引言

安徽省霍山地区位于大别山隆起块体与华北断块接触带附近的北大别山沉降带南缘(陆镜元等，1992)，地质构造复杂，历史上破坏性地震活动强烈．该地区现代小震活动频繁，地震活动频度与华东地区中强地震有一定的相关性(郑兆苾等，1999)，素有华东地区的“震情窗”之称．有历史地震记录以来该地区共发生过9次M≥5.0地震，1973年曾发生M_S4.5显著震群序列，在M_S4.0地震平静了41年后，于2014年4月20日发生霍山M_S4.3 地震．

在地震精定位和震源机制解的基础上，结合构造特征进而研究地震的发震构造在国内有较广泛的应用(吕坚等，2008；李志海等；2014)．从本质上讲，地震是在大范围区域构造应力场作用下岩石破裂所致，因此研究地震的发震构造必须结合构造应力场特征．本文试图通过分析霍山M_S4.3地震序列的精定位结果、主震的震源机制解以及烈度分布图，结合震区的应力场特征，综合研判该地震的发震构造．

1.   地震地质概况

2014年霍山M_S4.3地震位于梅山—龙河口断裂与落儿岭—土地岭断裂的交汇处(图 1)，其震中距落儿岭—土地岭断裂约8 km，距梅山—龙河口断裂约2 km．根据中国大陆构造分区(张国民等，2005)，该地震位于华北块体与华南块体交界部位的南侧，位于大别山隆起块体与华北断块接触带附近的北大别山沉降带南缘(陆镜元等，1992). 1336年以来，该地区共发生9次M≥5地震，最大震级为M6 1/4 ．该地区的历史地震总体呈北东向分布(图 1)，与落儿岭—土地岭断裂的走向高度吻合．

图  1  霍山地区的地震构造与地震和台站分布图

Figure  1.  Distribution of seismic faults，earthquakes (circles) and seismic stations (black triangles) in Huoshan region

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梅山—龙河口断裂北西起自金寨县梅山镇，大致沿响洪甸水库、霍山县下符桥、复南山南侧再向南东延至舒城龙河口水库,整体走向呈北西西．断层面向南西陡倾，性质先张后压，断裂沿线呈现强烈的动力变质作用，糜棱岩、碎裂岩和断层泥发育.

落儿岭—土地岭断裂自北东至南西经霍山落儿岭、杨家湾、烂泥拗、祝家铺、土地岭、杨树沟、漫涧冲和霍山七二岭，并继续向南西延伸．该断裂地表断面走向为50°—60°(南东或北西)，倾角为64°—84°，深部断面产状目前尚不清楚 据安徽省地震工程院，私人通信 ．沿该断裂线状沟谷极为发育，构造变形带也有发育，韧性变形的糜棱岩、脆性变形的角砾岩和较新时代形成的断层泥均有发育．断裂沿线历史上曾发生一系列中强地震．

从霍山地震发生的位置可以初步推断该地震与梅山—龙河口断裂和落儿岭—土地岭断裂有关. 此外该地区历史上发生的破坏性地震明显呈线性分布，与落儿岭—土地岭断裂走向相同，表明该断层一直在持续活动，故从历史地震分布和构造特征方面分析，认为霍山地震与落儿岭—土地岭断裂活动有关的可能性更大．

2.   地震序列精确定位及烈度分布

霍山地区是安徽省地震台站分布最为密集的地区，震区附近10 km内有3个地震台站，50 km内有5个台站，100 km内有9个台站(图 1)．该地区地震台站分布密集，且分布相对均匀，为主震的深度定位以及主震和余震序列的精确定位提供了丰富的地震波到时资料．

安徽省及周边省份40多个台站均能清晰地记录霍山地震. 利用上述台站的走时资料，采用Hypo2000方法(Klein，2002)计算得到该地震的准确位置为(31.37°N、116.12°E)，震源深度为8 km．震源深度是震源研究的重要参数之一，PTD方法(朱元清等，1990)通过利用不同震中距上的初至震相，将初至Pn到时作相应变换后减去初至Pg到时来准确测定震源深度．该方法的优越性体现在对易辨认初至震相的充分利用，资料精度的提高，Pn到时的转换对震源深度敏感性的提高，并且克服了直达波辅助确定震源深度的缺陷．由于该方法只支持两层速度结构模型，本文基于戚浩等(2012)反演获得的安徽地区两层地壳速度结构，采用PTD方法计算霍山地震的震源深度．首先选取震中距小于120 km的Pg波和震中距为130—300 km的Pn波，共计10个Pg波和23个Pn波到时；然后通过对230个深度值的加权平均，确定该地震的震源深度为8 km，与采用Hypo2000方法反演得到的深度值相同．

霍山地震后7天内，安徽省地震台网共记录到M_L0.0以上余震66次，其中M_L1.0以上余震22次．HypoDD方法(Waldhauser，Ellsworth，2000)是反演一组地震中每个地震相对其矩心的相对位置，得到的是相对位置，因此该方法能有效地减小地壳速度结构对定位精度的影响，同时有效约束地震的深度(杨智娴等，2003)．为了提高余震的定位精度，本文通过两步定位法，即首先采用Hypo2000定位法对该地震序列进行绝对定位，初步获得震中位置，然后在此基础上采用HypoDD方法进行相对定位，共定位余震61次，其中M_L1.0以上余震22次．由于震中附近台站分布很密集，经过HypoDD定位后，仅有5次震级较小的地震被剔除，因此不会影响余震空间分布的分析结果．从地震序列空间分布(图 2)可以看出余震呈北东向分布，沿北东向展布长度约7 km，特别是M_L1.0以上的余震呈明显的北东向分布，与落儿岭—土地岭断裂的走向非常接近．绝大部分余震，特别是M_L1.0以上的余震分布在主震的西南侧．

图  2  地震序列分布与烈度图

Figure  2.  Distribution of earthquake sequences and seismic intensities

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霍山地震后1小时，安徽省地震局即派出地震现场工作队，其中地震灾害调查组经过1天半的调查走访，得到该地震的烈度分布图，如图 2所示. 震中区烈度为V度，等烈度线呈椭圆状，其中长轴长约17 km，短轴长约7 km，长轴沿北东向展布，与落儿岭—土地岭断裂的走向基本相同．

通过对余震展布方向和烈度分布的分析，认为霍山M_S4.3地震与落儿岭—土地岭断裂的活动有关的可能性更大．

3.   震源机制反演

Snoke等(1984)提出利用P、SV和SH波的极性和振幅比联合求解震源机制解的方法，简称FOCMEC方法. 该方法利用P、SV和SH波的极性，以及P/SV和P/SH振幅比等5个约束信息，相对P波极性法或者垂直向P、SV波振幅比方法，增加了约束量，故反演结果更加可靠．

地壳速度结构模型对震源机制解的反演精度有一定的影响(倪红玉等，2011)，因此为了准确反演该地震的震源机制解，本文采用表 1所列的速度结构模型. 其中表层(0—2 km)波速取金寨、 六安和合肥地震台的表层岩石的实验室测试结果平均值; 其它各层速度结构采用黄耘等(2011)对郯庐断裂带下扬子地块的P波速度结果，S波速度由v_S=v_P/1.732换算而得．

表  1  本文采用的速度结构模型

Table  1.  Velocity structure model used in this paper

深度/km	层厚/km	vP/(km·s-1)	vS/(km·s-1)
0—2	2	4.98	2.94
2—5	3	5.22	3.01
5—10	5	5.59	3.23
10—15	5	6.12	3.53
15—20	5	6.46	3.73
20—25	5	6.45	3.72
25—33	8	7.03	4.06
33—40	7	8.00	4.62

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FOCMEC方法反演震源机制解主要是在类Unix系统下运行，刘杰等(2004)将该方法移值到Windows平台下，刘泽民等(2015)则根据FOCMEC手册和作者提供的核心算法以及源代码，开发了Windows平台的的交互式计算程序，通过读取地震波形，交互式读取台站的P、 SV和SH波的极性以及振幅资料，后台计算台站的方位角、 离源角和震中距等信息，同时根据台站的入射角将振幅比校正到震源球上，最后根据上述极性和振幅比资料，利用FOCMEC法的核心算法，反演计算震源机制解．曾用该方法和程序计算了安徽及中国大陆东部部分显著地震的震源机制，并与其它研究机构利用不同方法计算的结果进行对比，认为该方法和程序能准确反演震源机制．

本文采用Windows平台的交互式计算程序(刘泽民等，2015)，利用安徽省地震台网的所有地震台站以及湖北、河南省地震台网部分距离震区200 km以内的台站资料，经分析最终共得到45个直达P波或Pn波的极性、2个SV波极性、5个SH波极性和13个振幅比资料，其中振幅比资料(P/SV和P/SH)均为震区附近100 km 内的台站，反演结果如图 3和表 2所示，其中极性错误的台站有3个，振幅比错误的有2个，极性矛盾比为1/15．

图  3  采用FOCMEC方法反演得到的霍山地震震源机制解结果

Figure  3.  Focal mechanism of Huoshan earthquake calculated by FOCMEC Dots represent Pg(Pn) with positive polarity；open circles represent Pg(Pn) with negative polarity

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表  2  用FOCMEC和CAP方法反演得到的霍山M_S4.3地震震源机制解结果

Table  2.  Results of focal mechanism solutions of the Huoshan M_S4.3 earthquake calculated by the methods of FOCMEC and CAP

反演方法	节面Ⅰ			节面Ⅱ
	方位角/°	倾角/°	滑动角/°	方位角/°	倾角/°	滑动角/°
FOCMEC法	135	78	-33	232	57	-167
CAP法	132	66	-18	230	74	-154

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本文选取了7个台站的波形记录，其中4个来自安徽省区域台网，另外3个分别来自江西、 河南和江苏省区域台网．首先将原始的速度记录扣除仪器响应后积分得到位移记录，再将地理坐标下的位移记录分量旋转到Z-R-T分量，分成Pnl波和面波两个部分，并将Pnl部分经0.05—0.2 Hz、 面波部分经0.05—0.1 Hz的4阶巴特沃思(Butterworth)带通滤波器滤波后，每个台站都有Z分量、 R分量的Pnl震相和3个分量的面波震相供分析．速度结构如表 1所示，本文采用频率-波数法计算理论地震图. 图 4给出了理论地震图与观测地震图的拟合图. 根据误差目标函数搜索获取合成地震图与观测地震图全局差异最小的震源机制解．经过全局搜索，得到霍山M_S4.3地震的最佳双力偶解为节面Ⅰ走向132°，倾角66°，滑动角-18°； 节面Ⅱ走向230°，倾角74°，滑动角-154°(表 2)．

图  4  利用CAP方法反演霍山M_S4.3地震震源机制解结果图(a) 理论波形(红)与实际波形(黑)对比. 波形下方第一行数字为理论波形相对实际波形的时移(单位： s)， 正值为理论波形超前；第二行数字为两波形的相关系数；左侧为台站代码及相应震中距(单位： km)；(b) 波形拟合误差随震源深度的变化

Figure  4.  Focal mechanism solution of Huoshan M_S4.3 earthquake calculated by CAP (a) Comparison between synthetic waveforms (red lines) and observed ones (black lines). The numbers of the first line below the waveforms are time shift (in s) of theory waveform relative to observed one, and the positive values denote the theoretical waveform being ahead of the observed one；the second line denotes the correlative coefficient between them. The name of the stations and corresponding epicentral distance (in km) are also given at the left of waveforms; (b) Misfit error as a function of depth in the focal mechanism inversion

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CAP方法是利用近震宽频带波形反演最佳双力偶震源机制解(Zhao，Helmberger，1994; Zhu，Helmberger，1996)．该方法通过将地震波形分割为体波(Pnl)和面波两部分，分别赋予不同的权重，计算其合成波形与观测波形的误差函数，搜索出最佳深度和震源机制解，同时确定地震矩震级．该方法的优点在于，减小了对台站数量和方位角分布的要求，反演结果对地壳速度结构模型的依赖性也相对较小，对地震深度的约束性较好．

4.   霍山地区构造应力场特征分析

震源机制解是研究区域构造应力场最基础的资料，单次地震震源机制解的主轴只与该地震的释放应力有关(McKenzie，1969；Raleigh et al，1972)，也就是说单次地震的震源机制解不能当作地下实际作用的构造应力场方向(许忠淮，1985)．地震断层面上的滑动方向数据可以用来推断断层所在地区驱动断层运动的平均构造应力张量(Boot，1959)，类似的研究还有许多(Angelier，1979；Ellsworth，Xu，1980; Angelier et al，1982)．钟继茂和程万正(2006)提出应力张量平均法，利用多个震源机制解求平均应力张量来推断川滇地区的平均应力场，并与滑动方向拟合法在该地区的计算结果一致．

已有研究表明华北地区的构造应力场大致受北北东向的近水平挤压作用(许忠淮等，1983；许忠淮，2001；周翠英等，2005)．本文基于东大别区域的现代地震震源机制解资料，利用应力张量平均法计算得到了该地区的构造应力场特征，并与格点尝试法(许忠淮等，1983)的计算结果大体一致．故本文结果所显示的构造应力场最大主压应力轴的方位角为267°，倾角为5°，最小主压应力轴方位角为358°，倾角为4°，表明东大别地区受东西向的近水平挤压和南北向的近水平拉张作用，这与许忠淮等(1983)的研究结果相同．

5.   讨论与结论

安徽省霍山地区地震台站分布密度非常高，本文利用Hypo2000定位得到该地震的准确位置，结果显示该地震位于磨子潭—晓天断裂与落儿岭—土地岭断裂交汇处，即落儿岭—土地岭断裂西北侧约8 km、梅山—龙河口断裂南侧约2 km处．该地区的历史地震总体呈北东向分布，与落儿岭—土地岭断裂的走向基本吻合．利用Hypo2000定位、PTD方法和CAP方法反演得到该地震的震源深度约为8 km，因此推测该地震应属于构造地震．

基于安徽省及周边省份地震台网部分台站的地震波形资料，采用FOCMEC方法反演得到的霍山地震震源机制解结果显示，节面Ⅰ走向为135°，倾角为78°，滑动角为-33°，节面Ⅱ走向为232°，倾角为57°，滑动角为-167°；采用CAP方法反演得到的震源机制解显示，节面Ⅰ走向为132°，倾角为66°，滑动角为-18°，节面Ⅱ走向为230°，倾角为74°，滑动角为-154°．两种方法反演的结果差异较小. 综合两种方法的计算结果认为： 节面Ⅰ走向约为135°，倾角约为70°；节面Ⅱ走向约为230°，倾角约为60°．两种方法反演的结果总体显示该地震具有一定的正断分量，但震源机制解反演不能确定哪个节面为发震断层面．

本文采用Hypo2000定位法对该地震序列进行绝对定位，初步获得震中位置，并在此基础上用HypoDD方法进行相对定位，共定位余震61次，其中M_L1.0以上余震22次．从地震序列的余震空间分布可以看出余震呈北东向分布，沿北东向展布长度约7 km，特别是M_L1.0以上余震呈明显的北东向分布，与落儿岭—土地岭断裂的走向非常接近．加上该地震的V度等烈度椭圆的长轴也呈北东向分布，因此从余震和烈度的分布认为，该地震与落儿岭—土地岭断裂的活动有关的可能性较大．落儿岭—土地岭断裂的地表断面走向为50°—60°(北东或南西)，倾角为64°—84°，深部断面产状目前尚不清楚. 震源机制解的节面Ⅱ走向约为230°，与该断层走向基本相同，倾角约为60°，与该断层倾角的差异也较小．因此根据上述几个方面的研究结果，结合断层走向，认为该地震是落儿岭—土 地岭断裂上发生的具有一定张性分量的走滑地震．作者利用东大别地区现代地震的震源机制解资料，利用应力张量平均法计算得到了该地区的构造应力场特征，认为最大主压应力轴方位角为267°，倾角为5°；最小主压应力轴方位角为358°，倾角为4°，这表明东大别地区受东西向的近水平挤压和南北向的近水平拉张作用．区域应力场的最大主压应力轴方位角与落儿岭—土地岭断裂的走向夹角约为30°，而最小主压应力轴方位角与落儿岭—土地岭断裂的走向夹角约为60°．在该区域应力场的作用(图 5)下，落儿岭—土地岭断裂的摩擦阻力较小，而张性右旋作用较大，断裂较容易发生右旋张性走滑地震，与该地震的震源机制结果也吻合得较好．

图  5  构造应力场和震源机制解示意图

Figure  5.  Schematic diagram of tectonic stress field and focal mechanism solution

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综上所述本文认为，霍山M_S4.3地震的发震构造为落儿岭—土地岭断裂，在该地区东西向的近水平挤压和南北向的近水平拉张作用的构造应力场作用下，落儿岭—土地岭断裂在8 km左右深度处活动，引发了具有一定张性分量的走滑型地震．从余震分布来看，绝大多数余震均分布在霍山M_S4.3地震的西南侧，较少数分布在主震的东北侧，东北侧地震主要发生在主震后的4天以后. 由于该地区平时小震活动也较多，因此东北侧少量地震是否为本次地震的余震仍有待进一步深入研究．