2013年前郭M5.8震群地震序列特征

孫　藝，劉俊清

(1.遼寧省地震局，遼寧　沈陽　110031；2.吉林省地震局，吉林　長春　130117)

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·地震活動性·

2013年前郭M5.8震群地震序列特征

孫藝1，劉俊清2

(1.遼寧省地震局，遼寧沈陽110031；2.吉林省地震局，吉林長春130117)

摘要：利用吉林省地震臺網(wǎng)波形資料及震群序列目錄，對2013年10月31日吉林省前郭5.8級震群序列特征及新地震參數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，較大級別地震主要為逆沖兼走滑性質(zhì)，而且具有連發(fā)特征；余震序列震級主要為1級以下地震，2～3級地震偏少，b值低于東北地區(qū)平均值，約為0.4。整個地震序列應(yīng)力降水平較低，平均約為0.4 MPa左右，為一次低應(yīng)力水平事件。地震視應(yīng)力的變化經(jīng)歷4個階段，即首震之后的低值階段、2個顯著的峰值階段、最后是平穩(wěn)段。

關(guān)鍵詞：震源機(jī)制；前郭震群；應(yīng)力降

0引言

2013年10月31日11時03分34秒，吉林省松原市前郭爾羅斯蒙古族自治縣(北緯44.6°，東經(jīng)124.2°)發(fā)生5.5級地震，震源深度8 km。11時10分07秒，發(fā)生5.0級地震，震源深度6 km。11月22日16時18分，23日6時04分、32分在原地分別發(fā)生5.3級、5.8級、5.0級地震。此次震群活動是吉林省自1960年榆樹土橋5.8級地震以來最強(qiáng)的地震活動，中強(qiáng)地震數(shù)量之多、持續(xù)時間之長、地震序列之復(fù)雜，在吉林省歷史上罕見。前郭5.8級震群震中烈度達(dá)Ⅶ度，有感范圍較大，震感波及吉林大部分地區(qū)、遼寧、內(nèi)蒙古和黑龍江部分地區(qū)。據(jù)民政部門統(tǒng)計，地震造成25人受傷，受災(zāi)人口達(dá)20余萬人，房屋嚴(yán)重?fù)p毀57 393間，直接經(jīng)濟(jì)損失約20億元。

本文利用吉林省地震臺網(wǎng)波形資料及震群序列目錄，對2013年10月31日吉林省前郭5.8級震群序列特征及新地震參數(shù)進(jìn)行研究，研究結(jié)果可為分析前郭5.8級震群后續(xù)地震趨勢和減輕地震災(zāi)害提供參考依據(jù)。

1前郭5.8級震群的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

前郭5.8級震群發(fā)生在東北斷塊區(qū)松遼斷(坳)陷帶中央坳陷區(qū)內(nèi)[1]，地貌上為廣闊的平原區(qū)。松遼斷(坳)陷帶是一個大型的中、新生代內(nèi)陸斷(坳)陷盆地，坳陷區(qū)的邊界斷裂發(fā)育，西有嫩江斷裂，東界為依蘭—伊通斷裂，南界有赤峰—開原斷裂，北界有訥莫爾河斷裂。基底由古生代變質(zhì)巖系組成，中、新生代形成大型斷陷—坳陷型盆地，兩翼不對稱，西翼陡、東翼緩，沉降幅度西深東淺。區(qū)內(nèi)的松遼斷塊坳陷可進(jìn)一步分成北部坳陷、南部坳陷和松遼分水嶺隆起。震中區(qū)基底之上的中生代沉積層厚約4 000 m，上部第四系沉積層在震中區(qū)厚度約80 m。深部地質(zhì)構(gòu)造單元位于松遼平原上地幔隆起區(qū)北北東向中央隆起帶的東部斜坡帶上。

區(qū)域范圍內(nèi)有NE、NW等十幾條斷裂構(gòu)造，但與此次地震有關(guān)的地震構(gòu)造主要有兩條斷裂，即扶余-肇東斷裂和查干泡—道字井?dāng)嗔?見第5頁圖1)。

扶余-肇東斷裂：北起肇東，經(jīng)扶余至懷德楊大城子一帶。該斷裂對基底埋深有明顯的控制作用，斷裂西側(cè)為坳陷區(qū)，東側(cè)為相對隆起區(qū)，斷裂大致位于基底等深線的陡變帶上。該斷裂使其兩側(cè)地貌形態(tài)明顯不同，沿第二松花江南展布的NW向地貌陡坎，與沿斷裂展布的NE向套呼太—哈達(dá)山陡坎匯于哈達(dá)山。斷層西北側(cè)出現(xiàn)NE向谷地，白堊系基巖不再出露，落差數(shù)十米。斷裂在哈達(dá)山陡崖白堊系中有斷層出露，走向北東45°，近直立。取斷層泥，采用熱釋光法測年，年齡為57.20±4.40萬年，即最新活動時代為中更新世早期。肇東附近，斷裂西北盤基底埋深最厚達(dá)5 600 m，而東南盤最厚為4 600 m，兩盤相差1 000 m，反映斷裂前第四紀(jì)活動明顯。該斷裂在震中區(qū)附近呈隱伏狀，未見任何斷錯地貌，未發(fā)現(xiàn)晚更新世斷錯地表活動的跡象，在衛(wèi)星影像上斷裂跡象不明顯。第四系等厚線展布方向與斷裂走向也不太一致，至少說明晚更新世以來斷裂活動已不明顯，應(yīng)屬于早、中更新世活動斷裂。該斷裂與北西向第二松花江斷裂帶的交匯處發(fā)生1119年前郭6級地震(見圖1)，在松原附近2003年小震活動頻繁。

F-1-1　伊通—舒蘭斷裂；F-1-2　敦化—密山斷裂；F-5-1　扶余—肇東斷裂；F-5-2，F(xiàn)-5-2’　查干泡—道字井?dāng)嗔?；F-5-3　克山—大安斷裂；F-5-4　第二松花江斷裂圖1　前郭強(qiáng)震群宏觀位置Fig.1　Macro position of Qianguo strong earthquake swarm

查干泡—道字井?dāng)嗔眩鹤呦騈W，傾向SW，屬正斷層。該斷層斷錯T2和T1反射層，消失在新近系中。該斷裂在白堊紀(jì)有過活動，到白堊紀(jì)末開始衰亡。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，該斷裂在地貌上也無任何顯示。綜上，該斷裂應(yīng)為前第四紀(jì)斷裂。

2前郭5.8級震群地震參數(shù)

據(jù)中國地震臺網(wǎng)(CENC)測定，此次前郭5.8級震群的地震基本參數(shù)如表1所示。

表1　前郭M5.8震群5次5級地震基本參數(shù)

截止2015年5月30日，吉林省地震臺網(wǎng)共記錄到前郭M5.8震群序列地震1 290次，其中，M2.0～2.9地震16次，M3.0～3.9地震16次，M4.0～4.9地震9次，M5以上地震5次。

根據(jù)吉林省地震臺網(wǎng)地震目錄，繪制前郭M5.8地震序列震中分布圖(見圖2)，該圖顯示，所有地震均發(fā)生在半徑10 km的范圍內(nèi)，非常密集，到目前為止，余震范圍沒有擴(kuò)散。

圖2　前郭M5.8震群序列分布Fig.2　Distribution of Qianguo M5.8 earthquake swarm sequence

求解震源機(jī)制的地震波形資料來源于吉林省地震臺網(wǎng)，依據(jù)重新定位過程中使用的松遼盆地速度模型，采用gCAP(generalized Cut And Paste)矩張量反演方法，反演這5次M5.0以上地震的震源機(jī)制解與震源矩心深度。gCAP方法的優(yōu)勢在于反演結(jié)果對速度模型的依賴性相對較小，該方法通過對Pnl與S波(或面波)賦予不同權(quán)重，計算理論波形與實(shí)際波形的擬合誤差函數(shù)，采用網(wǎng)格搜索法獲取誤差最小的最優(yōu)解。在反演時，選用震中距250 km范圍內(nèi)的臺站記錄，Pnl與S波濾波頻率范圍分別為0.05～0.2 Hz和0.05～0.1 Hz，走向、傾角與滑動角的搜索間隔均為1°，深度搜索間隔為0.5 km。格林函數(shù)采用頻率波數(shù)法(FK)[2]計算，采樣間隔設(shè)為0.08 s，采樣點(diǎn)為2 048個，反演結(jié)果如表2所示。由節(jié)面滑動角和斷層傾角可知，主要為逆沖兼走滑型地震。

3前郭M5.8震群地震序列特征

3.1前郭5.8震群地震序列基本特征

2013年10月31日在吉林省前郭縣發(fā)生M5.5地震，截至2015年5月31日共記錄到地震1 290次，參與定位的測震臺站共52個，包括吉林省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省臺網(wǎng)45個固定臺站，地震現(xiàn)場流動臺7個。所有臺站對震中區(qū)形成很好的包圍，能記錄到完整的地震序列，余震記錄下限為M-1.0。序列中5級地震5次，4級地震6次，2～3級地震較少，大多分布在0～1級內(nèi)，4級以上地震成對出現(xiàn)(見第7頁圖3、表3)。5次強(qiáng)震震級差小于0.6級，根據(jù)序列h值(見第7頁圖4)，按中國地震局《地震現(xiàn)場工作大綱和技術(shù)指南》[3]，地震序列屬于震群型，首發(fā)地震M5.5為主震[4-5]。圖4的G-R關(guān)系中，序列b值為0.4，低于東北地區(qū)平均b值(約0.6～0.8)[6]。

表2　前郭M5.8震群、M5以上地震斷層面解

3.2震群地震序列ML≥2.5地震視應(yīng)力與應(yīng)力降

地震視應(yīng)力σapp是表征震源區(qū)應(yīng)力水平的物理量，可作為區(qū)域絕對應(yīng)力水平的下限估計，其定義為：

式中：ES為地震波輻射能量；M0為地震矩；μ為震源區(qū)介質(zhì)剪切模量，通常取3.0×104MPa。ES與M0之比表示單位地震矩輻射出的地震波能量。σapp值越高，表明震源區(qū)應(yīng)力水平越高。地震應(yīng)力降是地震發(fā)生前后，斷層面上的應(yīng)力差。計算公式如下：

圖3　前郭強(qiáng)震群序列M-t、頻度圖Fig.3　M-t and frequency diagrams of Qianguo M5.8 strong earthquake swarm sequence

序號發(fā)震日期發(fā)震時刻震中位置年-月-日時:分:秒φN(°)λE(°)震級M震源深度km12013-10-3118:16:2044.56124.083.21022013-10-3119:34:4844.66124.093.41032013-10-3114:13:4344.66124.153.61242013-10-3111:10:0644.69124.125452013-10-3111:03:3544.68124.15.5462013-11-0110:24:3944.6124.131072013-11-0323:43:5044.68124.113682013-11-0312:26:5444.63124.224.5792013-11-0403:17:2444.6124.154.27102013-11-0608:46:3644.76124.33.19112013-11-0819:38:5344.7124.149122013-11-0819:37:1844.7124.14.410132013-11-1913:32:4444.6124.13.410142013-11-2216:43:3444.6124.136152013-11-2216:18:5144.7124.15.39162013-11-2309:18:1444.7124.136172013-11-2318:38:3444.6124.13.32182013-11-2306:32:2944.6124.1510192013-11-2306:04:2344.6124.15.82202013-11-2522:09:3944.7124.1410212013-11-2807:40:0844.6124.23.14222013-12-0800:05:3144.6124.23.16232013-12-0813:01:1044.6124.14.310242014-05-2715:49:2244.70124.103.09252014-05-2715:52:2244.70124.104.07262014-06-1708:33:3944.70124.103.411

圖4　余震序列參數(shù)計算結(jié)果Fig.4　Calculation results of parameters of aftershock sequence

式中：μ為震源區(qū)介質(zhì)剪切模量；a為brune圓盤模型半徑。對前郭地震序列ML≥2.5地震進(jìn)行計算，結(jié)果如第8頁圖5所示。總體為低應(yīng)力降事件(見第8頁圖6)，大部分地震的應(yīng)力降分布在0～1MPa之間，較大地震發(fā)生前有應(yīng)力降和視應(yīng)力下降過程。視應(yīng)力與震級之間的關(guān)系在不同地區(qū)存在差異。研究得到的前郭震群地震視應(yīng)力與震級之間的關(guān)系如下：

lgσapp=0.72Ms-1.27。

前郭震群序列主體自2013年10月31日開始，一直處于較弱的應(yīng)力釋放階段?？傮w上看，地震視應(yīng)力的變化經(jīng)歷4個階段，即首震之后的低值階段、視應(yīng)力峰值階段1、視應(yīng)力峰值階段2、趨于平穩(wěn)段。

(1) 首震之后的低值階段。10月31日M5.5、M5.0地震發(fā)生后，地震視應(yīng)力處于低值階段。這一階段由于連續(xù)發(fā)生2次5級以上地震，地殼介質(zhì)應(yīng)力釋放較多，地下應(yīng)力處于低值狀態(tài)。

(2) 視應(yīng)力峰值階段1。11月6日M3.1地震發(fā)生之后，視應(yīng)力值開始上升，19日達(dá)到最高值，之后于22日發(fā)生M5.3地震，視應(yīng)力值開始下降，并于視應(yīng)力值最低點(diǎn)處發(fā)生M5.8、5.0地震。這一階段，地下介質(zhì)應(yīng)力開始積累，積累到一定程度，發(fā)生M5.3地震，使得部分應(yīng)力得到釋放，直到23日發(fā)生M5.8、5.0地震，應(yīng)力得到較大釋放。

(3) 視應(yīng)力峰值階段2。11月23日M3.3地震后，視應(yīng)力值開始上升，達(dá)到一定的高值后，開始下降，在下降過程中發(fā)生M4.3地震，視應(yīng)力達(dá)到最低值。這一階段，地殼介質(zhì)應(yīng)力開始再次累積，但累積幅度不如上一階段高，累積到一定程度后，釋放應(yīng)力，即12月8日發(fā)生M4.3地震。

圖5　前郭地震序列應(yīng)力降與視應(yīng)力Fig.5　Stress drop and apparent stress of Qianguo earthquake sequence

圖6　前郭地震序列應(yīng)力降值分布圖Fig.6　Values of stress drop of Qianguo earthquake sequence

(4) 趨于平穩(wěn)階段。M4.3地震發(fā)生后，地震視應(yīng)力值逐漸回到正常值范圍。這一階段無較大應(yīng)力積累過程。

4結(jié)論

2013年吉林省前郭M5.8震群是東北地區(qū)有地

震記錄以來較顯著的地震事件。序列中，M5.0以上地震在短時間內(nèi)發(fā)生5次，主要為逆沖兼走滑型，M4.0以上地震具有連發(fā)特征，且序列b值為0.4，低于東北地區(qū)平均b值。整個地震序列應(yīng)力降水平較低，平均約0.4 MPa左右。地震視應(yīng)力的變化大致可劃分為4個階段，在首發(fā)地震之后快速進(jìn)入低值階段，表明較大地震釋放了局部介質(zhì)應(yīng)力的主要部分，視應(yīng)力的發(fā)展經(jīng)歷4個顯著階段，即首震之后的低值階段、序列發(fā)展過程中2個顯著的峰值階段、最后的低值平穩(wěn)階段。

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Characteristics of QianguoM5.8 Earthquake Swarm Sequence in 2013

SUN Yi1, LIU Jun-qing2

(1.Earthquake Administration of Liaoning Province, Shenyang, Liaoning 110031, China;2.Earthquake Administration of Jilin Province, Changchun, Jilin 130117, China)

Abstract:Swarm sequence characteristics and seismic parameters of Qianguo M5.8 Earthquake on October 31,2013 are studied by waveform data and earthquake swarm sequence directory of seismic network in Jilin Province. The results show that the larger earthquakes are mostly the thrust and strike slip properties, but also have the characteristics of continuous occurrence; The magnitudes of aftershock sequence are mostly less than 1 and the earthquakes with magnitude 2 to 3 are scarce; The b value is about 0.4, lower than the average value of the Northeast. The average stress drop of earthquake sequence which is a low stress level event is about 0.4 MPa, Changes of seismic apparent stress undergo the following 4 stages: low value stage after the first earthquake, two peak value stages and stable stage.

Key words:Focal mechanism; Qianguo earthquake swarm; Stress drop

中圖分類號：P315.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：第一孫藝(1984—)，女，山東省菏澤人。2009年畢業(yè)于山東電視職業(yè)大學(xué)，助理工程師。

收稿日期：2015-12-03

文章編號：1000-6265(2016)01-0004-05