內蒙古通遼5.3級地震序列特征及發震背景分析

內蒙古通遼5.3級地震序列特征及發震背景分析

裴惠娟1， 韓曉明2， 張帆2， 胡博2， 陳文凱3

(1.中國科學院蘭州文獻情報中心，甘肅 蘭州730000； 2.內蒙古自治區地震局，內蒙古 呼和浩特010010；

3.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州730000)

摘要：2013年4月22日在赤峰—開原斷裂中段發生了內蒙古通遼5.3級地震，對我國華北和東北地區的地震形勢產生雙重影響。基于K值、G-R關系、能量釋放比例RE和M-T等指標判定通遼5.3級地震為主震-余震型。根據1900年以來東北地區中強地震時空演化規律分析認為，大興安嶺和松遼盆地5級以上地震具有基于時間相依的空間對跳現象，通遼5.3地震是繼2008年6月10日阿榮旗與鄂倫春交界5.2級地震之后，對跳發生于松遼盆地東南邊緣的一次中強地震；對比東北地區以往震例分析認為，通遼5.3級地震既具有符合歷史統計規律的普遍性，又具有不同于歷史統計規律的特殊性。根據2011年3月11日日本東海岸9.0級強震前后東北地區中等以上地震的時空演化特征分析認為，海拉爾盆地及大興安嶺過渡帶、環渤海地區至開魯盆地的“菱形”區域是日本9.0級地震之后我國東部地區響應最為強烈的地區。由于同時受到日本9.0級地震和鄂霍次克海8.2級深震前所未有的雙重影響，2013年東北地區的松遼盆地史無前例的發生了8次5級以上中強地震，未來東北地區很可能將重啟新的地震活動格局。

關鍵詞：赤峰—開原斷裂； 通遼5.3級地震； 序列特征； 地震定位； 地震形勢

收稿日期：*2014-05-23

基金項目：中國地震局蘭州地震研究所地震科技發展

作者簡介：裴惠娟(1982-)，女(漢族)，青海樂都人，助理研究員，主要從事自然災害應對戰略情報研究.E-mail ：peihj@llas.ac.cn

通訊作者：韓曉明(1980-)，男，高級工程師，主要從事測震學分析預報方法研究.

中圖分類號:P315.63文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.01.0242

Analysis of Sequence Characteristics and Occurrence Background

of the TongliaoM5.3 Earthquake

PEI Hui-juan1， HAN Xiao-ming2， ZHANG Fan2， HU Bo2， CHEN Wen-kai3

(1.LanzhouLibraryofChineseAcademyofSciences,Lanzhou，Gansu730000，China；

2.EarthquakeAdministrationofInnerMongoliaAutonomousRegion，Hohhot，InnerMongolia010010，China；

3.LanzhouInstituteofSeismology，CEA，Lanzhou，Gansu730000，China)

Abstract：It is generally known that the Chifeng-Kaiyuan fault functions as the boundary between the North China Block and Northeast Block.On April 22，2013，the Tongliao M5.3 earthquake occurred in the central segment of the Chifeng-Kaiyuan fault，and thus，it exerted dual influence on the occurrence background in North and Northeast China.This earthquake was determined to be of mainshock-aftershock type based on the results of indicators such as the K value，G-R relationship，energy release rate RE，and M-T.An analysis of the space-time evolution regularities of moderately strong earthquakes in Northeast China since 1900，presented in this paper，shows that earthquakes >M5.0 in Greater Khingan and the Songliao Basin are time-dependent and space-alternating events.Following the Arun-Oroqen border M5.3 earthquake of 2008，the Tongliao M5.3 earthquake occurred in the southeastern edge of the Songliao Basin as a moderately strong earthquake.Further comparative studies with past earthquakes in Northeast China have shown that this earthquake has both generality and particularity.The space-time evolution regularities of moderate and strong earthquakes in Northeast China，both before and after the 2011 Japan M9.0 magnitude earthquake，indicates that compared with other areas of Northeast China，the diamond-shaped area between the Hailaer Basin，Greater Hinggan transition zone，circum-Bohai region，and the Kailu Basin responded most strongly to the 2011 Japan M9.0 earthquake.Influenced by the Okhotsk M8.2 and Japan M9.0 earthquakes，more than eight M5.0 earthquakes occurred in the Songliao Basin in 2013.This article concludes that a new pattern of seismic activity is likely to start in Northeast China in the future.

Key words： Chifeng-Kaiyuan fault； TongliaoM5.3 earthquake； sequence characteristics； earthquake location； earthquake situation

0引言

赤峰—開原斷裂橫貫內蒙古、遼寧、吉林三省，大部在內蒙古境內，走向近EW，延伸近1 400 km，是我國東北和華北地區的一條重要斷裂帶。從某種意義上講，赤峰—開原斷裂是內蒙古和遼寧交界最為重要的一個斷裂，也是我國東北和華北地區的一條標志性分界斷裂。在進行地震活動分析和地震趨勢判定時，根據地震活動和地質構造特征將赤峰—開原斷裂作為東北地震區和華北地震區的分界線。主要依據如下：(1)根據馬杏垣[1]的大地構造、新構造、現今地殼應力狀態和板內塊體的現代運動等研究成果，將赤峰—開原斷裂南北分別劃入華北塊體和東北塊體。(2)赤峰—開原斷裂一線存在一個顯著的巖石圈厚度變異帶，地殼厚度和巖石圈厚度比值分布圖也揭示了開原—赤峰一線為我國東北和華北兩個構造塊體的分界線，以北地區為東北塊體，南部則劃為華北塊體[3-4]。(3)赤峰—開原斷裂北側地震活動特征和南側存在顯著差異。相對于斷裂南側，北側的中強地震突發性強，少有前震序列，且余震序列數量較少。

鑒于赤峰—開原斷裂的特殊位置，發生在該斷裂的中強地震亦具有一定的特殊性和重要的研究價值，開展赤峰—開原斷裂帶的中強地震研究，能夠同時為東北地區和華北地區的地震形勢判定提供科學依據。地震活動背景是衡量一個區域地殼活動水平的重要標志，也是進行地震序列類型分析前的一項重要基礎工作[5]。本文以2013年4月22日通遼5.3級地震作為研究對象，著重闡述東北地區地震活動背景、通遼5.3級地震序列類型判定、序列統計特征等內容，盡可能全面展示地震活動方面的詳細信息，以期為華北和東北地區未來的地震形勢判定提供有益參考。

1地震概況

2013年4月22日17時11分，內蒙古通遼科爾沁左翼后旗(N42.9°、E122.4°)發生MS5.3地震，震中位于NNE向的錦州—阜新斷裂與EW向的赤峰—開原斷裂交匯區域，即松遼盆地的西南角和開魯盆地南邊界；該區地質構造發育、中強地震頻發，根據中國地震目錄(中國地震局監測預報司預報管理處整編，2010年6月)，有歷史地震記錄以來震中周圍150 km范圍內共發生MS5.0以上地震8次(圖1)，其中：記載最早的地震是1318年遼寧阜新5.0級地震，距本次5.3地震約41.5 km；時間和空間距離最近的地震是1942年7月9日內蒙古通遼6.0級地震，距本次地震約35 km。這些中強地震大致分布在赤峰—開原斷裂兩側，并順延眾多北東向斷裂形成有序分布。赤峰—開原斷裂橫貫內蒙古和遼寧交界，由西至東分別與八里罕斷裂、北票—朝陽斷裂、錦州—阜新斷裂、長春—四平斷裂等一系列北東向斷裂相交匯，形成了蒙遼交界地區獨有的“枝干型”斷裂系，為蒙遼交界歷史及現代中強地震的發生提供了有利地質構造條件。

圖1　通遼5.3級地震震中區地質構造和歷史地震分布 Fig.1　Geological structure and distribution of historical earthquakes in epicentral region of the Tongliao M5.3 earthquake

2地震序列及地震類型

2.1地震序列時空分布

根據內蒙古測震臺網測定，截止2013年5月14日，本次MS5.3(ML5.7)地震共記錄到余震74次，其中ML4.0～4.9地震1次、ML3.0～3.9地震12次、ML2.0～2.9地震39次、ML1.0～1.9地震22次，最大余震ML4.2。

從頻度和震級統計圖看(圖2)，地震集中發生于4月22日至26日，其后的個別時段由于發生較大余震表現出一定的起伏變化，但地震序列的整體衰減態勢逐漸明朗；震級分布集中于ML1.8～2.8之間，無MS≥4.0余震發生。

雙差定位(hypoDD)結果顯示，本次通遼5.3級地震序列呈NW向展布，延伸約10 km，余震分布于主震兩側，表現出雙側破裂特征，且ML≥3.0地震集中發生于主震南部呈NEE向分布。從地震序列的時序發展情況看， 4月22—23日(5.3級主震發生當天及次日)發生的余震次數為22次，約占序列總地震數目的35%，且大部分集中分布于主震NW方向；4月23日之后發生的余震則主要分布于主震南側和東南部，余震空間分布以主震發生時間為界形成鮮明對比，反映了震中區的應力場隨著時間推移而產生的方向性變化(圖3)。

圖2　震級-頻度統計和每日發震頻度統計 Fig.2　Statistics of magnitude-frequency and daily earthquake frequency

圖3　通遼5.3地震序列重新定位結果 Fig.3　The relocation of earthquake sequence of Tongliao M5.3 earthquake

2.2地震類型判定

截止2013年6月10日，通遼5.3地震基本處于能量釋放末期，序列衰減態勢顯著，余震活動趨于結束，可以利用能量釋放比例進行地震序列類型判定。通常以主震釋放能量占全序列地震釋放能量總和的比例RE進行判定：RE≥99.99%為孤立型，RE< 90% 為震群型或雙震型，90%≤RE< 99.99%為主余型[9]。

圖4　通遼5.3級地震累計能量釋放和地震時序分布疊加曲線 Fig.4　The accumulative energy release and the seismic temporal distribution curves of Tongliao M5.3 earthquake

從序列能量累積釋放時序曲線看(圖4)，主震發生當天及次日能量累積釋放呈直線上升趨勢，之后發生的幾次較強余震又出現小幅驟升現象，5月10日以后能量釋放逐漸減弱并趨于平穩，與地震時序分布形成同步變化特征。主震釋放能量占全序列釋放總能量的比例為99.49%(RE=E主/∑E=99.49%)，結合主震與最大余震震級差(ΔM=ML1.5)，綜合判定認為通遼5.3地震為主震-余震型。

3發震背景討論

3.1區域地震活動背景

統計結果顯示，大興安嶺和松遼盆地的5級以上中強地震在時序上存在著明顯的前后對應關系，每次對應完成一次地震活躍時段或聯動過程。從1900年至2013年完成了5次聯動，規律比較明顯(圖5、表1)。2008年6月10日鄂倫春與阿榮旗交界發生MS5.2地震，根據前四次的對應規律，每個活動期總以松遼盆地的中強地震作為結束地震。2013年1月23日沈陽燈塔5.1級地震和2013年4月22日通遼5.3級地震的發生再次驗證了大興安嶺和松遼盆地中強地震的聯動對跳規律。同時也表明通遼5.3級地震是在東北地區5級以上地震的時空聯動背景下發生的。

3.2外圍動力學背景

在很多研究者認為東北地區第五活躍期即將結束時[14-15]，日本東海岸發生了9.0級地震，勢必對東北地區所處的地球動力學環境和區域應力狀態產生較大影響，具體到地震活動變化則主要體現在如下三個方面：(1)日本9.0地震的發生，加速了東北地區的應力調整過程，使區域應力狀態失衡，深震區首當其沖成為應力觸發的前沿區域，導致E125°～130°、N43°～48°范圍內的中等地震空區隨即被打破，2個月后于空區東部邊緣發生了2011年5月10日琿春MS6.1深震(圖6)；(2)原本地震活動水平較低的內蒙古陳巴爾虎旗—海拉爾—牙克石一帶接連發生8次ML≥4.0地震(圖6、表2),短期地震活動現狀與地震活動背景顯著失配，異常較為明顯。該區隸屬海拉爾盆地，外圍區域則屬于海拉爾盆地至大興安嶺隆起的過度地帶，自有地震記錄以來沒有發生過MS5.0以上地震，最大地震是1979年2月6日新巴爾虎旗MS4.9地震，2011年以來發生的這8次中等以上地震可以視為該區域的地震活動顯著增強異常。已有研究表明，日本9.0級地震主要產生顯著的近場震后效應[17]，對中國大陸的影響整體表現為震后松弛[18]， 而對我國東北和華北地區北東向斷裂則主要產生顯著的震后庫倫應力加載效應[19]，海拉爾盆地內部北東向展布的呼倫湖斷裂同樣受到顯著的應力加載作用，因此，近期海拉爾盆地出現的中等地震增強活躍很可能是日本9.0級地震的震后應力觸發所致。(3) 日本9.0級地震后，環渤海及外圍地區形成“菱形”中等地震增強活躍區域，并在ML≥4.0地震持續活躍過程中發生一系列5級以上中強地震(表3)，而該區域也恰恰處于日本9.0級地震后庫倫應力增加的北東向展布的郯廬斷裂帶中北段及附近位置(圖6)。

圖5　1900年以來大興安嶺和松遼盆地5級以上地震時空分布特征 Fig.5　The temporal and spatial distribution characteristics of M≥5.0 earthquakes in Da Hinggan Mountains and Songliao Basin since 1900

Table1Thecorrespondingrelationofthemederate-strongearthquakesofM≥5.0inDaHingganMountainsandSongliaoBasinsince1900

序號地震時間震級發震位置所屬區域序號地震時間震級發震位置所屬區域11923-10-155.0布特哈旗大興安嶺131981-04-265.1博克圖大興安嶺21926-10-285.0布特哈旗大興安嶺141986-03-015.3德都松遼盆地31931-06-305.25阿榮旗北大興安嶺151986-08-165.5德都松遼盆地41937-06-115.0吉林市北松遼盆地161999-01-295.2錫林浩特北大興安嶺51940-01-196.0庫倫旗西松遼盆地172003-08-165.9巴林左旗大興安嶺61941-05-056.0綏化松遼盆地182004-03-245.9東烏珠穆沁旗大興安嶺71942-07-096.0通遼松遼盆地192005-07-255.1林甸松遼盆地81942-09-026.0綏化北松遼盆地202006-03-315.0乾安松遼盆地91956-10-145.25扎蘭屯西北大興安嶺212008-06-105.2阿榮旗大興安嶺101960-04-135.8吉林榆樹松遼盆地222013-01-235.1沈陽燈塔松遼盆地111966-10-025.2吉林懷德松遼盆地232013-04-225.3通遼松遼盆地121980-02-105.6博克圖大興安嶺24????

表 2　2011年以來海拉爾盆地及周邊M L≥4.0級地震

表 32013年以來大環渤海地區MS≥5.0地震參數

Table3SeismicparametersofearthquakesofMS≥5.0 in the large Bohai rim since 2013

地震時間地震位置經度/(°)緯度/(°)震級/MS深度/km地點2013-01-21123.1241.305.110遼寧燈塔2012-04-21124.6035.205.010黃海海域2012-04-22122.4042.905.36內蒙古通遼2013-05-18124.7037.705.18黃海海域

圖6　2011年3月11日日本9.0級地震前后M L≥4.0地震分布 Fig.6　Distribution of M L≥4.0 earthquakes before and after the JapanM9.0 earthquake on March 11，2011

4結論和討論

(1) 赤峰—開原斷裂是我國華北塊體和東北塊體的分界線，2013年4月22日通遼5.3級地震發生在赤峰—開原斷裂中段，發震位置特殊，對東北地區和華北地區的地震活動格局都將產生一定的影響。

(2) 通遼5.3級地震的普適性：通遼5.3級地震序列特征符合區域歷史震例統計規律，余震活動持續時間短、數目較少，原因在于松遼盆地周邊比較破碎，不易積累太大能量，能量釋放規模小、周期短，余震次數相對較少。

(3) 通遼5.3級地震的特殊性：通遼5.3級地震與東北歷史地震活動統計規律略有不同，表現出一定的特殊性，東北地區以往震例少有前震或信號震發生，而通遼5.3級地震之前3個月原地曾發生2013年1月21日MS3.9地震，應屬通遼5.3級地震的前震或信號震。

(4) 通遼5.3地震是在東北地區大興安嶺和松遼盆地兩大構造塊體中強地震完成第五次聯動對跳過程中發生的，這為依據此規律對東北地區未來地震形勢判定提供了新的震例。

(5) 沈陽燈塔5.1級地震和通遼5.3級地震的關系。根據國內眾多學者的研究結論[10-11，13]，類似赤峰開原斷裂這種“枝干型”的構造形式存在多組斷裂交匯，較易孕育雙震型或多震型序列，而且在歷史上確曾發生過雙震型震例，1940年1月19日通遼庫倫發生6.0級地震之后，在其東北方約66km處發生1942年7月9日通遼6.0級地震，這兩次地震同屬于同一構造單元開魯盆地，雖然時間跨度近2年半，但空間成對特征顯著。2013年1月23日遼寧燈塔5.1級地震和4月22日通遼5.3級地震空間相距170km，時間相距89天，空間成對較為勉強，時間成對尚有可能。如果沈陽燈塔5.1級地震不是通遼5.3級地震的空間成對地震，根據眾多研究者總結的斷裂構造展布與地震類型的對應關系，該區域具備發生多震型地震的地質構造條件，那么通遼5.3級地震之后赤峰開原斷裂應該還具有再次發生5級左右中強地震的可能性。

(6) 目前，東北地區處于來自太平洋板塊的日本海溝9.0級巨震和北美板塊鄂霍次克海8.2級最大深震的共同影響下，這在東北地區的地震活動歷史上從未發生過；同樣罕見的是，2013年10月31日至11月23日，吉林前郭連發5次MS≥5.0地震，最大震級MS5.8。由此分析認為，東北地區未來的地震活動很可能打破原有的統計規律而產生新的活動格局，未來的地震形勢將復雜而嚴峻。

致謝：感謝審稿專家提供的修改建議；文中地形圖均由GMT程序包繪制完成；作者在此一并致謝。

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