华北地区地震和深部构造关系及其破裂机制.pdf

华北地区地震和深部构造关系及其破裂机制研究 张路 张世民 中国地震局 地壳应力研究所 摘要 华北地区的地震活动格外活跃，其地壳深部构造的独特性决定了其地震活动性。多条地学断面和地震 剖面等地球物理研究表明，华北地区的地震带（即活动构造带）一般均存在低速体或上地幔上隆；华北强 震区的地球物理详细勘测发现，强震区也都存在低速体或上地幔上隆。应用应力摩尔圆和库伦破裂准则， 利用上涌模型和地壳减薄模型研究地壳岩石破裂机制，结果表明，地壳存在上地幔上隆和低速体的地区的 地壳岩石比其它地区更易于发生破裂。华北地区的地壳深部构造决定了地震的空间分布格局。 1 引言 华北地区远离板块活动边界，地表形变测量和 GPS 观测结果表明，该区相对于我国西部 地区，主要断裂带滑移速率低[车兆宏等，唐方头等，郭良迁等]，地表变形小[沈正康，Zhu S],总体上属于稳定的华北克拉通地区。 但华北地区的地震活动却十分活跃。大华北包含华北平原和鄂尔多斯及周边地区，历史 上（-780~1911 年）发生过 6 次 8~8.5 级地震、19 次 7~7.9 级地震，1912 年以来又发生过 6 次 7~7.9 级地震，是我国大陆强震活动频度和强度仅次于青藏高原的地区。 地震活跃区多数位于地表变形强烈的地区，如我国西南川滇地区和西北南疆地区等，但 华北地区为什么会是地表平静而地震频繁的“外冷内热”情形？其平静的外表下隐藏着怎 样的深部孕震机制？ 2 华北地区的深部构造与地震带 华北地台（华北盆地与鄂尔多斯及周边）具有统一的前寒武结晶基底,在古生代—侏罗 纪期间也有相同的演化历程；白垩纪开始,它们的演化才开始有所区别,其中鄂尔多斯基本保 持相对稳定的状态,而华北盆地与鄂尔多斯周边在新生代都有不同程度的裂陷伸展、地壳减 薄(程裕淇等,1994)。 中国大陆晚新生代和现代构造变形以活动地块运动为主要特征。活动地块是被形成于晚 新生代、晚第四纪至现今强烈活动的构造带所分割和围限、具有相对统一运动方式的地质?? 元。根据新生代构造演化，大致以太行山为界，华北地区可分为构造特征有明显差异的两个 地区，西边为鄂尔多斯块体及周缘断陷盆地带，东边为华北东部盆地。张培震等(张培震等， 韩竹军等)以山西断陷盆地带和郯庐断裂带为界，将华北地区分为鄂尔多斯(K1，)、华北平 原(K2)和鲁东—黄海(K3)等 3 个二级活动地块，华北平原地块内部又可以划分出更次一级的 地块，如太行山、冀鲁、豫淮等次级地块(图 1)。 断块划分所依据的活动构造带涵盖了华 北地区的强震、活动断层，也涵盖了现今的小震（图 2，图 3）。 从图中看出，强震一般分布于二级活动地块边界，但华北盆地内部的 1830 年磁县、1937 年菏泽和 1966 年邢台等强震位于三级活动地块边界。二级活动地块边界代表了穿越地壳的 深部活动构造带，三级活动地块边界是壳内活动构造带，可以说这些位于三级活动地块边界 的地震应该代表了“更纯粹的板内地震”。图 2 强震的震源机制解反映出华北地区的强震是 由走滑断层发震，并且该区的最大主应力为近水平，方向为北东东。 华北盆地的西边界太行山山前断裂前第四纪活动强烈，但第四纪以来它的很多分段活动 性很弱或基本不活动（韩竹军，Xu Jie,徐杰），并且是发育于上地壳的拆离滑脱断裂（王椿 镛），它没有被作为断块边界。唐山－河间－磁县活动构造带作为新生地震构造带，现今地 震活动频繁，晚第三纪以来，它已经成为分隔渤海拉分构造系统与西边太行山构造系统的边 界带（韩竹军）。 1 图 1 华北地区活动地块划分（自韩竹军 2003） 一级地块:华北地块. 二级地块:鄂尔多斯活动地块(K1)、华北平原活动地块(K2)和鲁东－黄海活动地块(K3); 三级地块:太行山次级活动地块〔K2-1)、冀鲁次级活动地块(K2-2)和豫淮次级活动地块(K2-3). 一级活动地块 边界带:鄂尔多斯西－北缘活动构造