2023年8月6日山东平原5.5级地震震源参数初步分析

张雅茜 戴丹青 杨志高 席楠 张建勇 韩光洁 徐泰然 邓文泽 孙丽

中国地震台网中心, 北京 100045

0 引言

据中国地震台网正式测定,北京时间8月6日2时33分山东德州市平原县(37.16°N,116.34°E)发生5.5级地震,震源深度10km。本次地震震中距平原县8km,距德州市31km、距济南市82km,震中5km范围内平均海拔约26m。震中附近人口密度较大,5km范围内人口约1.9万人,10km范围内人口约25万人,20km范围内人口约49万人①。截至8月6日16时,地震共造成24人轻伤,213处房屋及墙体受损。由于震中及附近200km范围内沉积层厚度为1～5km(Huang et al,2023),其对地震波放大作用明显,因此本次地震波及范围广,震中周边地区震感较强(张玮,2013)。

本次地震震中距林南断裂最短距离约2km,震源机制解中截面Ⅱ走向为NE向(225°/69°/-150°),断裂走向为NEE向,根据这一关系,初步推断发震断层为林南断裂(邓起东,2007)。该断裂延伸长度约25km,走向自西向东具有NEE向、近EW向至NEE向变化的趋势,断裂南倾,表现为高角度铲式正断层。林南断裂于古近纪开始活动,在孔店—沙四沉积期断层活动速率较小,至沙三—沙二沉积期活动速率达到峰值,而后活动性逐渐减弱,至第四纪停止活动(吴琼,2017)。该断裂附近分布有聊考断裂、广齐断裂等,这些断裂附近均发生过中强地震。聊考断裂附近曾发生过1937年菏泽7.0级和1983年菏泽5.9级地震,广齐断裂附近曾发生1346年高青4.8级和1620年济阳5.0级地震。刘涛涛等(2007)研究发现在高唐、齐河、临邑、平原、陵县、禹城一带存在小震围空区,认为该地区可能存在应力积累,而此次地震正好发生在该地震空区内(图1)。

图1 区域地震构造(中国地震局地质研究所吴熙彦提供)

1 地震预警与参数速报

自2018年起,中国地震局开展了地震烈度速报与预警工程建设,并于2022年底完成建设任务,现已进入收尾和验收阶段。中国地震台网中心部署的预警试运行系统已接入全国31个省市的台站数据,目前正在进行正式运行前的测试工作。山东省作为预警重点区,预警首报理论时间为4～8s。对于此次地震,预警系统于震后7.5s产出首报地震预警信息,预警震级6.0级,震级偏差0.5,震中位置偏差2km,震中50km范围内有预警台站共60个(图2),预警首报使用19个台站参与定位,8个台站参与震级的计算,最早触发的台站为烈度计台站N0022,震中距5km。中国地震台网中心自动速报系统于震后2min发布结果,震中位于山东德州市平原县(37.18°N,116.34°E),震级5.5级; 正式速报信息于震后10min发布,震中位于山东德州市平原县(37.16°N,116.34°E),震级5.5级,震源深度10km。

注: 断层数据来源于GMT绘图软件中的CN-faults。

2 应急产品产出

地震监测台网应急产品产出服务最早可追溯到2008年(邹立晔等,2018、2019),截至2023年8月中国地台网中心已完成国内外大震应急产品产出500余次。随着地震监测技术的不断发展,对于应急产品时效性与准确性的要求也逐步提高,目前中国地震台网中心已实现震后各类应急产品和图集的自动产出及汇集(戴丹青等,2021; 邓文泽等,2021; 支明等,2022; 张建勇等,2022; 梁皓等,2022; 徐泰然等,2022),包括地震参数、区域构造信息、历史地震分布、区域台站分布、震源机制、地震烈度、震源破裂过程等。山东德州市平原县5.5级地震发生后,中国地震台网中心联合中国地震局地质研究所、中国地震局地球物理研究所、中国地震局地震预测研究所和应急管理部国家自然灾害防治研究院等多家单位,于震后20min自动产出第一版图集《2023年8月6日山东平原5.5级地震应急数据产品综合图集》,随后不断更新,于8月6日10时更新为最终版本。各类应急产品为震后趋势判定、应急救援工作和相关研究提供了第一手数据资料。应急产品可在震后较短时间给出地震的实测破坏分布,争取黄金救援时间,服务领导指挥决策、救灾力量派遣和次生灾害预警等,最大限度地减少人民的生命财产损失。目前,应急产品的时效性有了较大提升,但精准度还有进步空间,例如,在震源参数的计算中可使用更为精细的三维速度模型。

2.1 历史地震分布

平原5.5级地震发生在林南断层附近,为一次走滑型为主的地震事件。震中500km范围内共有239个测震台站,距震中最近的测震台为德州台,震中距为28km(图3)。根据1970年以来历史地震统计,震中50km范围内发生过3.0级及以上地震2次,最大地震为本次地震; 震中100km范围内发生过3.0级及以上地震8次,最大地震为本次地震; 震中200km范围内发生过3.0级及以上地震145次,5.0级及以上地震4次,最大为1981年11月9日河北隆尧东5.8级地震,距本次地震震中约124km。另外据统计,距离此次地震时间最近、震级最大的4.0级以上地震是2020年2月18日山东济南市长清区4.1级地震,震中距81km。

震中台站数统计

2.2 震源机制解

目前,中国地震台网中心运行2套矩张量自动反演系统,分别为应用于国内中强地震(M≥4.0)的区域全波形反演方法(Herrmann,2013)和应用于国内外强震(M≥6.0)的W-phase方法(Kanamori et al,2008)。本次地震的震源机制解基于全波形反演方法产出(图4),震源机制解显示平原地震为一次走滑型为主的事件,矩震级为MW5.5,矩心深度约11km,断层节面I的走向、倾角和滑动角分别为123°、62°、-24°,断层节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为225°、80°、-150°。本文还收集了中国地震局及不同国际机构关于本次地震的震源机制解反演结果,各机构震源机制解结果基本一致(表1)。除美国地质调查局(USGS)外,各机构反演得到的各节面的差异较小,其中走向差异约为5°,倾角和滑动角差异约在10°～25°之间,这些差异可能是由于各机构使用的数据资料和方法并不完全相同造成的。

表1 不同机构产出的山东平原5.0级地震震源机制解

发震时刻(北京时间)经度/(°E)纬度/(°N)节面Ⅰ/(°)节面Ⅱ/(°)矩震级质心深度/km走向/倾角/滑动角走向/倾角/滑动角2023-08-06 02:33:59116.3437.16123/62/-24225/69/-150MW5.511

2.3 余震精定位

截至8月7日12时,山东平原5.5级地震序列共记录到余震87个(图5),其中最大余震为8月6日3时2分发生的3.0级地震,余震主要集中分布在主震北东侧10km范围内,大致呈NEE向分布,在EW向、SN向、深度上的定位误差分别为0.91km、0.85km和1.18km。为进一步研究断层的结构形态,本文沿地震展布方向绘制重定位结果的深度剖面图(图5(b)、5(c)),从图中可以看出震源深度集中在10～25km之间。

注: 截止2023年8月7日12时0分,重定位后得到了87个余震的位置。余震主要呈NEE向分布,震源深度集中在10～25km。

2.4 震源破裂过程

中国地震台网中心利用迭代反褶积和叠加(Iterative Deconvolution and Stacking,IDS)方法(郑绪君等,2018;Zhang et al,2014; 戴丹青,2023),使用近场强震动台站数据反演平原5.5级地震的破裂过程(图6)。本次反演共使用震中距80km范围内的15个强震台站的三分量加速度记录,断层参数基于中国地震台网中心反演的节面(225°/69°/-150°),震中位置参照正式速报结果,震源深度设为15km。最终反演得到的矩震级为MW5.8,整个地震能量释放较为集中,破裂过程持续约8s。此次地震在水平方向上以单侧破裂为主,主要以震中为起始点向NE向破裂,破裂长度约为8km。其中最大滑移量为0.025m,位于破裂初始点NE方向5.7km,深度约为13km。在深度方向上,破裂主要集中在10～30km之间。

图6 山东平原5.5级地震震源破裂过程

2.5 地震动强度分布

中国地震台网中心烈度速报系统实时接收台站的波形记录并进行数据处理,计算台站地震动参数,同时,利用实测地震仪器烈度,结合震源参数与区域构造快速判断地震破裂断层方向和破裂分布,并对衰减关系进行修正,评估地震烈度分布,产出地震烈度速报结果。山东平原5.5级地震后,烈度速报系统在震后5min产出仪器地震烈度图(图7),并在震后2h内持续更新,综合余震分布、震源机制等结果对推测地震烈度、峰值加速度进行修正(图8、图9)。

图7 山东平原5.5级地震仪器烈度分布图

图8 山东平原5.5级地震推测烈度分布图

图9 山东平原5.5级地震峰值加速度分布图

地震发生后2h内,中国地震台网中心收集强震动数据与烈度计数据共计1333组,震中距50km范围内有62个台站,震中距100km范围内有271个台站,其中震中距最近的台站为位于平原县思城镇的烈度计台站N0022,震中距为5km。地震仪器烈度达到7.0级及以上的台站共12个,仪器烈度最高的台站P0028(烈度计台)位于梁村镇(图10),震中距为24km,仪器烈度达到8.0级。台站峰值加速度达到200gal以上的台站共10个,峰值加速度最大的台站为距震中最近的N0022台,峰值加速度为618.9gal。根据GB50011—2010《建筑抗震设计规范》的要求(中华人民共和国住房和城乡建设部等,2010),德州市的抗震设防烈度为Ⅵ度,设计基本地震加速度值为0.05g。从推测烈度分布图可以看出,本次地震推测烈度最高达到Ⅷ度,涉及平原县的12个乡镇街道、武城县的武城镇、郝王庄镇及德州市德城区的黄河涯镇,面积约528km2;Ⅶ度区涉及夏庄镇、苏留庄镇、四女寺镇、于集乡、临齐街道等40个乡镇街道,涉及范围较广,面积约1694km2。根据台站数据记录,多个台站峰值加速度高于该区域抗震设防标准,表明此次地震可能造成震中附近房屋损坏、道路破坏。据新华社消息,截至8月6日16时平原5.5级地震共造成24人轻伤,213处房屋及墙体受损,震区水、电、通信等基础设施已恢复正常。

图10 烈度计台站P0028三分量记录

3 结语

2023年8月6日山东平原5.5级地震发生后,中国地震台网中心快速、准确地完成了主震和余震的参数测定,并联合多家单位完成震后应急产品产出,为震后应急救援、震情分析等工作提供资料和参考。综合各类应急产品,并结合区域地震构造、震源机制解等结果,初步得到以下结论:

(1)本次地震为发生在华北平原林南断裂上的走滑型地震事件,破裂方向为NE-SW向,主要为单侧破裂,破裂长度约8km,在深度方向上破裂集中在10～30km。余震展布呈NEE向,与破裂过程方向和林南断裂延伸方向较为一致。

(2)烈度速报结果显示,此次地震极震区推测烈度达Ⅷ度,区域面积约528km2,Ⅶ度区面积约1694km2。根据台站数据记录,多个台站峰值加速度高于该区域抗震设防标准,此次地震造成震中附近部分房屋受损。

致谢：中国地震台网中心预警速报部应急产品产出服务工作组提供了丰富的数据产品,中国地震局地质研究所、中国地震局地球物理研究所提供了丰富的图件和应急资料,在此一并表示感谢。