3.2 各子区域尾波Qc值空间分布特征
本文讨论频率为1 Hz时得到的尾波Qc值空间分布特征。由沂沭断裂带及其附近地区尾波衰减特征值可见,研究时段内各子区域中小地震的平均尾波Qc值一致性相对较好,反映了研究区地壳介质结构具有整体性并受控于统一的应力环境。同时也表现出了同一构造单元内各子区段的构造环境及应力状态的细节差异。
(1)莱州湾及附近海域(Ⅰ区)。该区记录地震436次,有效射线路径1 744条,获得平均尾波Qc值拟合关系为Qc=34.95±5.41f 1.22±0.117。如图4所示,该区Qc值高于沂沭断裂带其它区段,并表现出明显的横向不均匀性,胶东半岛东侧及北部海域测值较西侧偏高,蓬莱—长岛呈狭长低值分布,莱州湾内部又表现出相对高值,这一差异与地壳结构的层析成像和电磁测深资料大体相符。三维P波速度成像结果显示,胶北隆起区及近海古老的结晶基底岩提高了地壳浅层介质的稳定性,
图4 研究区尾波Qc值空间分布
Fig.4 Coda wave Qc values distribution in study area
呈现高速异常; 而4～13 km处烟台、蓬莱经渤海海峡至辽东半岛却由低速异常体相连(汪晟等,2017)。莱州湾大地电磁测深结果显示,沂沭断裂带东支断裂下方存在数十千米的低阻带,而西支断裂在地壳中、下部为高阻带(胡惟等,2014)。由此可见,沂沭断裂带在渤海海域内构造横向差异是客观存在的。研究表明,断裂下方的低速层往往是壳内易于变形的塑性层,与其交汇的NW向蓬莱—威海断裂不仅控制了地壳浅部及基底断裂的分布格局,也影响到地壳深部的构造变形(王志才等,2006),这种复杂的构造环境使菜州湾及附近海域具有较强的地震危险性。
(2)潍坊—孟疃段(Ⅱ区)。该区记录地震30次,有效尾波射线路径146条,平均尾波Qc=23.22±7.96f 1.02±0.416。由图3可知,该区域地震活动稀疏,中小地震多由NW向分支断裂的活动引起,Qc值总体低于莱州湾及附近海域(Ⅰ区),并在东营—潍坊一带显示出明显的低值。莱州湾内沂沭断裂带的构造格局与山东内陆一致,与其南侧的东营—潍坊形成华北盆地的一个拗陷中心,远震P波层析成像显示地壳介质为低速异常,并在地壳中下部向南延伸,分割了鲁西和胶东半岛南部的高速异常(李志伟,2006)。穿过潍北凹陷的深部地壳电性结构显示,断裂带内5～20 km深处为巨厚的异常低阻层,其东侧的白垩纪胶莱盆地上地壳中、下部同样为巨厚的低阻层(胡惟等,2014),与该区段Qc值空间分布结果一致。研究表明,沂沭断裂的破碎带由南向北逐渐变窄,在这一段表现为揉皱状态,其中、下层地壳介质明显破碎,可能是由于在中生代之前及中生代沉积过程中断裂带有过强烈活动,仍存在的破碎状态使其不易聚集应变能而使地震活动减弱(苏道磊等,2016; 范小平等,2017)。也有研究认为该处断裂内部整体表现为低阻带,这类软弱低阻层易于滑动,吸收位移,因而很难积累应力,从而成为完全的蠕滑区且不易诱发地震(胡惟等,2014; 刘保金等,2015)。
(3)高桥—郯城段(Ⅲ区)。该区记录地震86次,有效射线路径1 062条,Q值拟合关系为Qc=25.89±7.24f 1.48±0.455。中小地震集中发生在安丘—莒县断裂附近,为沂沭断裂带现代中小地震最活跃的地区。其Qc值空间分布显示,从莒县—宿迁沿沂沭断裂带主干断裂表现出大范围低Qc值区域,其两侧的鲁西隆起区及鲁东地区则为高值区域。从构造来看,该段为沂沭断裂带中地壳扭曲变形最强烈的区段,多期次断层的活动使该段中、下地壳中的岩石变得破碎,并伴有热液充填其中,其东侧分支断裂附近地表地层主要为白垩纪及新近纪以来的沉积底层,速度较低,而西侧主要为古生代地层,速度同样较低。深地震测深结果表明,鲁西隆起为稳定的高速块体结构,其高速异常特征一直延续到莫霍面附近(吕子强等,2013; 胥颐等,2016)。沂沭断裂带东侧的高Qc值区域位于苏鲁超高压变质岩带,其波速特征主要表现在上地壳顶部的高速层。深部电测深结果同样显示鲁西隆起区地壳为高阻体,沂沭断裂带内部则为高、低阻交错,电性变化复杂,而鲁东隆起区富含低导层(张继红等,2010)。由此可见,计算获得的Qc值所反映的地壳韧性层介质衰减特征与区域构造是相吻合的,作用于此区域的应力目前没有表现出明显调整迹象,可能仍会以中小地震活动为主。
(4)新沂—宿迁段(Ⅳ区)。该区记录地震34次,有效射线路径178条,平均尾波Qc=21.12±6.61f 1.14±0.347。该区域现代地震活动较弱,从Qc值空间分布来看,其延续了高桥—郯城段的分布特征,沿主干断裂走向Qc值明显偏低,断裂东西两侧表现出高值,且东侧低于西侧,低值区域向东南地区有所延展。地壳速度结构结果显示,新沂—宿迁段为相对低速段,没有发生过大地震,现代小震也较少,而断裂带外西侧高于东侧,西侧徐州附近为古生代地层,速度略高(熊振等,2016)。遥感与重力多源信息研究的结果显示郯城—嘉山断陷盆地产生重力低异常现象,断裂带两侧表现为条带状重力高异常现象(姜文亮等,2011)。由此可见重力异常分布与速度结构及Qc值空间分布十分相似,反映了块体单元分区及物性差异。沂沭断裂带新沂以南地区地壳断裂不明显,地表破裂程度趋于减弱,由于缺失中、下地壳低速异常体,地震活动水平偏弱。
诸多研究显示,大地震发生前随着应力增强,震中区附近Q值显著升高,这是因为在高应力状态下岩石裂隙闭合,介质的完整性相对较好,从而降低了地震波的散射和吸收能力,因此尾波衰减速率降低而Q值变大。震后震源体介质应力释放,岩石破碎,渗入裂隙的流体增强了地震波的损耗,相应Q值就会变小。分析沂沭断裂带4个分区的尾波Qc值分布与地震活动关系发现,莱洲湾附近海域(34.95)、高桥—郯城段(25.89)尾波Qc值均略高,现代中小地震密集。2010年以来莱州湾及附近海域以中小地震或震群活动为主,2013年以来环渤海地区ML≥4.0地震集中增强,且该区域1548年曾发生过渤海7.0级强震,是具有发生强震构造背景和孕震能力的区段。高桥—郯城段现代以频繁小震活动为主,其NW向分支断裂1995年发生过苍山5.2级地震。据推断1668年郯城81/2级大震就发生在该段,强震使震中附近地壳介质出现较高程度的破裂,导致介质稳定性变弱,并且沂沭断裂带为直立、深大超壳断裂,上地幔热流上涌,致使岩石圈变薄而不易于积累应变能,使断层以蠕滑方式释放能量(杨从杰等,2016; 林吉炎等,2014)。潍坊—孟疃段(23.22)、新沂—宿迁段(21.12)尾波Qc值均较低,现代小震活动稀疏。公元前70年潍坊—孟疃段发生过安丘7.0级地震,距今已2 000多年,而新沂—宿迁段历史上未曾发生过大地震,并且断裂在这2个区段的变形相对较弱。依据地震活动特点及断裂带上破裂空段原则认为新沂—宿迁段可能处于应力的闭锁状态,是未来可能发生强震的区段(李家灵等,1994)。但从整体来看,沂沭断裂带尾波Qc值北边2个区段高于南边的2个区段,因此北段所承载的应力水平相对高于南段,发生地震的危险性也略高。
