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 363 1 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

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. 2015 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 570203 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 ] 1001-4683(2015)02-0362-10 [ 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 ] 2014-03-11;[ 修 订 日 期 ] 2014-08-19 [ 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 期 张 慧 : 海 南 东 北 部 地 区 地 壳 地 震 各 向 异 性 特 征 初 步 研 究 363 1 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

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 0. 25 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 21. 4 和 11. 0km,P 波 速 度 分 别 为 6. 01 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

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 13. 14km, 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

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 63. 9 ± 13. 18, 优 势 取 向 为 NE 向 ; 青 山 岭 台 ( QSL) 快 剪 切 波 平 均 偏 振 方 向 为 38. 8 ± 12. 02, 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. 62 ± 1. 01ms / km,qsl 为 1. 32 ± 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

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 ( ) ( ) 1 2000. 09. 07 04:56:55 20. 04 110. 52 10. 0 11. 34 2. 1 48. 50 242. 69 2 2000. 09. 11 20:16:56 19. 97 110. 67 10. 0 14. 08 1. 8 54. 50 156. 19 3 2001. 09. 15 01:43:56 19. 98 110. 63 10. 0 12. 03 2. 7 50. 50 172. 71 4 2001. 12. 07 17:42:49 19. 97 110. 65 10. 0 13. 47 1. 2 53. 50 164. 40 5 2002. 02. 20 21:57:30 20. 00 110. 70 10. 0 13. 00 1. 3 52. 50 137. 35 6 2002. 03. 02 00:47:03 19. 98 110. 63 10. 0 12. 03 1. 1 50. 50 172. 71 7 2002. 11. 16 10:49:24 19. 97 110. 67 10. 0 14. 08 1. 1 54. 50 156. 19 8 2003. 02. 15 01:02:51 19. 97 110. 63 10. 0 12. 92 1. 9 52. 50 173. 33 七 星 9 2003. 03. 20 09:47:01 19. 97 110. 62 10. 0 12. 93 1. 3 52. 50 177. 94 岭 台 10 2004. 03. 16 16:51:19 20. 02 110. 70 10. 0 11. 56 1. 5 49. 00 129. 86 ( QXL) 11 2004. 04. 13 01:54:44 20. 00 110. 65 10. 0 10. 22 1. 8 45. 50 159. 41 12 2004. 09. 24 09:17:46 19. 98 110. 67 10. 0 13. 14 1. 4 52. 50 154. 24 13 2004. 09. 25 19:04:54 19. 97 110. 63 10. 0 12. 92 1. 5 52. 50 173. 33 14 2004. 12. 20 02:51:36 19. 97 110. 67 10. 0 14. 08 1. 0 54. 50 156. 19 15 2005. 09. 04 19:49:26 20. 18 110. 68 10. 0 12. 48 1. 4 51. 50 33. 10 16 2006. 10. 20 20:25:54 19. 97 110. 62 10. 0 12. 93 1. 2 52. 50 177. 94 17 2006. 10. 28 04:22:00 19. 97 110. 65 10. 0 13. 47 1. 0 53. 50 164. 40 18 2007. 01. 21 02:36:12 19. 98 110. 65 10. 0 12. 45 1. 8 51. 00 163. 02 19 2007. 07. 09 01:02:30 19. 97 110. 63 10. 0 12. 92 1. 4 52. 50 173. 33 1 2000. 07. 28 03:40:44 19. 62 110. 65 10 12. 78 1. 3 52. 00 237. 79 2 2000. 07. 28 03:46:35 19. 65 110. 67 10 9. 26 1. 6 43. 00 248. 01 3 2000. 07. 29 08:17:16 19. 47 110. 79 25 23. 71 1. 9 43. 50 170. 90 4 2000. 07. 29 08:22:11 19. 47 110. 81 25 24. 03 1. 5 44. 00 165. 99 5 2000. 07. 29 09:45:23 19. 45 110. 77 27 25. 74 1. 6 43. 50 176. 30 6 2000. 07. 29 12:43:50 19. 45 110. 79 27 25. 88 1. 5 44. 00 171. 67 7 2000. 07. 29 12:44:33 19. 47 110. 81 26 24. 03 1. 4 42. 50 165. 99 8 2000. 07. 29 12:49:55 19. 47 110. 81 26 24. 03 1. 0 42. 50 165. 99 青 山 9 2000. 07. 29 13:01:05 19. 47 110. 81 25 24. 03 1. 1 44. 00 165. 99 岭 台 10 2000. 07. 29 13:11:43 19. 47 110. 81 24 24. 03 1. 3 45. 00 165. 99 ( QSL) 11 2000. 07. 29 13:26:21 19. 47 110. 81 25 24. 03 1. 1 44. 00 165. 99 12 2001. 06. 07 11:18:35 19. 78 110. 67 10 13. 86 1. 4 54. 00 320. 83 13 2001. 07. 11 03:44:58 19. 67 110. 65 10 10. 82 1. 6 47. 50 262. 96 14 2001. 09. 29 03:34:02 19. 68 110. 67 10 8. 65 1. 0 41. 00 268. 42 15 2002. 08. 12 17:14:06 19. 63 110. 63 10 14. 06 1. 2 54. 50 246. 08 16 2002. 10. 22 18:52:48 19. 68 110. 72 10 3. 23 2. 0 18. 00 266. 07 17 2002. 12. 08 16:42:14 19. 63 110. 63 10 14. 06 1. 3 54. 50 246. 08 18 2004. 06. 14 02:03:09 19. 67 110. 65 10 10. 82 1. 7 47. 50 262. 96 19 2004. 12. 07 22:34:34 19. 67 110. 68 10 7. 59 1. 7 37. 00 260. 14 20 2004. 12. 07 22:46:20 19. 67 110. 68 10 7. 59 1. 6 37. 00 260. 14 21 2004. 12. 07 22:51:05 19. 68 110. 67 10 8. 65 1. 0 41. 00 268. 42 22 2004. 12. 08 22:51:17 19. 68 110. 68 10 7. 58 1. 0 37. 00 268. 20 23 2006. 01. 26 10:08:04 19. 68 110. 67 10 8. 65 1. 8 41. 00 268. 42 24 2006. 03. 14 18:31:47 19. 7 110. 65 10 10. 98 2. 1 47. 50 280. 23 25 2006. 06. 11 22:38:42 19. 68 110. 63 10 12. 85 1. 2 52. 00 268. 94 总 结 表 1, 可 得 表 2

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) 20. 09 110. 60 19 63. 9 ± 13. 18 1. 62 ± 1. 01 青 山 岭 台 ( QSL) 19. 67 110. 75 25 38. 8 ± 12. 02 1. 32 ± 1. 12 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 ± 13. 18, 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 ± 12. 02, 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

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. 62 ± 1. 01ms / km,qsl 台 为 1. 32 ± 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 0. 0064 ± 0. 0039,QSL 台 站 下 方 介 质 裂 隙 密 度 为 0. 0052 ± 0. 0044 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

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.

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 570203,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