2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 构 造 背 景 海 南 岛 位 于 中 国 大 陆 东 南 沿 海 地 震 带 的 雷 琼 地 震 亚 区, 包 括 海 南 岛 和 雷 州 半 岛 及 附 近 海 域, 大 致 以

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1 第 31 卷 第 2 期 (362 ~ 371) 2015 年 6 月 中 国 地 震 EARTHQUAKE RESEARCH IN CHINA Vol. 31 No. 2 Jun 张 慧,2015, 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 异 性 特 征 地 震 各 向 初 步 研 究, 中 国 地 震,31(2),362 ~ 371 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 张 慧 海 南 省 地 震 局, 海 口 市 美 苑 路 49 号 摘 要 基 于 海 南 省 地 震 台 网 2000 ~ 2013 年 的 区 域 地 震 波 形 数 据, 用 剪 切 波 分 裂 系 统 分 析 方 法 ( SAM) 获 得 了 海 南 琼 东 北 部 地 区 九 五 数 字 台 网 中 2 个 台 站 的 剪 切 波 分 裂 参 数 结 果 表 明, 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 代 表 了 原 地 最 大 主 压 应 力 方 向 七 星 岭 台 NE 方 向 的 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 与 区 域 水 平 主 压 应 力 场 方 向 不 一 致, 与 NE 走 向 的 断 裂 一 致, 体 现 了 局 部 构 造 和 局 部 应 力 场 的 复 杂 性 ; 青 山 岭 NNE 向 的 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 揭 示 了 NNE 走 向 断 裂 的 构 造 意 义 同 时, 本 研 究 证 实, 位 于 活 动 断 裂 上 或 几 条 活 动 断 裂 交 汇 部 位 的 台 站 的 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 与 对 所 选 用 的 小 地 震 起 控 制 作 用 的 活 动 断 裂 走 向 一 致, 而 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 较 为 离 散 则 反 映 了 该 区 域 复 杂 的 断 裂 构 造 和 应 力 分 布 特 征 关 键 词 : 地 震 各 向 异 性 剪 切 波 分 裂 主 压 应 力 活 动 断 裂 海 南 东 北 部 [ 文 章 编 号 ] (2015) [ 中 图 分 类 号 ] P315 [ 文 献 标 识 码 ] A 0 引 言 大 量 地 震 学 研 究 表 明, 不 同 深 处 的 地 壳 介 质 均 呈 各 向 异 性 ( 太 龄 雪 等,2008), 剪 切 波 在 各 向 异 性 介 质 中 传 播 会 发 生 分 裂 现 象, 利 用 地 壳 中 的 剪 切 波 分 裂 可 以 研 究 地 壳 介 质 的 地 震 各 向 异 性 剪 切 波 分 裂 对 介 质 的 各 向 异 性 特 征 比 较 敏 感, 一 个 地 区 的 应 力 状 态 及 应 力 变 化 对 剪 切 波 的 分 裂 会 产 生 一 定 影 响 ( 高 原 等,2008), 剪 切 波 分 裂 参 数 能 比 较 好 地 反 映 区 域 应 力 状 态 及 局 部 构 造 特 征, 尤 其 是 对 分 析 小 尺 度 应 力 环 境 特 征 非 常 有 效 此 外, 剪 切 波 分 裂 参 数 的 分 布 特 征 与 断 层 性 质 密 切 相 关, 能 很 好 地 体 现 区 域 内 部 断 裂 的 活 动 特 征 ( 石 玉 涛 等, 2009) 因 此, 利 用 剪 切 波 分 裂 特 性 可 以 分 析 区 域 地 壳 应 力 场 的 状 态 以 及 断 裂 分 布 特 征 Gao 等 (2004) 研 究 表 明, 剪 切 波 分 裂 参 数 可 以 反 映 震 前 的 应 力 积 累 和 临 震 前 的 应 力 释 放 过 程, 并 可 用 于 地 震 预 测 研 究 本 文 利 用 海 南 区 域 数 字 地 震 台 网 地 震 波 形 资 料, 依 据 剪 切 波 分 裂 基 本 原 理, 研 究 了 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 介 质 的 地 震 各 向 异 性, 并 结 合 区 域 主 压 应 力 场 和 台 站 周 边 断 层 分 布 情 况, 讨 论 了 剪 切 波 分 裂 特 性 与 区 域 构 造 的 关 系 [ 收 稿 日 期 ] ;[ 修 订 日 期 ] [ 项 目 类 别 ] 2013 年 海 南 省 地 震 局 科 研 项 目 资 助 [ 作 者 简 介 ] 张 慧, 女, 生 于 1983 年, 硕 士, 工 程 师

2 2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 构 造 背 景 海 南 岛 位 于 中 国 大 陆 东 南 沿 海 地 震 带 的 雷 琼 地 震 亚 区, 包 括 海 南 岛 和 雷 州 半 岛 及 附 近 海 域, 大 致 以 王 五 - 文 教 断 裂 ( F14) 为 界, 分 为 南 北 两 个 部 分, 地 震 活 动 呈 北 强 南 弱 的 特 点, 该 区 发 育 多 条 近 EW 向 NW 向 和 NE 向 3 组 活 动 断 层 ( 图 1) 在 近 EW 向 断 裂 中, 王 五 - 文 教 断 裂 带 ( F14) 的 规 模 最 大, 长 达 190km, 控 制 了 雷 琼 断 陷 的 南 界 琼 东 北 地 区 展 布 有 NW 向 长 流 - 仙 沟 断 裂 带 ( F26) 海 口 - 云 龙 断 裂 带 ( F27) 铺 前 - 清 澜 断 裂 带 ( F28) 近 EW 向 的 马 袅 - 铺 前 断 裂 带 ( F13) 以 及 NE 向 的 文 昌 - 琼 海 - 三 亚 断 裂 ( F10) 海 南 岛 属 于 少 震 地 区, 但 历 史 上 岛 内 也 有 中 强 震 的 记 载, 即 铺 前 - 清 澜 断 裂 带 ( F28) 和 马 袅 - 铺 前 断 裂 带 ( F13) 交 汇 处 曾 于 1605 年 发 生 琼 山 M 7 1 地 震,1524 年 文 昌 - 琼 海 - 三 亚 断 裂 带 ( F20) 2 也 曾 发 生 5 级 地 震 东 南 沿 海 地 震 带 的 构 造 应 力 场 来 源 于 太 平 洋 板 块 的 向 西 挤 压 和 印 度 洋 板 块 的 向 北 向 东 的 推 挤 雷 琼 地 震 亚 区 M 4. 5 地 震 和 小 震 统 计 的 震 源 机 制 解 显 示 : 海 南 琼 北 至 雷 州 半 岛 地 区 的 平 均 主 压 应 力 方 向 为 NNW 向, 琼 南 地 区 平 均 主 压 应 力 方 向 为 近 NS 向 ; 断 层 面 走 向 主 要 为 NW 向 和 NE 向, 断 层 面 倾 角 较 大 1 本 文 研 究 的 海 南 琼 东 北 地 区 主 压 应 力 场 方 向 为 NNW 向 ( 如 图 1) 2 研 究 方 法 及 结 果 本 研 究 基 于 海 南 省 数 字 遥 测 地 震 台 网 中 心 提 供 的 地 震 目 录, 收 集 并 整 理 了 2000 ~ 2013 年 的 地 震 波 形 数 据, 根 据 剪 切 波 窗 口 的 约 束 条 件, 挑 选 观 测 质 量 较 好 的 三 分 向 波 形 记 录 但 由 于 海 南 岛 属 于 少 震 区, 符 合 约 束 条 件 的 有 效 地 震 记 录 较 少, 本 文 仅 针 对 海 南 东 北 部 地 区 的 地 壳 各 向 异 性 特 征 进 行 分 析 讨 论, 主 要 分 析 该 区 七 星 岭 ( QXL) 和 青 山 岭 ( QSL) 台 的 剪 切 波 分 裂 参 数 图 1 给 出 了 九 五 数 字 台 网 中 各 台 站 分 布 图, 同 时 给 出 了 琼 东 北 地 区 断 层 地 质 构 造 等 相 关 信 息 2. 1 基 本 原 理 地 壳 中 引 起 地 震 各 向 异 性 的 主 要 因 素 是 地 壳 中 存 在 定 向 排 列 且 充 满 液 体 的 微 裂 隙 ( EDA), 这 已 被 大 量 观 测 研 究 所 证 实 所 谓 EDA 是 指 岩 石 中 按 应 力 取 向 排 列 的 充 满 流 体 的 晶 间 ( intergranular) 微 裂 隙 和 低 纵 横 比 孔 隙 的 结 构 EDA 裂 隙 结 构 介 质 是 各 向 异 性 结 构, 当 剪 切 波 穿 过 定 向 排 列 的 EDA 裂 隙 结 构 传 播 时, 分 裂 成 两 个 ( 或 更 多 个 ) 近 似 互 相 垂 直 偏 振 的 剪 切 波 列, 这 两 个 分 裂 的 波 列 具 有 不 同 的 传 播 速 度 和 不 同 的 振 动 方 向, 速 度 较 慢 的 剪 切 波 相 对 快 剪 切 波 有 时 间 延 迟 若 地 壳 中 的 裂 隙 是 近 似 直 立 的 平 行 排 列, 剪 切 波 相 对 于 地 表 是 小 角 度 入 射, 那 么, 剪 切 波 穿 过 这 种 裂 隙 各 向 异 性 介 质 后, 在 水 平 面 上 观 察, 快 剪 切 波 偏 振 近 似 平 行 于 裂 隙 面, 慢 剪 切 波 偏 振 近 似 垂 直 于 裂 隙 面 因 此, 快 剪 切 波 的 偏 振 方 向 与 应 力 引 起 的 定 向 排 列 裂 隙 面 的 走 向 一 致, 即 快 剪 切 波 与 原 地 最 大 主 压 应 力 方 向 一 致, 而 慢 剪 切 波 的 时 间 延 迟 反 映 了 地 壳 介 质 的 各 向 异 性 程 度 研 究 表 明, 剪 切 波 分 裂 是 研 究 地 壳 各 向 异 性 与 探 1 沈 繁 銮 等, 海 口 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价 工 程 技 术 报 告 ( 内 部 资 料 ),2007

3 364 中 国 地 震 31 卷 图 1 海 南 岛 地 质 构 造 与 地 震 台 站 分 布 讨 区 域 应 力 场 状 态 的 有 效 方 法 2. 2 地 震 资 料 选 取 选 取 波 形 时, 要 满 足 两 个 条 件 : 一 是 地 震 波 形 的 信 噪 比 要 高 ; 二 是 要 满 足 剪 切 波 窗 口 内 的 波 形 记 录 条 件 当 剪 切 波 入 射 角 达 到 临 界 角 时 会 发 生 全 反 射 现 象, 因 此 我 们 约 定 剪 切 波 窗 口 是 指 剪 切 波 相 对 于 地 震 台 站 的 入 射 角 要 小 于 临 界 角, 对 于 泊 松 比 为 的 介 质, 临 界 角 约 为 35, 即 选 取 入 射 角 35 范 围 内 的 波 形 记 录 若 选 用 华 南 走 时 表 提 出 的 双 层 地 壳 速 度 模 型 ( 地 壳 厚 度 分 别 为 和 11. 0km,P 波 速 度 分 别 为 和 6. 88km / s) ( 柯 龙 生, 1994), 速 度 结 构 过 于 粗 糙, 造 成 波 形 选 取 误 差 较 大, 因 此 本 研 究 采 用 单 层 模 型 ( 地 壳 厚 度 为 32. 4km,P 波 速 度 为 7. 98km / s) ( 柯 龙 生,1994) 但 若 使 用 单 层 模 型 概 念 下 的 35 入 射 角 作 为 剪 切 波 窗 口, 获 得 的 地 震 波 形 数 据 将 大 大 减 少, 并 且 考 虑 到 地 表 沉 积 层 的 存 在, 实 际 射 线 比 理 论 地 震 射 线 的 入 射 角 更 小, 因 此 可 适 当 扩 展 窗 口 到 55 ( 高 原,1996) 综 上 所 述, 本 文 选 用 单 层 模 型 下 入 射 角 为 55 作 为 剪 切 波 窗 口, 挑 选 窗 口 内 的 波 形 记 录 进 行 剪 切 波 各 向 异 性 研 究 从 图 2 可 以 看 出, 采 用 Butterworth 滤 波 器 滤 波 后 的 地 震 事 件 波 形 信 噪 比 较 高, 剪 切 波 清 晰 可 见

4 2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 365 图 2 七 星 岭 台 ( QXL) 记 录 到 2004 年 9 月 24 日 09 时 17 分 46 秒 地 震 记 录 ( 滤 波 后 ) 震 级 M L 1. 4, 震 源 深 度 为 10km, 震 中 距 为 km, 采 样 率 为 50Hz 2. 3 研 究 方 法 国 内 外 学 者 提 出 了 很 多 有 关 分 析 剪 切 波 分 裂 的 方 法 为 了 增 强 数 据 分 析 的 客 观 性, 本 研 究 采 用 剪 切 波 系 统 分 析 方 法 ( systematic analysis method of shear-wave splitting, 以 下 简 称 SAM 方 法 ) ( 高 原 等,2004a 2004b) 进 行 数 据 处 理, 该 方 法 是 在 相 关 函 数 的 基 础 上 建 立 的, 主 要 包 括 了 相 关 分 析 偏 振 检 验 和 时 间 延 迟 3 个 方 面, 并 具 有 自 我 检 验 的 特 点 剪 切 波 穿 过 各 向 异 性 介 质 时 会 分 裂 成 快 慢 剪 切 波, 这 两 列 波 的 方 向 近 似 垂 直, 时 间 上 相 对 延 迟, 并 且 理 论 上 快 慢 剪 切 波 源 于 同 一 列 剪 切 波, 故 其 在 波 形 方 面 最 为 相 似, 在 此 基 础 上, 通 过 相 关 分 析 计 算 两 个 剪 切 波 波 形 的 最 大 相 关 系 数, 并 得 到 最 大 相 关 系 数 对 应 的 旋 转 角 度 和 延 迟 时 间, 即 为 快 剪 切 波 的 偏 振 角 度 和 慢 剪 切 波 的 时 间 延 迟, 以 此 获 得 剪 切 波 分 裂 参 数 但 是 由 于 地 震 波 形 受 到 台 基 岩 性 场 地 条 件 观 测 环 境 局 部 地 质 构 造 等 多 种 因 素 的 影 响, 相 关 分 析 得 到 的 结 果 有 可 能 不 是 最 优 解, 因 此 必 须 对 结 果 作 进 一 步 的 偏 振 检 验 和 时 间 延 迟 分 析 图 3( a) 给 出 了 剪 切 波 偏 振 图, 反 映 了 水 平 方 向 上 两 列 剪 切 波 的 质 点 运 动 轨 迹, 通 常 呈 椭 圆 偏 振 现 象 假 设 快 剪 切 波 偏 振 方 向 与 正 北 方 向 呈 α 角, 将 NS 分 量 的 剪 切 波 按 α 角 进 行 旋 转, 旋 转 后 得 到 的 剪 切 波 为 快 剪 切 波, 其 正 交 方 向 的 剪 切 波 为 慢 剪 切 波, 同 时 能 较 为 明 显 地 看 出 快 慢 剪 切 波 之 间 存 在 时 间 差 ( 图 3 ( b) ) 在 此 基 础 上 进 行 时 间 延 迟 校 正, 如 果 时 间 延 迟 Δt, 则 将 慢 剪 切 波 适 当 前 移, 以 此 消 除 时 间 延 迟 影 响, 此 时 得 到 的 两 列 剪 切 波 的 偏 振 图 应 更 接 近 线 形 偏 振 ( 图 3( c) ) 通 过 剪 切 波 旋 转 时 间 延 迟 和 偏 振 图 分 析, 可 以 确 定 通 过 相 关 分 析 计 算 的 结 果 是 否 为 最 优 解, 若 有 偏 差, 则 需 要 根 据 波 形 和 偏 振 特 性 进 行 修 正, 这 也 是 SAM 方 法 的 特 性 所 在 2. 4 结 果 根 据 SAM 方 法, 本 研 究 获 得 海 南 岛 东 北 部 地 区 七 星 岭 台 ( QXL) 和 青 山 岭 台 ( QSL) 的 剪 切 波 分 裂 参 数 ( 表 1) 图 4 给 出 了 七 星 岭 台 ( QXL) 和 青 山 岭 台 ( QSL) 快 剪 切 波 偏 振 方 向 的 下 半 球 等 面 积 投 影 玫 瑰 图, 显 示 出 每 个 台 站 的 快 剪 切 波 偏 振 方 向 通 过 对 这 2 个 台 站 的 剪 切 波 分 裂 结 果 统 计

5 366 中 国 地 震 31 卷 图 3 QXL 台 剪 切 波 分 裂 分 析 分 析 表 明 ( 表 2), 由 于 台 站 地 质 构 造 的 复 杂 情 况,2 个 台 站 的 快 剪 切 波 偏 振 方 向 不 尽 相 同 七 星 岭 台 ( QXL) 快 剪 切 波 平 均 偏 振 方 向 为 ± , 优 势 取 向 为 NE 向 ; 青 山 岭 台 ( QSL) 快 剪 切 波 平 均 偏 振 方 向 为 ± , 优 势 取 向 近 NNE 向 根 据 雷 琼 地 震 亚 区 M 4. 5 级 地 震 和 小 震 统 计 的 震 源 机 制 解 显 示, 海 南 琼 东 北 地 区 平 均 主 压 应 力 方 向 为 NNW 向, 由 此 可 以 看 出,2 个 台 站 的 快 剪 切 波 方 向 与 区 域 主 压 应 力 场 方 向 不 甚 一 致 ; 特 别 地,QXL 的 平 均 偏 振 方 向 为 NE 向, 与 主 压 应 力 场 方 向 相 差 较 大 为 了 比 较 地 壳 介 质 各 向 异 性 程 度, 将 各 台 站 慢 剪 切 波 时 间 延 迟 标 准 化 到 单 位 距 离 的 时 间 值 ( ms / km), 计 算 得 到 每 个 台 站 的 慢 剪 切 波 延 迟 时 间 从 表 1 可 以 看 出,QXL 慢 剪 切 波 延 迟 时 间 为 ± 1. 01ms / km,qsl 为 ± 1. 12ms / km, 均 小 于 1992 年 海 南 岛 东 方 震 群 地 区 的 剪 切 波 延 迟 时 间 ( 高 原,1996) 3 剪 切 波 分 裂 特 征 3. 1 快 剪 波 偏 振 方 向 特 征 海 南 岛 发 育 多 条 近 EW 向 NW 方 向 和 NE 向 3 组 活 动 断 层, 多 数 为 张 剪 性 断 层 兼 右 旋 走 滑 琼 东 北 地 区 主 要 展 布 有 EW 向 王 五 - 文 教 断 裂 带 ( F3) 马 袅 - 铺 前 断 裂 带 ( F2),NW 向 长 流 - 仙 沟 断 裂 带 ( F5) 海 口 - 云 龙 断 裂 带 ( F6) 铺 前 - 清 澜 断 裂 带 ( F7), 以 及 NE 向 文

6 2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 367 表 1 地 震 台 站 与 剪 切 波 分 裂 参 数 台 站 发 震 时 刻 震 中 震 源 深 度 / 震 中 距 / 地 震 序 号 名 称 年. 月. 日. 时 : 分 : 秒 纬 度 / N 经 度 / E km km 震 级 入 射 角 方 位 角 M L ( ) ( ) :56: :16: :43: :42: :57: :47: :49: :02: 七 星 :47: 岭 台 :51: ( QXL) :54: :17: :04: :51: :49: :25: :22: :36: :02: :40: :46: :17: :22: :45: :43: :44: :49: 青 山 :01: 岭 台 :11: ( QSL) :26: :18: :44: :34: :14: :52: :42: :03: :34: :46: :51: :51: :08: :31: :38: 总 结 表 1, 可 得 表 2

7 368 中 国 地 震 31 卷 表 2 台 站 名 称 纬 度 / N 经 度 / E 有 效 事 件 数 平 均 快 波 偏 振 方 向 ( ) 平 均 慢 波 时 间 延 迟 / S 七 星 岭 台 ( QXL) ± ± 青 山 岭 台 ( QSL) ± ± 图 4 快 剪 切 波 偏 振 方 向 下 半 球 等 面 积 投 影 玫 瑰 图 ( 数 据 记 录 时 间 为 2000 ~ 2013 年 ) 昌 - 琼 海 - 三 亚 断 裂 ( F9, 图 5) 本 研 究 结 果 表 明, 由 于 琼 东 北 地 区 内 部 不 同 位 置 的 构 造 差 异 以 及 断 裂 不 均 匀 分 布, 应 力 场 局 部 特 征 较 明 显, 使 得 该 地 区 不 同 位 置 的 地 壳 介 质 各 向 异 性 表 现 出 差 异, 主 要 反 映 在 琼 东 北 地 区 七 星 岭 台 ( QXL) 和 青 山 岭 台 ( QSL) 的 快 剪 切 波 方 向 呈 现 局 部 差 异 同 时, 图 5 也 显 示 出 偏 振 方 向 的 优 势 取 向 与 区 域 主 压 应 力 场 的 方 向 不 一 致, 这 说 明 区 域 的 主 要 应 力 背 景 是 主 压 应 力 场, 快 剪 切 波 偏 振 方 向 的 优 势 取 向 反 映 的 是 台 站 所 在 位 置 的 水 平 主 压 应 力 场 方 向, 与 局 部 构 造 和 断 裂 分 布 有 密 切 联 系 图 5 显 示,QXL 台 位 于 两 条 不 同 走 向 的 断 裂 交 汇 处, 即 近 EW 向 的 马 袅 - 铺 前 断 裂 东 段 ( F2) 与 NW 向 铺 前 - 清 澜 断 裂 ( F7) 交 汇 处, 该 交 汇 处 1605 年 发 生 了 琼 山 7 1 级 地 震, 并 2 且 马 袅 - 铺 前 断 裂 在 新 构 造 时 期 仍 有 活 动, 是 1605 年 琼 州 大 地 震 的 主 要 控 震 断 裂 根 据 海 口 市 活 断 层 探 测 结 果, 马 袅 - 铺 前 断 裂 东 段 走 向 大 致 为 80, 断 错 性 质 以 张 性 正 断 层 为 主 兼 右 旋 走 滑 ( 沈 繁 銮 等,2010) 本 文 研 究 结 果 显 示,QXL 台 快 剪 切 波 偏 振 方 向 为 NE62. 4 ± , 优 势 方 向 与 马 袅 - 铺 前 断 裂 东 段 走 向 大 体 一 致 ( 图 5), 表 明 该 断 裂 对 QXL 台 附 近 的 小 震 起 了 控 制 作 用, 并 对 局 部 应 力 状 态 有 较 大 影 响 位 于 东 部 的 文 昌 - 琼 海 - 三 亚 断 裂 ( F9) 与 其 它 断 裂 不 同, 呈 NNE 向, 与 横 亘 东 西 的 王 五 - 文 教 断 裂 ( F3) NW 向 铺 前 - 清 澜 断 裂 ( F7) 交 汇 QSL 台 位 于 该 交 汇 处, 快 剪 切 波 平 均 偏 振 方 向 为 近 NNE38. 8 ± , 优 势 方 向 与 NNE 向 的 文 昌 - 琼 海 - 三 亚 断 裂 走 向 基 本 一 致, 这 反 映 了 该 台 站 下 方 局 部 区 域 可 能 受 到 NNE 走 向 断 裂 构 造 的 制 约

8 2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 369 图 5 海 南 东 北 部 地 区 地 质 构 造 应 力 场 及 七 星 岭 台 青 山 岭 台 快 剪 切 波 偏 振 方 向 分 布 图 此 外, 虽 然 QXL 台 和 QSL 台 快 剪 切 波 偏 振 优 势 方 向 与 主 要 活 动 断 裂 走 向 大 体 一 致, 但 由 于 这 2 个 台 站 位 于 不 同 走 向 断 裂 的 交 汇 处, 快 剪 切 波 偏 振 方 向 比 较 离 散, 造 成 了 快 剪 切 波 偏 振 图 像 的 复 杂 性 这 表 明, 局 部 活 动 断 裂 的 分 布 特 征 对 剪 切 波 分 裂 造 成 一 定 的 影 响, 也 体 现 区 域 内 局 部 构 造 的 复 杂 性 3. 2 慢 剪 切 波 时 间 延 迟 慢 剪 切 波 的 时 间 延 迟 与 应 力 环 境 的 变 化 有 密 切 联 系 ( 高 原 等,2005; 吴 晶 等,2009), 根 据 EDA 理 论, 应 力 诱 发 了 EDA 裂 隙 的 定 向 排 列, 因 此 可 以 通 过 剪 切 波 分 裂 来 研 究 地 壳 介 质 特 性 和 地 壳 应 力 状 态 从 标 准 化 的 慢 剪 切 波 时 间 延 迟 结 果 来 看 ( 表 1 ),QXL 台 为 ± 1. 01ms / km,qsl 台 为 ± 1. 12ms / km 我 们 假 设 入 射 波 经 过 的 介 质 中 充 满 裂 隙, 入 射 波 与 裂 隙 方 向 平 行, 根 据 标 准 化 结 果 和 Hudson 关 于 具 有 稀 疏 充 水 平 行 直 立 排 列 裂 隙 的 岩 石 波 速 异 常 公 式 ( Hudson J A,1981; 吴 晶 等,2007), 可 以 大 致 地 估 算 出 稀 疏 的 定 向 排 列 裂 隙 在 介 质 中 的 密 度, 因 此, 我 们 得 到 QXL 台 站 下 方 介 质 裂 隙 密 度 为 ± ,QSL 台 站 下 方 介 质 裂 隙 密 度 为 ± 可 以 看 出,QXL 台 和 QSL 台 下 方 介 质 的 裂 隙 密 度 相 差 不 大,QXL 台 略 大 于 QSL 台, 似 乎 表 明 QXL 台 局 部 构 造 背 景 相 对 QSL 台 构 造 背 景 要 复 杂, 另 一 方 面,QXL 台 和 QSL 台 的 裂 隙 密 度 均 小 于 1992 年 海 南 岛 东 方 震 群 地 区 的 裂 隙 密 度 ( 高 原,1996), 反 映 了 地 震 活 动 活 跃 与 平 静 期 应 力 水 平 裂 隙 密 度 等 参 数 的 不 同, 从 而 可 以 推 断 应 力 水 平 较 高 时, 裂 隙 密 度 较 正 常 水 平 可 能 有 一 定 的 差 异 性 另 外, 裂 隙 密 度 与 剪 切 波 速 度 各 向 异 性 直 接 相 关, 是 反 映 地 壳 介 质 物 理 性 质 的 参 数 之 一, 并 随 着 应 力 场 的 变 化 而 变 化 从 这 一 角 度 考 虑, 琼 西 南 部 地 区 应 力 状 态 相 比 琼 东 北 部 地 区 可 能 更 为 复 杂, 但 由 于 海 南 岛 地 震 资 料 较 少, 在 取 得 丰 富 资 料 后 将 做 进 一 步 研 究

9 370 中 国 地 震 31 卷 4 结 论 基 于 海 南 省 地 震 台 网 2000 ~ 2013 年 的 区 域 地 震 波 形 数 据, 本 文 采 用 了 SAM 方 法, 获 得 海 南 琼 东 北 部 地 区 九 五 数 字 台 网 七 星 岭 台 ( QXL) 和 青 山 岭 台 ( QSL) 的 剪 切 波 分 裂 参 数 通 过 对 剪 切 波 分 裂 的 研 究, 初 步 认 识 了 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 介 质 的 地 震 各 向 异 性 特 征 本 研 究 证 实, 快 剪 切 波 优 势 偏 振 方 向 反 映 了 原 地 ( 台 站 或 其 附 近 ) 的 水 平 主 压 应 力 场 方 向, 并 且 活 动 断 裂 的 分 布 对 剪 切 波 观 测 结 果 有 很 大 影 响, 具 体 表 现 在 快 剪 切 波 优 势 偏 振 方 向 与 区 域 主 压 应 力 场 方 向 不 一 致, 趋 向 与 主 要 控 制 地 震 的 活 动 断 裂 走 向 基 本 一 致, 显 示 了 区 域 主 压 应 力 场 的 局 部 应 力 特 征 不 同 断 裂 交 汇 处, 加 剧 了 快 剪 切 波 偏 振 方 向 的 离 散 性 与 复 杂 性, 说 明 了 复 杂 的 局 部 构 造 影 响 或 控 制 台 站 的 快 剪 切 波 偏 振 方 向, 反 映 了 地 震 活 动 和 区 域 构 造 的 局 部 信 息, 有 助 于 理 解 局 部 构 造 和 局 部 应 力 特 征 慢 剪 切 波 延 迟 时 间, 反 映 了 琼 东 北 地 区 不 同 位 置 的 地 壳 各 向 异 性 程 度 此 外, 七 星 岭 台 ( QXL) 和 青 山 岭 台 ( QSL) 的 裂 隙 密 度 均 小 于 海 南 岛 西 南 部 东 方 地 区 ( 高 原,1996), 这 表 明 琼 西 南 部 地 区 应 力 状 态 可 能 比 琼 东 北 部 地 区 较 为 复 杂 利 用 剪 切 波 分 裂 研 究 地 壳 介 质 的 地 震 各 向 异 性 特 征 是 一 个 有 重 要 意 义 的 科 学 研 究 方 向, 国 际 上 通 过 对 冰 岛 地 震 活 动 研 究, 已 经 有 了 利 用 剪 切 波 分 裂 方 法 进 行 地 震 应 力 预 测 的 成 功 例 子 ( Crampin et al,1999), 并 且 在 国 内 研 究 中 也 发 现 了 慢 剪 切 波 时 间 延 迟 反 映 震 前 应 力 积 累 和 临 震 前 应 力 释 放 的 过 程 ( 吴 晶 等,2009; 高 原 等,2004a 2004b) 本 研 究 受 地 震 资 料 较 少 的 限 制, 研 究 结 果 处 于 初 级 阶 段, 未 能 明 显 地 发 现 震 前 应 力 变 化 的 过 程, 进 一 步 研 究 还 需 要 更 丰 富 的 资 料 致 谢 : 感 谢 高 原 石 玉 涛 沈 繁 銮 及 李 志 雄 诸 位 老 师 对 本 研 究 的 帮 助 和 支 持 参 考 文 献 高 原,1996, 海 南 省 东 方 地 区 1992 年 小 震 群 剪 切 波 分 裂 研 究, 地 球 物 理 学 报,39(2),221 ~ 231 高 原 吴 晶,2008, 利 用 剪 切 波 各 向 异 性 推 断 地 壳 主 压 应 力 场 : 以 首 都 圈 地 区 为 例, 科 学 通 报,53(23),2933 ~ 2939 高 原 刘 希 强 等,2004a, 剪 切 波 分 裂 系 统 分 析 方 法 ( SAM) 软 件 系 统, 中 国 地 震,20(1),101 ~ 107 高 原 梁 维 等,2004b, 云 南 2001 年 施 甸 地 震 的 剪 切 波 分 裂 参 数 变 化 特 征, 地 震 学 报,26(6),576 ~ 582 高 原 滕 吉 文,2005, 中 国 大 陆 地 壳 与 上 地 幔 地 震 各 向 异 性 研 究, 地 球 物 理 学 进 展,20(1),180 ~ 185 柯 龙 生,1994, 华 南 地 区 近 震 走 时 表 ( 速 度 模 型 ) 的 精 度 检 验, 华 南 地 震,14(1),44 ~ 59 沈 繁 銮 杨 马 陵 等,2010, 华 南 强 动 力 分 析, 华 南 地 震,30(1),1 ~ 5 石 玉 涛 高 原 等,2009, 汶 川 地 震 余 震 序 列 的 地 震 各 向 异 性, 地 球 物 理 学 报,52(2),398 ~ 407 太 龄 雪 高 原,2008, 地 壳 介 质 剪 切 波 分 裂 研 究 的 部 分 进 展, 地 震,28(2),65 ~ 73 吴 晶 太 龄 雪 高 原 等,2009, 辽 宁 岫 岩 M S 5. 9 地 震 前 应 力 积 累 的 讨 论, 地 震,29(3),37 ~ 44 吴 晶 高 原 陈 运 泰 等,2007, 首 都 圈 西 北 部 地 区 地 壳 介 质 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究, 地 球 物 理 学 报,50(1),209 ~ 220 Crampin S,Atkinson B K,1985,Microcracks in the earth s crust,first Break,3(3),16 ~ 20. Crampin S,Volti T,Stefánsson R,1999,A successfully stress-forecast earthquake,geophys J Inter,138,1 ~ 5. Gao Y,Crampin S,2004,Observations of stress relaxation before earthquakes,geophys J Int,157(2),578 ~ 582. Hudson J A,1981,Wave speeds and attenuation of elastic waves in material containing cracks,geophys. J R Astr Soc,64,133 ~ 150.

10 2 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 371 Preliminary study on seismic anisotropy in the crust in northeast of Hainan Zhang Hui Earthquake Administration of Hainan Province,Haikou ,China Abstract With SAM shear-wave splitting analysis,shear-wave splitting parameters of 2 stations at digital seismic stations are obtained in northeast of Hainan based on the data from 2000 to 2013 of Hainan Digital Seismic Network. The results show that the predominant polarization direction of fast share-wave indicates the direction of in-situ maximum principal compressive stress. The predominant polarizations of Qixingling seismic station are in NEE direction,which is different from the direction of principal compressive stress of Hainan area,but same with the strikes of faults in NE direction. It means that the local tectonic and stress field are complicated. The predominant polarizations of Qingshanling seismic station is in NNE-NS direction,which shows the significance of the strikes of the faults in NNE direction. At the same time,the study confirms that if the station is on active faults or at the junction of several active faults,the predominant polarization is parallel to the strikes of faults which control the earthquakes used in this analysis, and the predominant polarization is scattered which means that the background of faults and stress distribution are complicated. Key words:seismic anisotropy Shear-wave splitting Compressive stress Active faults Northeast of Hainan