赣北地区构造应力场分析*

王甘娇 项月文 肖孟仁 唐婷婷 余 思

（江西省地震局，南昌 330036）

引言

赣北地区是华东地区与华中地区重要枢纽地带，经济发达，人口密集。该区曾发生多次破坏性地震，其中2005年11月26日九江—瑞昌发生5.7级地震，是近年来我国中东部最大的破坏性地震，2011年9月10日瑞昌—阳新发生4.6级地震，2018年7月2日景德镇市浮梁县发生3.6级地震。基于赣北地区严峻复杂的震情形势，新时代下经济社会发展的新需求以及人们对地震安全的新期待，要求我们在以往研究成果的基础上补充开展更具有针对性的研究工作。

构造应力场是地震孕育发生的力学环境，是探讨断裂作用方式、地震发生机理等科学问题的基础，同时也是地震灾害防御、工程建设等国计民生项目所必须开展的基础性工作，而地震资料，尤其是震源机制资料，是研究构造应力场的重要途径[1-4]。小震综合断层节面解是根据大量小地震资料给出的平均节面解，其P、B、T轴可以反映研究区构造应力主轴方向，利用小震综合断层面解来推断区域构造应力场的方法在国内外多个地区得到应用[5-8]。地震定位是地震活动性以及活动构造等研究的重要基础资料，精确的地震位置可以为震源机制解的求取及构造应力场的反演提供更为可靠的数据支撑。

在简要回顾赣北地区构造应力场研究的基础上，采用双差定位法，对赣北地区内小震进行精确定位，结合地震定位结果，然后利用格点尝试法[9]分区计算小震综合断层面解，对赣北地区的构造应力环境进行初步分析。

1 赣北地区应力场研究概况、数据资料及速度模型

1.1 应力场研究概况

赣北地区地处扬子准地台、华南褶皱带和秦岭—大别山构造带3大构造单元衔接部位，断裂构造复杂，其中，北东向郯庐断裂带南段末端庐江—广济断裂、北北东向九江—靖安断裂和北西向襄樊—广济断裂等为主要活动断裂带[10]。地震活动以小震为主，但也曾发生过震级较大的破坏性地震，例如2005年11月26日九江—瑞昌5.7级地震，2011年9月10日瑞昌—阳新4.6级地震。地震发生后，学者计算了这些地震及其余震的震源机制解，是认识该地区构造应力场的主要资料。对于九江—瑞昌5.7级地震震群，吕坚等[11]采用CAP方法分别给出5.7级主震和4.8级强余震的震源机制解，认为两次地震的震源机制解不完全一致，发震构造也有待商榷。曾文敬等[12]和汤兰荣等[13]对大量余震的震源机制解进行统计分析，但在余震活动的运动方式上结果不一致，曾文敬给出的统计结果为正断型，而汤兰荣给出的统计结果为走滑型。依据这些震源机制解综合分析的P轴优势方位也不同，有的认为是南西西或近东西向[12]，也有的认为是近东西向，略偏北西西向[13-14]。对于瑞昌—阳新4.6级地震，吕坚等[15]通过震源机制解的计算，指出同九江—瑞昌5.7级地震均反映为近东西向水平挤压的应力场作用。

一些学者通过大量地应力基础资料，从大尺度上研究我国大陆构造应力场的特征[6,16]，指出江西及邻区的应力场最大主应力轴方向以南东东—北西西向占优势。丁立丰等[17]在铜鼓县与宜丰县交界处的九岭山隧道洞身两钻孔，采用水压致裂法对隧道洞身围岩的最大水平主应力及最小水平主应力进行测量试验，估算最大水平主应力方向为142°。

学者关于赣北地区构造应力场的研究主要基于震源机制解资料，取得了许多重要的成果，认为赣北地区受近东西向挤压、近南北向拉张[10,12,15,18]，但是，震源机制解反演结果或是局部推断整体区域，或是从大尺度上勾画宏观构造格局，方法上局限于简单的统计分析，并且学者给出的震源机制解统计结果也不一致，鲜有针对赣北地区全面的计算分析研究。对此，本文考虑到赣北地区缺乏钻孔崩落、应力解除和断层滑动等地应力资料，小地震资料相对较多，最为直接的方法就是利用大量小地震的P波初动极性数据求解综合震源机制解，对赣北地区构造应力场特征及分布规律有进一步的认识。

1.2 数据资料及速度模型

本文从国家地震科学数据共享中心搜集了2008年1月—2019年7月发生在赣北地区（27°N—30°N，113.5°E—118.5°E）中小地震的正式地震观测报告，从中提取P波、S波的初至震相到时，以及P波初动极性，筛选出适合开展地震精定位的434个地震事件，地震事件初始震中及台站位置分布见图1，并根据江西台网提供的这些中小地震事件的波形文件，对P波初动极性正负进行了人工校验。本文采用的一维速度模型是朱介寿等[19]关于华夏地块速度结构的研究成果（图2），综合人工地震测深速度剖面资料和地震面波层析数据得到的。

图 1 重定位结果及单个地震震源机制解空间分布图Fig. 1 Relocation epicenters and focal mechanism solution of single earthquake

图 2 速度模型[19]Fig. 2 Velocity model[19]

2 研究方法

2.1 双差定位法

地震定位是地震活动性、地球内部结构、震源的几何构造等方面研究的重要基础资料。地震定位大致分为相对定位和绝对定位两种。相对定位法主要有主事件法和双差定位方法[20]。其中，双差定位方法是由Waldhauser和Ellsworth提出，利用两个地震的观测值的差与理论计算值的差的残差（“双差”）确定其相对位置，可以对较大空间范围内发生的地震同时进行重新定位，是目前地学界比较成熟的定位方法，在地震定位研究中得到了广泛的应用[21-24]。由于地震定位误差对P波初动极性数据的离源角有明显的影响[25]，因此，在利用P波初动极性数据计算小震综合断层面解的过程中，结合了双差定位技术，能够有效地提高构造应力场反演结果的可靠性。

2.2 格点尝试法

Aki[1]首先提出了采用大量小震P波初动资料求解综合震源机制确定应力场方向的反演方法。许忠淮等[2]提出了利用P 波初动资料求解综合断层面解的经典网格搜索法格——点尝试法。格点尝试法最突出的特点是在给出最优解的基础上，通过可选解的集合限定解的可变范围。之后，有学者在格点尝试法基础上进行了改进与完善[3,9,26]，使其成为比较成熟和可靠的方法，被广泛应用于求解单个地震震源机制解或综合断层节面解[27-28]。在具体计算过程中，我们设置步长为5°，对所有可能解的三维参数空间进行扫描，选取加权矛盾比ψ在极小值ψmin和ψmin+5%之间的解作为可选解（解的离散区），然后通过聚类分析和解的稳定性检验，确定最终综合断层面解。

3 赣北地区小震综合断层面解

采用双差定位方法，对2008年1月—2019年7月赣北地区发生的地震进行了重新定位，共获得精定位地震299个，从地震空间分布来看（图1），赣北部分地区的地震分布离散，如东部景德镇、上饶和鹰潭等地区，南部临川、吉安等地区，主要丛集在九江等地区，宜春、新余和萍乡等地区，相比于初始结果，重定位之后的地震分布在一定程度上更为集中。为了便于与前人研究对比分析，本文依据地震定位结果的集中情况，并参考学者[11,13,18]关于赣北地区震源机制解的研究情况，本文仅将赣北地区划分为2个分区，即九江地区（A区）、宜春地区（B区）（图 1）。

基于地震精定位结果，对P波初动极性数据的方位角和离源角进行了修正，采用格点尝试法，分别求解2个分区的综合断层面解。图3a、3b为经过双差定位修正后的P波初动极性数据所计算得到可选解的3个应力主轴，其结果列在表1。参照《世界应力图》和《中国大陆地壳应力环境基础数据库》的划分原则，根据震源机制解P、B、T轴倾角的大小，将震源机制解类型分为6类，即正断型、正走滑型、走滑型、逆走滑型、逆断型和不确定型[5,16,29]。我们依据上述划分原则，分别对2个地震集中区的综合断层面解参数进行了划分，结果显示A、B区域的综合断层面解分别为不确定型和逆断型。由图3a、3b不难看出，A区最大主应力轴方位为近东西向，偏南东东向，最小主应力轴方位为近南北向；B区最大主应力轴方位为东西向，最小主应力轴方位为近北北东向，两个地震集中区的最小主应力轴均具有中等角度的倾角。B区中间和最小主应力轴方位变化范围较大，是由于该地区P波初动极性数据相对较少，并且由此计算出的结果可能更多的是代表个别地震的震源机制特征。陈浩等[18]使用Snoke方法[30]获取的2010年6月10日江西新余ML3.1地震震源机制解（图1），T轴呈现高角度，应力类型也为逆断型，与B区综合断层面解较为相似。

图 3 2 个地震集中区综合断层面解Fig. 3 Composite fault plane solution of two seismic concentration areas

表 1 研究区综合断层面解（平均结果）Table 1 The composite fault plane solution in northern Jiangxi Province（average result）

求解综合断层面解主要有两种途径，一种是直接利用P波初动极性数据进行反演[2]，另一种是将震源机制解的P、T轴分别视为向下和向上的初动符号进行反演[31-32]。为了更准确地认识九江地区的构造应力场，我们搜集了九江地区118个中小地震的震源机制解的P、T轴数据[11-12]，这些震源机制解的时间范围主要为2005年11月—2006年12月，震级范围为ML1.5—3.9，依然采用格点尝试法对综合断层面解进行计算。图3c为利用研究区内中小地震震源机制解的P、T轴数据所计算得到的可选解的3个应力主轴，其具体参数仍见表1。由图3c可以看出，中间主应力轴方位较凌乱，最大主应力轴方位为近东西向，偏南西西向，高倾角，最小主应力轴方位近南北向，倾角很小，近水平，应力类型为正断型。

本文分别利用2008年1月—2019年7月期间中小地震的P波初动极性数据，2005年11月—2006年12月发生的中小地震震源机制解的P、T轴数据，采用格点尝试法计算了九江地区（A区）的综合断层面解。汤兰荣[13]采用Michael[33-34]提出的应力场反演方法对震源机制解资料分布较密集的九江—瑞昌交界地区进行反演计算，得到该地区最大主应力轴的方位为北西西向（284°），最小主应力轴的方位为南北向（186°）。吕坚等[11]计算九江—瑞昌5.7级主震的P轴方位近东西向，略偏北西西向（276°），T轴方位为东西向（178°），是以走滑为主兼有逆断层分量的运动方式。而余震序列，即本文计算综合解所使用的2005—2006年间集中发生在九江—瑞昌地区的中小地震，其震源机制解的P轴倾角以高角度数据占优势，T轴倾角以低角度数据占优势，余震活动主要为正断层性质。主震与余震运动方式不同的原因可能是主震破裂以一定角度逆冲，震后应力松弛，又回落，故此触发了余震活动[12]。余震序列计算得到的综合断层面解最大、最小主应力轴方向与赣北地区近东西向挤压，近南北向拉张的构造应力场分布特征基本一致，认为余震序列活动仍受区域构造应力场的控制，且受主震和强余震发震构造断裂的影响。对于主震和强余震发震构造有多种观点，多数专家学者[11,13,35]认为，可能是隐伏在瑞昌盆地内的洋鸡山—武山—通江岭北西向断裂和西北缘的丁家山—桂林桥—武宁北东向断裂北段。A区2008—2019年期间中小地震发生的区域，断裂构造发育且十分复杂，分布有瑞昌—武宁断裂、九江—靖安断裂和湖口—新干断裂等，由这些地震经过双差定位修正后的P波初动极性数据计算综合断层面解，得到区域构造应力场特征同上述学者[11,13]的结果相同，最大主应力轴方位均为近东西向，偏北西西向，最小主应力轴方位为近南北向。此外，陈浩等[18]提供的2010—2015年间九江地区6个ML≥3.0地震的震源机制解分布在图1，其中，地震为正断性质的有2个，为走滑性质的有3个，为逆走滑性质的1个，地震活动性质呈现出正断、走滑和逆走滑兼有的多样性。对此，本文认为分析九江地区应力场计算结果差别时，须考虑到研究区域构造背景复杂，断裂纵横交错，局部结果与整体结果的不一致性，还需考虑到数据本身的差异性和反演算法所产生的误差，像有些学者利用的震源机制解数据多为M3.0以下地震的结果，认为这些震级较小的地震所计算结果的可靠性是不高的。如果同一时空采用多种高质量的数据资料和先进的技术手段研究构造应力场，可能会更准确，全面的认识九江地区构造应力场特征。本文对缺乏小地震资料的地区未开展构造应力场的反演工作，因此，我们需积累资料，进一步研究赣北地区构造应力场的精细结构。

4 结论

本文采用双差定位方法，对2008年1月—2019年7月赣北地区发生的地震进行了精确定位，重定位之后的地震在分布上更为集中，主要丛集在九江、宜春和新余等地区。

基于地震精定位结果，对P波初动极性数据进行修正后，采用格点尝试法，分别对九江、宜春两个地震集中区的构造应力场进行了反演。结果显示，九江地区的构造应力场表现为最大主应力轴方位为近东西向，最小主应力轴方位为近南北向，同以往学者在九江地区应力轴方位上的结论基本一致，应力轴在倾角上的差异及其他应力场特征还需进一步思考和研究。宜春地区构造应力场的最大主应力轴方位为近东西向，最小主应力轴方位为北北东向的逆断型应力状态。

赣北地区小震资料的不均匀分布，且受限于台站密度，观测手段等因素，本文对赣北地区构造应力场特征的研究还很浅显，随着上述因素的改善，地震观测资料的积累，可能会更清晰地勾画出赣北地区构造应力场存在的变化规律。