内蒙古通辽5.3级地震序列特征及发震背景分析

内蒙古通辽5.3级地震序列特征及发震背景分析

裴惠娟1， 韩晓明2， 张帆2， 胡博2， 陈文凯3

(1.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃 兰州730000； 2.内蒙古自治区地震局，内蒙古 呼和浩特010010；

3.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州730000)

摘要：2013年4月22日在赤峰—开原断裂中段发生了内蒙古通辽5.3级地震，对我国华北和东北地区的地震形势产生双重影响。基于K值、G-R关系、能量释放比例RE和M-T等指标判定通辽5.3级地震为主震-余震型。根据1900年以来东北地区中强地震时空演化规律分析认为，大兴安岭和松辽盆地5级以上地震具有基于时间相依的空间对跳现象，通辽5.3地震是继2008年6月10日阿荣旗与鄂伦春交界5.2级地震之后，对跳发生于松辽盆地东南边缘的一次中强地震；对比东北地区以往震例分析认为，通辽5.3级地震既具有符合历史统计规律的普遍性，又具有不同于历史统计规律的特殊性。根据2011年3月11日日本东海岸9.0级强震前后东北地区中等以上地震的时空演化特征分析认为，海拉尔盆地及大兴安岭过渡带、环渤海地区至开鲁盆地的“菱形”区域是日本9.0级地震之后我国东部地区响应最为强烈的地区。由于同时受到日本9.0级地震和鄂霍次克海8.2级深震前所未有的双重影响，2013年东北地区的松辽盆地史无前例的发生了8次5级以上中强地震，未来东北地区很可能将重启新的地震活动格局。

关键词：赤峰—开原断裂； 通辽5.3级地震； 序列特征； 地震定位； 地震形势

收稿日期：*2014-05-23

基金项目：中国地震局兰州地震研究所地震科技发展

作者简介：裴惠娟(1982-)，女(汉族)，青海乐都人，助理研究员，主要从事自然灾害应对战略情报研究.E-mail ：peihj@llas.ac.cn

通讯作者：韩晓明(1980-)，男，高级工程师，主要从事测震学分析预报方法研究.

中图分类号:P315.63文献标志码：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—开原断裂横贯内蒙古、辽宁、吉林三省，大部在内蒙古境内，走向近EW，延伸近1 400 km，是我国东北和华北地区的一条重要断裂带。从某种意义上讲，赤峰—开原断裂是内蒙古和辽宁交界最为重要的一个断裂，也是我国东北和华北地区的一条标志性分界断裂。在进行地震活动分析和地震趋势判定时，根据地震活动和地质构造特征将赤峰—开原断裂作为东北地震区和华北地震区的分界线。主要依据如下：(1)根据马杏垣[1]的大地构造、新构造、现今地壳应力状态和板内块体的现代运动等研究成果，将赤峰—开原断裂南北分别划入华北块体和东北块体。(2)赤峰—开原断裂一线存在一个显著的岩石圈厚度变异带，地壳厚度和岩石圈厚度比值分布图也揭示了开原—赤峰一线为我国东北和华北两个构造块体的分界线，以北地区为东北块体，南部则划为华北块体[3-4]。(3)赤峰—开原断裂北侧地震活动特征和南侧存在显著差异。相对于断裂南侧，北侧的中强地震突发性强，少有前震序列，且余震序列数量较少。

鉴于赤峰—开原断裂的特殊位置，发生在该断裂的中强地震亦具有一定的特殊性和重要的研究价值，开展赤峰—开原断裂带的中强地震研究，能够同时为东北地区和华北地区的地震形势判定提供科学依据。地震活动背景是衡量一个区域地壳活动水平的重要标志，也是进行地震序列类型分析前的一项重要基础工作[5]。本文以2013年4月22日通辽5.3级地震作为研究对象，着重阐述东北地区地震活动背景、通辽5.3级地震序列类型判定、序列统计特征等内容，尽可能全面展示地震活动方面的详细信息，以期为华北和东北地区未来的地震形势判定提供有益参考。

1地震概况

2013年4月22日17时11分，内蒙古通辽科尔沁左翼后旗(N42.9°、E122.4°)发生MS5.3地震，震中位于NNE向的锦州—阜新断裂与EW向的赤峰—开原断裂交汇区域，即松辽盆地的西南角和开鲁盆地南边界；该区地质构造发育、中强地震频发，根据中国地震目录(中国地震局监测预报司预报管理处整编，2010年6月)，有历史地震记录以来震中周围150 km范围内共发生MS5.0以上地震8次(图1)，其中：记载最早的地震是1318年辽宁阜新5.0级地震，距本次5.3地震约41.5 km；时间和空间距离最近的地震是1942年7月9日内蒙古通辽6.0级地震，距本次地震约35 km。这些中强地震大致分布在赤峰—开原断裂两侧，并顺延众多北东向断裂形成有序分布。赤峰—开原断裂横贯内蒙古和辽宁交界，由西至东分别与八里罕断裂、北票—朝阳断裂、锦州—阜新断裂、长春—四平断裂等一系列北东向断裂相交汇，形成了蒙辽交界地区独有的“枝干型”断裂系，为蒙辽交界历史及现代中强地震的发生提供了有利地质构造条件。

图1　通辽5.3级地震震中区地质构造和历史地震分布 Fig.1　Geological structure and distribution of historical earthquakes in epicentral region of the Tongliao M5.3 earthquake

2地震序列及地震类型

2.1地震序列时空分布

根据内蒙古测震台网测定，截止2013年5月14日，本次MS5.3(ML5.7)地震共记录到余震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。

从频度和震级统计图看(图2)，地震集中发生于4月22日至26日，其后的个别时段由于发生较大余震表现出一定的起伏变化，但地震序列的整体衰减态势逐渐明朗；震级分布集中于ML1.8～2.8之间，无MS≥4.0余震发生。

双差定位(hypoDD)结果显示，本次通辽5.3级地震序列呈NW向展布，延伸约10 km，余震分布于主震两侧，表现出双侧破裂特征，且ML≥3.0地震集中发生于主震南部呈NEE向分布。从地震序列的时序发展情况看， 4月22—23日(5.3级主震发生当天及次日)发生的余震次数为22次，约占序列总地震数目的35%，且大部分集中分布于主震NW方向；4月23日之后发生的余震则主要分布于主震南侧和东南部，余震空间分布以主震发生时间为界形成鲜明对比，反映了震中区的应力场随着时间推移而产生的方向性变化(图3)。

图2　震级-频度统计和每日发震频度统计 Fig.2　Statistics of magnitude-frequency and daily earthquake frequency

图3　通辽5.3地震序列重新定位结果 Fig.3　The relocation of earthquake sequence of Tongliao M5.3 earthquake

2.2地震类型判定

截止2013年6月10日，通辽5.3地震基本处于能量释放末期，序列衰减态势显著，余震活动趋于结束，可以利用能量释放比例进行地震序列类型判定。通常以主震释放能量占全序列地震释放能量总和的比例RE进行判定：RE≥99.99%为孤立型，RE< 90% 为震群型或双震型，90%≤RE< 99.99%为主余型[9]。

图4　通辽5.3级地震累计能量释放和地震时序分布叠加曲线 Fig.4　The accumulative energy release and the seismic temporal distribution curves of Tongliao M5.3 earthquake

从序列能量累积释放时序曲线看(图4)，主震发生当天及次日能量累积释放呈直线上升趋势，之后发生的几次较强余震又出现小幅骤升现象，5月10日以后能量释放逐渐减弱并趋于平稳，与地震时序分布形成同步变化特征。主震释放能量占全序列释放总能量的比例为99.49%(RE=E主/∑E=99.49%)，结合主震与最大余震震级差(ΔM=ML1.5)，综合判定认为通辽5.3地震为主震-余震型。

3发震背景讨论

3.1区域地震活动背景

统计结果显示，大兴安岭和松辽盆地的5级以上中强地震在时序上存在着明显的前后对应关系，每次对应完成一次地震活跃时段或联动过程。从1900年至2013年完成了5次联动，规律比较明显(图5、表1)。2008年6月10日鄂伦春与阿荣旗交界发生MS5.2地震，根据前四次的对应规律，每个活动期总以松辽盆地的中强地震作为结束地震。2013年1月23日沈阳灯塔5.1级地震和2013年4月22日通辽5.3级地震的发生再次验证了大兴安岭和松辽盆地中强地震的联动对跳规律。同时也表明通辽5.3级地震是在东北地区5级以上地震的时空联动背景下发生的。

3.2外围动力学背景

在很多研究者认为东北地区第五活跃期即将结束时[14-15]，日本东海岸发生了9.0级地震，势必对东北地区所处的地球动力学环境和区域应力状态产生较大影响，具体到地震活动变化则主要体现在如下三个方面：(1)日本9.0地震的发生，加速了东北地区的应力调整过程，使区域应力状态失衡，深震区首当其冲成为应力触发的前沿区域，导致E125°～130°、N43°～48°范围内的中等地震空区随即被打破，2个月后于空区东部边缘发生了2011年5月10日珲春MS6.1深震(图6)；(2)原本地震活动水平较低的内蒙古陈巴尔虎旗—海拉尔—牙克石一带接连发生8次ML≥4.0地震(图6、表2),短期地震活动现状与地震活动背景显著失配，异常较为明显。该区隶属海拉尔盆地，外围区域则属于海拉尔盆地至大兴安岭隆起的过度地带，自有地震记录以来没有发生过MS5.0以上地震，最大地震是1979年2月6日新巴尔虎旗MS4.9地震，2011年以来发生的这8次中等以上地震可以视为该区域的地震活动显著增强异常。已有研究表明，日本9.0级地震主要产生显著的近场震后效应[17]，对中国大陆的影响整体表现为震后松弛[18]， 而对我国东北和华北地区北东向断裂则主要产生显著的震后库伦应力加载效应[19]，海拉尔盆地内部北东向展布的呼伦湖断裂同样受到显著的应力加载作用，因此，近期海拉尔盆地出现的中等地震增强活跃很可能是日本9.0级地震的震后应力触发所致。(3) 日本9.0级地震后，环渤海及外围地区形成“菱形”中等地震增强活跃区域，并在ML≥4.0地震持续活跃过程中发生一系列5级以上中强地震(表3)，而该区域也恰恰处于日本9.0级地震后库伦应力增加的北东向展布的郯庐断裂带中北段及附近位置(图6)。

图5　1900年以来大兴安岭和松辽盆地5级以上地震时空分布特征 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

序号地震时间震级发震位置所属区域序号地震时间震级发震位置所属区域11923-10-155.0布特哈旗大兴安岭131981-04-265.1博克图大兴安岭21926-10-285.0布特哈旗大兴安岭141986-03-015.3德都松辽盆地31931-06-305.25阿荣旗北大兴安岭151986-08-165.5德都松辽盆地41937-06-115.0吉林市北松辽盆地161999-01-295.2锡林浩特北大兴安岭51940-01-196.0库伦旗西松辽盆地172003-08-165.9巴林左旗大兴安岭61941-05-056.0绥化松辽盆地182004-03-245.9东乌珠穆沁旗大兴安岭71942-07-096.0通辽松辽盆地192005-07-255.1林甸松辽盆地81942-09-026.0绥化北松辽盆地202006-03-315.0乾安松辽盆地91956-10-145.25扎兰屯西北大兴安岭212008-06-105.2阿荣旗大兴安岭101960-04-135.8吉林榆树松辽盆地222013-01-235.1沈阳灯塔松辽盆地111966-10-025.2吉林怀德松辽盆地232013-04-225.3通辽松辽盆地121980-02-105.6博克图大兴安岭24????

表 2　2011年以来海拉尔盆地及周边M L≥4.0级地震

表 32013年以来大环渤海地区MS≥5.0地震参数

Table3SeismicparametersofearthquakesofMS≥5.0 in the large Bohai rim since 2013

地震时间地震位置经度/(°)纬度/(°)震级/MS深度/km地点2013-01-21123.1241.305.110辽宁灯塔2012-04-21124.6035.205.010黄海海域2012-04-22122.4042.905.36内蒙古通辽2013-05-18124.7037.705.18黄海海域

图6　2011年3月11日日本9.0级地震前后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结论和讨论

(1) 赤峰—开原断裂是我国华北块体和东北块体的分界线，2013年4月22日通辽5.3级地震发生在赤峰—开原断裂中段，发震位置特殊，对东北地区和华北地区的地震活动格局都将产生一定的影响。

(2) 通辽5.3级地震的普适性：通辽5.3级地震序列特征符合区域历史震例统计规律，余震活动持续时间短、数目较少，原因在于松辽盆地周边比较破碎，不易积累太大能量，能量释放规模小、周期短，余震次数相对较少。

(3) 通辽5.3级地震的特殊性：通辽5.3级地震与东北历史地震活动统计规律略有不同，表现出一定的特殊性，东北地区以往震例少有前震或信号震发生，而通辽5.3级地震之前3个月原地曾发生2013年1月21日MS3.9地震，应属通辽5.3级地震的前震或信号震。

(4) 通辽5.3地震是在东北地区大兴安岭和松辽盆地两大构造块体中强地震完成第五次联动对跳过程中发生的，这为依据此规律对东北地区未来地震形势判定提供了新的震例。

(5) 沈阳灯塔5.1级地震和通辽5.3级地震的关系。根据国内众多学者的研究结论[10-11，13]，类似赤峰开原断裂这种“枝干型”的构造形式存在多组断裂交汇，较易孕育双震型或多震型序列，而且在历史上确曾发生过双震型震例，1940年1月19日通辽库伦发生6.0级地震之后，在其东北方约66km处发生1942年7月9日通辽6.0级地震，这两次地震同属于同一构造单元开鲁盆地，虽然时间跨度近2年半，但空间成对特征显著。2013年1月23日辽宁灯塔5.1级地震和4月22日通辽5.3级地震空间相距170km，时间相距89天，空间成对较为勉强，时间成对尚有可能。如果沈阳灯塔5.1级地震不是通辽5.3级地震的空间成对地震，根据众多研究者总结的断裂构造展布与地震类型的对应关系，该区域具备发生多震型地震的地质构造条件，那么通辽5.3级地震之后赤峰开原断裂应该还具有再次发生5级左右中强地震的可能性。

(6) 目前，东北地区处于来自太平洋板块的日本海沟9.0级巨震和北美板块鄂霍次克海8.2级最大深震的共同影响下，这在东北地区的地震活动历史上从未发生过；同样罕见的是，2013年10月31日至11月23日，吉林前郭连发5次MS≥5.0地震，最大震级MS5.8。由此分析认为，东北地区未来的地震活动很可能打破原有的统计规律而产生新的活动格局，未来的地震形势将复杂而严峻。

致谢：感谢审稿专家提供的修改建议；文中地形图均由GMT程序包绘制完成；作者在此一并致谢。

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