引用本文
赵启光, 孙业君, 黄耘, 杨伟林, 顾勤平, 孟科, 杨浩. 高邮-宝应 MS4.9地震的发震构造 [J]. 地震地质, 2021,43(3):630-646.
ZHAO Qi-guang, SUN Ye-jun, HUANG Yun, YANG Wei-lin, GU Qin-ping, MENG Ke, YANG Hao. A STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF GAOYOU-BAOYING MS4.9 EARTHQUAKE [J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2021,43(3):630-646.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2021.03.010
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高邮-宝应 MS4.9地震的发震构造
赵启光, 孙业君*, 黄耘, 杨伟林, 顾勤平, 孟科, 杨浩
江苏省地震局, 南京 210014
*通讯作者:孙业君, 男, 1979年生, 高级工程师, 现主要研究方向为地震预测, E-mail:382231407@qq.com。

〔作者简介〕 赵启光, 男, 1983年生, 2011年于中国地震局地球物理研究所获固体地球物理学硕士学位, 工程师, 主要研究方向为活动断层探测与地震学层析成像, 电话:15261864099, E-mail:rodinia@163.com。

收稿日期:2020-06-19 修回日期:2020-12-13
基金项目:“高邮市城区区域性地震安全性评价”项目和江苏省科技支撑社会发展项目(BE2016804)共同资助
摘要

2012年7月20日高邮-宝应 MS4.9地震发生在苏北盆地高邮凹陷内, 此次地震是近年来东部弱震区内的一次较为显著的中等强度地震。 前人在一些研究中对此次地震的发震构造进行过讨论, 但已有结果仍存在诸多不确定性。 文中综合地震序列精确定位、 震源机制解、 地震烈度调查等研究结果, 结合在震区获得的反射地震勘探结果, 对高邮-宝应 MS4.9地震的发震构造进行了深入研究, 并对其发生机理和发震断裂的潜在危险性进行了探讨。 研究结果显示:1)高邮-宝应 MS4.9地震的发震构造可能为柳菱断裂, 该断裂是一条NNE走向、 SEE倾向的高倾角右旋走滑断层, 为高邮凹陷的西北边界断裂; 2)本次地震是在NE向主应力长期挤压作用下, NNE走向的柳菱断裂不断积累应力、 突发失稳破裂的结果; 3)4.9级尚不能代表柳菱断层的最大发震能力, 仍需关注该断裂进一步活动的危险性。

关键词: 高邮-宝应 MS4.9地震; 发震构造; 高邮凹陷; 柳菱断裂; 地震勘探
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2021)03-0630-17
A STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF GAOYOU-BAOYING MS4.9 EARTHQUAKE
ZHAO Qi-guang, SUN Ye-jun, HUANG Yun, YANG Wei-lin, GU Qin-ping, MENG Ke, YANG Hao
Jiangsu Earthquake Agency, Nanjing 210014, China
Abstract

The Gaoyou-Baoying MS4.9 earthquake on July 20, 2012 occurred in the Gaoyou Sag in the Subei Basin. This earthquake was a relatively rare medium-strength earthquake in the weak seismicity region of eastern China. Although studies on the seismogenic structure of this earthquake have been conducted previously, the seismogenic structure itself is still under debate and needs to be further studied. This paper uses the methods such as distribution of seismic intensity, precise positioning of earthquake sequence, focal mechanism, regional tectonic stress, seismic exploration, etc. to comprehensively study the seismogenic structure of this earthquake.
The characteristics of earthquake sequence show that the seismic structure is a high dip-angle fault spreading along the NNE direction, dipping ESE. The result of focal mechanism solutions shows that the strike of one of the two nodal planes is NNE, and the fault plane shows high dip angle. The earthquake is mainly characterized by strike-slip motion. Through the seismic exploration lines(GYL1, GYL2)laid at the epicenter area of the earthquake, a fault structure is identified, which strikes nearly NNE and dips near ESE. This fault is located between the Linze sag and the Liubao low uplift, coinciding with the distribution of the Liuling Fault, the boundary fault in the northwest of the Gaoyou Sag, so it can be judged that all the detected breakpoints belong to the Liuling Fault. The “Y-shaped” breakpoints detected by the two seismic exploration lines are characterized by high dip angle. There is a very obvious wave group disorder area at the distance of 6 500~9 000m on the GYL1 seismic exploration line. This area is about 2.5km in width displayed on the post-stack migration profile and shows an uplifting trend. The disordered uplifting of wave group is caused by intrusion of soft material into the structural breakage and weakness, squeezed by horizontal stress. The GYL2 post-stack migration profile shows obvious uplift appearing in the reflection wave group(Tg)on the top of the bedrock. This arc-shaped uplift also reflects the effect of strong compression of horizontal stress.
In order to further discuss the seismogenic structure of the Gaoyou-Baoying MS4.9 earthquake, we used the focal mechanism data to invert the modern tectonic stress field in the Northern Jiangsu-South Yellow Sea Basin where the earthquake occurred. The maximum principal stress in this area is NE-SW, while the minimum principal stress is NW-SE; both of them are nearly horizontal, and the intermediate principal stress is nearly vertical. According to Zoback's rule for dividing the types of dislocation in the direction of the force axis, the distribution of principal stresses in the Northern Jiangsu-South Yellow Sea Basin is equivalent to a strike-slip dislocation.
To sum up, the stress characteristics reflected by the Liuling Fault are consistent with the horizontal forces on the P-axis and T-axis shown by the focal mechanism solution results, and also consistent with the horizontal state of the stress in the tectonic stress field in this region. The above characteristics indicate that the development of the Liuling Fault is affected and controlled by modern tectonic activities. At the same time, the characteristics of the strike and dip of the seismic fault reflected by the methods of seismic intensity investigation, precise earthquake positioning, focal mechanism solution and seismic exploration, etc. are consistent with each other. Therefore, the occurrence of this earthquake may be the result of continuous stress accumulation and sudden instability and rupture of the NNE-trending Liuling Fault under the long-term compression of the NE-direction principal stress.

Keyword: Gaoyou-Baoying MS4.9 earthquake; seismogenic structure; Gaoyou Sag; Liuling Fault; seismic exploration
0 引言

2012年7月20日20时11分50.4秒, 江苏省高邮市和宝应县交界发生MS4.9地震。 本次地震是自1990年常熟MS4.9地震后江苏省内发生的最大陆域地震, 全省大部分地区有强烈震感。 此次地震造成113间房屋倒塌, 1人死亡, 3人受伤, 引起了较大的社会影响和广泛关注(刘建达等, 2012)。

本次地震的震中位于苏北平原西南缘, 该区的构造活动较弱, 有记载以来中强地震活动较少, 但在此次地震发生前3个月, 4月8日本区域还发生了金湖MS3.5地震。 在短时间内弱震区连续发生2次显著地震, 该区的发震机理是怎样的?区内中长期地震危险性如何?要回答以上问题, 一个重要的切入点就是对地震的发震构造进行深入研究。

自高邮-宝应MS4.9地震发生以来, 针对本次地震发震构造这一焦点问题, 多位学者在研究过程中均有不同程度的涉及, 并基于所采用的资料做出了初步推断。 刘建达等(2012)在对高邮-宝应MS4.9地震的震害分析中指出, 此次地震的发震构造可能是杨汊苍-桑树头断裂, 康清清等(2015)与何斌等(2014)分别基于震源机制解与小地震精定位结果开展研究, 所得到的结论支持这一判断。 洪德全等(2013)利用震源机制结果推断发震构造为滁河断裂的可能性较大, 侯康明(2013)同样指出, 高邮-宝应MS4.9地震是滁河断裂活动的结果。 由此可见, 高邮-宝应MS4.9地震的发震构造目前仍存在争议。

以上研究表明, 多数学者所采用的研究资料较为单一, 对发震构造的判定依据还不够充分, 缺乏基于多种资料的综合判定, 缺失反映震中区构造形态更为直接的证据。

本文利用地震精定位、 震源机制解、 烈度调查结果等多种方法对该次地震可能的发震构造进行初步判定, 在此基础上, 针对性地在震中附近布设了2条地震勘探测线, 探明了震中附近区域的浅部构造形态, 再综合以上结果对该次地震的发震构造进行深入分析, 并结合区域现代构造应力场特征, 对其发震机理及其所反映的地震危险性进行了探讨。 本研究结果对理解中国东部弱震区的孕震机理、 分析未来可能的发震趋势及危险性有着积极意义。

1 地质构造背景

在大地构造位置上, 江苏及邻区跨越华北地台、 扬子地台和秦岭-大别褶皱带三大一级单元构造, 地质构造非常复杂(张文佑等, 1986; 黄耘等, 2011)。 西部有切割岩石圈级的深大断裂——郯庐断裂穿过该区; 西南和西北部为大别-苏鲁造山带; 中东部是大陆边缘地区, 发育有裂谷带与大型裂陷盆地——苏北-南黄海盆地。

高邮—宝应地区位于苏北盆地内, 属苏北-南黄海盆地西部的陆上部分(蔡乾忠, 2003)。 苏北盆地是一个在中、 古生界非刚性基底之上发育、 发展起来的中新生代伸展型盆地, 总体走向NE(图 1), 延伸长度> 260km, 面积约38 000km2。 盆地的西界为郯庐断裂带, 北接苏鲁造山带, 向E伸入黄海, 南以扬州—如皋一线为界。 地球物理和钻井资料证实, 古生代以来苏北盆地的沉积厚度> 11km, 其中古近纪断陷沉积厚度> 6km, 新近纪坳陷沉积厚度为1~1.3km。 盆地自形成后经历了多期构造运动的改造, 具有构造分割性强的特点。 盆地内发育近EW向的一级单元 “ 一隆两坳” , 北为盐城-阜宁坳陷, 南为东台坳陷, 中间为建湖隆起。 坳中有凸, 隆中有凹, 凸、 凹构造组成盆地的二级单元, 包括金湖凹陷、 高邮凹陷、 盐城凹陷等11个箕状断陷。 受基底影响, 盆地内部构造十分破碎, 区内断层、 构造形迹以NE走向为基本格局, 断层的发育具有多期次、 多延伸方向、 多组合方式等特征, 其中各凹陷边界断裂最为重要, 控制着盆地的构造格局(舒良树等, 2005; 邱海峻等, 2006)。

图 1 苏北盆地构造单元及高邮-宝应MS4.9地震的震中Fig. 1 Schematic diagram of structure of Subei Basin and the epicenter of Gaoyou-Baoying MS4.9 earthquake.

高邮-宝应MS4.9地震震区位于苏北盆地东台坳陷中的高邮凹陷北端部, 高邮凹陷在构造上属于苏北盆地东台坳陷中部的一个一级凹陷, EW长约100km, SN宽25~35km, 面积为2 670km2, 中、 新生界沉积厚达7km, 整体为南断北超型半地堑盆地。 在中三叠世末与晚侏罗世, 由于华北板块沿苏鲁造山带的陆-陆碰撞作用以及西太平洋俯冲作用, 高邮凹陷形成了NEE向逆冲基底断层与NEE向平移基底断层。 高邮凹陷边界上的真1断层、 吴1断层与柳菱断层皆是追踪基底断层发育而来, 均呈现为右旋走滑正断层活动(图2a)(朱光等, 2013)。 其中, 高邮凹陷的南界为NEE走向的真1断层, 与盆外江都隆起相邻, 断层倾向N; 东南界为NEE—NNE走向的吴1断层, 此断层以南为吴堡低凸起, 北部分别过渡为柘垛低凸起与临泽凹陷; 西北边界为NEE—NNE走向的柳菱断层, 倾向SEE, 与菱塘桥低凸起相邻, 此断裂位于临泽凹陷与柳堡低凸起之间的部分即被称为杨汊苍-桑树头断裂(刘建达等, 2012; 梁兵, 2013; 朱光等, 2013)。 高邮凹陷自晚白垩世—新生代经历了完整的裂陷盆地演化阶段, 即早期坳断—断坳—断陷—晚期坳陷。 坳断期盆地均匀沉降, 形成了边界一级断裂; 断坳期在一级断裂的基础上形成了与一级断裂倾向相反的二级断裂, 盆地凹凸相间的雏形自此初现; 断陷期边界断裂强烈活动, 奠定了盆地的构造格局; 坳陷期构造活动较弱(能源等, 2009)。 柳堡低凸起、 临泽凹陷、 柘垛低凸起就是由高邮凹陷裂陷盆地演化形成的(刘建达等, 2012)。 高邮凹陷内部的次一级构造单元自南向北分为南断阶、 深凹带与北斜坡。 南断阶包括了N倾的真1断层与3条雁列状真2断层之间的构造带和吴1断层与吴2断层之间的构造带, 前者也简称为真武断阶带, 而后者简称为吴堡断阶带。 深凹带是介于N倾的真2断层和S倾的汉留断层之间的地堑式构造带。 汉留断层以北即为北斜坡。

图 2 a 高邮凹陷构造图(陈安定, 2001; 刘玉瑞等, 2004; 陈莉琼等, 2009; 王玺等, 2013; 朱光等, 2013); b 高邮-宝应MS4.9地震的余震序列与地震烈度等震线分布图
震源机制解来源于文献(王俊等, 2013)。 F1石港断层; F2杨村断层; F3铜城断层; F4崔庄断层; F5泥沛断层; F6柳菱断层; F7真1断层; F8吴1断层; F9真2断层; F10汉留断层Fig. 2 Structure of Gaoyou sag(a), and aftershock sequence and isoseismal distribution map of the Gaoyou-Baoying MS4.9 earthquake(b).

2 发震构造的初步研究

本文首先利用地震序列精定位、 震源机制解及烈度调查等结果, 对该次地震的发震构造进行研究与分析。

2.1 地震序列的精定位结果

高精度的定位能更加准确地揭示地震序列的空间分布特征, 探讨其与断裂构造活动的关系以及地震成因。 本研究采用Waldhauser等(2000)提出的双差相对定位法对高邮-宝应MS4.9地震序列进行了重新定位。 主震发生后, 江苏省地震局在震中附近紧急架设了4个流动台站(图 3), 距震中的平均距离约为8km, 布设的流动台站很好地弥补了地震台网近台不足的缺陷, 为余震的精确定位奠定了基础。

图 3 高邮-宝应MS4.9地震的震中及台站分布Fig. 3 Distribution of earthquake epicenters and seismic stations.

重新定位后, 共得到70条高精度的定位结果, EW向、 SN向误差分别为0.65、 0.70km, 深度误差为0.85km。 主震震中位于(33.047°N, 119.566°E), 震源深度约为10.2km, 与康清清等(2015)、 王俊等(2013)和洪德全等(2013)通过震源机制解反演获得的9~10km的最佳深度结果较为一致。 从精确定位后的地震震中分布来看(图 4), 地震主要集中在长11km、 宽6km的范围内, 地震序列沿NNE向优势分布明显, 展布约9km。 主震位于集中区的中间, 可推测出本次地震的破裂方式可能以双侧破裂为主。 主震的NE侧地震分布较少, 多数余震分布在主震的SW侧(图2b, 4a), 但值得注意的是MS> 3.0的地震全部集中在主震震中的NE侧。 余震相对于主震的分布特征表明本次地震以SW向破裂为主, 从而造成主震SW侧的余震较多。 余震沿NNE向优势展布说明本次地震的发震断裂为NNE走向的可能性较大。

沿余震分布区域的长轴方向(NNE向)取剖面AB、 垂直于长轴方向取剖面CD, 以分析地震活动与断层面之间的相互关系(图4a)。 由剖面AB(图4b)可见, 余震区长轴分布的宽度约为8km, 地震集中分布于8~18km深度范围; 主震位于剖面的中部偏上, 余震在主震的上方和下方均有分布, 但多数地震分布在主震的下方, 表明主破裂朝上部和向下部的扩展同时存在, 但下部为优势破裂方向。 如剖面CD(图4c)所示, 整个地震序列中绝大多数地震集中在一个宽约6km的区域内, 根据地震密集区可勾勒出1个SEE倾向的高角度破裂面, 其为高邮-宝应MS4.9地震发震断层的可能性较大。

图 4 沿不同剖面的震源空间分布图Fig. 4 Spatial distribution of hypocenters along different cross sections.

2.2 震源机制解结果

高邮-宝应MS4.9地震发生后, 不同研究者先后采用FOCMEC、 CAP、 TDMT等方法反演了此次地震的震源机制解(孙业君等, 2012; 洪德全等, 2013; 王俊等, 2013; 康清清等, 2015), 结果如图 5 和表1所示。 虽然各种方法的原理和所用资料差别较大, 但获得的震源机制解结果较为接近, 这也佐证了所得到的震源机制解可靠性较高。

图 5 不同方法反演的震源机制结果
a FOCMEC方法(孙业君等, 2012); b TDMT方法(王俊等, 2013); c CAP方法(洪德全等, 2013); d FOCMEC方法(洪德全等, 2013)Fig. 5 The inversion results of source mechanism using different methods.

表1 不同方法所得的震源机制解参数对比 Table 1 Comparison of focal mechanism solutions obtained by different methods

由表1可以看出, 节面Ⅰ 的走向为17°~28°, 即NNE向, 倾角为72°~79°, 断层面近直立, 而滑动角为147°~175°, 为右旋走向滑动错动方式; 节面Ⅱ 的走向为109°~122°, 即NW向, 倾角为57°~85°, 断层面较为直立, 而滑动角为11°~18°, 为左旋走向滑动错动方式。 P轴的方位角为242°~258°, 即NEE向, 倾角为2°~15°, 而T轴的方位角为150°~162°, 即NW向, 倾角为14°~31°, 均表现为近水平作用力。 震源机制解反映该地震主要是以走滑错动为主。

2.3 可能的发震构造特征初判

综合分析地震序列精确定位、 震源机制解等结果, 上述研究所反映出的高邮-宝应MS4.9地震可能的发震构造的基本特征一致, 均为一条NNE走向、 SEE倾向的高倾角右旋走滑断层, 此断层大致位于临泽凹陷与柳堡低凸起之间。 同时, 高邮-宝应MS4.9地震发生后, 江苏及华东地震现场联合工作组对该次地震的灾害情况进行了深入调查, 结果显示, 本次地震的烈度可划分为Ⅴ 度区和Ⅵ 度区, 烈度等震线近似椭圆形, 长轴约呈NE向展布(图2b)(刘建达等, 2012)。

3 震中区断层浅层反射地震勘探

为了对该次地震的发震构造进行更全面与深入的分析, 以前文的研究结果为基础, 在震中开展反射地震勘探工作。

3.1 测线布设位置

本次地震勘探的测线共有2条:GYL1与GYL2。 GYL1测线沿高邮临泽镇安大公路布设, 方向为自SSE向NNW, 长15.2km; GYL2测线沿高邮临泽镇子婴干渠路布设, 方向为自西向东, 长6.5km(图2a)。

3.2 数据采集与数据处理

本次反射地震勘探采用共中心点(CMP)多次覆盖技术。 野外数据采集使用S-Land全数字化高密度地震勘探数据采集系统, 该数据采集系统具有全数字化的数据传输技术, 极大地降低了地震数据采集时信号的畸变与损耗, 具有高信噪比、 宽频带、 动态范围大等特点; 使用KZ12型可控震源作为激发震源, 最大出力为120kN; 利用变频互相关技术进行数据采集, 较好地压制了随机噪声, 有效提升了数据的信噪比。 根据现场试验工作, 设计道间距5m、 最小偏移距60m、 覆盖次数20、 单边追逐120道接收的观测系统。

采用CGG5000地震反射数据处理系统处理数据, 主要流程包括谱分析、 真振幅恢复、 折射静校正、 叠前去噪、 反褶积、 速度分析、 动校正、 剩余静校正、 倾角时差校正、 共中心点叠加、 叠后去噪和叠后偏移等。 并利用叠加速度和双程走时, 通过DIX公式求取不同地层反射界面以上的平均速度, 进行时-深转换, 获得地质解释剖面。

3.3 震区断层构造特征分析

图 6与图 7 分别为GYL1测线与GYL2测线叠后偏移剖面图, 由叠加时间剖面可见, 在100~1 800ms范围内, 地下介质成层性较好, 反射层位较多, 反射波组发育良好, 此测线由浅到深可连续追踪到多组清晰的反射波组, 分别代表晚更新世—始新世地层的良好反射界面。

图 6 GYL1测线叠后偏移剖面及其综合地质解释Fig. 6 Post-stack migration profile and comprehensive geological interpretation profile of GYL1.

图 7 GYL2测线叠后偏移剖面及其综合地质解释Fig. 7 Post-stack migration profile and comprehensive geological interpretation profile of GYL2.

由GYL1测线叠后偏移剖面与综合地质解释图分析可见, 约在GYL1测线桩号7 500~8 300/m处, T3—Tg波组出现明显的同相轴错断现象, 并且约在桩号6 500~9 000/m、 800~1 800ms双程时深度范围内出现了明显的面积较大的波组凌乱现象, 波组具有明显的上隆特征, 据此推断为断点F1-1。 该断裂由底部向上切穿了Tg—T3间的波组, 从浅至深断距逐渐增大, 所切穿波组的同相轴时差为50~70ms, 对应地层断距为40~60m。 断点倾向SSE, 视倾角较陡, 断点F1-1 的上断点埋深约为200m。

同时, 在GYL1测线2 900~3 900/m桩号范围内, T2—Tg波组间出现明显的同相轴不连续现象, 推断为断点f1-1。 T2—Tg波组的同相轴时差为10~40ms, 对应地层的断距为8~30m, 该断点倾向NNW, 视倾角较陡, 断点f1-1 的上断点深度约为120m。

根据区域水文地质普查报告(高邮幅)中对高邮地区第四系沉积厚度的描述(韦兴星等, 1980), 在高邮临泽地区, 第四系全新统与上更新统的累积沉积厚度为60~80m, 第四系中更新统的沉积厚度为20~30m, 第四系下更新统的沉积厚度为70~90m, 以此推测断点F1-1 与f1-1 分别错断至早更新世地层与中更新世地层。

由GYL2测线叠后偏移剖面与综合地质解释图分析可见, 在GYL2全测线, Tg波组的同相轴呈现挤压上隆形态, 约在3 000~4 500/m桩号范围内, Tg波组出现弧形上隆特征, 且变化最为明显; 在约3 500/m桩号处, T3—Tg波组均呈现明显的同相轴不连续以及反射波组凌乱现象, 据此推断为断点F1-2。 断点F1-2 的上断点深度约为220m, 推测错断至早更新世地层。

约在GYL2测线4 400~4 800/m桩号范围内, T2—Tg波组均出现较为明显的同相轴错断现象, 推断为断点f1-2。 断点f1-2 的上断点深度约为120m, 推测错断至中更新世地层。

本次地震勘探的GYL1与GYL2测线都探明了呈 “ Y” 字形结构的断点, 断点F1-1 与F1-2 为断裂主断点, 断点f1-1 与f1-2 分别为F1-1 与F1-2 的从属断点, 此类断点结构为苏北盆地的典型断裂特征(马晓鸣, 2009)。 2条地震测线的叠加剖面均显示断裂上断点切穿了早、 中更新统, 2条测线所探明断点的连线为NNE向, 表明断裂的走向为NNE, 倾向SEE, 此断裂位于临泽凹陷与柳堡低凸起之间, 与前文所述的高邮凹陷的西北边界断层——柳菱断裂吻合, 判断所探明断点归属于柳菱断裂。

高邮凹陷是一个典型的半地堑状断陷盆地, 其内主要发育了NNE走向、 NEE走向和近EW走向3套断层系统, 分为凹陷边界断层和凹陷内部断层2类。 柳菱断层为高邮凹陷的西北部边界断层, 其北段与南段为NNE走向, 北段为临泽凹陷和柳堡低凸起的分界断裂, 南段东、 西两侧分别为高邮凹陷和菱塘桥低凸起, 该断裂向S延伸与下扬子地区NNE走向的大型沿江断层相连。 同为边界断层的真1断层与吴1断层总体呈NEE走向, 但皆存在NNE走向段, 以上3个边界断层共同控制着高邮凹陷形成与演化(姜芹芹等, 2013; 朱光等, 2013)。

4 可能发震构造的综合判断

通过对地震序列精确定位、 震源机制解、 地震勘探等研究结果的分析, 结合已有地震烈度调查结果, 高邮-宝应MS4.9地震可能的发震构造表现出以下4个重要特征:

(1)根据江苏及华东地震现场联合工作组的调查结果, 本次地震的烈度等震线近似椭圆形, 长轴约呈NE向展布(刘建达等, 2012);

(2)地震序列精定位结果显示地震序列沿NNE向展布, 且垂直余震的长轴剖面勾勒出一个SEE倾向的高倾角破裂面, 地震序列特征表明发震构造是沿NNE向展布、 SEE倾向的高倾角断层;

(3)震源机制解结果显示, 2个节面中有1个节面呈NNE走向, 断层面表现为高倾角特征, 该地震主要表现为右旋走滑错动性质;

(4)通过在震中布设的地震勘探测线, 获得了高邮凹陷西北边界柳菱断裂的剖面几何结构、 活动性质与活动时代, 该断裂走向近NNE, 倾向近SEE; 断点呈现 “ Y” 字形特征, 在探测剖面上显示以正断活动为主, 结合高邮凹陷第四纪地层分层资料, 判断其活动时代为早第四纪。

综上所述, 本研究利用多种方法探明的高邮-宝应MS4.9地震可能的发震构造的主体特征一致, 是一条NNE走向、 SEE倾向的高倾角右旋走滑正断层, 综合地质资料判断, 此断裂为高邮凹陷的西北边界断层——柳菱断裂。

地震是新构造活动的产物, 地震的孕育、 发生与新构造活动联系最为紧密, 发震构造的演化应受新构造活动的影响与控制(鄢家全等, 2008)。 为了进一步讨论高邮-宝应MS4.9地震震区的构造应力特征, 我们利用87个地震震源机制解资料(图 8), 采用应力张量反演方法(Michael, 1984, 1987), 反演得到苏北-南黄海盆地现代构造应力场(图 9)。 反演结果显示, 苏北-南黄海盆地的最大主应力S1的方位角为66.1°、 俯角为2.1°, 最小主应力S3的方位角为154.9°、 俯角为15.79°, 而中间主应力S2的方位角为327.1°、 俯角为74.1°, 表明该区域受到NE向主压应力和NW向主张应力的控制, 且应力作用近水平。

图 8 震中区附近的震源机制投影分布
①郯庐断裂带; ②嘉山-响水断裂; ③茅东断裂; ④陈家堡-小海断裂; ⑤南通-济州岛断裂; ⑥上海-奉贤断裂Fig. 8 Projection distribution of focal mechanism near the epicentral area.

图 9 苏北-南黄海盆地的主应力轴及置信区间在下半球的等面积投影Fig. 9 Principal stress axis of North Jiangsu-South Yellow Sea Basin and equal-area projection of confidence intervals in the lower hemisphere.

2条地震勘探测线所探明的 “ Y” 字形断点都表现为高倾角特征, GYL1测线约6 500~9 000/m桩号范围内出现非常明显的大面积波组凌乱区, 这一区域在叠后偏移剖面上显示宽约2.5km, 呈现上隆趋势, 这种凌乱的波组上隆现象往往在较软物质侵入构造破碎与薄弱处出现, 是由水平应力挤压所致; GYL2测线叠后偏移剖面显示, 基岩顶面反射波组(Tg)的同相轴出现明显上隆现象, 这种弧形上隆的形态同样反映了地层受水平应力的强烈挤压作用。

由此可见, 地震勘探剖面所揭示的柳菱断裂受力状态与震区构造应力场特征较为吻合, 表明柳菱断裂的演化受到现代构造活动的影响与控制, 高邮-宝应MS4.9地震可能是在NE向主压应力长期挤压作用下, NNE向柳菱断层不断积累应力、 突发失稳破裂的结果。

本次地震勘探工作探明柳菱断裂错断了早、 中更新世地层, 前人的研究表明中国东部一些中等强度地震可能的发震断裂具有同样的地层错断特征, 且这类断裂的潜在发震能力可达5.5~6.5级(周本刚等, 2006; 向宏发等, 2008; 鄢家全等, 2008)。 依据此认识, 我们认为高邮-宝应MS4.9地震尚不能代表该断裂的最大发震能力, 柳菱断层可能还存在构造活动进一步增强的可能。

在古近纪断陷盆地发育期, 高邮凹陷处于近SN向拉伸的区域伸展应力状态, 柳菱断裂在基底断层的复活作用下形成, 并以正断活动为主。 后期, 由于苏北盆地构造地应力场由拉张转变为挤压, 在NE向水平挤压应力作用下, 柳菱断裂表现为现今的以走滑活动为主的特征。 在高邮-宝应MS4.9地震的震中所在的苏北盆地内分布着多条同期发育的构造单元边界断裂, 综合前人研究与本研究结果, 我们认为:此类断裂很有可能是未来中强地震的潜在发震断裂, 需密切关注。

5 结论

本文利用地震精定位、 震源机制解、 地震反射勘探等方法, 并结合现代构造应力场特征, 对此次地震的发震构造进行了分析和讨论, 取得了以下几点主要认识:

(1)地震的重新定位结果显示发震构造是一条沿NNE向展布、 SEE倾向的高倾角断层; 震源机制解的其中1个节面呈NNE走向, 断层面表现为高倾角特征。 地震烈度调查结果与地震序列、 震源破裂特征存在较好的一致性, 均反映发震断层可能是一条NNE向展布的高倾角断层。

(2)地震勘探结果显示, 穿过震区的柳菱断层断裂走向近NNE, 倾向近SEE; 断点呈现 “ Y” 字形特征, 其活动时代为早第四纪。

(3)综合各种地震学方法得到的认识, 分析认为高邮-宝应MS4.9地震是在NE向主应力长期挤压作用下, NNE向柳菱断层不断积累应力、 突发失稳破裂的结果。

致谢 合肥工业大学朱光教授、 南京大学王玺博士、 南京工业大学范小平研究员对本研究给予了指导和帮助, 在此表示衷心感谢!

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