阮慶豐，劉俊清，田有,3,4，劉財(cái),3*，張宇，蔡宏雷

1 吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2 吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118 3 吉林大學(xué)地球信息探測(cè)儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130026 4 長(zhǎng)白山火山綜合地球物理教育部野外科學(xué)觀測(cè)研究站，長(zhǎng)春 130021 5 吉林省地震局，長(zhǎng)春 130117

0 引言

松原地區(qū)主要包括松原市、前郭縣和長(zhǎng)嶺縣等，該地區(qū)歷史地震記錄很少，僅1119年發(fā)生過前郭63/4級(jí)地震(吳戈等，1987；邵博等，2020).但自2003年以后地震活動(dòng)增強(qiáng)，2003年松原地區(qū)發(fā)生小規(guī)模震群，2006年3月31日發(fā)生乾安MS5.0地震，2013年發(fā)生前郭MS5.8震群，該震群共發(fā)生5次MS5.0～5.9地震，2017年7月23日發(fā)生松原寧江區(qū)MS4.9震群，2018年5月28日發(fā)生松原寧江區(qū)MS5.7地震，2019年5月18日發(fā)生松原寧江區(qū)MS5.1地震.有研究表明松原地區(qū)地震主要在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下發(fā)生(盤曉東等，2007；吳微微等，2014；盧燕紅等，2017；李君和王勤彩，2018；劉俊清，2018；李君等，2019；李洪麗等，2021).Su等(2020)綜合分析了2017—2019年松原地震的余震定位和同震位移場(chǎng)，認(rèn)為震源區(qū)存在書斜式斷層，且第二松花江斷裂受太平洋板塊俯沖影響從約4500萬(wàn)年前順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至今，共旋轉(zhuǎn)了14°，在旋轉(zhuǎn)過程中被激活從而誘發(fā)了地震.還有一些研究表明，該地區(qū)多數(shù)地震與地下的流體有關(guān)，震源區(qū)下方存在明顯低波速異常，這些低波速異?？赡芘c太平洋板塊深俯沖至地幔轉(zhuǎn)換帶形成“大地幔楔”(Lei and Zhao，2005，2006；雷建設(shè)等，2018；Ma et al.，2018)中熱物質(zhì)上涌所攜帶的流體作用于斷裂帶有關(guān)(梁姍姍等，2019；楊宇等，2019；Zhang et al.，2019；Xu et al.，2020).上述研究表明，松原地區(qū)地震序列十分復(fù)雜，而區(qū)域內(nèi)主要斷裂，第二松花江斷裂和松原—肇東斷裂均為隱伏斷裂，導(dǎo)致該地區(qū)地震的發(fā)震機(jī)制與遷移特點(diǎn)尚無明確解釋.近年來，松原地震活動(dòng)頻繁發(fā)生，已造成一定經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的社會(huì)影響，研究地震的構(gòu)造機(jī)制對(duì)地震活動(dòng)規(guī)律、地震成因、區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)狀態(tài)、地震預(yù)警和有效防災(zāi)減災(zāi)等有重要科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義.

前人對(duì)于松原地區(qū)地震的研究，主要集中于大地震或局部震群的發(fā)震機(jī)制，缺乏2003年以來松原地區(qū)地震的總體分布特征、遷移特點(diǎn)及發(fā)生機(jī)制的研究，特別是本研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)嶺地區(qū)在2003—2018年期間地震活動(dòng)較弱，而2019—2021年地震活動(dòng)明顯增強(qiáng).本研究采用HYPOINVERSE-2000方法對(duì)2003年1月至2021年2月松原地區(qū)吉林省地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震事件的震源位置進(jìn)行了絕對(duì)定位，采用雙差層析成像方法構(gòu)建松原震區(qū)中、上地殼三維速度結(jié)構(gòu)，結(jié)合震源機(jī)制解和大地電磁研究等結(jié)果，深入探討了松原地區(qū)地震的發(fā)震機(jī)制和遷移特點(diǎn)，對(duì)未來該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地位于中國(guó)的東北部，整體呈北北東走向，東西寬約為330～370 km，南北長(zhǎng)約為750 km，總面積約為26萬(wàn)km2，處于東經(jīng)119.67°—128.4°和北緯42.42°—49.38°之間.在全球范圍內(nèi)，松遼盆地發(fā)育有最典型的陸相白堊紀(jì)沉積地層，是世界上典型的陸相沉積盆地之一.在構(gòu)造上，松遼盆地位于中亞造山帶(Sengor and Natal′in，1996)的東段，是古太平洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古亞洲洋三大構(gòu)造域的重疊區(qū)域.松遼盆地的形成與演化自侏羅紀(jì)開始主要經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)期，分別是軟流圈熱物質(zhì)上涌時(shí)期、構(gòu)造拉伸時(shí)期、拉伸后沉降和后期的結(jié)構(gòu)改造時(shí)期，其主要?jiǎng)恿W(xué)來源是西太平洋板塊的俯沖作用以及蒙古—鄂霍茨克洋的閉合作用(Wei et al.，2010；Ying et al.，2010；Ma et al.，2018).前寒武紀(jì)—中生代的變質(zhì)巖和巖漿巖組成了盆地的基底(Wu et al.，2001；Wang et al.，2006；Pei et al.，2007)，其上為中、新生代陸相沉積蓋層(Wu et al.，2001).

盆地內(nèi)部斷裂十分發(fā)育，斷裂走向主要為北東向和北西向.區(qū)域內(nèi)的主要斷裂為松原—肇東斷裂和第二松花江斷裂(圖1).本研究中的第二松花江斷裂是狹義上的第二松花江斷裂，是扶余—崇善斷裂中的扶余斷裂帶，總體走向?yàn)楸蔽?，橫貫松遼盆地，是一條晚更新世的隱伏斷裂.松原—肇東斷裂是一條總體沿北東向展布的隱伏斷裂，北起黑龍江省肇東縣，向南延伸，途徑松原市，與第二松花江斷裂相交，最后到查干花地區(qū).松原地區(qū)是近年來松遼盆地內(nèi)地震最為活躍的區(qū)域.

圖1 松原地區(qū)構(gòu)造、地震臺(tái)站及震源分布圖白色三角形代表地震定位所用臺(tái)站；灰色實(shí)線代表速度剖面位置；方塊代表城市；圓點(diǎn)代表絕對(duì)定位后地震，不同顏色代表不同的時(shí)間段；黑色虛線代表斷裂，F(xiàn)1代表松原—肇東斷裂，F(xiàn)2代表第二松花江斷裂，子圖中紅色框表示研究區(qū)域.Fig.1 Tectonic map, distribution of seismic stations and the earthquakes in the Songyuan areaWhite triangles are seismic stations used for locations; gray solid lines are locations of velocity profile; squares are cities; dots are earthquakes after absolute location, and different colors represent different time periods; black dotted lines are faults, F1 is the Songyuan-Zhaodong fault, and F2 is the Second-Songhuajiang fault, red rectangles are the study area.

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 地震定位方法

本研究收集了2003年1月至2021年2月，松原地區(qū)32個(gè)地震臺(tái)站記錄的地震數(shù)據(jù)，采用經(jīng)典地震定位方法HYPOINVERSE-2000(Klein，2002)對(duì)2003—2021年松原地區(qū)地震活動(dòng)進(jìn)行重新定位，定位中重新拾取了地震震相到時(shí)，嚴(yán)格限制臺(tái)站震中距讀取初至Pg、Sg震相到時(shí).初始速度模型采用李洪麗等(2021)使用的松遼盆地中部區(qū)域的速度模型(表1)，該速度模型參考了近年來松遼盆地和東北地區(qū)地球物理研究成果.定位結(jié)果顯示2003年、2017年松原震群和2013年前郭震群的地震空間分布進(jìn)一步集中，分布在123.47°E—125.05°E、43.96°N—45.48°N范圍內(nèi)，絕大部分地震事件發(fā)生在地下5～15 km范圍內(nèi)，其中最多的是8 km(圖2).

表1 初始一維P波速度模型Table 1 Initial 1D velocity model of the P waves

圖2 絕對(duì)定位后松原地區(qū)震源深度統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.2 Statistics histogram of focal depth in the Songyuan area after absolute location

2.2 地震波速度成像與泊松比計(jì)算方法

雙差層析成像法是Zhang和Thurber(2003)以雙差定位法(Waldhauser and Ellsworth，2000)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，直接對(duì)式(4)進(jìn)行求解，優(yōu)點(diǎn)在于取消了地震對(duì)的距離約束，使用絕對(duì)走時(shí)數(shù)據(jù)與每個(gè)臺(tái)站記錄的位置相近事件之間的相對(duì)走時(shí)數(shù)據(jù)來同時(shí)反演高精度震源位置與三維速度結(jié)構(gòu).該方法基本思路為：利用三維網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)將初始速度模型參數(shù)化，正演時(shí)使用偽彎曲法(Um and Thurber，1987)追蹤地震波的最小走時(shí)路徑，并計(jì)算理論走時(shí)、走時(shí)對(duì)震源位置以及慢度的偏導(dǎo)數(shù)，最后反演時(shí)同時(shí)使用絕對(duì)走時(shí)及雙差走時(shí)數(shù)據(jù).該方法自提出以來，已經(jīng)在不同地區(qū)被廣泛應(yīng)用(Qu et al.，2021；于海英等，2021；Wang et al.，2021；Guo et al.，2022；王祖東等，2022).雙差層析成像方法基本原理闡述如下.

(1)

(2)

(3)

這兩個(gè)事件與計(jì)算理論走時(shí)差的殘差，即雙差為：

(4)

本研究根據(jù)松原地區(qū)2003年1月6日至2021年2月7日地震的重定位結(jié)果、地震臺(tái)站的分布和前人研究成果(李洪麗等，2021)，選取的速度結(jié)構(gòu)范圍是122°E—125.5°E、43.5°N—46°N，深度范圍為0～20 km.反演過程中采用了規(guī)則網(wǎng)格，水平方向上使用0.25°×0.25°的網(wǎng)格間隔，深度上的節(jié)點(diǎn)分別位于0 km、5 km、10 km、15 km、20 km.初始一維P波速度模型參考了iasp91全球一維速度模型(李洪麗等，2021)，波速比設(shè)置為1.73，具體參數(shù)見表1.泊松比(σ)的值根據(jù)式(5)計(jì)算：

(5)

其中，VP/VS由反演得到的P波和S波三維速度值直接相除獲得.

2.3 分辨率測(cè)試

為驗(yàn)證反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，本研究采用檢測(cè)板測(cè)試方法測(cè)試結(jié)果的分辨率，以0.25°×0.25°網(wǎng)格和±6%相間的速度擾動(dòng)的棋盤格模型作為正演模型計(jì)算理論走時(shí)，然后利用該合成數(shù)據(jù)集和初始速度模型進(jìn)行反演.圖3給出了不同深度的檢測(cè)板結(jié)果，結(jié)果顯示松原地區(qū)地震附近的P、S波成像的分辨率較好，因此本研究后續(xù)討論主要集中于松原、前郭和長(zhǎng)嶺地震集中發(fā)生的區(qū)域.

圖3 使用的棋盤格模型(a)和不同深度剖面P(b)、S(c)波檢測(cè)板測(cè)試結(jié)果Fig.3 The checkerboard model used (a) and the test results of VP (b) and VS (c) at different depths

3 結(jié)果與討論

盧燕紅等(2017)和Zhang等(2019)也對(duì)相似區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)開展了研究，本研究的速度結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于參與反演的地震事件更多，成像分辨率更高，結(jié)構(gòu)更加精細(xì).為了更好地分析研究區(qū)縱向速度結(jié)構(gòu)與深部速度結(jié)構(gòu)的橫向變化特征，同時(shí)進(jìn)一步分析地震活動(dòng)性與速度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，本研究沿著震群中心區(qū)域截取了4個(gè)剖面，剖面位置見圖1，并將沿著切片兩側(cè)各0.2°范圍內(nèi)的重定位后的地震投影在了速度切片上.本研究的研究重點(diǎn)是2003—2021年松原地區(qū)(包括松原寧江區(qū)、前郭地區(qū)以及最近地震頻發(fā)的長(zhǎng)嶺地區(qū))地震的發(fā)震機(jī)制、遷移特點(diǎn)與速度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，在后文中進(jìn)行了深入分析與討論.

3.1 地震分布、遷移特征

絕對(duì)定位結(jié)果顯示，松原市寧江區(qū)2017—2021年地震，總體位于松原—肇東斷裂和第二松花江斷裂交會(huì)處，呈北北東向，震源深度主要集中在5～15 km.前人定位結(jié)果多僅包括2017年震群和2018年震群(李君等，2019；李艷娥等，2019；Zhang et al.，2019；Xu et al.，2020).本研究依據(jù)松原市寧江區(qū)2017年7月23日發(fā)生的MS4.9地震、2018年5月28日發(fā)生的MS5.7地震和2019年發(fā)生的MS5.1地震的震源機(jī)制結(jié)果(劉俊清，2018；梁姍姍等，2019；Zhang et al.，2019)顯示均為走滑型地震并包含顯著雙力偶分量，且余震都在較小范圍內(nèi)呈窩狀，推斷這三次地震的發(fā)震構(gòu)造相同，是第二松花江斷裂和松原—肇東斷裂交會(huì)處的周期性運(yùn)動(dòng)，所以本研究在討論時(shí)將松原市寧江區(qū)2017—2021年地震視為同一震群.前郭地區(qū)地震位置較為集中，無明顯優(yōu)勢(shì)方向，震源深度主要集中于5～15 km，與前人結(jié)果(李君和王勤彩，2018；劉俊清，2018；Zhang et al.，2019；Xu et al.，2020；李洪麗等，2021)的北西向展布不同，但震源深度范圍相似，推測(cè)可能是由于定位方法和數(shù)據(jù)不同造成的差異.長(zhǎng)嶺地區(qū)地震位置較為集中，無明顯優(yōu)勢(shì)方向，震源深度主要在5 km和15 km附近.

本研究發(fā)現(xiàn)2003—2021年松原地區(qū)地震的空間分布整體上呈北北東向串珠狀展布(圖1)，與松原—肇東斷裂關(guān)系密切，遷移具有回跳的特點(diǎn)(圖4)：2003年地震分布在松原市附近，2006—2011年地震在松原市與前郭縣之間，2013—2016年地震集中分布在前郭地區(qū)，主要是2013年前郭MS5.8震群.2017—2021年地震回跳至松原市附近發(fā)生.從2018年底開始，長(zhǎng)嶺地區(qū)地震活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，截至2021年2月，在長(zhǎng)嶺地區(qū)記錄到19次地震，其中有10次2.0級(jí)以上地震，最大MS2.8(圖5).

圖4 松原地區(qū)地震緯度時(shí)間序列圖Fig.4 Latitude-time sequence diagram of the earthquakes in the Songyuan area

圖5 長(zhǎng)嶺地區(qū)地震M -t和頻度圖Fig.5 The map of M -t and frequency of the earthquakes in the Changling area

3.2 松原地區(qū)速度與泊松比結(jié)構(gòu)特征

圖6顯示了0 km、5 km、10 km、15 km、20 km深度處的P波、S波速度及泊松比結(jié)構(gòu)圖像結(jié)果，并在各水平切片上投影了上下兩側(cè)2.5 km范圍內(nèi)2003年1月6日至2021年2月7日的地震.從圖中可以看出P波低速異常在0 km處顯示出近南北向，在5～15 km深度為北北東向，S波低速異常也有類似結(jié)構(gòu).

圖6 不同深度層上的VP、VS和泊松比結(jié)構(gòu)黑色虛線、圓點(diǎn)和方塊的意義與圖1相同.Fig.6 P-wave, S-wave velocity and Poisson′s ratio at different depthsThe meaning of the black dotted lines, dots and squares are the same as in Fig.1.

松原市寧江區(qū)與前郭地區(qū)重點(diǎn)研究了5 km和10 km深度的速度水平切片，在這兩個(gè)深度上，松原市寧江區(qū)與前郭地區(qū)的P、S波速度結(jié)構(gòu)與盧燕紅等(2017)和Zhang等(2019)的結(jié)果基本一致.松原寧江區(qū)地震絕大多數(shù)都發(fā)生在第二松花江斷裂與松原—肇東斷裂交會(huì)處附近，5 km深度處，地震主要發(fā)生于P波速度高低速過渡區(qū)域、S波速度高低速過渡偏向高速異常區(qū)域，與0 km處該位置的P波、S波速度結(jié)構(gòu)相似；10 km深度處，地震發(fā)生的區(qū)域P波速度轉(zhuǎn)變?yōu)榈退佼惓?，S波速度轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩退龠^渡區(qū)域偏向低速異常，與5 km深度該位置的速度結(jié)構(gòu)有一定區(qū)別，與15 km深度P波、S波速度結(jié)構(gòu)類似.前郭地區(qū)5 km深度處，P波速度為低速異常，與0 km處的高低速過渡區(qū)不同，S波速度為低速異常，與0 km處相同；10 km深度處，P波速度為低速異常，與5 km深度處表現(xiàn)一致，15 km、20 km深度處也都表現(xiàn)為低速異常，S波速度表現(xiàn)為高低速過渡區(qū)域，與5 km深度處不同，15 km深度處為高速異常，20 km深度處為低速異常.長(zhǎng)嶺地區(qū)重點(diǎn)研究了5 km和15 km深度的速度水平切片，在相同深度上，Zhang等(2019)結(jié)果中P、S波速度結(jié)構(gòu)為相對(duì)高速，差異可能是初始速度模型和數(shù)據(jù)量不同造成的.本研究長(zhǎng)嶺地區(qū)的速度一致性較好，在0～15 km深度P波和S波速度都顯示為高低速過渡區(qū)域偏向低速異常，20 km深度層顯示P波速度為高低速過渡區(qū)域偏向高速異常，S波速度為高低速過渡區(qū)域偏向低速異常.

圖7顯示的四條速度剖面中，AA′、BB′、CC′都呈現(xiàn)出橫向不均勻性，DD剖面橫向較為均勻.0～5 km深度處速度結(jié)構(gòu)反映了地表和淺層的地質(zhì)特征，可以觀察到在這個(gè)深度范圍內(nèi)，四條剖面的P波、S波速度都顯示為低速異常，與王仁濤等(2019)認(rèn)為的松遼盆地中央坳陷區(qū)的沉積層為3～6 km一致.松原寧江地震區(qū)域5～15 km深度處顯示為P波高低速過渡偏向低速區(qū)域，15～20 km深度處顯示為P波高速異常.前郭地區(qū)5～15 km深度處顯示為P波低速異常，20 km深度處總體為P波高速異常.長(zhǎng)嶺地區(qū)5～15 km深度處顯示為P波高低速過渡區(qū)域，20 km深度處顯示為P波高速異常.S波速度結(jié)構(gòu)在5～10 km深度范圍內(nèi)，主體為低速異常；10～15 km深度處顯示為高低速過渡區(qū)域，15～20 km深度處表現(xiàn)為高速異常，與接受函數(shù)得到的S波速度結(jié)果(朱洪翔，2020)相似.圖7結(jié)果顯示絕大多數(shù)地震的發(fā)生都與低速異常有關(guān)，本研究認(rèn)為低速異常與流體有關(guān)，在3.4節(jié)展開討論.

圖6和圖7給出了研究區(qū)的泊松比分布，在這里我們研究震源區(qū)(123°E—125°E，44°N—46°N，0～15 km)的泊松比特征.根據(jù)泊松比與波速比的對(duì)應(yīng)關(guān)系(Christensen，1996)，獲得泊松比變化范圍為0.24～0.30，平均值為0.242，小于泊松介質(zhì)的平均值與大陸地殼的平均值.Owens和Zandt(1997)認(rèn)為，當(dāng)泊松比大于0.30時(shí)，一般解釋為地殼包含部分熔融，而本研究震源區(qū)地殼泊松比整體較低，表明震源區(qū)地殼內(nèi)幾乎不存在部分熔融.

圖7 不同剖面的垂直切片VP、VS及泊松比結(jié)構(gòu)圖剖面位置見圖1. 圖中圓點(diǎn)意義與圖1相同.Fig.7 Vertical tomographic profile of VP, VS and Poisson′s ratioThe locations of profiles are shown in Fig.1. The meaning of the dots is the same as in Fig.1.

3.3 地震分布與速度結(jié)構(gòu)的關(guān)系

前人的研究(Michael and Eberhart-Phillips，1991；Chiarabba and Amato，2003；Kato et al.，2010)表明，高速體通常由高強(qiáng)度巖體組成，其特點(diǎn)是具有更高的脆性和局部積累地震能量的能力較高，而低速體的剛性較低，并且不能容納大量的應(yīng)變能.高速和低速體之間的過渡區(qū)可能是應(yīng)力集中區(qū)域，該區(qū)域的介質(zhì)相對(duì)脆弱，強(qiáng)度較低，因此容易發(fā)生地震(Kato et al.，2010).這與在圖7AA′剖面中的(a1)、(a2)和BB′剖面中的(b1)、(b2)觀察到的，松原寧江區(qū)附近發(fā)生的地震，大多數(shù)都發(fā)生在P波、S波速度的高低速過渡偏向低速區(qū)域相一致.從圖7AA′剖面中的(a1)、(a2)和CC′剖面中的(c1)、(c2)可以觀察到，前郭震群的地震主要發(fā)生在低P、低S波速度區(qū)域.先前的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，孔隙度的增加會(huì)顯著降低P波速度(Roland et al.，2012).低P和低S波速度異?？赡鼙砻鞔嬖诓糠至黧w飽和的裂縫巖(Singh et al.，2012).從圖7AA′剖面中的(a1)、(a2)和DD′剖面中的(d1)、(d2)可以觀察到,長(zhǎng)嶺地區(qū)深度約為5 km的地震處于低P、低S波速度區(qū)域，深度約為15 km的地震處于P波、S波速度的高低速過渡區(qū)域.地震發(fā)生區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)與前郭地區(qū)相同深度地震發(fā)生區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)相似.松原地區(qū)并沒有發(fā)生過7級(jí)以上的大地震，本研究認(rèn)為與地震發(fā)生位置附近的低速體有關(guān).圖7的AA′剖面中發(fā)現(xiàn)在深度5～10 km有一條S波低速帶將松原寧江區(qū)、前郭地區(qū)與長(zhǎng)嶺地區(qū)相連，推斷該低速帶控制了整個(gè)地區(qū)地震的發(fā)生.

3.4 地震發(fā)生、遷移與流體的關(guān)系

地殼巖石的地震波速度、泊松比結(jié)構(gòu)與巖性、流體含量、孔隙結(jié)構(gòu)、溫度和壓力等密切相關(guān)(云美厚等，2021)，實(shí)驗(yàn)研究表明流體對(duì)巖石地震波速度的影響取決于流體類型(水、部分熔融)及巖石孔隙的形狀等.流體偏向于減少巖石的剛度而使地震波的速度降低.隨著巖石孔隙度增加，當(dāng)巖石孔隙的縱橫比在0.1～1之間時(shí)，泊松比保持恒定或者降低；但在縱橫比非常小的情況下，泊松比反而升高(Unsworth and Rondenay，2013).

圖7顯示，松原寧江地區(qū)地震大量發(fā)生的5～15 km深度處，P波、S波速度結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為高低速過渡區(qū)域偏向低速異常，泊松比呈現(xiàn)為較高值，可能表示斷裂中巖石孔隙的縱橫比非常小且充滿流體.前郭地區(qū)0～5 km深度處存在低P、低S波速度異常和高泊松比結(jié)構(gòu)，認(rèn)為該深度的速度異常主要與淺層流體有關(guān)，這一深度的地震很少；在大量地震發(fā)生的5～15 km深度處，主要表現(xiàn)為低P、低S波速度異常和低泊松比結(jié)構(gòu)，推測(cè)是巖石孔隙的縱橫比較小，流體同時(shí)降低了地震波速與泊松比.

唐裕等(2021)的電阻率異常結(jié)果顯示，在5 km深度處，前郭地震區(qū)顯示為大面積的低阻異常，松原市寧江地震區(qū)電阻率異常相對(duì)偏高.在7 km和11 km深度處，前郭地震區(qū)顯示為中高阻，而松原市寧江地震區(qū)顯示為大面積低阻異常.長(zhǎng)嶺地震區(qū)在5～11 km深度處一直顯示為高低阻過渡區(qū)域.同樣認(rèn)為與松原地區(qū)地震相關(guān)的地殼內(nèi)大規(guī)模低阻異?？赡芎土黧w有關(guān).

根據(jù)楊悅(2019)在前郭震群和松原寧江區(qū)地震處開展的大地電磁測(cè)深剖面研究結(jié)果，在震群下方的上地幔位置發(fā)現(xiàn)向上延伸的大面積低阻，將這些低阻解釋為深部熱物質(zhì)上涌.研究區(qū)內(nèi)幔源CO2以及通風(fēng)口的He的同位素的出現(xiàn)(楊會(huì)東等，2008；Wang et al.，2016；Liu et al.，2018；薛林福等，2018)支持這一觀點(diǎn)，因?yàn)榈蒯Ｑ苌腃O2被困在流體包裹體中，只能通過壓裂釋放(Fischer et al.，2014).基于新的巖石圈熱結(jié)構(gòu)模型(Wang and Li，2018)，松遼盆地下方莫霍面溫度異常高，范圍為700～1000 ℃，也同樣支持了這種觀點(diǎn).因此推斷電學(xué)特征上呈高阻的松原寧江區(qū)與前郭地區(qū)15～20 km深度處的高速異常為脆性層，未受到高溫?zé)嵋旱淖冑|(zhì)作用，20 km深度處為脆—韌過渡帶的位置，下部地殼為塑性地層.

松原—肇東斷裂為主要流體通道，控制了地震的分布與遷移.所以研究區(qū)地震呈串珠狀并總體上傾向北北東方向，且分布在松原—肇東斷裂附近.根據(jù)圖7BB′剖面顯示松原寧江區(qū)地震兩側(cè)為P波，S波低速異常，推測(cè)地震發(fā)生位置沒有再向北北東方向延伸的原因，是由于地震發(fā)生區(qū)域與松原—肇東斷裂相交的第二松花江斷裂分散了一部分沿松原—肇東斷裂向北北東方向入侵的流體，也可能是松原寧江區(qū)地震發(fā)生區(qū)域以北的松原—肇東斷裂的強(qiáng)度還沒有降到臨界值.

地震發(fā)生位置遷移的原因推測(cè)為：2003年時(shí)，松原市地區(qū)的斷裂強(qiáng)度降到臨界值，引發(fā)地震，斷裂強(qiáng)度恢復(fù)；2004—2012年期間，流體通過松原—肇東斷裂運(yùn)移，導(dǎo)致松原市附近及前郭地區(qū)的微小隱伏斷裂發(fā)生破裂，引發(fā)地震；2013年，前郭地區(qū)斷裂強(qiáng)度下降到臨界值，引發(fā)了持續(xù)至2016年的前郭震群；2017年松原市地區(qū)斷裂強(qiáng)度再次降到臨界值，同時(shí)受到區(qū)域應(yīng)力的影響，引發(fā)了持續(xù)至2021年的松原寧江區(qū)震群；2019年長(zhǎng)嶺地區(qū)斷裂強(qiáng)度降到臨界值，引發(fā)了地震，根據(jù)長(zhǎng)嶺地區(qū)地震的震級(jí)都較低，推測(cè)長(zhǎng)嶺地區(qū)斷裂較弱，近期可能還會(huì)發(fā)生低震級(jí)的地震.

4 結(jié)論

(1)松原地區(qū)地震位置處速度結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)為低P、低S波速度異常及低泊松比.依據(jù)斷裂弱化模型，研究區(qū)內(nèi)地震的發(fā)生是由于斷裂持續(xù)受到流體侵入，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度下降，繼而破裂引發(fā)地震.研究區(qū)發(fā)生大地震的可能性較低，但長(zhǎng)嶺地區(qū)可能會(huì)持續(xù)發(fā)生低震級(jí)的地震.

(2)依據(jù)本研究結(jié)果，結(jié)合前人獲得的震源機(jī)制、大地電磁成像、CO2來源及地?zé)岬刃畔?，推測(cè)上地幔熱物質(zhì)上涌過程中所攜帶的流體對(duì)該區(qū)地震觸發(fā)具有重要作用.

(3)2003年以來，研究區(qū)內(nèi)地震整體呈北北東向串珠狀展布，推測(cè)松原—肇東斷裂為主要流體通道，控制了地震的發(fā)生與遷移.地震位置不再向北北東方向延伸的原因推測(cè)為第二松花江斷裂分散了一部分沿松原—肇東斷裂向北北東方向入侵的流體，或松原寧江區(qū)地震發(fā)生區(qū)域以北的松原—肇東斷裂的強(qiáng)度還沒有降到臨界值.

致謝感謝張海江教授提供的雙差地震層析成像計(jì)算程序(TOMODD)，感謝評(píng)審專家提出的寶貴的修改意見和建議.本文圖件均使用GMT(Wessel et al.，2019)繪制.