引言

华南内陆地区属于地震活动水平较弱区域,地震强度和频度均比较低,鲜有7级以上地震发生,6级以上地震也较少,破坏性地震以5级左右中强地震为主。由于该地区新构造活动背景较弱,第四纪活动的断裂不发育,晚更新世以来的活动断层仅数条,难以以断裂活动来解释这些中强地震的发生。以往在核电厂等重大工程地震安全性评价发震构造鉴定以及潜在震源区划分中,较为强调第四纪以来的构造活动背景对中强地震活动的控制,但这一原则在本地区的应用中遇到较大困难,致使本区域中强地震发震构造的鉴定存在较大的不确定性。一些研究成果也从诸多方面提出了中强地震发震构造的标志和特征,大致有以下几点:①中强地震多发生在第四纪(早、中更新世)活动断裂带附近,尤其是伴有第四纪玄武岩或温泉集中出露地段;②中强地震常发生在新构造断、坳陷盆地的发育、分布区,特别是断陷陡深带内或大型拗陷的次级拗陷内;③具有明显第四纪活动的构造地貌特征的地区,如地貌断阶带和构造分水岭等处也有中强地震发生;④小震丛集带内或附近有发生中强地震的可能;⑤中地壳层内深变质岩系中,底面存在低速、高导层、埋藏深度变化较大地段及布格重力异常梯级带均是中强地震易发生地段(向宏发等,2008;鄢家全等,1997;鄢家全等,2008;李起彤等,1989;李起彤等,1990;谢瑞征等,1997;韩竹军等,2002;沈得秀,2006)。但这些发震构造标志对本地区地震构造环境的针对性依然存在不足,尤其是较为强调将第四纪早、中更新世(Q1-2)断裂作为发震构造,过分关注断裂与地震的关系。根据该地区的构造条件,华南地区的第四纪地层大范围缺失,鉴定第四纪断裂活动性本身就有困难。本文统计了研究区183条主要断裂活动年代鉴定方法,结果表明,鉴定出的139条Q1-2断裂中,通过断错地层等可靠标志鉴定出的Q1-2断裂仅11条,仅占鉴定出的Q1-2断裂总数的7.91%(表1),其它大多数是根据测年、物探等不确定性很大的手段得到的鉴定结果,而且还有很大一部分断裂的活动特征表现较老,仅依据工程保守性原则确定为第四纪早期活动断层,这些断裂的确切活动年代是有待商榷的。另一方面,尽管该地区常将Q1-2断裂作为发震构造,但我国其它地区地震活动特点却反映出Q1-2断裂与地震活动的关系并不密切,相关性不强,难以作为主要的发震构造鉴定标志。

综上所述,在华南内陆地区发震构造的鉴定,还需要发掘其他的构造条件作为补充。

作者在研究华南地区中强地震发震背景时,发现该地区地震活动与白垩纪至第三纪地层(K-N地层)的分布之间存在较强的相关性(夏志远,2010)。为此,本文专门就两者之间的相关性进行了统计分析与研究,以期发掘两者之间的统计关系及其构造联系,以作为对华南地区中强地震发震构造鉴定标志的补充,同时扩展类似中等或弱地震活动区发震构造背景的研究思路。

表1 鉴定断裂活动年代的方法 Table 1 The methods of faults active time determination
1 研究区地质构造演化基本特征

本文的研究范围在行政区划上包括湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东和广西全境以及陕西、河南、安徽、江苏、重庆和贵州的部分地区,跨越中朝准地台、秦岭褶皱系、扬子准地台和华南褶皱系四大一级大地构造单元(图1)。新构造期以来,太平洋板块向欧亚板块的俯冲,及印度板块与欧亚板块碰撞共同影响我国东部地区,但这种影响在华南地区明显减弱。太平洋板块的俯冲,造成琉球和台湾地区构造和地震活动剧烈,但其影响从俯冲带向华南内陆地区急速衰减;而印度板块对欧亚大陆的碰撞,造成青藏地区急速隆起,并发生地壳物质向东侧的滑移,对我国东部地区产生影响,但这种影响主要集中在南北构造带附近,对华南内陆地区的影响急剧减弱,所以华南地区的构造作用较弱,缺乏强震(丁国瑜等,1991),是我国地震活动性水平中等偏弱的地区。

图 1 区域大地构造分区和中强地震分布图(据翟国民(1995)修改) Fig. 1Regional tectonic divisions and earthquake distribution ( revised from Zhai Guomin, 1995)

印支运动是中国地质构造发展史上一个极为重要的转折时期,具有划时代意义。在华南地区,强烈的构造作用使秦岭残留洋最后封闭,秦岭-大别褶皱系最终形成,把扬子地台和华北地台连为一体,构成我国东部统一的大陆,结束了以地台、地槽并存为特征的构造发展阶段,转变为大陆边缘活化阶段。随后的燕山运动是继印支运动以来对华南地区大地构造格局影响最为深刻的一次构造运动。运动中形成的北北东或北东向断裂以及大量的中新生代盆地奠定了该地区的构造格局。喜马拉雅运动大多继承了燕山运动的构造格局,并在此基础上发展演化。由于新构造运动以来受到北西向区域构造应力的作用而一直处于挤压状态,因此全区地壳以阶段性大规模缓慢波状隆起为主,在先成或新生断裂的影响或制约下伴随局部范围的断块差异性沉降,但无论从规模上还是活动强度上都无法与燕山运动相提并论(任纪舜等,1999)。在整体隆起的构造背景下,该地区较少沉积第四纪(Q)地层,仅在部分继承性沉降地区有Q地层沉积,如南阳盆地、江汉-洞庭湖盆地和鄱阳湖盆地等地区,同时在地壳隆升过程中,第四纪之前的地层也遭到剥蚀破坏,如第三纪(E-N)地层在该地区分布面积很小,仅有零星分布。全区大面积分布着中生代及其之前的地层。其中,白垩纪(K)地层分布面积较广,在整个地区都有较大范围的分布,尤其是鄂湘贛及浙闽粤桂地区,K地层成片分布。

2 华南地区中强地震与K-N地层的相关性统计

本文选取了截止至2009年5月研究区内的M4.7地震,共216例(图1)。其中,M4.7—4.9级地震84例,M5.0—5.9级地震112例,M6.0—6.8级地震20例,最大地震震级M ,有3例。可见,该地区的破坏性地震活动性水平无论从频次上还是强度上均较低,且以7级以下中强地震活动为主。

2.1 统计原则

在统计时,满足以下情形之一时,认为地震与K-N地层相关:①地震落在K-N地层分布区;②若地震没有落在K-N地层分布区,则地震与K-N地层分布区距离应不大于5km(5km为地震Ⅰ类定位精度的定位误差最小值)。考虑到研究区内K-N地层多呈孤立成块分布,在空间上较为分散,因此,为保证统计的合理性,在K-N地层分布区确定时,要求K-N地层出露在空间上具有一定的规模(大于25km2)或零星但成群出露。这一要求,也保证了统计中的K-N地层是在一定的构造背景上的沉积地层,而不是随机分布的残留地层。

2.2 与K-N地层相关的中强地震统计

依照上述统计原则,得到在研究区内与K-N地层分布相关的中强地震数目为125例(图2),占该区M4.7级破坏性地震总数的57.87%(表2)。

同时作为比较,还统计了Q地层分布区中强地震的个数,研究区内共有36例中强地震与Q地层分布区相关(表2),占该区M4.7级破坏性地震总数的16.67%。

表2 研究区内中强地震各震级档地震数目统计 Table 2 Number of moderate-earthquakes with different magnitude intervals in the study area

统计数据表明,就地震数目而言,地震活动与K-N地层分布的关系相比较Q地层分布表现出更强的相关性。

图 2 研究区与K-N地层相关的中强地震分布 Fig. 2Distribution of moderate earthquakes related to the K-N strata
2.3 中强地震与K-N地层分布区的相关性分析

研究区总面积144.70万km2。其中,K-N地层分布面积14.51万km2(表3),占该研究区总面积的10.03%。Q地层分布面积为25.44 万km2(表3),占研究区总面积的17.58%。

表3 研究区内不同年代地层分布面积 Table 3 Area distribution of different strata units in the study area

由以上统计数据可知,研究区内K-N地层面积占全区总面积的10.03%,而与K-N地层相关的中强地震数目却占全区中强地震总数的57.87%,即在大约十分之一的较小面积上,发生了区内一半以上的破坏性地震,显示出在华南内陆地区中强地震活动与K-N地层的分布之间存在非常显著的相关性。

研究区内Q地层面积占全区总面积17.58%,而与Q地层相关的中强地震数目仅占全区中强地震总数的16.67%。可见,华南内陆地区中强地震与Q地层之间的相关性较与K-N地层之间的相关性要弱得多。

本区地震活动与K-N地层分布的强相关性说明,对于华南内陆地区而言,中生代晚期至新生代早期(K-N)的构造形迹可能与该区地震活动之间存在一定的构造联系,而这种相关性特征之前一直被忽略。

进一步的统计显示,与K-Q地层相关的161例中强地震中,70.81%的地震(共114例)与K地层相关(表4)。而K地层面积仅占K-Q地层分布面积的33.09%,这反映出中生代晚期(K)的残留构造形迹在现代构造环境中表现出较强的地震活动性,其中的构造意义需要重视。

表4 各地层上的中强地震数目 Table 4 Number of moderate earthquakes in the different strata units
2.4 中强地震在K-N地层分布区的分布特征分析

为了解区域中强地震在K-N地层分布区内的分布特征,本文进一步对中强地震与各K-N地层之间的空间相对关系作了统计。

在研究区内与K-N地层分布相关的125例中强地震中,落在K-N地层分布区内部的地震为30例,落在K-N地层分布区边缘5km范围内的中强地震为95例,分别占24%和76%。对地震与Q地层空间关系的统计也类似,在研究区内36例与Q地层分布区相关的震例中,落在分布区内的中强地震为10例,落在Q地层分布区边缘5km范围内的中强地震为26例,分别占27.78%和72.22%(表5)。

表5 地层不同部位发生的中强地震数目 Table 5 Number of moderate earthquakes occurred on different positions of strata units

以上统计数据表明,中强地震更多地发生在地层边界附近。因为地层边界附近往往是地壳差异性升降较大的地区,这里更容易引起岩层形变,形成应力集中,易引发地震。

3 小震与K-N地层的相关性统计

为进一步对研究区内地震活动与K-N地层分布的关系进行研究,本文对1.0M4.7级小震与K-N地层分布的关系也进行了统计分析。

研究区内自1970年至2009年5月,共记录到1.0M4.7级小震16235例。区内小震在空间分布上表现出较大弥散性,与强地震活动区相比,本区内的小震发生频次不高,强度也较低,大部分小震震级在4级以下,M4.0—4.6级地震仅有47例。反映出本区地震活动较弱的特点。

3.1 小震的统计原则

对于地震活动构造背景研究而言,小震的密集分布更加具有构造意义,为此,本文将以小震密集分布区来统计分析小震活动与K-N地层间的关系。

小震密集分布的判定原则:在一群小震中,以每个小震为中心,5km为半径画出的区域相交连接而成片分布时,则认为它们是密集分布的,其分布区域确定为小震的密集分布区。为保证小震密集度,在划小震密集区时,每个密集区内至少要有5例小震。

图3给出小震密集分布区确定的一个例子。本文采用网格点密集值计算方法(王健,2001)计算了小震的密集值,也绘制在图3中,结果表明按本文原则判定的小震密集区与小震的密集值分布对应较好。

图 3 小震密集区划分示例 Fig. 3An example of delimiting the micro-earthquake concentrated area

在统计中,当小震密集区50%的面积与K-N地层分布区重合时,则判定该小震密集区与K-N地层相关。

3.2 与K-N地层相关的小震活动

依照上述原则,在研究区内共确定出小震密集区287处(图4),小震密集区总面积共16.2997万km2,占该地区总面积的11.26%。其中,与K-N地层相关的小震密集区147处,面积8.7867万km2,占该地区总面积的6.07%;与K-N地层无关的小震密集区140处,面积7.513万km2,占该地区总面积的5.19%。(表6)。

图 4 研究区内与K-N地层相关的小震密集带分布 Fig. 4Map showing relation between distribution of micro-earthquake concentrated are and the K-N strata
表6 小震密集区个数 Table 6 Number of micro-earthquake concentrated are

小震密集区内共包括小震数13886个,占研究区小震总数目16235个的85.53%。其中与K-N地层相关的小震9439个,占该区小震总数目的58.14%;与K-N地层无关的小震4447个,占该区总小震数目的27.39%(表7)。

表7 研究区小震数目统计 Table 7 Statistical analysis of number of micro-earthquakes in the study of area
3.3 小震活动与K-N地层的相关性分析

上述统计结果可以归纳出以下的认识:

① 研究区内小震密集区仅占该总面积的约十分之一,但其发生的小震数目竟占小震数目总数的85%以上,表明小震的密集分布特征是显著的。

② 与K-N地层相关的小震密集区、与K-N地层无关的小震密集区,数目和面积大致相当,但两者所包含的地震数目有差别,前者发生的小震数目占总数的58.14%,而后者仅占总数的27.39%,表明靠近K-N分布区,更易发生小震的密集。

③ 研究区内K-N地层面积占全区总面积的10.03%,而与K-N地层相关的小震密集区个数占全区小震密集区总数的51.22%,而发生的小震数目占到研究区内小震总数的67.97%,即在大约十分之一的较小面积上,发生了区内一半以上的小震密集活动区和近七成的小震数目,显示出在华南内陆地区小震活动与K-N地层的分布之间存在非常显著的相关性。

4 讨论与结论

华南内陆地区地震活动水平中等偏弱,该地区地震活动与K-N地层的分布有非常密切的关系,本文的统计结果表明:

① 占研究区总面积10.03%的K-N地层分布区上,分布着区内57.87%的中强地震,显示出华南地区中强地震与K-N地层之间较强的相关性。

② 研究区内小震活动呈现密集分布的特征,且占研究区总面积10.03%的K-N地层分布区上,分布着51.22%的小震密集分布区及67.97%的小震活动,显示出在华南内陆地区小震活动与K-N地层的分布之间存在非常显著的相关性。

对于K-N地层分布区地震活动性相对较高的原因,笔者的初步研究结果认为其与华南地区特殊的地质构造演化历史有关。燕山运动晚期,本区形成大量北北东-北东向断裂和中新生代断、坳陷盆地,基本奠定了华南地区的构造格局。接下来的喜山运动,使本区地球动力学背景发生改变,导致以大规模缓慢隆起为主要的构造运动方式,但其规模和活动强度远远弱于燕山晚期的构造运动,因此,该地区新构造运动不足以改变中生代晚期形成的构造格局。在中生代晚期构造活动差异强烈的地区,在新构造时期整体隆起的背景下,差异性依然会残留一些影响,但不再以差异活动为构造运动方式,造成总体地震活动较弱,而局部相对地震活动密集。在现今依然残留的K-N地层分布地区,一般而言是中生代晚期剧烈变形沉积巨厚中生代晚期地层的地区,反映了强烈差异活动的背景。

限于篇幅,上述只是给出了笔者对华南内陆地区K-N地层分布区地震活动水平相对较强原因的初步分析与探讨,更加详细的有关其原因和机制的研究分析成果,将另文发表。

综上所述,本文认为目前的实际资料已经反映出华南内陆地区K-N地层分布区具有相对较高的地震活动水平,K-N地层分布区与地震的发震位置之间存在显著的相关性。因此,在华南内陆地区鉴定地震发震构造背景或划分潜在震源区时,除了对活动构造予以关注外,还应更加关注中生代中晚期以来的构造形迹,尤其是K-N地层分布区。

致谢:感谢中国地震局地球物理所邵磊在小震密集度计算方面给予的帮助。

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