Analysis of stress field and its causes of the Xianyou earthquake swarm in Fujian
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摘要:
利用双差定位法对2010年8月1日至2014年12月31日福建仙游地区中国地震台网中心记录到的地震群进行重定位，并采用P波初动的方法求解出该震群的159个震源机制解，显示该震群的震源机制解结果与背景构造应力场表现明显不一致。为了进一步探究差异性存在的原因，将得到的震群震源机制解结果分区域和分深度求解应力场，结果显示：金钟水库的东南部附近应力方向更远离背景构造应力方向，并且应力形因子小于0.5，中间轴呈现为拉张应力；随着深度的增加，应力场的方向也更接近背景构造应力场的方向。此外，根据前人研究推断该区域应力方向发生偏转是由于太平洋板块在深部的低角度俯冲挤压导致浅部张开，应力呈现为东西向拉张所致。在上述两原因的共同作用下，使得经震源机制解反演出的应力场结果与背景应力场差别较大。
Abstract:This study employed the double-difference location method to relocate earthquakes recorded by the seismic network center in the Xianyou region of Fujian from August 1, 2010, to December 31, 2014. It also used the initial motion of P waves to determine the focal mechanism solutions for 159 events within this seismic cluster. The results reveal a significant inconsistency between the focal mechanism solutions of the cluster and the background tectonic stress field. To further investigate the reasons behind this discrepancy, the obtained focal mechanism solutions were analyzed to calculate the stress field by region and depth. The findings indicate that in the southeastern part, near the Jinzhong Reservoir, the direction of stress deviates more from the background tectonic stress direction, with a stress shape factor less than 0.5, and the intermediate axis showing extensional stress. As depth increases, the direction of the stress field also becomes closer to that of the background tectonic stress field. Additionally, based on previous research, it is inferred that the deviation in stress direction in this area is due to the low-angle subduction and compression of the Pacific Plate at depth, leading to extension at shallow levels, with the stress manifesting as east-west extension. Under the combined influence of these two factors, the stress field results deduced from the focal mechanism solutions differ significantly from the background stress field.
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引言
福建仙游地区的地震记录显示，该区地震活动自2010年8月1日明显频繁，截至2014年12月31日，共记录地震
3471 次，其中ML≥4.0地震5次，ML≥3.0地震20次，ML≥2.0地震101次，最大地震为2013年9月4日的ML4.8地震，震中位于石苍镇（25.64°N，118.75°E）。此次震群事件对当地群众的生产生活造成较大影响，主要受灾地区在仙游县、莆田市区和永泰县，其中影响最严重的是石苍镇的五湖村和游洋镇两地，研究仙游地区的地震活动机制和地震发生背景有助于区域地震活动研判。关于福建仙游震群序列的发震机制和发震构造已经有较多研究。例如：邱毅等（2014）选取6次ML＞3.5的地震，利用矩张量反演求解震源机制解，并进行应力场分析，判断该地区主要压应力轴近NS向，与福建区域应力场不一致，认为该地震是由金钟水库蓄水导致应力调整而引发的；李强等（2015）分析了该区域地震的发震构造，反演了ML≥4.0地震事件的震源机制解，发现地震的破裂面沿NW方向，震源破裂类型为走滑型，发震断层为沙县—南日岛断裂，并认为该地震序列是由金钟水库诱发的；秦双龙等（2015）利用双差定位法将2010年8月至2013年12月期间记录到的地震序列重新定位，并结合金钟水库库区周围的地震活动，分析了震群序列的空间分布特征，认为震群活动性质可能为水库诱发地震；袁丽文等（2016）选取6次ML＞3.5的地震进行应力场分析，利用P波初动和Hardebeck and Sheark （HASH）方法研究了2010年8月至 2014年12月ML≥2.0地震的震源机制反演方案，发现地震破裂方向为NW方向，震源破裂类型为右旋走滑，认为该处地震序列受仙游区域应力场影响，金钟水库的蓄水活动对仙游地区的构造应力场影响不大；秦双龙和邱毅（2018）基于2010年8月至2013年12月ML≥1.0地震序列，利用Cut and Paste （CAP）方法对ML≥3.5地震进行了重定位和震源机制反演，判断此次仙游地震主震的震源构造断裂为石苍断裂，属于水库诱发地震。虽然前人对福建仙游地区地震的发震时刻、震源机制解和相关应力场进行了研究，但对震群的发生究竟与金钟水库蓄水有关，还是由背景构造应力场导致的这一问题并未进行详细研究。为解决这一问题，本文收集了该地区2010年8月1日至2014年12月31日的地震序列。为保证研究数据的准确性，首先采用双差定位法对震群事件进行精细化定位，并根据定位结果初步分析的地震分布情况，利用小震拟合断层面法对精细化定位的事件进行拟合，以得到该地区的发震断层结构信息；然后通过P波初动法获得了更多的震源机制解数据，并采用震源机制解的P轴和T轴统计量与构造应力场解算结果进行了震群的应力场分析，以期详尽探究该震群发生的可能因素，为区域应力场与背景应力场不一致表现的问题提供了一个研究思路。
1. 地震精定位
1.1 定位方式与数据准备
本文根据Waldhauser和Ellsworth （2000）提出的双差定位法来定位仙游震群中的事件。先计算走时差和走时残差，并将每对地震事件的残差方程结合起来，求解线性方程组，以确定地震的相对位置。
在地震重定位的过程中，需要每个台站的经纬度、深度等信息，本文选用围绕2013年9月4日ML4.8地震震中分布的福建数字地震地震台网的宽频带台站，震中与台站分布如图1。除了地震事件与台站信息之外，速度结构采用张路（2008）通过多种手段研究确定的福建东南沿海地壳结构模型，其中$ {{v}_{\mathrm{P}}}/{{v}_{\mathrm{S}}}＝1.73 $。
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图 1 研究区周边断裂及台站分布Figure 1. Geological structure and station distribution in the study area and surroundings本文数据源于中国地震台网中心，选取福建仙游2010年8月1日—2014年12月31日的
3471 个地震事件，其观测报告包含地震事件发震时刻、震级、经纬度、深度、观测到此次地震事件的台站名称、台站记录的地震事件到时等信息。1.2 定位结果及断层面拟合
采用双差定位的方法对
3471 次地震初步识别关联得到的1977 个地震事件进行重新定位，得到了1864 个地震事件的相关参数信息。双差定位得到重定位结果的剩余走时残差大多分布于0—0.08 s的范围之内，地震位置误差在东西方向为0.091 km，在南北方向为0.12 km，垂直方向为0.12 km。将定位前后的地震事件进行对比分析，可以看出重定位后地震分布更加密集，震群更加集中，从时间上来看，地震从石苍断裂附近开始发生，并随着时间的推移，从石苍断裂与潼关断裂之间的西北部逐渐向潼关断裂延伸。根据精定位目录，我们发现除了早期的石苍断裂附近的地震外，其余地震均发生在走向为NW—SE的一个条带上（图2），这预示着这些地震发生在一个未知的隐伏断层上。为确定该隐伏断层的产状参数，我们采用小震拟合断层面的方法（万永革等，2008）对地震序列1段（区域2 ，图3）和地震序列2段（区域1 ，图4）的地震分别拟合了断层面的形状，经反演后可以得到仙游地震序列1段（区域2）断层接近直立（图3c），走向为135.6°，倾角为88.8°；序列2段（区域1）断层也接近直立（图4c），走向为140.2°，倾角为88.7°。由于序列1地震事件数据较少，因此和序列2相比，走向、倾角以及距横坐标0点处的距离的标准差更大。根据图3d和图4d的地震事件与断层面之间的距离统计直方图可以看出，序列2基本沿着断层呈对称的正态分布，整体上分布较好，而序列1可以明显看出地震集中分布，表明本次福建仙游震群发生在西北—东南走向的近乎垂直的断层上，西北和东南部的断层几乎参数相差不大，可能由一条隐伏断裂的破裂所致。
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图 2 精定位前（未填充颜色）、后（填充颜色）的地震分布Figure 2. Earthquake distribution before （uncolored） and after precisely locating （colored）![]()
图 3 地震序列1段（区域2）的断层面拟合（a） 地震在水平面投影；（b） 地震在断层面的投影；（c） 地震在垂直于断层的横断面上的投影；（d） 地震与断层面的距离Figure 3. Fitting of fault surface in the first section （region 2） of earthquake sequence（a） The earthquake in the horizontal projection；（b） The earthquake in the faultplane projection；（c） The projection on a cross section perpendicular to the fault；（d） The distance between the earthquake and the fault plane2. 区域应力场反演
2.1 震源机制解反演
本研究采用P波初动极性数据（万永革等，2011）求解震源机制解。该思路最先由Byerly （1938）提出，Hodgson和Storey （1953）在此基础上进一步研究推广，扩大了该方法的应用深度；郭增建（1958）在前人研究的基础上进一步修改，使得该方法能够适用于普遍情况。本文首先读取出观测报告中有P波初动地震事件的记录；然后采用表1的地壳速度模型和重定位的精确地震位置计算每个台站相对于每个事件的方位角和离源角；最后求解每个事件的震源机制解（余海琳等，2021）。在求解过程中，为保证精度，将P波初动数目限制为10个，最终得到159个震源机制解（见附表1）。
表 1 福建地区地壳速度模型（张路，2008）Table 1. Crustal velocity model in Fujian area地壳厚度/km vp/（km·s−1） vS/（km·s−1） 密度/（kg·m−3） 0—4.0 5.6 3.23 2.5 4.0—12.0 6.1 3.52 2.7 12.0—18.0 6.0 3.46 2.6 18.0—25.0 6.4 3.70 2.8 25.0—30.0 6.9 3.98 2.9 ≥30.0 8.0 4.57 3.3 P波初动结果中的矛盾比参数是判断震源机制解准确性的重要参考标准，矛盾比是指数据矛盾个数（即压缩象限出现负的符号或拉张象限出现正的符号的数量）与总符号个数之比。在得到的震源机制解的结果中，矛盾比为0的震源机制解有79个，占总数的49.7%；矛盾比在0—0.10范围内的震源机制解有63个，占总数的39.6%；矛盾比分布在0.1—0.18范围内的震源机制解有12个，占总数的7.5%；矛盾比大于0.18的震源机制解有5个，仅占总数的3%。根据震源机制分类方法（万永革，2024），可以判断出仙游地震序列中走滑型地震112次，占总体数量的70.44%；正断型地震23次，占总体数量的14.47%；正走滑型地震12次，占总体数量的 7.55%；逆走滑型地震和逆断型地震各6个，各占总体数量的 3.77%。可见该震群中走滑型具有优势占比，并且有一定的正断型成分，表现出了水库的影响。
将本文得到的159个震源机制解的P轴和T轴进行方位统计（图5a，b）。可以看出，该区域P轴方向为近南北向，T轴方向为近东西向。而许忠淮等（1989）和Wan （2010）给出的该区域背景构造应力场主压应力轴方向均为近东西向，主张应力轴方向均为近南北向。这就是说背景构造应力场的主压应力轴和主张应力轴与该震群震源机制总体P轴和T轴相差很大。根据万永革（2024）的方法估计所得到的该震群震源机制解计算出节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为140.33°，85.20°和−162.64°；节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为48.83°，72.70°和−5.02°；P轴的走向和倾伏角为5.84°和15.63°；B轴走向和倾伏角为155.3°和72.01°；T轴的走向和倾伏角为273.39°和8.69°；震群总体震源机制表现为走滑型（图5c）。本文依据该震群的大量震源机制解数据从统计的P，T轴和总体震源机制解两方面确认了该震群的破裂性质与背景构造应力场有明显差别。为了进一步研究这种差异性的形成原因，下面将对震源机制解从水平面和纵向深度两个维度分别求解应力场，分析该震群应力场在水平面内和深度方向上的变化。需要说明的是，上述反演的地震事件中有一个事件远离震群丛集区（图4中两个丛集区之外的海滩球），进行应力场反演时进行了去除，即采用了158个震源机制解进行水平和深度应力场反演。
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图 4 地震序列2段（区域1)的断层面拟合（a）地震在水平面投影；（b）地震在断层面的投影；（c）地震在垂直于断层的横断面上的投影；（d）地震与断层面的距离Figure 4. Fitting of fault surface in the second section （region 1） of earthquake sequence（a） The earthquake in the horizontal projection of the middle panel；（b） The earthquake in the fault plane projection；（c） The projection on a cross section perpendicular to the fault；（d） The distance between the earthquake and the fault plane![]()
图 5 震源机制解的P轴（a）和T轴（b）统计分布及总体震源机制的等面积投影（c）蓝色表示压缩，红色表示拉张Figure 5. P-axis （a） and T-axis （b） statistical distribution of the focal mechanism solution and the equal area projection of the overall focal mechanism （c）Blue means compression，red means expansion2.2 地震水平成丛表现出的应力场差异
应力场求解采用Wan等（2016）提出的网格搜索法，该方法利用断层面上剪应力方向与断层滑动方向一致原则，将应力轴方向和应力形因子（$ R＝ （ {{S}_{2}－{S}_{3}} ） / （ {{S}_{1}－{S}_{3}} ） $，其中S1，S2和S3分别表示三个主应力的大小）按照网格进行划分，分别反演每个网格内的应力张量，并结合应力形因子判断这三个主应力的分布。该算法不仅给出应力场的参数估计，还给出了反演应力场时所选用的震源机制解两个节面的“可能”断层面。在进行网格搜索时，将应力方向参数Φ，δ和Ψ （为北东下坐标系经过三次旋转后与主轴坐标系重合，旋转的三个角度，属于基变换的问题，使用三个旋转角度就可以在北东下坐标系中表示三个应力主轴方向）以及应力形因子R值的搜索步长分别设置为1°，1°，1°和0.01，置信区间设为95%。
根据上节的双差定位结果（图2），地震大致分为三个丛集区。靠近石苍断裂的丛集区，靠近金钟水库东部的一个丛集区（区域1）及其北部的一个丛集区（区域2）。这些地震丛集区基本沿着石苍断裂和潼关断裂的走向展布。这三个地震丛集区发生时间也基本分离；靠近石苍断裂的丛集区发生最早，但地震记录较少，没有得到震源机制解结果；随后东侧北部丛集区（区域2）地震发生；最后发生的是金钟水库东部的丛集区（区域1）。后两个地震丛集区具有大量可以确定震源机制解的地震，本研究分别对其采用上述介绍的方法进行应力张量反演，得到如图6所示的应力场结果。
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图 6 本研究中区域1和区域2的应力场反演结果图（a）为区域整体应力示意图；图（b）、（d）为应力张量反演的等面积投影图。蓝色箭头和红色箭头分别表示“可能断层面”的实际测量的滑动方向和理论滑动方向；绿色表示在95%的置信水平下应力场的最大剪应力节面；黄色箭头表示最大剪应力的滑动方向。S3，S2和S1及标注周边的闭合曲线分别表示主压应力轴、中间应力轴和主张应力轴的置信范围。U和D分别为上和下两个方向。图（c）、（e）为两个子区应力张量反演结果的三维表示，红色表示主压应力的大小和方向；蓝色表示主张应力的大小和方向。下同Figure 6. Stress field inversion result in region 1 and region 2Figs.（b） and （d） are equal-area projections of the stress tensor inversion. The blue and red arrows indicate the actual measured sliding direction and the theoretical sliding direction of the “possible fault plane”，respectively；the green indicates the maximum shear stress nodal plane of the stress field at 95% confidence level； the yellow arrow indicates the sliding direction of the maximum shear stress. The S3， S2， S1 and the closed curves marked around them respectively represent the confidence ranges of the principal compressive stress axis, the intermediate stress axis and the principal tensile stress axis.U and D are the top and bottom directions respectively. Figs.（c） and （e） are three-dimensional representations of the results of the inversion of the stress tensor in the two sub-areas，with the magnitude and direction of the principal compressive stress in red；the magnitude and direction of the asserted stress in blue. The same below从这两个应力场结果（表2，图6）来看，两个应力场所选择的“可能断层面”的优势分布均在NW—ES向，验证了前面小震拟合断层面的走向结果。区域1内主压应力轴方向为NNE向，主张应力轴方向为WNW向，而区域2内主压应力轴方向为NNW向，主张应力轴方向为ENE向。为定量比较两个区域求解的构造应力场与背景构造应力场的差别，我们采用Wan （2010）反演的该区域背景应力场定量数据计算背景构造应力场方向和震群数据，得到区域1和背景应力场之间的三维空间旋转角为74°，区域2和背景应力场之间的三维空间旋转角为48°。可见区域2内震群破裂的应力场方向更接近于近EW挤压方向的背景构造应力场，而靠近金钟水库的区域1的震群破裂的应力场与背景构造应力场方向差别更大。从两个区域应力场的方向来看区域2的应力形因子小于0.5，说明中间应力值更加靠近主张应力值（万永革等，2011），即中间应力轴呈现拉张，而区域1的应力形因子大于0.5，中间应力轴呈现压缩状态。这从应力方向和应力相对大小两种方式反映了区域1受到了金钟水库的影响。
表 2 应力张量反演数值结果Table 2. Results of the inverted stress tensor分区 震源
机制解
个数主压应力轴S1 中间应力轴S2 主张应力轴S3 R 走向/° 倾伏角/° 走向/° 倾伏角/° 走向/° 倾伏角/° 区域1 138 182.38°—188.46 10.16°—24.28° 329.00°— 335.00° 61.00°—78.00° 89.58°—95.58° −0.07°—16.93° 0.61 区域2 20 337.02°—344.43° 1.31°—7.04° 107.50°— 115.00° 79.50°—88.00° 246.07°—253.57° 7.03°—15.53° 0.41 深度8—9 km 31 178.62°—197.62° 13.57°— 39.02° 328.00°—347.00° 46.00°—75.00° 78.18°—97.18° 9.08°—38.08° 0.49 深度10—11 km 80 174.89°—181.25° 19.29°—26.97° 339.00°—343.00° 62.00°—70.00° 83.04°—87.04° −1.68°—6.32° 0.45 深度12—15 km 30 334.41°—346.41° 8.75°—15.41° 228.00°—240.00° 39.00°—60.00° 72.22°—84.22° 18.53°—39.53° 0.81 深度16—21 km 17 344.03°—347.28° 1.31°—4.80° 99.50°—103.00° 79.00°—87.00° 253.22°—256.72° 6.08°—14.08° 0.53 前人研究 50 −0.44°—3.56° 12.42°—16.24° 162.00°—166.00° 73.00°—77.00° 268.45°—272.45° 2.34°—6.34° 0.32 2.3 不同深度的应力场
上节采用水平区域应力场的方式表明远离水库区的应力场更接近背景构造应力场，说明了水库区对应力场的影响。本节按照8—9 km，10—11 km，12—15 km，16—21 km不同深度区间的震群震源机制数据分别求解研究区的应力场，结果如表2和图5所示。采用与上小节相同的定量方法求解震群震源机制反演的应力场，并与Wan （2010）得到的背景构造应力场的定量三维空间旋转角对比，得到8—9 km，10—11 km，12—15 km，16—21 km深度范围内的震群震源机制数据反演的应力场与背景构造应力场的三维空间旋转角分别为91°，74°，64°和60°，由此可见随着深度的增加，震群构造应力场与背景应力场之间的角度差逐渐减小。从图5可以直观地看到：随着深度的增加，主压应力轴的方向开始由NNE向变为NNW向，即随着深度的增加，与背景构造应力场的近EW向主压应力方向逐渐接近。因此有理由相信反演区域的应力场值局限在有限空间内，随着远离金钟水库区和随着深度的加深，应力场逐渐靠近背景构造应力场方向，最后直至与背景构造应力场趋于一致。
结合上述结果可推测：福建仙游地区位于福建沿海，处于欧亚板块与太平洋板块的交接处，在太平洋板块的西向低角度俯冲下（Huang，Zhao，2006），应力场在俯冲带的板片俯冲处会呈现较大的东西向挤压应力，随着远离板片俯冲界面（随着深度的减小），挤压应力会逐渐减小，类似于一立方体的下部受到挤压，而上部相对拉张一样，板片深部的挤压会导致浅部存在一定的东西向拉张作用。根据震群反演的应力变化方向随深度发生变化的规律，地表的东西向拉张应力大小随着深度增加是逐渐减小的，到了某一深度就可能按着这种趋势变化为与板片俯冲相一致的东西向挤压应力状态。该模型示意图如图7所示。
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图 7 应力场方向随深度变化示意图图中阴影表示板块交界面，黑色箭头表示构造应力场方向Figure 7. Schematic diagram of stress field changing with depthThe shadow zone in the figure indicates the plate interface，and the black arrows indicate the compressional axis direction of tectonic stress3. 讨论
3.1 定位结果揭示出断层面的准确性
本文为了获得更准确的地震事件位置分布，利用双差定位的方式对有记录并满足条件的地震丛集重新定位，将定位后的结果与原始结果重叠比较可以发现地震序列更加集中，地震活动时间先后也一目了然，这一结果与秦双龙和邱毅（2018）、毛松林和蔡欣欣（2014）进行定位后得到的地震序列有很强的一致性，这也验证了本文定位结果的准确性。
3.2 震源机制结果的准确性
采用P波初动求解震源机制解是最传统的求解震源机制解的方法，相较于目前流行的CAP求解震源机制的方法各有优缺点。从数据量来看，P波初动方法利用了P波初动信息，数据量少，但不会受到地球内部界面导致观测波形变化的影响，而CAP方法采用波形数据，利用了较大的数据量，但地球模型界面的不准确导致波形拟合存在差异。从求解的地震震级来看，CAP方法很难求解M2.5以下的地震，而P波初动方法没有求解的震级限制，只要观测的P波初动符号足够多，射线分布的间隔角度不太大，就可以求解。因此本研究采用更具优势的P 波初动方法来求解大量小震震源机制用于分析应力场。此外，本研究一方面采用双差精定位的地震位置，另一方面采用了较为精确的地球模型，以确保台站相对于震源的离源角和方位角求解的准确性。为展示震源机制解结果的准确性，我们给出了两个典型地震（2013年2月10日M1.4和2014年3月14日M3.8地震）的震源机制求解台站P波初动符号的沙滩球分布和震源机制结果，从分布来看，P波初动符号对震源机制解有较好的约束（图8）。
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图 8 2013年2月10日M1.4地震 （a）和2014年3月14日M3.8 地震（b）的P波初动分布和震源机制的等面积投影Figure 8. Equal area projection of the P-wave initial motion sign and estimated source mechanism for the February 10，2013，M1.4 earthquake （a） and March 14，2014，M3.8 earthquake （b）为确认本研究反演震源机制解的准确性，我们搜集了前人采用不同方式得出的震源机制解反演应力场对结果进行验证。共收集了67个不同作者的震源机制解，其中从袁丽文等（2016）文献中收集到48个，从秦双龙和邱毅（2018）文献中收集到8个，从李强等（2015）文献中收集到5个，从邱毅等（2014）文献中收集到6个，综合计算走滑型机制解所占比例最大，有60个，占所有震源机制的92.3%。对于相同的地震，不同文献给出的震源机制解有一定的差异，为了使反演出的应力场结果更加准确，在对同一事件不同震源机制解进行处理时，采用万永革（2019）提出的同一地震震源机制中心解的方式进行计算震源机制中心解，然后利用中心解代替不同的震源机制解进行应力场反演，应力场反演结果的具体参数见表2最后一行，定量求解震群震源机制反演的应力场与用前人结果求解地应力场之间的三维空间旋转角为20°，得到的应力场与本文震源机制求解的结果基本一致，从而验证了本研究所得震源机制和应力场结果的正确性。
3.3 福建仙游震群发生的可能原因
本文采用P波初动的方法求解出159个震源机制解，根据震源机制解的P轴和T轴分布能明显看出该震群破裂的应力场与背景构造应力场之间的显著差异。考虑到金钟水库的存在，从水平分区和深度分层两个维度分别反演应力场，结果显示震群不同部位的应力场方向在水平方向反演的两个区域中距水库较远的震群应力场更靠近背景构造应力场；在深度方向上，随着深度的增加，应力场的方向逐渐靠近背景构造应力场的近东西方向。表明在研究区域的浅部（靠近水库）应力场方向较大地偏离了背景应力场方向。根据平面分区和深度分层上的应力场差别，可以推测出金钟水库对应力场的存在影响，但本研究求解的应力场方向与背景应力场相差太大，根据我们对地震错动导致周围应力场方向改变的研究（万永革等，2006），导致10°左右的应力方向偏转需要附加约相当于与构造应力量值相当的应力，而水体不会产生如此大的附加应力，因此仅凭水库的影响无法导致如此大的应力偏转。考虑到该地受到太平洋板片的深部俯冲挤压会使得浅部呈现拉张的趋势（图7），我们认为研究区域局部应力场的方向改变可能是这两种因素共同作用的。
此外研究区域的应力场分布与相距约254 km的珊溪水库有相似的表现。该震群活动与浙江珊溪水库震群震源机制均为NS向挤压，EW向拉张（张帆等，2013），且这两个震群均发生在我国东南沿海水库区，且水库区均位于太平洋板块的深部板片低角度俯冲区域的水区，可能是两者具有共同表现的原因。
4. 结论
经过上述对福建仙游地区的研究与分析，本文得到以下结论：
1） 双差定位后得到了福建仙游震群的
1864 个地震事件的精确位置，该震群分布在NW—SE走向的一个条带上。对定位后的两个明显丛集区进行断层面拟合后得到西北丛集区（区域2）的断层走向为135.6°，倾角为88.8°，东南丛集区（区域1）的走向为140.2°，倾角为88.7°，由此推测该区域存在NW—SE走向的隐伏断层，本次震群由该隐伏断裂的破裂所致。2） 采用P波初动极性数据求解得到159个震源机制解，震源机制类型以走滑型为主。利用震源机制解分区反演应力场，显示南北向两个分区的应力场主轴方向不同，北部远离金钟水库区域主压应力轴方向为NNE向，主张应力轴方向为WNW向，而南部靠近水库主压应力轴方向为NNW向，主张应力轴方向为ENE向。深部方向上，主压应力轴的方向由NNE向随深度增加逐渐变为NNW向，这表明随着深度增加，该区域应力场方向与背景应力场逐渐一致。
3） 从平面和深度两个维度分析应力场的变化表明：远离金钟水库区的应力场逐渐趋近于背景构造应力场，但还存在一定差距。根据应力场反演结果的空间分布和研究区域受到太平洋板片在深部的低角度俯冲，推测该震群的破裂是水库导致的拉张应力和低角度太平洋板片深部俯冲导致的浅部东西向拉张两者共同产生了一个跟构造应力场不一样的震群活动。要确切验证这种推测需要更多的资料，根据有地震布设台网以来的地震活动，该地区还没有积累到足够的资料来进行精细应力场反演。期待以后采用更多的其它与地壳应力场反演相关资料的加入，以验证我们的推测。
此外，目前发现的龙滩水库以及溪洛渡水库的震源机制破裂产生的的应力场也与背景构造应力场不符合。龙滩水库在蓄水后地震丛集的应力场最大主应力轴主要以NW—SE向为主，最小主应力轴则呈NE向（阎春恒等，2015）；溪洛渡水库在蓄水前后区域应力场也发生了改变，最小压应力轴的仰角增大（苏珊等，2020）。这两个库区在水库蓄水前后的应力场均有一定变化，大多数学者认为区域应力场不一致是由于水库中水流向下渗透改变了岩石强度和孔隙压，从而打破了应力平衡，诱发了地震活动（陈翰林等，2009；阎春恒等，2015；马志江等，2016；王鹏等，2017；杨福平等，2019；苏珊等，2020）。本研究为这些问题的研究提供了一个思路。
福建地震局蔡腾辉提供了部分地震数据，审稿专家提出的宝贵修改意见，作者在此一并表示感谢！
1 P波初动求得的震源机制解序号 发震时间
年−月−日 时:分:秒东经
/°北纬
/°深度
/km震级
M节面Ⅰ 节面Ⅱ P 轴 T 轴 B 轴 矛盾比 P波初动个数 走向/° 倾角/° 滑动角/° 走向/° 倾角/° 滑动角/° 方位角/° 倾伏角/° 方位角/° 倾伏角/° 方位角/° 倾伏角/° 1 2 014−07−19 00:47:06 118.742 25.633 10 1.4 330 81 −177 240 87 −9 195 9 285 4 40 80 0 10 2 2 014−04−06 10:12:33 118.743 25.633 10 1.5 174 53 −115 32 44 −60 24 69 282 5 190 2 0 0.09 11 3 2 014−01−12 03:55:36 118.747 25.633 9 1.7 136 64 164 233 76 27 3 7 97 29 260 60 0.07 14 4 2 014−03−14 20:25:11 118.743 25.635 10 1.7 134 67 −160 36 71 −24 354 30 86 3 180 60 0 14 5 2 014−03−14 19:53:36 118.744 25.635 11 3.8 140 90 170 230 80 0 185 7 95 7 320 80 0 36 6 2 014−07−19 01:00:22 118.739 25.636 9 1.7 315 81 −120 211 31 −17 194 45 69 30 320 30 0.06 18 7 2 014−07−19 00:45:27 118.742 25.636 10 1.6 322 44 120 104 53 65 212 5 314 69 120 2 0 0.07 14 8 2 014−03−14 19:52:20 118.742 25.636 9 1.3 340 82 174 70 84 8 2 05 1 295 10 110 80 0 10 9 2 014−01−17 23:35:43 118.741 25.636 9 1.5 23 31 −109 226 61 −78 163 72 307 15 40 10 0.09 11 10 2 014−01−07 06:49:43 118.742 25.636 10 1.7 146 64 164 243 76 27 13 7 107 29 270 60 0.20 10 11 2 014−01−07 06:47:17 118.744 25.636 10 1.4 174 64 −124 51 41 −41 38 57 288 13 190 30 0.09 11 12 2 014−07−23 23:52:37 118.741 25.637 9 1.8 334 22 −117 184 70 −79 110 63 265 25 0 10 0 12 13 2 014−05−12 18:28:38 118.740 25.637 10 1.2 320 80 178 50 88 10 185 6 275 8 60 80 0.09 11 14 2 014−03−14 20:05:29 118.743 25.637 10 1.7 310 80 180 220 90 170 175 7 265 7 40 80 0 11 15 2 014−03−12 14:50:09 118.741 25.637 9 1.8 330 81 −177 240 87 −9 195 9 285 4 40 80 0 11 16 2 014−02−27 14:32:29 118.740 25.637 10 2.5 310 80 180 220 90 170 175 7 265 7 40 80 0 2 0 17 2 014−08−01 22:43:04 118.740 25.638 9 2.3 308 75 167 42 77 16 175 2 265 2 0 80 70 0 12 18 2 014−07−25 06:44:18 118.741 25.638 10 1.8 334 61 −102 177 31 −71 217 72 73 15 340 10 0.06 16 19 2 014−05−24 00:18:51 118.738 25.638 10 1.2 160 10 −90 340 80 −90 250 55 70 35 340 0 0 10 2 0 2 014−05−12 18:24:19 118.739 25.638 10 3.0 325 81 −120 221 31 −17 2 04 45 79 30 330 30 0.07 30 21 2 014−03−12 05:37:06 118.744 25.638 9 1.7 132 44 120 274 53 65 22 5 124 69 290 2 0 0.09 11 22 2 014−03−12 04:24:19 118.743 25.638 9 1.6 160 88 170 250 80 2 2 05 6 115 8 330 80 0 12 23 2 014−01−07 06:43:42 118.740 25.638 10 2.9 156 64 164 253 76 27 23 7 117 29 280 60 0.07 27 24 2 014−01−02 13:56:38 118.740 25.638 10 2.5 150 44 158 257 75 48 17 19 126 44 270 40 0 18 25 2 014−07−19 01:50:15 118.739 25.639 9 3.3 150 2 0 180 60 90 110 349 42 131 42 240 2 0 0.03 31 26 2 014−07−03 17:14:26 118.738 25.639 11 2.9 320 87 171 50 81 3 5 4 275 9 120 80 0 26 27 2 014−07−03 04:56:06 118.738 25.639 13 2.1 316 67 160 54 71 24 184 3 276 30 90 60 0.11 19 28 2 014−06−29 03:41:30 118.739 25.639 10 1.9 130 90 170 220 80 0 175 7 85 7 310 80 0 13 29 2 014−06−29 02:17:36 118.739 25.639 10 2.0 152 61 −138 37 54 −37 8 50 273 4 180 40 0.04 23 30 2 014−05−24 00:14:12 118.737 25.639 11 2.8 140 90 110 230 2 0 0 211 42 69 42 320 2 0 0.03 29 31 2 014−07−19 00:32:21 118.738 25.640 10 2.3 312 48 −149 2 00 67 −46 157 48 260 11 0 40 0.07 27 32 2 014−05−24 00:34:06 118.738 25.640 10 1.3 309 62 −113 171 36 −54 178 65 55 14 320 2 0 0.09 11 33 2 014−02−10 23:29:21 118.739 25.640 10 1.8 138 61 174 231 85 30 1 17 99 24 240 60 0.10 2 0 34 2 014−02−02 00:03:47 118.737 25.640 10 2.0 316 64 164 53 76 27 183 7 277 29 80 60 0.04 28 35 2 014−01−27 13:50:18 118.737 25.640 12 3.1 130 90 170 220 80 0 175 7 85 7 310 80 0 30 36 2 014−01−27 01:02:39 118.737 25.640 10 1.9 320 82 −174 230 84 −8 185 10 275 1 10 80 0 16 37 2 014−01−02 23:34:08 118.738 25.640 10 2.3 321 83 −161 229 71 −7 186 18 94 8 340 70 0.04 27 38 2 014−10−10 04:39:32 118.738 25.641 8 1.7 292 61 −138 177 54 −37 148 50 53 4 320 40 0 15 39 2 014−08−13 13:29:12 118.735 25.641 10 1.9 130 90 100 220 10 0 210 44 50 44 310 10 0.07 15 40 2 014−07−27 20:52:40 118.736 25.641 9 2.3 130 87 −171 40 81 −3 355 9 265 4 150 80 0.04 23 41 2 014−07−05 22:15:24 118.738 25.641 12 1.9 140 73 −122 24 36 −31 13 52 253 21 150 30 0.10 2 0 42 2 014−05−25 05:04:11 118.736 25.641 10 1.8 150 90 100 240 10 0 230 44 70 44 330 10 0.11 18 43 2 014−05−24 00:36:56 118.736 25.641 10 1.9 130 90 100 220 10 0 210 44 50 44 310 10 0 15 44 2 014−05−02 20:13:57 118.735 25.641 10 1.9 130 90 100 220 10 0 210 44 50 44 310 10 0 17 45 2 014−01−27 13:53:04 118.738 25.641 10 2.5 140 90 100 230 10 0 220 44 60 44 320 10 0 18 46 2 014−01−21 00:53:13 118.740 25.641 10 1.9 160 90 170 250 80 0 2 05 7 115 7 340 80 0.08 13 47 2 014−01−17 23:07:55 118.738 25.641 9 1.6 137 62 169 233 80 28 2 12 98 27 250 60 0.14 14 48 2 014−12−02 02:13:14 118.735 25.642 8 2.0 140 90 0 230 90 180 5 0 95 0 0 90 0.25 16 49 2 014−07−27 21:02:03 118.735 25.642 9 1.5 150 87 171 240 81 3 195 4 105 9 310 80 0.09 11 50 2 014−07−27 20:28:59 118.734 25.642 9 2.6 324 82 −130 225 41 −12 197 39 84 26 330 40 0.07 29 51 2 014−07−07 23:44:34 118.734 25.642 11 1.5 339 70 176 71 87 20 2 03 11 297 16 80 70 0.20 10 52 2 014−05−29 05:35:08 118.737 25.642 10 1.9 151 83 −161 59 71 −7 16 18 284 8 170 70 0.14 14 53 2 014−02−01 15:43:52 118.735 25.642 10 1.9 130 90 100 220 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61 42 123 4 218 50 30 40 0.10 10 140 2 012−01−19 18:45:47 118.730 25.651 17 2.7 290 85 171 20 81 5 335 3 245 10 80 80 0 16 141 2 012−05−24 18:02:17 118.724 25.653 16 2.8 302 61 152 47 66 33 174 3 267 40 80 50 0.08 13 142 2 012−05−11 22:39:22 118.721 25.653 18 3.2 140 82 174 230 84 8 5 1 95 10 270 80 0.04 23 143 2 012−04−15 12:02:02 118.717 25.654 14 3.4 140 80 −178 50 88 −10 5 8 95 6 220 80 0 21 144 2 012−01−19 05:51:18 118.727 25.654 16 2.2 295 53 164 34 77 38 160 16 261 36 50 50 0.07 14 145 2 012−01−17 22:51:27 118.723 25.654 14 2.4 310 88 170 40 80 2 355 6 265 8 120 80 0.08 13 146 2 012−06−10 16:17:54 118.717 25.657 17 2.6 149 41 −139 26 64 −56 342 57 92 13 190 30 0 13 147 2 012−04−02 05:56:39 118.712 25.659 13 2.5 320 85 171 50 81 5 5 3 275 10 110 80 0 13 148 2 012−03−22 05:10:09 118.717 25.659 12 2.5 120 80 −180 30 90 −10 345 7 75 7 210 80 0 14 149 2 012−07−22 02:27:33 118.709 25.660 14 2.0 280 10 180 190 90 100 110 44 270 44 10 10 0.09 11 150 2 012−04−15 11:57:01 118.708 25.660 14 4.1 147 81 −110 33 22 −26 34 50 253 33 150 2 0 0.06 32 151 2 012−04−04 02:15:41 118.716 25.660 13 2.6 140 80 −178 50 88 −10 5 8 95 6 220 80 0 11 152 2 012−02−02 23:06:17 118.715 25.660 15 2.1 300 90 90 165 0 135 30 45 210 45 300 0 0.15 13 153 2 012−04−22 10:22:46 118.719 25.661 18 2.5 290 30 180 2 00 90 120 137 38 263 38 20 30 0 14 154 2 012−04−01 18:39:46 118.712 25.661 16 2.5 130 87 −171 40 81 −3 355 9 265 4 150 80 0.09 11 155 2 012−03−30 03:34:43 118.713 25.661 18 2.4 302 84 −140 2 07 51 −8 172 32 68 22 310 50 0.07 14 156 2 012−04−18 13:11:33 118.717 25.662 19 2.3 310 81 175 40 85 9 175 3 265 10 70 80 0 13 157 2 012−04−02 04:44:40 118.713 25.662 18 2.0 129 62 −113 351 36 −54 358 65 235 14 140 2 0 0 11 158 2 011−12−30 02:38:38 118.722 25.657 21 2.9 130 80 −178 40 88 −10 355 8 85 6 210 80 0 15 159 2 010−08−06 11:46:26 118.721 25.623 13 1.7 121 62 113 259 36 54 195 14 72 65 290 2 0 0 10 -
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图 1 研究区周边断裂及台站分布
Figure 1. Geological structure and station distribution in the study area and surroundings
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图 2 精定位前（未填充颜色）、后（填充颜色）的地震分布
Figure 2. Earthquake distribution before （uncolored） and after precisely locating （colored）
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图 3 地震序列1段（区域2）的断层面拟合
（a） 地震在水平面投影；（b） 地震在断层面的投影；（c） 地震在垂直于断层的横断面上的投影；（d） 地震与断层面的距离
Figure 3. Fitting of fault surface in the first section （region 2） of earthquake sequence
（a） The earthquake in the horizontal projection；（b） The earthquake in the faultplane projection；（c） The projection on a cross section perpendicular to the fault；（d） The distance between the earthquake and the fault plane
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图 4 地震序列2段（区域1)的断层面拟合
（a）地震在水平面投影；（b）地震在断层面的投影；（c）地震在垂直于断层的横断面上的投影；（d）地震与断层面的距离
Figure 4. Fitting of fault surface in the second section （region 1） of earthquake sequence
（a） The earthquake in the horizontal projection of the middle panel；（b） The earthquake in the fault plane projection；（c） The projection on a cross section perpendicular to the fault；（d） The distance between the earthquake and the fault plane
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图 5 震源机制解的P轴（a）和T轴（b）统计分布及总体震源机制的等面积投影（c）
蓝色表示压缩，红色表示拉张
Figure 5. P-axis （a） and T-axis （b） statistical distribution of the focal mechanism solution and the equal area projection of the overall focal mechanism （c）
Blue means compression，red means expansion
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图 6 本研究中区域1和区域2的应力场反演结果
图（a）为区域整体应力示意图；图（b）、（d）为应力张量反演的等面积投影图。蓝色箭头和红色箭头分别表示“可能断层面”的实际测量的滑动方向和理论滑动方向；绿色表示在95%的置信水平下应力场的最大剪应力节面；黄色箭头表示最大剪应力的滑动方向。S3，S2和S1及标注周边的闭合曲线分别表示主压应力轴、中间应力轴和主张应力轴的置信范围。U和D分别为上和下两个方向。图（c）、（e）为两个子区应力张量反演结果的三维表示，红色表示主压应力的大小和方向；蓝色表示主张应力的大小和方向。下同
Figure 6. Stress field inversion result in region 1 and region 2
Figs.（b） and （d） are equal-area projections of the stress tensor inversion. The blue and red arrows indicate the actual measured sliding direction and the theoretical sliding direction of the “possible fault plane”，respectively；the green indicates the maximum shear stress nodal plane of the stress field at 95% confidence level； the yellow arrow indicates the sliding direction of the maximum shear stress. The S3， S2， S1 and the closed curves marked around them respectively represent the confidence ranges of the principal compressive stress axis, the intermediate stress axis and the principal tensile stress axis.U and D are the top and bottom directions respectively. Figs.（c） and （e） are three-dimensional representations of the results of the inversion of the stress tensor in the two sub-areas，with the magnitude and direction of the principal compressive stress in red；the magnitude and direction of the asserted stress in blue. The same below
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图 7 应力场方向随深度变化示意图
图中阴影表示板块交界面，黑色箭头表示构造应力场方向
Figure 7. Schematic diagram of stress field changing with depth
The shadow zone in the figure indicates the plate interface，and the black arrows indicate the compressional axis direction of tectonic stress
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图 8 2013年2月10日M1.4地震 （a）和2014年3月14日M3.8 地震（b）的P波初动分布和震源机制的等面积投影
Figure 8. Equal area projection of the P-wave initial motion sign and estimated source mechanism for the February 10，2013，M1.4 earthquake （a） and March 14，2014，M3.8 earthquake （b）
表 1 福建地区地壳速度模型（张路，2008）
Table 1 Crustal velocity model in Fujian area
地壳厚度/km vp/（km·s−1） vS/（km·s−1） 密度/（kg·m−3） 0—4.0 5.6 3.23 2.5 4.0—12.0 6.1 3.52 2.7 12.0—18.0 6.0 3.46 2.6 18.0—25.0 6.4 3.70 2.8 25.0—30.0 6.9 3.98 2.9 ≥30.0 8.0 4.57 3.3 
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表 2 应力张量反演数值结果
Table 2 Results of the inverted stress tensor
分区 震源
机制解
个数主压应力轴S1 中间应力轴S2 主张应力轴S3 R 走向/° 倾伏角/° 走向/° 倾伏角/° 走向/° 倾伏角/° 区域1 138 182.38°—188.46 10.16°—24.28° 329.00°— 335.00° 61.00°—78.00° 89.58°—95.58° −0.07°—16.93° 0.61 区域2 20 337.02°—344.43° 1.31°—7.04° 107.50°— 115.00° 79.50°—88.00° 246.07°—253.57° 7.03°—15.53° 0.41 深度8—9 km 31 178.62°—197.62° 13.57°— 39.02° 328.00°—347.00° 46.00°—75.00° 78.18°—97.18° 9.08°—38.08° 0.49 深度10—11 km 80 174.89°—181.25° 19.29°—26.97° 339.00°—343.00° 62.00°—70.00° 83.04°—87.04° −1.68°—6.32° 0.45 深度12—15 km 30 334.41°—346.41° 8.75°—15.41° 228.00°—240.00° 39.00°—60.00° 72.22°—84.22° 18.53°—39.53° 0.81 深度16—21 km 17 344.03°—347.28° 1.31°—4.80° 99.50°—103.00° 79.00°—87.00° 253.22°—256.72° 6.08°—14.08° 0.53 前人研究 50 −0.44°—3.56° 12.42°—16.24° 162.00°—166.00° 73.00°—77.00° 268.45°—272.45° 2.34°—6.34° 0.32
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1 P波初动求得的震源机制解
序号 发震时间
年−月−日 时:分:秒东经
/°北纬
/°深度
/km震级
M节面Ⅰ 节面Ⅱ P 轴 T 轴 B 轴 矛盾比 P波初动个数 走向/° 倾角/° 滑动角/° 走向/° 倾角/° 滑动角/° 方位角/° 倾伏角/° 方位角/° 倾伏角/° 方位角/° 倾伏角/° 1 2 014−07−19 00:47:06 118.742 25.633 10 1.4 330 81 −177 240 87 −9 195 9 285 4 40 80 0 10 2 2 014−04−06 10:12:33 118.743 25.633 10 1.5 174 53 −115 32 44 −60 24 69 282 5 190 2 0 0.09 11 3 2 014−01−12 03:55:36 118.747 25.633 9 1.7 136 64 164 233 76 27 3 7 97 29 260 60 0.07 14 4 2 014−03−14 20:25:11 118.743 25.635 10 1.7 134 67 −160 36 71 −24 354 30 86 3 180 60 0 14 5 2 014−03−14 19:53:36 118.744 25.635 11 3.8 140 90 170 230 80 0 185 7 95 7 320 80 0 36 6 2 014−07−19 01:00:22 118.739 25.636 9 1.7 315 81 −120 211 31 −17 194 45 69 30 320 30 0.06 18 7 2 014−07−19 00:45:27 118.742 25.636 10 1.6 322 44 120 104 53 65 212 5 314 69 120 2 0 0.07 14 8 2 014−03−14 19:52:20 118.742 25.636 9 1.3 340 82 174 70 84 8 2 05 1 295 10 110 80 0 10 9 2 014−01−17 23:35:43 118.741 25.636 9 1.5 23 31 −109 226 61 −78 163 72 307 15 40 10 0.09 11 10 2 014−01−07 06:49:43 118.742 25.636 10 1.7 146 64 164 243 76 27 13 7 107 29 270 60 0.20 10 11 2 014−01−07 06:47:17 118.744 25.636 10 1.4 174 64 −124 51 41 −41 38 57 288 13 190 30 0.09 11 12 2 014−07−23 23:52:37 118.741 25.637 9 1.8 334 22 −117 184 70 −79 110 63 265 25 0 10 0 12 13 2 014−05−12 18:28:38 118.740 25.637 10 1.2 320 80 178 50 88 10 185 6 275 8 60 80 0.09 11 14 2 014−03−14 20:05:29 118.743 25.637 10 1.7 310 80 180 220 90 170 175 7 265 7 40 80 0 11 15 2 014−03−12 14:50:09 118.741 25.637 9 1.8 330 81 −177 240 87 −9 195 9 285 4 40 80 0 11 16 2 014−02−27 14:32:29 118.740 25.637 10 2.5 310 80 180 220 90 170 175 7 265 7 40 80 0 2 0 17 2 014−08−01 22:43:04 118.740 25.638 9 2.3 308 75 167 42 77 16 175 2 265 2 0 80 70 0 12 18 2 014−07−25 06:44:18 118.741 25.638 10 1.8 334 61 −102 177 31 −71 217 72 73 15 340 10 0.06 16 19 2 014−05−24 00:18:51 118.738 25.638 10 1.2 160 10 −90 340 80 −90 250 55 70 35 340 0 0 10 2 0 2 014−05−12 18:24:19 118.739 25.638 10 3.0 325 81 −120 221 31 −17 2 04 45 79 30 330 30 0.07 30 21 2 014−03−12 05:37:06 118.744 25.638 9 1.7 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