下扬子地区与西太平洋俯冲带地震相关性研究及动力学背景探讨

郭 斌， 王 斌， 张月辉

(1.江苏省盐城市地震局，江苏 盐城 224001；2.江苏省盐城地震台，江苏 盐城 224005）

0 引言

下扬子地块位于中国大陆东部，毗邻西太平洋板块西缘，其地质构造较为复杂，区域内有多条深大断裂通过，地质历史上经历了多期次构造运动的叠加[1]，是中国东部地区中强震较为多发地区。该地区人口密集、经济较为发达，仅1990年常熟5.1级地震就造成了近1.6亿元损失[2]。该地区主要以中强震为主，历史上最大地震为1846年8月4日发生于南黄海的7.0级地震。

地震活动是对区域构造应力的反映，通过研究不同地区地震活动的相关性，是揭示地震发生的动力学背景的一种重要方法。中国大陆主要受印度洋板块碰撞和太平洋板块俯冲运动影响[3]，综合前人对下扬子地区地震及地动动力学的研究结果，根据板块构造理论以及板缘驱动力源学说，本文以琉球岛弧、日本岛弧、喜马拉雅碰撞带等板块边界地区为对象（图1），分析其对下扬子地区中强震的影响，并通过区域构造和运动学特征等探讨下扬子地块地震活动动力学背景。

根据对不同板块边界构造性质、运动特征以及地震活动性特征的综合分析，并尽可能的考虑的地震目录的完整性因素，本文对不同的研究区域取不同震级下限，其中下扬子地块取M≥4.7级，琉球岛弧带取M≥6.5级，日本岛弧带取M≥7.0级，喜马拉雅带取M≥6.0级，选取地震资料时间区间为1900～2012年。本文地震资料取自中国地震台网中心提供的“全球地震目录MS7.EQT”、“全国地震目录MS1.EQT”和“美国国家地震信息中心NEIC1.EQT”。

图1 研究对象区域位置图Fig.1 The location map of study area

1 地震活动特征

图2 M-T对比图Fig.2 M-T comparison chart

不同研究对象区域的M-T时间扫描结果如图2所示。1970年以前的下扬子地区M≥4.7级地震和喜马拉雅带M≥6.0级地震其活动频度明显低于后期，表明其地震目录可能并不完整。而1970～2012年其时间区间相对较短，因此对不同研究地区的地震活动周期的对比存在困难。即便如此，仍然可以通过个别 （或某一时间段内）地震事件发现不同地区之间的相互关系，比如日本岛弧区1998～2012年M≥7.0级地震较为活跃，而此期间下扬子地区M≥4.7级地震活动处于相对平静阶段，琉球岛弧在此期间也较为平静，喜马拉雅带地震较为活跃。1972～1996年下扬子地区中强震较为活跃，发生M≥6.0级地震至少3次，在此期间琉球岛弧发生M≥7.0级地震至少4次，日本岛弧发生M≥7.5级地震仅2次，喜马拉雅带发生M≥7.0级地震2次。由此可以概略的看出下扬子地块与琉球岛弧带地震活动关系相对较为密切。

图3 蠕变对比图Fig.3 Comparison chart of creep

2 地震相关性

相关系数又称为线性相关系数，是说明两个现象之间关系密切程度的统计分析指标。样本相关系数用r表示，其取值范围为[-1，1]，|r|值越大，误差Q越小，变量之间的线性关系程度越高，|r|值越接近0，误差Q越大，变量之间的线性相关程度越低。一般来说，当样本量较大，并对r进行假设检验，有统计学意义时，|r|＞0.7时表示两个变量高度相关；0.4＜|r|≤0.7表示两个变量之间中度相关，0.2＜|r|≤0.4时则两个变量低度相关。相关系数计算公式为：

鉴于1970年以前的中强震地震目录完整性较差，所以在相关性分析时对四个研究区域均取1970年以来的地震资料，其震级下限同上，并应用主震震级法删除余震[4]，得到的地震目录如表1所示。

表1 研究区域1970～2012年删除余震地震目录Table 1 The earthquake catalog of deleted aftershock earthquake in study area during1970 and 2012

相关系数及相关系数曲线的计算步骤如下：①应用mapsis软件对各个研究区域地震目录分别进行地震频度参数的时间扫描分析，其时间步长为1年，时间窗口分别取3～8年，并针对不同时间窗口参数分别进行扫描分析；②将4个研究区域相同时间窗口的地震频度数据进行收集，应用Excel软件中“相关系数”计算工具进行相关系数r的计算（结果如表2所示）；③分别对琉球岛弧带、日本岛弧带、喜马拉雅带与下扬子地区地震在不同时间窗口下计算的相关系数结果进行统计，并绘制相关系数曲线图。

图4为下扬子地区与不同研究区域地震相关系数随时间窗口的变化曲线，由该图可以看出当时间窗口为4年时，琉球岛弧、日本岛弧、喜马拉雅带与下扬子地块地震的相关系数|r|都小于0.2，说明相关性较差。而当时间窗口大于4年后，相关性明显上升，其中琉球岛弧带与下扬子地块地震相关系数时间窗口为5年时为|r|=0.34，表现为低度相关，时间窗口为6年时|r|=0.48，表现为中度相关，时间窗口为7年时达到最大值|r|=0.58，时间窗口为8年时|r|=0.54，曲线开始下降；日本岛弧带与下扬子地块地震之间相关系数r，当时间窗口为6年时开始表现为轻度相关，至时间窗口为8年其表现为中度相关，但其相关系数依然小于下降过程中的琉球岛弧带相关系数；喜马拉雅带与下扬子地块地震相关系性最弱，最大为时间窗口6年时的0.25，仅表现为低度相关，之后曲线开始下降。

图4 下扬子地块与不同研究区域地震相关系数曲线Fig.4 The curve of correlation coefficient between the Lower Yangtze and other regional

相关系数曲线结果表明，下扬子地区与琉球岛弧带地震相关性较好，受琉球岛弧带发生强震影响，在6～8年时间范围内下扬子地区发生中强震概率较高。而日本岛弧带作为全球最主要的构造应力集中和强震多发地区之一，在更长的时间范围内影响着下扬子地区中强震活动趋势，喜马拉雅带对下扬子地区中强震活动影响较弱。

3 动力学背景讨论

下扬子地块位于中国大陆东部，与华南地块、华北地块相邻，毗邻西太平洋构造域，属于我国东部海域沟-弧-盆体系，从下扬子到琉球海沟依次为南黄海盆地-勿南沙隆起-浙闽隆起-东海盆地-钓鱼岛隆起-冲绳海槽-琉球岛弧-琉球海沟（图5）。郝天珧等综合地震层析与重磁数据对南黄海至琉球海沟剖面进行密度结构拟合反演，结果表明大洋板片岩石层俯冲板片的高速带可追溯到400 km甚至更深，一直下插到东海陆架之下[5]。中国东部海域岩石圈结构面波层析成像结果显示在东部海域及邻区的中地壳存在明显的低速层[6]，板块俯冲与低速层的存在为板缘驱动应力的传播提供了力源和可能的传递通道。

下扬子地块构造主要以NE向为主，NW向次之，区域内NE向断裂主要表现为右旋走滑，NW向为左旋走滑，且以张性构造活动为主[7]。吴云等通过对中国各活动块体边界的相对运动研究表明，下扬子地块与华南地块之间边界为左旋走滑（图5），其滑移速率约为2 mm/a[8]。表明下扬子地块主体部分（苏北-南黄海盆地）作为菲律宾板块向中国东部海域俯冲而形成的弧后盆地，琉球岛弧带的边界应力对下扬子地块构造变形与地震发生有重要影响。

图5 中国东部构造略图Fig.5 Tectonic sketches of the eastern China

关于板缘驱动应力的传播机制是地球动力学领域的重点研究对象，也是众说纷纭的难点所在。王绳祖等通过对中国大陆岩石圈结构和地震分布研究提出了岩石圈网络状塑性流动模型与多层构造变形理论[9]，认为岩石圈下层的塑性（粘性）流动对大陆构造变形起着控制作用，而“稳定”地体及壳内软弱层（低速高导层）对应力的传播具有调节作用，“稳定”地体的调节作用使得自身构造变形和地震活动相对减弱，而在远离驱动边界地区，软弱层影响下层对上层的拽引作用，造成其上方应力上升和能量积累。根据该理论模型，结合中国东部岩石圈结构特征推测，受菲律宾板块俯冲影响，边界构造应力主要通过塑性流动网络传播，当遇到相对"稳定"的东海地体，在其调节作用下，东海地区构造应力减弱，地震活动性较弱。而在远离驱动边界的下扬子地块，该地区地壳中的软弱层的调节作用造成上地壳应力上升和能力积累，促进了下扬子地区中强震的发生。

4 结语

本文主要对下扬子地区与琉球岛弧带、日本岛弧带、喜马拉雅碰撞带之间地震活动性进行对比分析，通过相关系数计算分析了不同板块边界地区地震活动与下扬子地区中强震的关系，并结合地质构造、岩石圈特征以及网络状塑性流动与多层构造变形理论探讨了下扬子地区中强震形成的动力学背景。研究表明，下扬子地块与琉球岛弧带应变释放过程趋势性具有明显一致性，下扬子地区与琉球岛弧带地震相关性较好，受琉球岛弧带发生强震影响，在6～8年时间范围内下扬子地区发生中强震概率较高。而日本岛弧带作为全球最主要的构造应力集中和强震多发地区之一，在更长的时间范围内影响这下扬子地区中强震活动趋势，喜马拉雅带对下扬子地区中强震活动影响较弱。

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