地震的震源机制解从一定角度描述了震源的性质及其破裂过程,因此,地震震源机制解的确定,对于地震的研究、孕震机理的解释及震后应力的分布,具有十分重要的意义。对于震源机制理论和方法的研究,一直是地震学研究的热点。由P波初动求取地震的震源机制解是地震学中一个常用的方法,但这种方法要求所计算的地震被很多台站记录到(付淑芳等,1980)。对于小震而言,能记录到小震的台站数量非常有限,不能精确求解震源机制。为了解决这个问题,梁尚鸿等(1984)提出利用区域地震台网P、S波垂直分量振幅比资料测定小震震源机制,该方法具有精度高、需用的记录资料量少等优点。林纪曾和李幼铭(1991)对该方法进行了人工数据检验,并且对台站偏于一侧时的资料处理能力及误差进行了估计。结果表明,该方法不仅在正常情况下能够得到很好的结果,而且在十分不利的资料条件下也可以得出令人满意的结果。胡新亮等(2004)、张永久和程万正(2007)进一步分析证实了利用数字地震记录的P^-、S^-振幅比资料测定小震震源机制解的可靠性。闫俊岗等(2008)、王曰风等(2008)、张致伟等(2010)分别使用该方法对多个地区的地震及余震序列进行震源机制解研究。

本文在梁尚鸿等(1984)提出的利用P、S波最大振幅比数据反演中小地震震源机制的基础上,采用刁桂苓等(2004)提出的P波初动和P、S振幅比联合反演震源机制、系统聚类分析程序,依据豫北及邻区最新的速度结构和地震精定位结果(莘海亮等,2011),研究该区中小地震震源机制及其主要应力场特征。

豫北及邻区(张成科等,1994; 杜广仁,1998)处于太行山与东部平原的分界区域,包括华北坳陷区南部、鲁西隆起西部及山西隆起区东南部(太行山隆起),该区既有广阔的平原,又有丘陵和山区; 同时该区又处于太行山东麓的地壳陡变带、重力异常梯级带上,是断裂构造极其发育、地震频繁发生的地段。

本文研究区所选范围为(35.00°～37.17°N,113.12°～115.83° E)。使用地震事件包括两部分:(1)闫俊岗等(2008)求出了1985～2000年晋冀鲁豫相邻地区102次地震的震源机制解,在本文研究区范围内有96次,利用闫俊岗等(2008)提供的初始振幅数据,笔者对这96次地震进行了重新计算。谢智等(2002)计算了1965～2000年河南及邻区共52次M_L≥3.5地震的震源机制解,1985年以来位于研究区范围内的地震共有6个,这些地震均包含在前述我们重新计算的96次地震中;(2)对2001～2008年研究区范围内地震台网记录的地震事件,笔者选择至少4个以上的台站记录到且至少1个台的记录有清楚的Pg初动的地震记录,对地震波形数据进行挑选最后计算得到质量较好的49次地震的震源机制解。综上所述,研究区范围内笔者共得到145个地震的震源机制解,其中1.0≤M_L<2.0的地震有13个,2.0≤M_L<3.0的地震有93个,3.0≤M_L<4.0的有39个(图1,采用下半球投影方式)。

为了进一步了解研究区现今构造应力场的方向特征,笔者利用所得到的145个中小地震的震源机制解,采用格点尝试法(许忠淮等,1983)对研究区现今构造应力场的方向特征(周仕勇等,2001)进行了研究。

图4 研究区不同类型震源机制解分布图
(a)第1、2类走滑型地震;(b)第3类走滑型地震;(c)第4、5类正断型地震;(d)第6类逆断型地震
Fig.4 Distribution of each kind of the focal mechanism solutions(a)The first and second strike-slip type;(b)The third strike-slip type; (c)The fourth and fifth normal type;(d)The sixth inverse type

由图5与表2可以看出,研究区主类震源机制解平均解呈现走滑型应力特征,即最大主应力轴P、最小主应力轴T倾角皆为18°,比较接近水平,B轴倾角为64°为近垂直,P轴方位82°,为北东东向,T轴方位346°,为北北西向; 两个节面走向分别为北北东和北西西方向。

从整体上看,研究区平均震源机制解P、T轴与节面走向分布结果与李钦祖(1980)、许忠淮等(1983)、李瑞莎(2008)、徐纪人等(2008)对该区构造应力场的研究比较一致; 豫北及邻区处于北东东—南西西方向的水平压应力和北北西—南南东方向的水平张应力为特征的现代构造应力场作用之下。由此可以认为,研究区所发生地震的构造断层是以走滑或近走滑运动特征为主的,说明地震的应力作用方式是以水平和近水平力的推扭。

图5 研究区主类平均解图
Fig.5 Average solution of main type in study area

表2 由格点尝试法给出的研究区主类平均主应力轴参数
Tab.2 Average stress axis parameters of main type by using grid test method in study area

本文收集并整理了1985～2008年豫北及邻区发生的数字地震波资料,在研究区最新的速度结构和地震精定位结果基础上,进行了震源机制解的重新计算、系统聚类分析以及区域应力场研究。

通过对计算所得的145个地震震源机制解聚类及应力场分析,得到研究区震源机制解以走滑类为主,应力轴比较接近水平,研究区构造应力场以水平挤压为主要特征,处于北东东—南西西方向的水平压应力和北北西—南南东方向的水平张应力为特征的现代构造应力场作用之下。由此可以认为,研究区所发生地震的构造断层是以走滑或近走滑运动特征为主的,区内地震发生的应力作用方式是以水平和近水平力的推扭。

研究区震源机制解除走滑型外,还有一定数量的正断层和逆断层类型。整体显示中小地震震源机制解种类较多,分布散乱,表明小地震发生具有随机性,受局部因素影响较大,华北构造应力场整体的控制作用较弱。

地震类型与断裂之间的分布关系表明研究区活动断裂如林县断裂、磁县—大名断裂等局部对地震具有一定的控制作用。不同类型地震震源深度值表明研究区逆断型地震发震深度层要深于正断类及走滑类地震的发震深度,推测逆断型地震的发生需要深部的构造应力场的更复杂作用。

华北强震的震源机制与构造应力场具有一致性(李钦祖,1980),说明强震是大范围应力积累释放的表现形式,中小地震发生具有随机性,受局部因素影响较大。当它们的震源机制散乱时,大体认为构造应力的作用较小,是相对安全的一种显示(闫俊岗等,2008)。

本文资料由邯郸中心地震台闫俊岗工程师提供了部分震源机制解的初始数据; 河北省地震局刁桂苓研究员提供了震源机制、相关聚类以及应力场分析软件,在震源机制解与应力场计算分析及结果解释等方面给予了详细指导。在此表示衷心的感谢!