薛艷 曾憲偉 劉桂萍 蔡宏雷

1）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京市西城區(qū)三里河南橫街5號(hào) 100045

2）寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

3）吉林省地震局，長(zhǎng)春 132000

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定（http：//10.5.202.22/bianmu/validate.jsp），2013年 10月 31日11：00吉林前郭發(fā)生MS5.5地震（震中 44.6°N、124.2°E，震源深度 8km），近 7min后再次發(fā)生MS5.0地震，11月22～23日該序列又發(fā)生 3次 5級(jí)地震，震級(jí)最大的為 11月 23日06：00MS5.8地震。根據(jù)地震序列類型的判定依據(jù)可知（蔣海昆等，2007），本次前郭地震為典型的震群型事件，又稱多震型地震（蔣海昆等，2007）。統(tǒng)計(jì)1970年以來(lái)中國(guó)大陸發(fā)生的5級(jí)以上多震型地震后發(fā)現(xiàn)，事件開(kāi)始后2小時(shí)內(nèi)接連發(fā)生2次強(qiáng)震的有24次，其中22次事件沒(méi)有發(fā)生后續(xù)強(qiáng)震（吳開(kāi)統(tǒng)等，1990；蔣海昆等，2007），僅有2個(gè)特例，即1997年新疆伽師6.4級(jí)震群和本次前郭MS5.8震群。此外，對(duì)于1個(gè)5級(jí)多震群，前郭地震序列包含的5級(jí)地震數(shù)量之多、發(fā)震時(shí)間之集中在東部地區(qū)近百年來(lái)都非常少見(jiàn)。

在地震序列研究中，我國(guó)學(xué)者取得了豐碩的成果。焦遠(yuǎn)碧（1998）系統(tǒng)研究了中國(guó)大陸5級(jí)以上地震序列的b值，結(jié)果表明，地震序列的b值與主震震級(jí)和序列類型有關(guān)。在類型相同的情況下，主震震級(jí)越大，序列b值越高；在主震震級(jí)相近的序列中，孤立型序列b值最小，主余型和雙震型b值居中且差別不大，多震型b值在6、7級(jí)地震序列中都是最大的。而蔣海昆等（2007）系統(tǒng)研究了161次序列，結(jié)果顯示，b值與主震震級(jí)有關(guān)，震級(jí)越大，b值越大；不同序列類型間b值的差異不大。劉蒲雄（1992）研究認(rèn)為，雙震型序列（多震型的一種）是2組相關(guān)聯(lián)斷層相繼活動(dòng)的結(jié)果，2次主震有明顯不同的斷層面解，它們的較大余震斷層面解分別相似于2次主震的斷層面解。而震群型地震也可能涉及2組或多組斷層的活動(dòng)（張竹琪等，2008；張四昌等，1994）。

前郭震群發(fā)生后，韓立波反演了前郭地震序列中主要事件的震源機(jī)制解（http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/267992.shtm），結(jié)果顯示既有逆沖型地震，又有走滑型地震。王未來(lái)①給出的2013年10月31日～11月23日地震序列的精定位結(jié)果顯示，該序列發(fā)生在NE向的扶余-肇東斷裂附近，余震密集區(qū)還顯示出一定的NWW向分布的跡象，5次5級(jí)地震的震源較淺，特別是11月23日MS5.8地震震源深度小于5km，其余幾次5級(jí)地震震源深度為 5～8km。此外，劉莎等（2014）利用2013年11月1～24日前郭地區(qū)流動(dòng)臺(tái)記錄的地震波形資料，探討了震源區(qū)附近地震各向異性特征。

雖然關(guān)于前郭震群前人已經(jīng)取得了一些研究成果，但仍有很多問(wèn)題需要研究，如王未來(lái)①王未來(lái)，2013，私人交流僅對(duì)不足1個(gè)月的地震序列進(jìn)行了重新定位，其后該序列又發(fā)生了多次地震，這些地震的精定位結(jié)果如何？該震群的發(fā)震構(gòu)造怎樣？此外，本次震群序列5級(jí)地震數(shù)量多，起伏活動(dòng)顯著，故有必要對(duì)序列特征，特別是早期序列特征進(jìn)行深入研究，以期為地震序列的早期趨勢(shì)判定積累震例。為此，本文首先使用Hypoinverse-2000（以下簡(jiǎn)稱 Hypo2000）絕對(duì)定位法對(duì)前郭MS5.8地震序列（2013年10月31日～2014年4月30日）進(jìn)行重新定位，再將絕對(duì)定位的結(jié)果作為初始值進(jìn)行雙差定位；然后結(jié)合震源機(jī)制解和區(qū)域構(gòu)造背景探討該地震的發(fā)生機(jī)制；最后使用吉林區(qū)域臺(tái)網(wǎng)提供的地震目錄（http：//10.5.202.22/bianmu/validate.jsp）分析該序列的活動(dòng)特征，為序列研究積累資料。

1 定位方法簡(jiǎn)介

1.1 Hypo2000方法

地震定位包括絕對(duì)定位和相對(duì)定位等2種方法。其中絕對(duì)定位法是在給定的地下速度模型的基礎(chǔ)上，計(jì)算假定地震位置的理論地震到時(shí)和觀測(cè)地震到時(shí)的偏差，通過(guò)迭代等手段搜索理論值和觀測(cè)值的最小偏差來(lái)確定地震的位置。Hypo2000定位方法采用傳統(tǒng)的Geiger方法（Geiger，1912）的基本思路，即將走時(shí)T在初值（x，y，z）附近作泰勒展開(kāi)，取 1級(jí)近似，則為

式（1）中，T為實(shí)際走時(shí)，是相應(yīng)于（x，y，z）附近一點(diǎn)（x′，y′，z′）的走時(shí)。在此基礎(chǔ)上建立觀測(cè)方程組，然后求解該方程組。算法上，即先將觀測(cè)方程組降維，不化成正規(guī)方程組，直接用奇異值分解最小二乘法方程組，在實(shí)際計(jì)算中采用多種數(shù)據(jù)加權(quán)（Klein，2007）。

1.2 雙差定位方法

雙差定位法（Waldhauser et al，2000、2002）是一種相對(duì)定位方法，可以給出地震的相對(duì)位置特征，以描述發(fā)震斷層的特性。目前，該方法在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并在幾次重大地震序列重新定位工作中發(fā)揮了重要作用（黃媛等，2008；王未來(lái)等，2012、2014；房立華等，2013；易桂喜等，2015）。雙差定位方法通過(guò)對(duì)一定空間范圍內(nèi)的地震事件兩兩組對(duì)，根據(jù)組對(duì)事件之間震相到時(shí)差來(lái)獲得事件對(duì)的相對(duì)空間分布，其基本方程（Waldhauser et al，2000、2002）為

式中，tik和Δtjk分別對(duì)應(yīng)地震i、j到臺(tái)站k的到時(shí)（走時(shí)）殘差；Xi和Xj分別為2個(gè)震源的位置矢量；Sik和Sjk為2個(gè)震源位置到臺(tái)站k的地震射線的慢度矢量；εik和εjk分別為地震在臺(tái)站的到時(shí)拾取誤差。雙差定位法不僅同主事件法一樣能有效地減少由于地殼結(jié)構(gòu)不夠精細(xì)而引起的誤差，而且適用于叢集地震的空間跨度較大的情況。

2 資料處理與結(jié)果分析

2.1 速度模型

前郭MS5.8震群發(fā)生在松遼盆地內(nèi)部。松遼盆地位于郯廬斷裂帶的西部，地跨東北3省及部分內(nèi)蒙古自治區(qū)。在地質(zhì)上，松遼盆地西部及北部是大興安嶺-內(nèi)蒙海西褶皺帶，東北部和東部為黑龍江、吉林海西褶皺，南部以EW向斷層與內(nèi)蒙古地軸相隔，依蘭-伊通斷裂帶從其東邊界通過(guò)（王連君，2003；云金表等，2003）。松遼盆地地殼厚度30～37km（劉殿秘等，2007）。張風(fēng)雪等（2013）研究了中國(guó)東北地區(qū)遠(yuǎn)震P波走時(shí)層析成像，結(jié)果表明，松遼盆地呈現(xiàn)以高速異常為主、高低速異?；旌戏植嫉奶匦浴⒖紕⒌蠲氐龋?007）提供的滿洲里-綏芬河二維速度剖面和劉洋等（2008）給出的松遼盆地南部人工地震測(cè)線速度剖面，可以確定本文定位使用的二維速度模型（表1）。

2.2 臺(tái)站及資料

本文資料來(lái)源于吉林地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站和流動(dòng)臺(tái)站記錄到的震相報(bào)告（http：//10.5.202.22/bianmu/validate.jsp），臺(tái)站分布及前郭MS5.8地震震中分布見(jiàn)圖1。

為保證結(jié)果的可靠性和精度，對(duì)可定位地震事件進(jìn)行篩選，要求每個(gè)被選事件必須保證至少有4個(gè)臺(tái)站記錄的8個(gè)有效震相到時(shí)數(shù)據(jù)。因了解到極少數(shù)臺(tái)站（如SYZT臺(tái)）存在GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)不準(zhǔn)的問(wèn)題，故在定位過(guò)程中不采用該臺(tái)站的數(shù)據(jù)。此外，本文還對(duì)初至信噪比較低的地震逐一進(jìn)行了Pg、Sg震相重新識(shí)別。

2.3 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)前郭MS5.8地震序列（2013年10月31日～2014年4月30日）進(jìn)行重新定位，共得到83次地震事件。

表1 P波速度模型

圖1 測(cè)震臺(tái)站（固定臺(tái)與流動(dòng)臺(tái)）和前郭M S 5.8地震震中分布

雙差定位結(jié)果顯示，水平誤差為 100～800m（圖2）。定位前，序列的震源深度為 0～10km（圖3（a））；定位后，序列的震源深度為 0～20km，其中絕大部分地震為 0～15km（圖3（b））。其中，5次5級(jí)地震的深度分別為10、5、9、7和 10km；序列中所有 4級(jí)地震和絕大多數(shù)3級(jí)地震震源深度為5～13km，其中66%的3級(jí)以上地震震源深度為8～15km。

圖2 重新定位的水平誤差分布

圖3 前郭 M S 5.8地震序列重新定位前（a）、后（b）震源深度分布

重新定位后，1級(jí)以上地震構(gòu)成的余震區(qū)呈NW向分布，長(zhǎng)軸約11km，寬約6km。余震區(qū)的西北端地震數(shù)量較少，震級(jí)也比較小。3級(jí)以上余震大體呈近EW向分布。NE走向的扶余-肇東斷裂穿過(guò)余震區(qū)，但與余震區(qū)的走向不一致（圖4（a））。從震源深度剖面看（圖4（b）、4（c）），NW走向的節(jié)面（即 AA′剖面）向西南傾，而 BB′剖面也反映出余震區(qū)南部的地震震源較深，而北部的較淺。分析認(rèn)為，該序列的發(fā)震構(gòu)造可能為NW走向的隱伏斷裂。

圖4 重新定位后的震中分布（a）與 AA′（b）、BB′（c）震源深度剖面

前郭地區(qū)位于松遼盆地中部。松遼盆地產(chǎn)生于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，從晚侏羅世到新生代，盆地經(jīng)歷了裂谷型斷陷、大型拗陷和萎縮上升等階段，是一個(gè)大型中新生代陸相沉積盆地（胡望水等，2005）。全新世以來(lái)，盆地內(nèi)的江河流向與湖沼分布都受到了NW向構(gòu)造線性體的控制，這些線性體時(shí)隱時(shí)現(xiàn)地切過(guò)了大慶長(zhǎng)垣表層第四系。在扶余衛(wèi)星圖像上，不僅可以看到乾安周緣大大小小星羅棋布的湖泡呈NW向串珠狀排列，還可以看到靠近農(nóng)安附近呈NW向展布的波羅泡群及其一帶的全新統(tǒng)（Q4）沉積，切割并覆蓋了盆地東南隆起區(qū)中的NE向構(gòu)造群，可見(jiàn)其形成時(shí)間最晚（祁林等，1992）。

在本次前郭MS5.8震群震中區(qū)附近，發(fā)育著NW走向的通榆-長(zhǎng)春隱伏斷裂，該斷裂切過(guò)莫霍面，是控制中央凹陷帶南部長(zhǎng)嶺凹陷的2個(gè)次級(jí)凹陷（即乾安次凹陷和黑帝廟次凹陷）的分界斷裂。NNE向大安-都德斷裂從吉林省的大安一帶向北到黑龍江省的都德一帶，主要活動(dòng)時(shí)期為中侏羅世到白堊紀(jì)及晚更新世末期，全新世以來(lái)也表現(xiàn)出較強(qiáng)的活動(dòng)性。2005年7月25日黑龍江林甸5.1級(jí)地震與該斷裂的活動(dòng)有關(guān)。2006年3月31日乾安-前郭5.0級(jí)地震則發(fā)生在這2條斷裂的交匯部位（盤曉東等，2007）。

結(jié)合精定位結(jié)果與區(qū)域構(gòu)造，本文推測(cè)前郭MS5.8震群可能與NW走向的通榆-長(zhǎng)春隱伏斷裂活動(dòng)有關(guān)。此外，中國(guó)地震局地球物理研究所韓立波利用波形擬合方法給出了震源機(jī)制解（http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/267992.shtm），即序列首發(fā)5.5級(jí)地震的震源機(jī)制解為：節(jié)面 I（走向 330°，傾角 60°，滑動(dòng)角 50°），節(jié)面Ⅱ（走向 209°，傾角 48°，滑動(dòng)角 138°），如果以本文NW向的余震區(qū)分布作為參考，則主破裂面為節(jié)面I，具有一定的逆沖分量，即西南盤向東北向走滑并兼仰沖。這與已有的該區(qū)域全新世NW向新構(gòu)造處于隆起狀態(tài)的結(jié)論相吻合（祁林等，1992）。

3 地震序列活動(dòng)特征

3.1 序列時(shí)間分布

吉林區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)提供的地震序列目錄為MS震級(jí)標(biāo)度。圖5為前郭地震序列震級(jí)-頻度、M-t圖。由圖5（a）可以看出，頻度隨震級(jí)的分布基本符合正態(tài)分布，峰值震級(jí)為MS0.4，即該序列0.4級(jí)以上地震基本完整。由圖5可見(jiàn)，該序列活動(dòng)主要集中在主震后1.5個(gè)月內(nèi)，大致可以分為3個(gè)起伏活動(dòng)階段：第1階段為2013年10月31日～11月11日，第2階段為11月17日～12月1日，第3階段為12月2～13日。

在第1階段，序列的第1個(gè)地震（10月31日11時(shí)03分35秒5.5級(jí)地震）發(fā)生后不足7min發(fā)生5.0級(jí)地震，其后又發(fā)生4次4級(jí)地震，6次3級(jí)地震，3次2級(jí)地震，最大震級(jí)4.5級(jí)。顯然，3級(jí)以上地震，特別是4級(jí)地震明顯偏多。此外，余震強(qiáng)度衰減不明顯，維持在4.0～4.5級(jí)水平。

11月11日15時(shí)～17日08時(shí)序列1級(jí)以上地震平靜近6天（圖5（b）），同時(shí)1級(jí)以下地震也很少（圖5（c）），之后序列活動(dòng)開(kāi)始增強(qiáng)。17日09時(shí)發(fā)生1.8級(jí)地震，開(kāi)始進(jìn)入第2階段。19日發(fā)生3.4級(jí)地震，同時(shí)小震也開(kāi)始增多，22日發(fā)生5.3級(jí)地震，23日發(fā)生5.8級(jí)序列最大地震，之后強(qiáng)度逐漸下降。

第3階段，即12月2日開(kāi)始序列再次出現(xiàn)增強(qiáng)活動(dòng)，2日發(fā)生2次1.1級(jí)地震，3日發(fā)生1.4級(jí)地震，4日發(fā)生2.0級(jí)地震，之后1級(jí)以上地震平靜3天多時(shí)間，7日15時(shí)后序列開(kāi)始活動(dòng)，發(fā)生1.5、3.1級(jí)地震，在此背景上發(fā)生了8日的4.3級(jí)地震。可見(jiàn)，在11月23日和12月8日2組起伏增強(qiáng)活動(dòng)前，序列表現(xiàn)出平靜-增強(qiáng)-發(fā)震與增強(qiáng)-平靜-再增強(qiáng)-發(fā)震的特點(diǎn)。

3.2 震級(jí)-頻度關(guān)系與序列衰減

Gutenberg等（1944）提出的G-R關(guān)系lgN（M）＝a-bM是對(duì)于余震序列強(qiáng)度分布特征的最好描述。式中N是震級(jí)為M的地震次數(shù)；a和b為統(tǒng)計(jì)系數(shù)，分別反映地震活動(dòng)水平和強(qiáng)度分布特征。此外，修正的大森公式（Utsu，1957、1961）n(t)＝K（t＋c）-p中的p值是對(duì)序列頻次隨時(shí)間衰減的定量描述。

作序列開(kāi)始2013年10月31日～11月21日G-R關(guān)系圖（圖6（a）），取最低震級(jí)0.4級(jí)，利用最小二乘法計(jì)算b值。由圖6（a）可見(jiàn)，與以往絕大多數(shù)序列不同，該序列可以分2個(gè)震級(jí)段分別擬合2條直線，其一震級(jí)為0.4～2.0級(jí)，b值為0.56，相關(guān)系數(shù)為-0.996；其二震級(jí)為3.0～5.0級(jí)，b值為0.40，相關(guān)系數(shù)為-0.991。擬合峰值震級(jí)右側(cè)所有震級(jí)段，b值為0.36，相關(guān)系數(shù)為-0.97。序列開(kāi)始至 12月 7日（圖6（b））的G-R關(guān)系圖顯示，與圖6（a）相同，仍具有分段擬合特征。其中，低震級(jí)段（0.4～2.0級(jí)）b值為0.65，相關(guān)系數(shù)-0.997；高震級(jí)段（3.0級(jí)以上）b值為0.42，相關(guān)系數(shù)為-0.988。擬合峰值震級(jí)右側(cè)所有震級(jí)段，b值為0.37，相關(guān)系數(shù)為-0.97。序列開(kāi)始至12月31日的G-R關(guān)系圖顯示（圖6（c）），3級(jí)以上與3級(jí)以下地震依然不成比例，其中低震級(jí)段b值為 0.67，相關(guān)系數(shù)-0.998；高震級(jí)段b值為0.44，相關(guān)系數(shù)為-0.992。如果將整個(gè)序列擬合成 1條直線，則b值為 0.38，相關(guān)系數(shù)為-0.98（圖 6（d））。

圖5 前郭地震序列震級(jí)-頻度（a）及2級(jí)以上（b）、1級(jí)以上（c）地震活動(dòng) M-t圖

吉林地震臺(tái)網(wǎng)提供的序列目錄顯示，3級(jí)以上與3級(jí)以下地震不成比例，G-R關(guān)系呈2個(gè)線性段的特點(diǎn)。值得注意的是，震級(jí)的測(cè)定會(huì)影響G-R關(guān)系的擬合結(jié)果。為此，使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的月報(bào)目錄（http：//10.5.202.22/bianmu/validate.jsp）再作G-R關(guān)系圖，并用最小二乘法計(jì)算b值（圖7）。由圖7可見(jiàn)，在MS5.8地震發(fā)生前（2013年10月31日～11月21日），G-R關(guān)系圖也顯示出高震級(jí)段與低震級(jí)段地震不成比例的特點(diǎn)，即呈2個(gè)線性段（圖 7（a））；MS5.8地震后，這種現(xiàn)象有所減弱（圖 7（b）、7（c））。綜合 2套目錄的結(jié)果認(rèn)為，在序列早期（MS5.8地震前）2個(gè)線性關(guān)系段的存在是本次震群序列的主要特點(diǎn)。從較長(zhǎng)時(shí)段看，與低震級(jí)段相比，序列4級(jí)以上地震明顯偏多。此外，2套目錄結(jié)果均顯示，在震后不同時(shí)段序列b值都非常低，為0.36～0.40。遠(yuǎn)低于中國(guó)大陸及各區(qū)中強(qiáng)地震序列b值的平均值（蔣海昆等，2007）。

圖6 使用吉林地震臺(tái)網(wǎng)目錄的序列不同階段G-R關(guān)系

在大森余震衰減定律（Omori，1894a、1894b）的基礎(chǔ)上，劉正榮（1984）在研究有前震的地震的預(yù)測(cè)問(wèn)題時(shí)，給出計(jì)算地震頻度衰減系數(shù)h值的方法，并據(jù)此進(jìn)行序列類型判定。當(dāng)h≤1.0時(shí)，地震序列為前震序列；當(dāng)h＞1時(shí)，地震序列一般為余震序列，可以預(yù)測(cè)強(qiáng)余震。使用吉林地震臺(tái)網(wǎng)給定的地震目錄，取最低震級(jí)0.4級(jí)，計(jì)算不同時(shí)段序列的h值。震后7天，h值為1.39，預(yù)測(cè)強(qiáng)余震為4.3級(jí)；震后9天，h值為1.21，預(yù)測(cè)強(qiáng)余震為4.8級(jí)；震后 23天（2013年 10月 31日～11月 22日，即MS5.8地震前），h值為 1.11，預(yù)測(cè)強(qiáng)余震為 5.0級(jí)；MS5.8地震后（11月23日～12月31日）h值為1.43，預(yù)測(cè)強(qiáng)余震為3.2級(jí)?？梢?jiàn)，在MS5.8地震前，h值預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際偏差較大，但值得注意的是，在MS5.8地震前h值有變小的趨勢(shì)，且接近1；而MS5.8地震后h值明顯增大。

取最低震級(jí)0.5級(jí)，分別計(jì)算2013年10月31日5.5級(jí)地震后15天（10月31日～11月14日）和11月23日MS5.8地震后15天（11月23日～12月7日）的衰減系數(shù)p，結(jié)果分別為0.76、1.17。可見(jiàn)，5.5級(jí)地震后的早期階段序列衰減比較慢，MS5.8地震后序列衰減相對(duì)較快。

4 小結(jié)

圖7 使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心月報(bào)的序列不同階段G-R圖

（1）精定位結(jié)果顯示，余震區(qū)呈 NW走向分布，長(zhǎng)軸約11km，短軸約6km。震源深度為5～15km，其中66%的3級(jí)以上地震震源深度為8～15km。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征認(rèn)為，該震群可能與NW走向的通榆-長(zhǎng)春隱伏斷裂活動(dòng)有關(guān)。

（2）序列共包含5級(jí)以上地震5次，均集中在主震后1個(gè)月內(nèi)發(fā)生。具有5級(jí)地震頻次高、發(fā)震時(shí)間集中的特點(diǎn)。序列主要起伏活動(dòng)可以分為3個(gè)時(shí)段：主震后10天，余震強(qiáng)度衰減不明顯；此后的2次起伏活動(dòng)，地震活動(dòng)分別表現(xiàn)為平靜-增強(qiáng)（震級(jí)爬升）-發(fā)生強(qiáng)震和增強(qiáng)（震級(jí)爬升）-平靜-再增強(qiáng)（震級(jí)爬升）-發(fā)生強(qiáng)震的特點(diǎn)。

（4）在序列早期（MS5.8地震前），序列3級(jí)以上與3級(jí)以下地震頻度不成比例，G-R關(guān)系呈現(xiàn)2個(gè)線性段的特點(diǎn)。與低震級(jí)段相比，序列4級(jí)以上地震明顯偏多。序列b值低，不同時(shí)段計(jì)算結(jié)果為0.36～0.4，遠(yuǎn)低于中國(guó)大陸及各構(gòu)造區(qū)中強(qiáng)地震序列b值的平均值（蔣海昆等，2007）。

（5）在MS5.8地震前h值有變小的趨勢(shì)，且接近1；而MS5.8地震后h值明顯增大。5.5級(jí)地震后的早期階段序列衰減比較慢，p值為0.76；MS5.8地震后序列衰減較快，p值為1.17。