為了從地震發生的本質出發,探尋更為有效的地震預測預報方法,不斷提高地震分析預報水平和預報效能,本項目充分利用地震波所攜帶的信息,使用多種適合安徽地震活動特點的新方法,開展了地殼構造應力場及活動斷層破裂特徵等多方面研究,從而服務於實際震情判定和地震預測工作。其主要技術內容及結果有:
1.大量地震波資料的收集整理、數位化及震源和介質信息的充分提取
本課題的最大特點和難點之一就是充分利用了直接攜帶震源和介質信息的地震波資料。為了使研究結果更加合理、可靠,必須認真做好原始地震記錄資料的預處理。經過努力,共挑選出安徽省及鄰近地區ML≥2.3級地震331個作為研究對象。時間為1970年~2002年,涉及到遍布全省的26個臺站,共1500多條地震記錄。對每條記錄的多項參數進行了數位化處理。
2.近400條中小地震地殼構造環境剪應力場強度τ0值的確定
本研究將斷裂力學研究的許多成果引入地震學領域,用來研究地震的孕育發展過程。據此來確定安徽及鄰區地殼構造剪應力場強度。共得到模擬記錄τ0值279個;數位化記錄τ0值111個。
上述理論關係與其它震源參數之間的關係式的最大區別在於它不僅考慮了巖石破裂的初態和終態,而且考慮了破裂過程。因此計算結果更接近真實情況。
3.200多條單個中小地震震源機制解參數的反演
基於層狀介質和點源位錯模型,應用理論地震圖方法,進行由觀測記錄波形Pg、Sg波最大振幅比反演震源機制解參數的方法,因其具有精度高、需用的記錄資料數量少、適合中小地震的優點而受到廣泛的重視和應用。本研究為了克服資料不足的困難,採用這種適合安徽地震活動特點的方法,共反演了203個中小地震震源機制解參數。
4.模擬和數字地震資料的應用對比分析
由於我省幾十年的模擬地震觀測資料,目前仍然是我們開展工作的主要資料來源,因此有必要在數模資料銜接過程中及合併使用之前,進行兩種資料的對比分析,以了解兩種資料之間一致性程度及區別所在,便於今後統一使用。為此本項目在開展其它多項研究內容之前,首先對兩種資料確定的構造環境剪應力τ0值的結果,進行了比較分析。結果顯示:兩種資料總體上一致性相對較好,可以統一使用。
5.安徽及鄰區不同區域、不同時段地殼構造應力場強度、方向時空變化特徵及其與地震關係的分析研究
①構造環境剪應力場強度時空分布特徵與地震的關係分析
本項目分別研究了安徽淮河中遊區、霍山地區及沿江江南區地震的τ0值時空變化特徵與安徽及鄰區中等以上地震對應關係。結果顯示,在安徽及鄰區1970年以來8次地震前1~3年,構造環境剪應力場強度一般情況下有一個增強過程。這種特徵在淮河中遊區尤為明顯;空間上相對高τ0值地震多分布於中等或中強以上地震所在區域及附近。
②地殼構造應力場主壓應力P軸方位分布特徵分析
同時研究了安徽三分區主壓應力場P軸方位的時空變化特徵與地震的關係,結果表明在這些地震前1~3年內,基本上都出現了由南向北或由北向南或二者兼之的轉向變化,反映震前受華北及華南應力場的共同和交替作用;空間上,安徽及鄰區主壓應力場P軸方位主要呈NE向或NEE向分布,反映總體上主要受華北應力場的作用。
6.地殼構造應力場動態變化和活動斷層破裂特徵的系統聚類分析及其與中強以上地震的關係研究
本項目分別研究了淮河構造變形帶及鄰近塊體、郯廬斷裂帶安徽段及安徽北淮陽構造變形帶斷層破裂特徵及其與地震的關係。
①淮河構造變形帶是安徽歷史上所發生的最大破壞性地震區域之一,也是一條新生代活動構造帶。對該帶及鄰近塊體1974年以來近百個中小地震震源機制進行了反演和空間聚類合成,分析了變形帶及鄰近塊體震源斷層滑動方式、構造應力場分布及塊體運動方式、應力場隨時間變化等。結果顯示:其中淮北和皖中塊體可能分別向SWW和NEE方向運動,並在淮河構造變形帶上產生左剪切作用,呈現一定的繼承性活動特徵;主壓應力場P軸走向隨時間變化顯示安徽淮河中遊區的地震活動主要受控於華北應力場。
②對郯廬斷裂帶安徽段地震活動特徵研究,反演了99次中-小地震震源機制,並作了統計和聚類分析。結果顯示現代地震活動未顯示增強趨勢;震源斷層的破裂類型,帶內以逆衝(或正斷),或近逆衝(或正斷)型為主。帶附近較明顯地呈現出走滑型或近走滑型破裂的優勢;北、南亞段應力場的特徵存在差異,其分界大約在北緯32°附近,北西西走向的橋頭集—東關斷裂是兩者的構造變換帶。
③安徽北淮陽構造變形帶位於霍山地區,是華北、華南地塊的邊界帶,也是歷史強震特別活躍地區。對其變形特徵與現代應力狀態研究表明,帶上主要斷層現今一直處於活動之中;在2次6級地震震中附近形成小震密集區,可能反映了震源區介質相對破碎。震源機制的系統聚類和統計分析結果顯反映該區處於應力場過渡區,因此成為華北、南華地塊區的邊界帶。
7.研究結果的誤差及可靠性分析
①地殼構造環境剪應力場強度τ0值的相對誤差討論
由於測定τ0的方法應用了斷裂力學的某些研究成果,並作了一些假設,假設地震後大範圍內的平均應力降為0,即斷層面之間的摩擦力可以忽略不計,並取實驗室得到的屈服強度作為野外巖石的屈服強度。因此τ0值是一個相對量,很難討論其絕對精度,只能討論其相對精度。結果認為τ0的誤差主要是地震矩M0受輻射圖型因子取震源球上的平均值的影響,其對τ0產生的相對誤差,最大可達90%左右。
②利用Pg、Sg振幅比資料測定小震震源機制解的可靠性分析
利用區域地震臺網Pg、Sg垂直分量振幅比資料測定小震震源機制,主要考慮層狀介質中一點源錯位模型,由計算綜合地震圖得到Pg、Sg各自的最大振幅,通過其最大振幅比值與觀測資料擬合的方式來確定震源機制。
林紀曾、胡新亮、刁桂苓、馬瑾等專家研究結果表明,該方法不僅在正常情況下能夠得到很好的結果,而且在十分不利的資料條件下也可以給出令人滿意的結果。因此,可以克服由於實際觀測臺網的局限所造成的測定小震震源機制的困難,而且解的一致性也非常好,從而證實了解的可靠性。
本項目在使用振幅比方法的過程中,一方面對原始資料進行了認真預處理,並嚴格、充分考慮了各方面的可能影響因素;同時對所得的震源機制參數採用了統計方法及系統聚類方法進行分析,並且取統計的優勢分布作為最終結果;另外,從振幅比方法和小震綜合節面解方法所得結果比較來看,其一致性也比較好的。因此,結果是較為可靠的。