现今中国东北地区地震活动特征与趋势探讨

高立新 戴 勇 王 磊 裴东洋 曲浩鑫

1 内蒙古自治区地震局，呼和浩特市哲里木路80号，010010

中国东北地区地震活动的动力来源主要是西太平洋板块的西向俯冲, 中国东北深震带是西太平洋板块自日本海沟以高速度、小倾角俯冲到中国东北大陆之下造成的，并由此对中国东北地区的浅源地震活动产生影响[1]。

通常将震源深度大于300 km的天然地震称为深源地震，将震源深度小于70 km的天然地震称为浅源地震。中国东北地区深源和浅源地震具有周期性活动特征[2-14]，深源地震和浅源地震在时间上具有相互关系，其时间分期特征具有明显的规律性，20 a的显著周期成分较为明显。这一周期性特征一直是国内外地学工作者的研究热点，特别是1999年开始的第5活动期及未来的活动趋势是地震工作者关注的焦点。

中国东北地区包括辽宁省、吉林省和黑龙江省以及内蒙古自治区东部地区，是我国大陆东部地震活动较为强烈的地区，最大地震是1975-02-04发生在辽宁海城的7.3级地震。大兴安岭和松辽盆地是中国东北2个主要的地震活动区。第5活动期以来发生在大兴安岭的地震主要以2003年、2004年内蒙古2次5.9级地震为代表，松辽盆地的地震则以2013年前郭5.8级震群为主要代表。20世纪以来2个地区的地震活动表现出较好的迁移回跳轨迹。松辽盆地的地震活动具有成对活动的特征，现有的研究结果表明，这种活动规律在大兴安岭地区也具有普适性特征。

2011-03-11日本东海岸附近海域发生MW9.0巨震，2013年鄂霍次克海发生8.2级深源地震。2次地震对中国东北地区的地震活动产生多大的影响，现今中国东北地区地震活动特征如何，地震活动主体地区在哪里，经典的地震活动规律和特征是否仍在延续或发生了哪些变化，这些是学者们十分关注的问题，本文将对此进行讨论。

1 中国东北地区的地震构造背景

中国东北地区的中-新生代盆地在空间上总体呈北东向展布,与全球最具代表性的西太平洋大陆边缘沟-弧-盆体系展布方向一致，并明显受北东向走滑断裂构造的控制[15]。盆地群的东、西边界均受控于北东向巨型走滑断裂。从西北到东南主要由北东向的嫩江断裂、依兰-伊通断裂将中国东北地区的盆地群分割为西部盆地群、中部盆地群和东部盆地群。西部盆地群主要以海拉尔盆地为主，盆地周边发育有海拉尔断裂、呼伦湖断裂等；中部盆地群则以松辽盆地为主，该盆地也是中国东北地区规模最大的盆地，整体呈北东向展布，其西部边界是北东向的嫩江断裂，东部边界是北东向的依兰-伊通断裂，内部还发育有北东向的扶余-肇东等断裂，还有北西向的第二松花江断裂、滨州断裂、富裕-明水等断裂穿越其中；东部盆地群主要包括辉南盆地、三江盆地、汤原盆地、虎林盆地和延吉盆地等，这些盆地规模小、形态复杂，主要受北东向的密山-敦化断裂控制(图1)。盆地群及控制盆地群的北东向断裂是中国东北地区最具代表性的地质构造特征，在这些盆地群中，最具代表性的则是松辽盆地，其也是该区域地震活动最强烈的地区。

中国东北地区除了北东向的主干断裂外，区内还有2条东西走向的断裂——西拉木伦断裂和赤峰-开原断裂，这2条断裂的东部贯穿松辽盆地的南部和南部边界。

1900年以来，中国东北地区发生6级以上浅源地震11次，最大地震是1975年辽宁海城7.3级地震。地震空间分布特征较为明显，7次发生在松辽盆地，4次发生在东部盆地群及周边地区。时间最近的一次地震是2010-02-18中俄交界的6.5级地震(图1)。

图1 中国东北地区地震构造图Fig.1 Seismotectonic map of northeast China

2 地震活动时间韵律特征

1900年以来，中国东北地区共计发生57次5.0级以上浅源地震。这57次浅源地震在时间序列上表现为活跃-平静、密集-稀疏现象交替出现，具有较为明显的周期性特征，可以划分为5个活动周期，每个活动期内又可以划分为活跃期和平静期，以2次地震的时间间隔不超过5 a作为同一个活动期的划分原则。根据中国东北及邻区浅源地震活跃与平静时段划分及相关统计，前4个活跃期平均发生地震7.2次,平静期平均发生地震0.8次,活跃期平均持续时间为11.8 a,平静期平均持续时间为11.5 a,平均周期为20.8 a[12]。

从1999年开始,以辽宁岫岩5.4级地震为标志，中国东北地区浅源地震进入第5个活跃期,前4个活跃期平均发生地震7.2个,截至2006-03,浅源地震已经发生7次,对比前4个活跃期发生地震的平均数,这个活跃期可能还有发生1～2次地震的可能；对比前4个活跃期的平均持续时间,第5活跃期的可能结束时间在2010年前后[12]，2006～2010年确实仅发生了5.0级、5.2级2次地震，基本符合前4个活动期的统计规律。从2008-06内蒙古阿荣旗5.2级地震后将进入平静期，按照前4个活动期内平静期的统计，第5个平静期持续时间应该是2008～2019年前后，期间发生的地震数应该为3～4次。但是地震实况是，2008-06～2013-01期间平静时间未超过5 a，2013-01～2019-12期间共发生10次5.0级地震，最大地震是2013-10～11吉林前郭5.8级震群，若吉林前郭5.8级震群发生的5次地震按照1次事件计算，2013-01～2019-12期间也发生了6次地震，远超前4个活动期平静期内的地震实际发生数量(图2)。

图2 中国东北地区地震活动周期及M-t图Fig.2 Seismicity cycle and M-t chart of northeast China

第5活动期的代表地震是2003年内蒙古巴林左旗5.9级和2004年东乌珠穆沁旗5.9级地震，与第3活动期类似，最大地震均未超过6.0级，截至2019年，第5活动期已发生17次地震。就发生地震的次数来看，第5活动期是最多的，前4个活动期的地震发生数分别是9次、8次、9次、8次，这也是中国东北地区浅源地震第5个活动期的特殊性之一。根据活动期的统计原则，2013-10～11的吉林前郭5.8级震群距离2018-05松原5.7级地震的时间间隔未超过5 a，仍应统计为第5活动期内的地震，若前4个活动期的统计规律仍将延续，2019-05吉林松原5.1级地震后，中国东北地区将进入超过5 a的平静(图2)。第5活动期出现地震围空、条带等地震活动有序分布图像，此种现象是第1～4活动期从未有过的，这也是中国东北地区第5活动期的特殊性之一[2,14]。

1900年以来，中国东北地区共计发生42次6级以上深源地震，可以划分为5个活动期，第5活动期的峰值时间约在1999年前后，与前4个活动期类比，第5活动期仍然具有持续时间长、地震发生次数多的特点。对比中国东北地区深源地震、浅源地震周期的相位差可以看出，深源地震的周期略提前于浅源地震的周期,也就是说,每个周期，深源地震的发生时间略早于浅源地震的发生时间,这一结果与深源地震和浅源地震分期以及实际的分析结果相吻合[2]。按照前4个活动期深源地震的统计规律，从2016-01黑龙江牡丹江6.4级地震后，中国东北地区深源地震将进入超过5 a的平静期，或将进入第6活动期(图2)。

3 地震活动的空间迁移特征

以大兴安岭东缘与松辽盆地的西界为分界线，大兴安岭与松辽盆地的中强地震具有迁移回跳的活动特征，基本活动特点是：大兴安岭发生一组地震，下一组地震将越过大兴安岭与松辽盆地的分界线迁移回跳到松辽盆地，之后的一组地震又将迁移回跳到大兴安岭。1900年以来，这种活动规律一共经历了5个轮回，但每个轮回的地震次数、经历的时间不完全相同。前3个迁移轮回，从大兴安岭至松辽盆地迁移的时间较短，为1～6 a，最长未超过6 a，而从松辽盆地向大兴安岭迁移的时间较长，为13～14 a(图3)。第1个轮回为1923～1942年，第2个轮回为1956～1966年，第3个轮回为1980～1986年。1999年中国东北地区浅源地震进入第5个活动期，第5个活动期具有明显的特殊性，大兴安岭与松辽盆地的迁移回跳也同时进入第4个轮回和第5个轮回。第4个轮回的时间为2003～2006年，第5个轮回的时间为2008～2019年，与第5活动期类似，第4和第5个轮回也表现出某种特殊性。首先，从大兴安岭至松辽盆地的迁移时间以及回跳时间进一步缩短，分别不到1 a和2 a，与前3个迁移轮回相比，具有迁移回跳时间短的特殊性(图3)。

2008～2019年最新的一组地震均发生在松辽盆地，按照前几个轮回的迁移回跳规律，未来一段时间中强地震将向大兴安岭迁移回跳，若仍将继承第4和第5个迁移轮回的特点，未来向大兴安岭迁移的时间可能不会超过2 a；若综合考虑中国东北地区第5活动期的周期特征，未来松辽盆地向大兴安岭迁移的时间可能会相应延长(图3)。

图3 大兴安岭与松辽盆地地震的迁移回跳Fig.3 Migration rebound of earthquake in Daxingan mountains and Songliao basin

4 地震活动成对性特征

一次中强地震发生后,在距离这次地震一定的空间范围内将再次发生一次强度相当的地震,时间和距离分别不超过3.1 a和310 km，把这2次地震称为相互关联的一对地震，或称为成对地震。统计1900～1986年松辽盆地5组10次地震，成对地震的时间间隔为5.5～36.4个月，距离间隔为12～66.4 km，震级差为0～0.2级。若将统计范围扩大至中国东北的大兴安岭地区，统计时间延长至2019年，这种活动特点同样存在。

1900年以来，中国东北地区发生57次浅源地震(统计范围不包括唐山)，除去1975年海城7.3级地震的6次5级余震，以及2013年吉林前郭震群的3次5.0～5.3级地震，符合成对发生条件的地震共计有14对28次地震，成对地震发生率约为60%，大于50%的自然发生率。成对地震分布范围主要以松辽盆地为主，其次是大兴安岭地区。有一个显著特点是，从1986年黑龙江德都5.3级、5.5级地震后，除2008-06-10内蒙古阿荣旗5.2级、2013-06-20内蒙古莫力达瓦旗5.0级地震外，其余地震均具有成对地震活动的性质。比如，1999年、2000年辽宁岫岩5.4级、5.1级地震，2018年、2019年吉林松原5.7级、5.1级地震，若将2013-10、2013-11吉林前郭震群5.8级和5.7级2次地震按一组地震统计，共计12次地震具有成对活动性质(图4)。也就是说，随着时间推移，成对活动特点愈加显著。

统计1900年以来中国东北地区的成对地震发现，成对地震主要发生在松辽盆地和大兴安岭地区。成对地震时间间隔为0.1～37.0月，距离间隔为0～309.0 km,震级差为0～0.7级，发生区域主要以松辽盆地为主，占全部成对地震的71%；另外一个主要区域是大兴安岭地区，占全部成对地震的29%。1900年以来，松辽盆地和大兴安岭地区共计发生27次5.0级以上地震，其中24次地震具有成对活动性质，仅1956年、2008年、2013年3次地震为非成对地震，成对地震发生率约为89%(图4、表1)。可见，在中国东北地区松辽盆地和大兴安岭，成对地震的发生具有普适性特征，这一特征可作为区域地震的预测指标，即该区域发生1次5.0级以上浅源地震后，在37个月内，在松辽盆地和大兴安岭区域、震中距不超过309 km范围内，将发生1次震级差不超过0.7级的地震，预测概率为0.89。

非成对地震主要发生在松辽盆地南缘及以南区域，区域性特点较为显著，以松辽盆地南缘为界，形成中国东北地区成对地震与非成对地震的活动分界线。松辽盆地以南区域主要以小型盆地为主，包括辉南盆地、三江盆地、兴凯盆地、东沟盆地等，伊兰-伊通断裂带、密山-敦化断裂带控制这些盆地的边界。1900年以来，该区域共发生27次地震，成对地震共发生6次(3组)，包括1916年和1917年1组、1978年1组、1999和2000年1组，非成对地震发生率约为78%(图4)。可见，该区域地震活动不具有成对活动的特点。

图4 中国东北地区成对地震的空间分布Fig.4 Spatial distribution of paired earthquakes in northeast China

表1 中国东北地区MS≥5.0地震成对活动统计

5 现今应力应变特征

基于2013～2015年和2015～2018年2期中国东北地区GPS速度场资料，结合最小二乘配置方法给出2个时段面应变参数，分析现今中国东北地区地壳运动的基本特征。2013～2015年面应变率结果显示，中国东北地区的面应变率差异分布结果非常显著，面应变率变化大的区域有2个，一个是松辽盆地东南缘，包括依兰-伊通断裂带中北段和密山-敦化断裂带中北段，这个区域也是面应变率最大的区域；另一个区域位于松辽盆地西缘，包括八里罕断裂、北票-朝阳断裂等几条北东向的断裂(图5)。

2013～2015年松辽盆地东南缘基本呈现NW-SE方向拉张、NE-SW方向挤压变化，最大面应变率中心位于依兰-伊通断裂带中北段、密山-敦化断裂带中北段，面应变率值约为(0.8～2)×10-8/a,以拉张为优势特征，松辽盆地东南缘从北向南，面应变率数值逐渐增大，拉张态势逐渐增强，拉张方向从北向南，也发生了细微的变化，由NNW-SSE逐渐过渡到NW-SE。再看松辽盆地西缘，整体呈现拉张态势，面应变率的极大值中心位于八里罕断裂、北票-朝阳断裂附近区域，面应变率值约为0.5×10-8/a,拉张特征较弱，挤压特征也不明显(图5)。

F1:依兰-伊通断裂; F2:西拉木伦断裂; F3:赤峰-开原断裂图5 中国东北地区面应变率结果Fig.5 Results of surface strain rate in northeast China

2015～2018年松辽盆地东南缘面应变率结果变化最为显著，其北部由2013～2015年的以拉张为绝对优势特征，变为拉张和挤压特征并存，拉张方向未发生明显变化；其南部仍以拉张为主，但数值较2013～2015年的变化进一步减小，变化约为0.8×10-8/a。松辽盆地西缘，则主要以拉张为主，变化不是特别明显(图5)。

整体来看，对比2013～2015年和2015～2018年中国东北地区的面应变率结果发现，变化最为显著的区域位于松辽盆地中部，2013～2015年该区域有较为均衡的拉张-挤压特征，到2015～2018年无论是拉张还是挤压数值均进一步减小，这个区域也是整个中国东北地区变化最为明显的区域(图5)。2013年松辽盆地连续发生辽宁灯塔5.1级、内蒙古科左后旗5.3级、吉林前郭5.8级(震群)等7次5.0级以上地震，之后进入相对平静时段，2018年、2019年再次发生吉林松原5.7级和5.1级地震，这2组地震也发生在中国东北地区面应变率显著变化的2个时段。

6 结 语

俯冲板块的基本特征主要是由地震震源的分布刻画，震源深度自日本海沟向中国东北大陆方向逐渐加大，依次为浅源地震区、中源地震区和深源地震区，并可清楚地看出，震源等深线与海沟轴互相平行[16]。中国东北深震是西太平洋板块自日本海沟俯冲到中国东北大陆下造成的[17]，进一步的观点还认为，中国东北深震带是西太平洋板块自日本海沟以高速度、小倾角俯冲到中国东北大陆之下造成的[18]。

中国东北地区1999年开始的第5活跃期具有非常明显的特殊性，主要表现在浅源地震第5活跃期能量释放远低于其他几个活跃期，深震和浅震的能量释放比值大、持续时间长，地震空间丛集且有震群发生，出现围空和条带状有序活动图像[14]。现在来看，2013年的7次5.0级以上地震是否是第5活跃期的结束或关门地震，还难以定论。日本大地震后，继2013年中国东北地区一轮5.0级以上地震出现新的浅源地震活跃外，2018年、2019年吉林松原再次相继发生5.7级、5.1级浅源地震。日本大地震后，中国东北深震区共发生5次5.0级以上深源地震，3次6.0级以上深源地震(2011-05、2013-04、2016-01)，最大深源地震是2013-04-05的6.5级地震，发生在中国东北深震区附近的俄罗斯境内。可见，由于日本大地震的发生，中国东北地区的地球动力学环境发生某些变化，对较为规律的中国东北地区浅源地震和深源地震的韵律性特征产生一定影响。1999年开始的第5活动期已经结束，或是进入第5、6活动期之间的间歇平静期，或是仍将持续一段时间，还需时间的验证。

中国东北地区的构造差异较大，地势由北部的大兴安岭岭脊逐步过渡到松辽盆地，同时大兴安岭也是中国大陆东部最大的一条重力异常梯度带。大兴安岭地震与松辽盆地地震的5组迁移对跳，第1组迁移跨越第1活动期和第2活动期，第2组迁移发生在第3活动期，第3组迁移发生在第4活动期，第4组和第5组迁移均发生在第5活动期，时间间隔没有明显特征。有一个特点是第4组迁移和第5组迁移时间间隔较接近，与前3组迁移差异较大。

以松辽盆地南缘为界，形成中国东北地区成对地震与非成对地震活动的分界线。1900年以来中国东北地区的成对地震主要发生在松辽盆地和大兴安岭地区，统计发现，成对地震时间间隔为0.1～37.0个月，距离间隔最大为309.0 km，震级差最大为0.7级。松辽盆地和大兴安岭地区共发生27次5.0级以上地震，其中24次地震具有成对活动性质，仅1956年、2008年、2013年3次地震为非成对地震，成对地震发生率约为89%。成对地震中，发生在松辽盆地的占71%，发生在大兴安岭地区的占29%。非成对地震主要发生在松辽盆地南缘及以南区域。1900年以来该区域共发生27次地震，成对地震共发生6次(3组)，包括1916年和1917年1组、1978年1组、1999和2000年1组，非成对地震发生率约为78%。成对地震活动规律在松辽盆地和大兴安岭地区具有普适性特征，可以作为该地区5.0级以上地震的预测指标，也就是说，该地区发生1次5.0级以上地震后，在0.1～37.0个月、309.0 km范围内，大兴安岭或松辽盆地还会发生1次震级差在0～0.7级范围内的地震，其预测概率可能为0.89。

2011年日本发生MW9.0大地震，扣除日本大地震引起的松弛变形，中国东北地区总体上面应变率仍然表现为NW-SE向的拉张和NE-SW向的挤压趋势，面应变率最大值仍然位于依兰-伊通断裂和敦化-密山断裂南端[19]。对比2013～2015年和2015～2018年中国东北地区的面应变率结果可见，变化最为显著的区域位于松辽盆地中部，这个区域也是整个中国东北地区变化最为明显的区域。

2013年松辽盆地连续发生辽宁灯塔5.1级、内蒙古科左后旗5.3级、吉林前郭5.8级震群等7次5.0级以上地震，之后进入相对平静时段，2018年、2019年再次发生吉林松原5.7级和5.1级地震，未来松辽盆地仍将是中国东北地区浅源地震活动的主体地区。