太平溝斷裂的新發現與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關系研究1

余中元 閔 偉 韋慶海 劉玉剛 高 峰

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太平溝斷裂的新發現與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關系研究1

余中元1，2）閔 偉2）韋慶海1）劉玉剛2）高 峰1）

1）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090 2）中國地震局活動構造與火山重點實驗室，中國地震局地質研究所，北京 100029

黑龍江省蘿北地區是東北現代地震活動最為活躍的地區之一，中小地震密集成帶分布，曾于1963年發生5.8級地震，但其發震構造一直不清楚。精定位后的震中分布圖像和震源機制解研究結果表明，現代地震總體呈NEE方向密集分布于黑龍江小興安嶺山前太平溝一帶，地震類型以右旋走滑為主。通過高分辨率的衛星影像解譯結果發現太平溝一帶發育一條長約25km，走向約N70oE的線性異常帶。野外地表調查發現該線性異常表現為斷續分布的斷裂陡坎、沖溝位錯和滑坡。陡坎走向約N65oE—N75oE，傾向SE，高約1.0—2.5m；滑坡發育有典型的弧形圈椅構造，規模大小不等，多與斷裂陡坎伴生。綜合現代地震活動圖像、衛星影像解譯、野外地質調查結果，特別是結合2013年11月和2014年2月該地區的2次小震活動及現代地震活動的空間圖像分布特征，研究認為太平溝斷裂屬于依蘭-伊通斷裂帶的分支斷裂，晚第四紀期間曾經強烈活動，具備中強地震的發震能力，可能是蘿北1963年5.8級地震的發震構造。

依蘭-伊通斷裂帶 太平溝斷裂 蘿北5.8級地震 發震構造

引言

蘿北位于我國黑龍江省（圖1）與俄羅斯布拉戈維申斯克邊境交界地區，人口密度較大，貿易發達。該地區1963年6月21日發生5.8級地震。但由于該地震處于小興安嶺內部的無人區，森林覆蓋嚴重，地震調查資料很不充分，因此發震構造仍尚不明確（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。21世紀以來，該地區地震活動進入了一個新的活躍期（孫文斌等，2004a；2004b；2005），先后發生多次4.0級以上地震（圖2）。特別是2013年以來，本地區小震活動性顯著增強（圖2），該地區先后于2013年11月和2014年2月出現2次小震震群活動異常。精定位以后的震中多成帶分布于蘿北太平溝一帶，而這一帶也剛好位于1963年6月21日5.8級地震的宏觀震中所在地（郭德明等，1977；1993；2000；郭德明，1986；2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。因此，1963年6月21日蘿北5.8級地震的發震構造研究，及其與2013年11月和2014年2月2次異常小震活動之間存在怎樣的內在聯系，是認識該地區的地震地質背景和判定未來地震活動趨勢的重要的基礎科學問題。

本文通過衛星影像解譯在太平溝一帶發現長約25km的NEE線性異常，野外地質調查發現該線性異常對應著斷續分布的斷層陡坎、沖溝位錯和滑坡（因主要分布在蘿北太平溝一帶，故稱其為太平溝斷裂）。論文在前人研究的基礎上，立足于該斷裂新活動的幾何學和運動學特征，綜合歷史地震考察、震源機制解、小震地震活動圖像、衛星影像解譯和野外地質調查結果，對1963年6月21日蘿北5.8級地震的發震構造問題進行了探討，并對其未來地震危險性進行了初步分析。

1 地質構造與地震背景

研究區位于黑龍江省東北部，以依蘭-伊通斷裂為界，分跨中蒙和中朝2個不同的活動地塊（張培震等，2003），分屬小興安嶺隆起、張廣才嶺隆起和三江盆地3個不同的構造單元交接地區（圖1），構造比較復雜。其中，小興安嶺隆起分布于研究區的西部，西與內蒙-大興安嶺褶皺系相連，南與松遼拗陷帶相接，東與佳木斯臺隆接壤；在南部張廣才嶺一帶南與華北地臺相接，基底由晚印支期殼源重熔型二長、堿長花崗巖為主，呈近南北向展布；張廣才嶺隆起主要由佳木斯臺隆構成，南以敦密斷裂為界與延邊槽地褶帶相鄰，東依烏蘇里槽地褶帶，西接小興安嶺-張廣才嶺槽地褶帶，向北過黑龍江延入俄羅斯境內，基底主要由太古代和元古代的變質巖和花崗巖組成，蓋層有下寒武統金銀庫組碳酸鹽巖沉積和部分侏羅紀的沉積以及下白堊統城子河組和穆棱組的煤系地層；三江盆地為中生代的斷陷盆地，晚新生代以來受依蘭-伊通斷裂活動的影響，持續下沉，接受來自小興安嶺、張廣才嶺和松花江河流的搬運作用，沉積了近200m厚的第四系。

研究區斷裂比較發育（圖2），主要分為NE和NW走向2組。其中，NE向斷裂主要由依蘭-伊通斷裂帶的北段東西2支構成。該斷裂是劃分中蒙、中朝和燕山3個活動地塊的邊界斷裂（張培震等，2003），也是郯廬斷裂帶北段的重要分支斷裂之一（葉士忠，1989；徐嘉煒，1992）。但該地區受強烈的人工耕種改造破壞，加之植被覆蓋茂密，并受嚴重的雨水河流侵蝕作用的影響，其地震地質研究的基礎資料比較缺乏。基于衛星影像異常和探槽研究，閔偉等（2011）發現該斷裂通河段距今1730±40a BP以來產生了長約70km的地表破裂帶，相當于發生了一次7.5級地古地震，其它段晚第四紀構造變形強烈（疏鵬等，2014；余中元等，2014a；2014b）。研究區NW向斷裂數目較多，其規模相對較小，多與依蘭-伊通斷裂的西支相交且終止于東支（馬杏垣，1989）。受基礎資料和野外研究條件的限制，這些斷裂的位置多基于衛星遙感資料確定，故在圖中使用虛線標注（圖2）。

在如此的地質構造背景下，相對于東北其它地區而言，研究區總體地震活動相對比較強烈（郭德明等，2000；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006；圖2），現代地震頻度最大，數量最多，震級最大。自有歷史記錄以來，本地區共記錄到4.0級以上地震11次，最大的為5.8級，宏觀震中位于蘿北太平溝一帶（郭德明等，1977）。現代地震多分布在小興安嶺山前的依蘭-伊通斷裂附近，特別是依蘭-伊通斷裂西支與北西向斷裂的交匯部位，地震活動表現出了明顯的成簇分布特征（圖2）。

2 太平溝斷裂的新發現、最大潛在地震及小震活動

通過高精度衛星影像解譯發現，以黑龍江河流為界，以西為中國境內的太平溝段，影像比較清楚；以東為俄羅斯，相對不是很清楚（圖3）。太平溝段的線性異常帶長約25km，呈N70oE展布于大興安嶺南緣山前與盆地的交接地帶，兩側色差明顯，連續性較好，其中最清楚的長約13km（見圖3中紅色箭頭標注的位置）。野外地表調查發現這些線性地貌異常主要表現為陡坎、滑坡和沖溝位錯，彼此相伴而生。現挑選出比較有代表性的調查點進行介紹（圖4至圖9，圖3中黃框代表調查點的位置）。

線性展布是陡坎最主要的特征（圖4至圖7）。這些陡坎總體展布方向約N20oE，傾向SE，傾角約30o—40o。陡坎高度不等（圖4至圖7），兩側地貌面高差多集中在1.0—2.5m，部分陡坎高約4m。研究區地處大興安嶺山區，人煙罕至，這些陡坎不太可能是現代人類活動所致，應是斷層多次活動所致。

除了陡坎以外，野外調查還發現了多處沖溝被右旋水平位錯的地貌特征（圖8中藍色線條表示沖溝，紅色箭頭表示斷層的通過位置）和伴生的滑坡地貌（圖9）。圖8清楚地表明，多條河谷的同級階地T1被右旋位錯約15m（注意圖中人物參考比例尺）。圖9所揭示的滑坡在野外調查中密集出現，呈典型的弧形圈椅構造。滑坡體的后緣均和斷層陡坎的走向一致。滑坡的前緣斜坡較緩，土體密實，長滿植被，無松散坍塌現象。滑坡體兩側的自然沖刷溝切割很深，大多數已經露出基巖。滑坡平臺寬大，且均被夷平，土體密實無明顯的沉陷現象，多生長灌木叢植被，和滑坡體后緣的喬木植被有著顯著的差別。這些現象表明與斷層陡坎伴生的滑坡體現在基本處于穩定水平。野外分析認為，滑坡體平行于斷層的走向，均與斷層陡坎相伴生發育，滑床方向多垂直于斷層走向，表明滑坡為斷層活動所產生。

綜合野外地表調查所發現的陡坎、沖溝位錯和滑坡等地質現象分析，我們認為太平溝一帶的衛星影像異常帶其實為一條有過古地震活動的斷裂。該斷裂活動段長度25km，可見地表破裂長度13km、地表斷錯位移1.0—2.5m。根據前人研究的東部地區走滑斷層震級估算公式推算（式（1）至式（5）），并以1倍方差來考慮結果的誤差，初步判定這次古地震的震級范圍為6.5—6.9。但是這些經驗關系都有其合理的適用范圍，如式（5）給出的經驗關系適用于震級M6.7—8.5、斷裂（段）長20—400km和滑動速率1—20mm/a的活動斷裂（段）的危險性評價（冉洪流，2011），這可能不太適用于低滑動速率的東北地區。因此，考慮到小興安嶺隆起上地震活動強度整體較低的特點，結合上面的綜合計算結果，將太平溝斷裂的最大潛在地震定為M6.5—6.9。

=5.34+lg+lg=5.34+lg13+lg2.5=6.8，=0.645，=0.547 （1）（鄧起東等，1992）

=4.094+1.699lg=4.094+1.699lg25=6.5，=0.9238，=0.2749 （2）（董瑞樹等，1993）

S=4.278+1.653lg=4.278+1.653lg25=6.6 （3）（張立人，1993）

=3.54+2.08lg=3.54+2.08lg25=6.5 （4）（環文林，2000）

=5.303+1.18lg=5.303+1.18lg25=6.9 （5）（冉洪流，2011）

同時，值得注意的是，2013年11月和2014年2月，該斷裂附近發生了2次小震群活動。這些小震表現出3個特點：一是震級分布多在S2.0左右，最大不超過3級；二是精定位后的震中分布呈現出線性分布或簇狀分布的特征；三是線性分布的空間位置基本與太平溝斷裂的空間展布位置相吻合。這些特征暗示太平溝斷裂可能是一條活動斷裂，和這些震群活動有著較為密切的聯系。

3 1963年黑龍江蘿北5.8級地震與太平溝斷裂的關系討論

1963年6月21日蘿北5.8級地震是研究區有記載以來的最大地震。根據地震現場烈度考察報告（郭德明等，1977，圖10），該地震震中烈度Ⅶ度，Ⅶ度區（極震區）長軸方向為NWW向，外圍等震線長軸為NE向。根據等震線用量板法確定其震源深度為21km。現場調查發現（郭德明等，1977，圖10），該地震極震區位于二十里河林場。震中位于小興安嶺內部，但由于附近沒有居民點，植被覆蓋茂密，其影響范圍優勢方向根據地表裂縫和斷層推測位置確定為NEE向。地表裂縫呈NEE向，長約200m，其影響場特征在Ⅵ度區為長軸走向NEE向的橢圓形（圖10），長軸長10.5km，短軸長3.6km，面積約18km2。Ⅴ度區等震線形態與Ⅵ度區形態不一致，雖受界河黑龍江阻隔東側未能封閉，但仍呈長軸走向近EW向的橢圓形，長軸長90km，短軸長67km，面積約1800km2。Ⅳ度區與Ⅴ度區等震線形態基本一致。Ⅲ度有感范圍大致呈NE方向，顯示先存深斷裂——依蘭-伊通斷裂帶對外圍影響場控制明顯。另外，震源機制解結果（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b）表明，該地震破裂面走向80o，傾向NW，傾角77o，主壓應力軸NW300o，傾角16o，破裂方式為右旋走滑型剪切破裂（圖10左上角）。

受研究條件的制約，對該地震的發震構造研究尚存爭議，主要觀點包括黑龍江斷裂或依蘭-伊通斷裂（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。我們分析認為，新發現的太平溝斷裂可能為該地震的發震構造，與依蘭-伊通斷裂屬于同一構造體系，其活動可能主要受依蘭-伊通斷裂帶控制。主要根據包括：①等震線總體形態表明，該地震的Ⅳ度區與Ⅴ度區等震線長軸形態表現出明顯的NEE向，這與太平溝斷裂的走向基本一致；震源機制解結果表明主破裂面的走向與與太平溝斷裂的走向基本一致；②研究區附近沒有發現其它NEE向的活動斷裂；③綜合衛星影像異常和野外地質調查結果，以及2013年11月和2014年2月該地區出現的2次異常小震群沿太平溝斷裂帶狀分布特征（圖2中綠色實心圓），可以判定太平溝斷裂為活動斷裂，具備中強地震的發震能力；④等震線形態表明該地震的發震斷層可能為太平溝斷裂，NE向的依蘭-伊通斷裂為控震斷裂。

4 主要認識

（1）通過衛星影像解譯和野外地質調查發現了長約25km，走向約N70oE的太平溝斷裂，表現為斷續分布的斷層陡坎、沖溝水平位錯和滑坡地貌。斷層陡坎高約1.0—2.5m，走向約N65oE—N75oE，傾向SE；沖溝主要表現為右旋水平錯動；滑坡主要發育典型的弧形圈椅構造，規模大小不等，多與斷裂陡坎伴生。

（2）綜合地震學、衛星影像解譯、野外地質調查和近期該地區的2次小震活動圖像等資料，我們推斷太平溝斷裂為活動斷裂，與依蘭-伊通斷裂屬于同一構造體系，具備中強地震的發震能力，有可能為蘿北1963年5.8級地震的發震構造，其活動主要受控于依蘭-伊通斷裂帶。

致謝：黑龍江省蘿北縣地震局參加了部分野外工作。期刊編輯和審稿專家提出了寶貴的意見和建議。謹致謝忱。

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The New Discovery of Taipinggou Fault and the Relationship with5.8 Earthquake in 1963 in Luobei County, Heilongjiang Province

Yu Zhongyuan1，2)Min Wei2)Wei Qinghai1)Liu Yugang2)and Gao Feng1)

1) Earthquake Administration of Heilongjiang Province, Harbin 150090, China 2) Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Luobei County is one of the most active areas of modern seismic activity in northeast China in recent years. Medium and small earthquake distributed intensively zonal in this region, and was hit by a5.8 earthquake on June 21, 1963, and the seismogenic structure of which is still in dispute. The relocated epicenter distribution map and focal mechanism solution show that these events mainly distributed in the Taipinggou area with a narrow NEE strike strip, and earthquake types is given priority to dextral strike-slip with small amounts of thrust component. Satellite imagery interpretation results indicate that there exists a ~ 25km linear anomaly belt with N70oE strike in the Taipinggou area of Xiaoxing’anling Mountains piedmont. Further field geological investigation found that the belt consists of discontinues fault scarps, dislocated gullies and landslides. The heights of fault scarps vary from 1.0m to 2.5m. The fault scarps also show that the fault strikes N65oE—N75oE, dipping SE, with clear right-lateral slip movements implicated by the dislocated gullies. The Arc round-backed armchair structure developed companied with the scarps has different height ranging from several to dozens of meters. We suggest that the Taipinggou fault, as the associated structure of the Yilan-Yitong fault zone, has the potential pregnant ability of moderately to strong earthquakes, and might be regarded as seismogenic structure of the 1963 Luobei5.8 earthquake based on the synthesized the seismology and satellite image interpretation and field geological investigation results.

Yilan-Yitong fault zone; Taipinggou fault; Luobei5.8 earthquake; Seismogenic structure

1基金項目 中國地震局星火計劃項目“依蘭-伊通斷裂黑龍江段新活動的幾何展布圖像研究”（XH14018Y）、黑龍江省地震局科研項目“依舒斷裂黑龍江段歷史地震韓史記錄的挖掘與考證”（201605）、黑龍江省國土科技研究項目“依舒斷裂第四紀構造活動研究”與國家自然科學基金項目（41272235）聯合資助。

2016-09-09

余中元，男，生于1982年。高級工程師。主要從事新構造、活動構造與工程地震方面的研究。E-mail：yuyangzi 9811@126.com

余中元，閔偉，韋慶海，劉玉剛，高峰，2017．太平溝斷裂的新發現與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關系研究．震災防御技術，12（1）：31—39．doi：10.11899/zzfy20170104