤西断块差异隆起区、云开大山断块隆起区、天露山间歇性断块隆起区、珠江三角洲断陷区、闽西—粤中断块差异隆起区、莲花山—戴云山断块隆起区以及惠来—汕尾掀斜差异隆起区等,而本次广西北流—广东化州5.2级地震位于云开大山断块隆起区。

云开大山断块隆起区内主要有NE向和NW向两组断裂（图1）,其中NE向断裂有合浦—北流断裂、信宜—廉江断裂及吴川—四会断裂,合浦—北流断裂西南起于北部湾海域,向北东经合浦、博白、陆川、北流、容县、岑溪一直延伸到苍梧一带,总长约370 km[6-7],断裂附近发生了1507年容县5.0级地震、1778年北流5¼地震和2016年苍梧5.4级地震。合浦—北流断裂带分东、西两支,西支又称博白—梧州断裂,全长约370 km；东支又称陆川—岑溪断裂,长约300 km[8]。信宜—廉江断裂东北起自广东信宜附近,向西南经化州、廉江延伸入海湾,长约150 km,总体倾向NW,表现为正断性质,1605年廉江发生6.0级地震。吴川—四会断裂带经过吴川,向西南延伸入海,并继续延伸到湛江东海岛东缘,向北东经阳春、云浮、四会至英德以北,该断裂为广东省内主要的控震断裂,曾发生过多次5级以上地震,如1605年湛江海域6.5级地震、1606年湛江海域5.5级地震、1611年电白6.0级地震、1665年罗定5.0级地震、1749年云浮5.0级地震等[9]。NW向断裂主要有百色—合浦断裂、巴马—博白断裂,百色—合浦断裂始于广西与贵州交界的隆林,向东南经百色、平果、南宁、合浦一直延伸到雷州半岛,全长约700 km ,1977年广西平果附近发生5.0级地震。巴马—博白断裂西北起自贵州境内,向东南经广西的巴马、大化、横县、博白以及广东高州一直延伸到广东茂名附近,全长约800 km ,倾向以NE为主,倾角40～85°[10],该断裂与防城—灵山断裂交汇处在1936年和1958年分别发生6¾级地震和5¾级地震。

图1 粤桂交界地震构造图Fig.1 Seismotectonic map at the junction of Guangdong and Guangxi

2 地震精定位结果

本文利用广东省地震台网（24个台站）、广西省地震台网（15个台站）以及海南省地震台网（2个台站）的41个固定地震台及6个流动地震台站（图1）记录到的P波及S波震相走时数据[11-13],利用双差地震定位方法[14]进行重新定位,在前期的资料处理过程中,剔除掉走时偏差大于5s的震相数据,且保证每个地震至少有6个台站记录,最终获得135个地震（包含主震及前震）进行精定位反演,震级范围ML≥0.5 ,震源深度范围5～14 km。在反演过程中,使用的一维速度模型为根据前人资料[15-20]获取的粤西地区平均一维速度模型。

表1 粤西地区平均一维P波速度模型Table 1 The 1D P wave velocity model of the western Guangdong region

经过双差地震定位,本研究共获得104个地震的精定位结果,地震走时残差由定位前的0.27 s降为0.06 s ,定位精度有了明显提高。图2为定位前后地震分布图,可以看出,定位后广西北流—广东化州地震序列NW向条带特征更为明显,精定位后广西北流—广东化州5.2级地震位于北纬22.15°,东经 110.54° ,震源深度 9.8 km ,而 4.2级前震（北纬 22.16°,110.53°,震源深度9.5 km）位于主震北西约1.15 km处。

图2 精定位前（a）后（b）北流—化州地震序列分布图Fig.2 Distribution of Beiliu-Huazhou seismic sequence before (left) and after (right) relocation

为更好地分析地震在深度方向的展布情况,本文分别沿小震分布走向和垂向建立两条剖面,精定位后,北流地震序列与地面近垂直分布,震源深度主要位于5～13 km之间,其中6～10 km之间的地震占比80%,浅层（0～4 km）未定位到地震,而震后地质考察亦未发现地表破裂。地震序列在不同时段的分布如图3所示,可以看出,4.2级前震发生2s后在其南东发生广西北流—广东化州5.2级地震,主震与前震深度相差不大,主震后1h内,余震主要位于4.2级前震附近。主震后1～24 h内,沿走向看,余震发生在前震和主震之间,且多位于主震上方,而垂直方向看,余震主要位于主震和前震的北东侧,震源深度范围5～13 km。24 h～10 d内,余震横向分布特征与1～24 h时段特征类似,但余震在深度方向上主要位于主震上方。主震发生10 d后,余震主要位于前震的北东侧,且震源深度主要集中在前震附近及其上方。

此外,根据小震集中在断层面附近的原则,本文利用小震分布确定发震断层面参数[21],得到广西北流—广东化州地震序列发震断层面长约2.7 km,宽约1 km,走向N51.8°W,倾角约89.3°（图2b）。结合周边活动断裂情况,地震序列位于NE向信宜—廉江断裂与NW向米场—石窝断裂延伸线的交汇处,其中米场—石窝断裂为巴马—博白断裂的分支断裂,该断裂与发震断层面走向相近。

图3 不同时段北流—化州地震序列地震分布图Fig.3 Distribution of Beiliu-Huazhou seismic sequence along profiles at different time period

3 震源机制解

广西北流—广东化州5.2级地震前2s发生一次4.2级前震,两次地震波形数据耦合在一起,这为P波初动的拾取以及震源机制解反演过程中波形的拟合增加了不确定性。因此在求解4.2级前震的震源机制解时,我们仅根据P波初动资料,使用focmec方法[22-23]求取震源机制解（表2,图2）。而对于5.2级主震,中国地震台网中心、台网应急部、中国地震局地球物理研究所、中国地震局地震预测研究所等多家单位使用CAP（Cut And Paste）方法[24-25]进行了震源机制解反演运算（表3）。防灾科技学院Seismology课题组（https://mp.weixin.qq.com/s/ODueSMjlEQvbytCiYc14bw）根据上述震源机制解,求出了一个与所有测定的震源机制的差别平方最小的“中心震源机制解”（表3,图2）,因此,本文将利用中心震源机制解进行分析研究,以减小前震和主震波形耦合所引起的震源机制解误差。

表2 广西北流-广东化州MS 4.2级前震震源机制解Table 2 The focal mechanism of Beiliu-Huazhou ML4.2 foreshock

表3 不同机构给出的5.2级地震震源机制解及中心震源机制解Table 3 The focal mechanisms of Beiliu-Huazhou MS 5.2 mainshock from different organization

根据震源机制解可知（图2,表2,表3）,4.2级前震与5.2级主震震源机制解均为走滑型。4.2级前震节面1走向为NEE-SWW向,与附近的信宜—廉江断裂NE-SW走向存在一定差异,通过地质考察发现前震附近存在一条NEE-SWW向的沟谷（图2 b虚线）将两侧山峰斜切,推测此处存在一条NEE-SWW向的未知断裂,在此命名为茶山断裂,该断裂走向与前震节面1走向一致,前震位于茶山断裂与米场—石窝断裂延伸线交汇处。5.2级主震节面1走向为NWWSEE向,与精定位所揭示的断层面走向相近,亦与NW向米场—石窝断裂走向相近,而节面2走向为NE-SW向,与信宜—廉江断裂走向相近,主震位于米场—石窝断裂延伸线与信宜—廉江断裂交汇处。

4 分析与讨论

根据广西北流—广东化州MS5.2级地震序列精定位结果,其发震断层面参数与NW向巴马—博白断裂的分支米场—石窝断裂产状相近。而从前震和主震震源机制解结果来看,主震前震虽均为走滑型,但其震源机制解参数有一定差异：前震位于茶山断裂与米场—石窝断裂延伸线交汇处,其震源机制解两节面分别与交汇的两条断裂走向一致；主震位于米场—石窝断裂延伸线与信宜—廉江断裂交汇处,其震源机制解两节面亦与交汇的米场—石窝断裂及信宜—廉江断裂走向一致。结合断裂资料和地震烈度图,Ⅵ度极震区等震线长轴呈NW向,因此认为北流5.2级地震序列与北西向米场—石窝断裂关系密切,前震和主震可能有不同的孕震机制,推测前震为NW-SE向米场—石窝断裂和NEE-SWW向茶山断裂共同作用的结果,这也可以解释主震发生10 d后,余震集中在前震北东侧。而米场—石窝断裂延伸线与NE-SW向信宜—廉江断裂交汇处属于应力薄弱区域,该区域距离前震仅1 km左右,因此,4.2级前震的发生可能对5.2级地震具有触发作用,5.2级地震发生后余震主要沿米场—石窝断裂的延伸线分布。

5 结论

2019年10月12广西北流—广东化州交界发生5.2级地震,地震发生前2 s ,其北西侧发生4.2级前震。本文根据地震周边47个台站记录到的P波及S波震相走时资料,利用双差地震定位方法获取了104个地震的精定位结果。此外,本文使用focmec方法获得了4.2级前震的震源机制解,而对于5.2级主震,多家单位使用CAP方法反演得到了4个5.2级地震的震源机制解,本文采用上述4个震源机制解得到的“中心震源机制解”进行研究探讨[26]。根据精定位及前震和主震震源机制解结果,结合震区地质构造情况和烈度调查工作,对广西北流—广东化州MS5.2级地震进行发震构造分析,得到如下结论：

（1）精定位后广西北流—广东化州5.2级地震位于北纬 22.15°,东经 110.54°,震源深度9.8 km, 而 4.2 级前震位于北纬 22.16°,110.53°,震源深度9.5 km ,前震位于主震北西约1.15 km处。地震序列的震源深度主要位于5～13 km之间,浅层未定位到地震分布,地表未发现破裂。震后不同时段,余震在横向和垂向上表现出不同的特征。

（2）4.2级前震与5.2级主震震源机制解均为走滑型,前震位于茶山断裂与米场—石窝断裂延伸线交汇处,其震源机制解两节面分别与上述交汇的两条断裂走向一致；主震位于米场—石窝断裂延伸线与信宜—廉江断裂交汇处,其震源机制解两节面亦与交汇的米场—石窝断裂及信宜—廉江断裂走向一致。

（3）广西北流—广东化州5.2级地震序列可能是米场—石窝断裂、茶山断裂和信宜—廉江断裂共同作用的结果,前震和主震孕震过程可能并不相同,前震可能为NW-SE向米场—石窝断裂和NEE-SWW向茶山断裂共同作用的结果。此外,5.2级地震位于米场—石窝断裂与NE-SW向信宜—廉江断裂交汇处,该交汇处应力薄弱且距离前震仅1 km左右,因此,推测4.2级前震的发生可能对5.2级地震具有触发作用,5.2级地震发生后余震主要沿米场—石窝断裂的延伸线分布。

致谢：感谢审稿专家给出的宝贵意见,感谢国家测震台网数据备份中心及广东省地震局监测中心为本研究提供地震数据,感谢防灾科技学院万永革教授提供的断层面参数反演程序,本文绘图均使用GMT程序绘制,在此一并表示感谢。