1969年陽江MS 6.4地震發震斷層面參數的確定

林群 劉特培 王小娜 徐曉楓 宮會玲 陳幸蓮

1）廣東省地震局，廣州市先烈中路81號院1號 510070

2）海南省地震局，海口 570203

3）陽江市地震局，廣東陽江 529500

0 引言

1969年7月26日廣東陽江發生了6.4級地震，震中烈度達Ⅷ，造成了較大的人員和財產損失。震后至2016年底，震中及附近中小震持續不斷，先后發生了5級左右地震9次，最近一次是2004年9月的4.9級地震，因此，陽江地區地震活動一直以來倍受關注。

圖1 陽江地區主要斷裂及地震臺站分布

陽江區域主要受2條大斷裂帶控制，西側為NE走向的四會-吳川斷裂（F1）及織篢斷裂（F2），東側為NE走向的蒼城-海陵斷裂（F3）（圖1）。其中蒼城-海陵斷裂的 NE端可能與邵武-河源斷裂帶相接，西南端通過海陵島深入海中，歷史上該斷裂帶發生過1806年會昌6級、1962年河源6.2級及多個5級左右地震，所以它是廣東陸地最為活動的斷裂帶（魏柏林等，2000）。根據陽江6.4級主震震中、等震線及余震分布等，確認此次6.4級地震發生在蒼城-海陵斷裂西南端附近的一條走向NEE、傾向SSE、傾角60°～70°、長度35km左右的平岡斷層（F4）的西南段附近，余震分布顯示該斷層錯動從斷層西南端至平崗鎮附近，長度約15km，該西南段斷層即為此次6.4級主震的發震斷層（魏柏林等人 2001）。但林紀曾等（1980）對陽江6.4級主震所做的震源機制解結果表明（圖6），走向為NEE的節面傾向為NW向，傾角80°。通常地震的震源機制解可以直觀反映地震的破裂特征和運動學特征，尤其是大震的節面解往往就較好地反映了實際發震斷層面的特征（彭利娟等，2016）。由此可見，6.4級地震震源機制解結果顯示與上述研究者給出的主震發震斷層面參數差異較大，實際發生的斷層可能比已有資料的更陡直，傾角不小于80°，傾向為NW而非SSE。另外從圖1可知，平岡斷層的西南端往西延伸將入海域，通常的地質方法不易確定該斷層是否存在繼續向西延展的可能性，因此以往研究者僅提供了平岡斷層西南端止于陸地的資料。然而6.4級地震的實際震中并非在陸地，而是在平岡斷層西南端的近海中（圖1）。近年來新建的數字地震臺網測定的高精度小震分布顯示，地震其實不僅發生在位于陸地的平岡斷層附近，而是更密集地發生在平岡斷層西南端向西延伸進入海中并直達對岸的區域（圖2）。主震震中及小震分布特征充分說明平岡斷層的西南段不應該僅存在于陸地而是進入了海域。此外，陽江附近還存在一條NW走向的程村斷層（F5），近年來該斷層上的地震活動呈現不斷增強的趨勢。但以往資料對NW斷層的研究不充分。綜上，有必要重新精確測定上述2條斷層的相關參數，這對厘清陽江附近活動構造分布特點具有重要意義。

近年來，隨著數字化地震觀測臺網的不斷發展，利用其測定的高精度小震資料獲得發震斷層參數等的應用越來越普遍（王鳴等，1992；萬永革等，2008；王福昌等，2013；劉特培等，2017；邵葉等，2016）。

2000年后，廣東省數字地震臺網建成運行，至2008年后，對陽江及鄰區小震的監測能力已經比較完善，地震定位精度也得到了大幅提高，豐富的小震資料，為測定相關斷層參數提供了數據基礎。本文采用雙差定位方法（Waldhauser et al，2000）獲得了1713個地震的精定位結果，在此基礎上，將平岡、程村2條斷層附近的2個小震密集區作為研究區，依據成帶分布的叢集地震發生在斷層面及附近的原則，利用模擬退火算法并結合高斯-牛頓算法（萬永革等，2008）反演了2個研究區相應的斷層面參數，較精確地確定了6.4級地震的發震斷層及另一條NW走向斷層的走向、傾角、斷層長度、斷層深度及地理位置分布等。該結果可為陽江地區的地震、地質研究提供基礎性參考資料。

1 資料和方法

1.1 資料選取

2008年后，廣東省地震局在陽江附近布設立了比較密集的數字化地震臺站（圖1），對陽江附近ML1.0以上地震的有效監測不少于10個臺站，對ML2.0以上地震不少于20個臺，這些臺站測定的地震直達波（P和S波）走時差（ts-p）絕大多數在1.5～15.0s范圍內，表明臺站緊密布設在被測定的地震震中附近。2014年后，陽江小孔徑井下型地震監測臺陣的建成及運行更極大地提高了微弱信號的提取能力（陳建濤等，2017），有助于提高地震定位精度。當前臺網對震中距120km左右以內的地震均能捕獲可靠數據，因臺站分布十分接近震中，對難以測定的震源深度及誤差的約束起到了關鍵作用，故陽江地區地震的絕對定位精度是比較高的。

圖2 2010～2016年陽江附近雙差定位前后小震（ML＞1.0）分布及斷裂反演區域

本文選取了陽江附近2010～2016年ML1.0以上地震數據1920個（圖2中紅色圓點），這些地震比較明顯地圍繞NEE走向的平岡斷層（F4）的西南段及NW走向的程村斷層（F5）附近密集分布。為進一步提高震源位置的精度，研究者通常利用雙差定位法（Waldhauser et al，2000），該方法在華南地區也得到廣泛的應用（康英等，2007；徐曉楓等，2017）。本文通過雙差精定位后獲得了圍繞2條斷層1713個高精度震源資料（圖2藍色圓點）。結果顯示，精定位后震中更集中，成叢性更顯著。本研究初步劃分出NEE向和NW向2條小震密集帶作為反演斷裂面的研究區域。很明顯，平岡斷層從平岡鎮至北灌鎮地震不活躍，小震記錄不充分，不能參與反演，本文對NEE走向斷層的反演僅為平岡斷層的西南段，亦即6.4級地震的發震斷層。

1.2 反演方法

大震發生后，大量小震通常圍繞在斷層面及附近發生，因此利用一定數量精定位小震震源位置的空間分布特點，可以獲得斷層面相關參數，這對于尺度不大的斷層來說是合適的。王鳴等（1992）認為，利用小震分布特征反演斷層的數學模型可通過尋求一個平面來實現，該平面應滿足所有小震震源位置到其距離的平方和為最小。

在地理坐標系中，假設（Xi，Yi，Zi）為第 i個地震震源位置，地震斷層面的走向為 φ，傾角為δ，到坐標原點距離為ρ，斷層面法向量即為（萬永革等，2008）

則斷層面的方程為

震源點到平面的垂直殘差為

假定小震數據一共有n個，目標函數可表示為

其中，δi表示第 i個小震的定位殘差。我們的目標就是求出 ρ、φ、δ，使得 E（ρ，φ，δ）最小。這是一個超定非線性最小二乘擬合問題，采用模擬退火算法和高斯-牛頓算法相結合的方法處理可得滿意的結果（萬永革等，2008）。本文采用該方法反演得到了6.4級地震發震構造平岡斷層及程村斷層面的參數。

2 斷裂面反演結果

一般地，數學擬合結果的精度受數據樣本偏離數據密集核心區的數量及偏離程度影響明顯，因此有必要對數據樣本進行篩選，剔除那些稀少且遠離密集區的小震數據。

從圖3可以看出，篩選前數據在緯度小于 21.6°及大于 22°、經度小于 111.5°及大于112.1°、深度小于2km及大于15km范圍內分布少而稀疏，故反演時可將其剔除。篩選后平岡斷層和程村斷層實際參與計算的地震數據分別為945、466個，反演結果見圖4、5及表1。

反演結果表明：平岡西南段斷層走向258.4°（標準差0.25°）、傾角85.4°（標準差 0.46°）、傾向 NW、斷裂長度 15.6km、斷層深度 4～13km；程村斷層（F5）走向333.1°（標準差0.45°）、傾向NE、傾角88.6°（標準差0.53°）、斷層長度27.5km、斷層深度2～15km。由于參與反演的地震數量充分，加之地震在水平和垂直方向帶狀分布顯著、叢集度高（圖4、5），因此反演斷層所得走向、傾角的標準誤差均很小（表1），2條反演斷層的地理展布見圖6。

圖3 研究區內地震數據篩選前緯度（a）、經度（b）、深度（c）與頻度間的關系

表1 平岡斷層西南段斷層面和程村斷層面參數反演結果

圖4 平崗斷層西南段斷層附近的小震在水平面（a）、斷層面（b）、垂直于斷層面（c）的投影分布和小震到斷層面距離的分布（d）

圖5 程村斷層（F5）附近的小震在水平面（a）、斷層面（b）、垂直于斷層面（c）的投影分布和小震到斷層面距離的分布（d）

圖6 反演斷層、地震分布及震源機制解

根據陽江地區構造應力場主壓應力σ1和主張應力σ3近乎水平且以NW-NWW向為擠壓的特點（林紀曾等，1980；蔣維強等，1992），推測平岡斷層以右旋走滑錯動為主，程村斷層當σ1方位呈NW時發生左旋的可能性較大，當偏轉到NWW時則有可能發生右旋滑動。

3 討論與結論

發震斷層參數的精確測定對于地質構造、地震發震機理、地震預測等研究是一項重要的基礎工作。本文利用陽江地區2010～2016年ML1.0以上絕對定位的小震資料，經雙差方法精確修定震源位置，對緊緊圍繞著平岡斷層西南段（即6.4級地震發震斷層）、程村斷層的密集地震，用數學擬合方法反演得到了較精確的斷層參數，結果表明：1969年陽江6.4級地震的發震斷層產狀為走向約258°，傾角約85°，傾向NW；程村斷層的走向約333°，傾角約 86°，傾向NE。2條斷層均十分陡峭，近乎直立，斷層深度基本相同，為2～15km，它們相交切于近海域（圖6綠色虛線）。

本文反演的平岡斷層西南段的參數與陽江6.4級地震的震源機制解（林紀曾等，1980）十分接近（圖6）。例如斷層反演走向258°和傾角85°與震源機制解的NEE的節面走向254°和傾角80°相差僅4°和5°，而傾向完全一致，同為NW。反演的斷層與以往資料相比，向西延長了約10km并穿過海域抵達對岸。這些結果與真實的地震分布特征及發震方式更為相符，應該是對平岡斷層認識的一個完善與補充。需要強調的是，本文對平岡斷層參數的反演，由于斷層北東段地震資料不充分無法反演，結果僅限于平岡鎮向西的部分，即6.4級地震的發震構造，并不反映整條平岡斷層的特征。

程村斷層的反演結果說明，該斷層的實際長度比已有結果（魏柏林等，2001）更長，斷層西北端點超過了程村鎮繼續向NW方向延長了約8km，而走向則向NE偏轉了約15°（圖6）。

2004年9月在平岡鎮附近發生了一次逆沖分量很大的中等地震（4.9級），當時由于余震數據不豐富，加之平岡斷層北東段（平岡-北慣）平時地震活動較弱等原因，所以初步認定4.9級地震的發震斷層可能與6.4級是重合的，即本文反演的平岡斷層西南段的錯動引發了4.9級地震（劉特培等，2005）。本研究經過反復論證4.9級的震源機制解后，確認它屬高逆沖量類型地震（圖6）。然而近乎直立的平岡斷層西南段在近水平的構造應力擠壓下發生顯著逆沖的可能性不大，因此關于4.9級地震的發震斷層似有必要重新討論。本文推測4.9級地震最為可能是由平岡斷層的北東段發生逆沖所致。根據相關資料，從平岡鎮至北慣鎮的斷層傾角較小，約為60°（魏柏林等，2001），在該區域應力場作用下發生逆沖錯動是可能的。綜上，平岡斷層（F4）的總體特征是自西向東，斷層構造由陡峭轉為較平緩的形態，發生扭曲的地點就位于平岡鎮附近。鑒于平岡-北慣段尚未記錄到足夠的地震資料，目前暫難測定其相關的斷層參數。

通常斷裂的相交點或端點是應力易集中進而可能發生較強地震的部位，當前由于陽江地區6.4級及一系列中強地震已經在上述兩斷層交點附近及平岡斷層西南段相繼發生，而2004年4.9級地震的震中卻明顯地脫離了原6.4級地震主震區域，并由以往不太活動的平岡斷層的北東段錯動所致，是否反映了陽江地區地震開始發生了遷移？這一點應在該區地質及地震活動性分析時加以關注。

致謝：防災科技學院萬永革教授為本研究提供了斷層反演程序，匿名審稿專家對文章的修改提出了中肯的建議，在此一并感謝。