磐石—伊通地區(qū)地震活動性與斷裂構(gòu)造的相關(guān)性研究

李中根，李承雪，孫旭麗

（1.磐石地震臺，吉林 磐石 132300；2.延邊地震臺，吉林 延吉 133000；3.吉林省地震局，吉林 長春 130117）

0 引言

吉林省自1972年建立地震臺網(wǎng)以來，地震監(jiān)控能力逐步提高，尤其是 “十五”期間，吉林省數(shù)字化地震臺網(wǎng)建成并投入運行后，地震監(jiān)測能力更是顯著提高，在吉林中部地區(qū)記錄到了大量的中小地震觀測資料。從吉林省地震震中分布圖可以看出，在吉林省伊通至磐石一帶，地震活動呈帶狀或叢集狀密集分布特點，空間上表現(xiàn)為NW向分布，這個區(qū)域是吉林省中小地震活動頻度較高的區(qū)域。一直以來，尚未有學(xué)者對這一現(xiàn)象進行過深入的研究，也未對此現(xiàn)象的構(gòu)造背景進行過探討。

一個地區(qū)地震活動時空分布結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)。不同的構(gòu)造環(huán)境下表現(xiàn)出不同的斷裂構(gòu)造系統(tǒng)。研究不同構(gòu)造環(huán)境下的地震活動時空分布特征，對人們認識地震活動與構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系，增加對地震危險性預(yù)測具有重要意義。地震活動受新構(gòu)造運動特別是活動斷裂的控制。地震與活動斷裂的關(guān)系是地震地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)最重要的研究內(nèi)容之一［1－4］，地震的空間分布與斷裂構(gòu)造有一定的相關(guān)性。本文通過對這一區(qū)域的地震活動性、地震空間分布特點及其與斷裂構(gòu)造空間展布的相關(guān)性進行分析，探討斷裂活動性對地震空間分布的控制作用。

1 斷裂構(gòu)造特征

根據(jù)已有的地質(zhì)資料，結(jié)合最近的研究進展，研究區(qū)內(nèi)比較重要、規(guī)模稍大的斷裂構(gòu)造有NE向伊通—舒蘭斷裂東支（F1）、敦化—密山斷裂（F4）；NW向伊通—營城子斷裂（F2－1、 F2－2）、 黑石—煙筒山斷裂（F3）（圖1）。

圖1 研究區(qū)斷裂及布格重力異常圖Fig.1 The fault and bouguer gravity anomaly map of researched area

（1）伊通—舒蘭斷裂帶（F1）

吉林省內(nèi)北東走向的主要活動斷裂。該斷裂帶縱貫吉林省，南起伊通，北至舒蘭一帶。它由兩條近乎于平行展布的東、西支斷裂組成，兩支斷裂較為平直，規(guī)模宏大，總體走向NE，長約260km左右，斷裂控制的長條形槽地寬度最窄處僅1～2km，最寬處為20～25km。在研究區(qū)內(nèi)長度約60km，是該斷裂帶東支的南段即伊通段，斷裂南起伊通縣城以南，往東北經(jīng)雙陽縣城北至一拉溪鄉(xiāng)。走向NE，傾向SE，傾角變化較大，為逆斷層性質(zhì)。根據(jù)斷裂帶斷錯地層及其覆蓋物時代和年代測試結(jié)果判斷，舒蘭—伊通斷裂東支最新活動時期為中更新世早期。

（2）NW向伊通—營城子斷裂

該斷裂在研究區(qū)內(nèi)由兩條分支斷層（F2－1、F2－2）組成，自伊通鎮(zhèn)—營城子—康大營一線展布，研究區(qū)內(nèi)長約80km。走向NW310°～330°，走向呈彎度不大的弧形條帶，在地貌上顯示一條北西至南東方向展布的水系，該斷裂為壓剪性斷裂，斷面傾向北東，傾角70°。沿斷裂帶還控制了燕山期巖體。水系對斷層活動反映很靈敏，經(jīng)常隨構(gòu)造變形而迅速調(diào)整，研究區(qū)內(nèi)存在斷錯水系現(xiàn)象，沿斷裂水系呈直線狀，局部有雁列狀排列，在伊通鎮(zhèn)附近的水系，明顯被伊舒西支斷裂影響而呈肘狀同步拐彎，該斷裂帶生成于晚古生代，中新生代有一定的活動性。

（3）NW向黑石—煙筒山斷裂（F3）

該斷裂自雙陽一帶向東南經(jīng)煙筒山—石咀—黑石一線，止于敦化—密山斷裂帶。研究區(qū)內(nèi)約75km。走向300°，傾向北東，區(qū)域上看該斷裂呈壓剪性質(zhì)。斷裂的東北側(cè)自西北向東南有雙陽盆地、煙筒山晚三疊世盆地、明城東中侏羅世盆地和石咀以東的中侏羅世盆地等；七頂子—磐石一帶燕山期花崗巖體及黑石一帶海西期巖體均沿該斷裂呈北西向展布，顯然是受該斷裂的控制。斷層呈現(xiàn)舒緩波狀，斷層兩側(cè)地層糜棱巖化和片理化，還有斷層泥，斷層角礫，構(gòu)造透鏡體十分發(fā)育，有的可見多組斜沖擦痕，表明斷裂有多次活動。該斷裂形成于古生代，中生代活動性較強，并多次活動。但未發(fā)現(xiàn)該斷裂有第四紀活動的地質(zhì)地貌現(xiàn)象。

（4）敦化—密山斷裂（F4）

敦化—密山斷裂帶分為東支及西支斷裂。斷裂總體走向北東40～50°，由兩條高角度的逆沖斷層（東支及西支）構(gòu)成，并相向?qū)_，傾角30～80°，兩條斷裂大體平行。斷裂帶控制了中、新生代斷陷盆地，沿斷裂帶有華力西期和燕山期巖漿侵入活動以及新生代多期火山噴發(fā)活動。西支斷裂主要發(fā)育在二疊紀變質(zhì)巖和華力西期花崗巖中，其規(guī)模由西南向東北逐漸減小。根據(jù)比較清晰的斷裂地貌和線性衛(wèi)星影象、破碎帶比較疏松、發(fā)育斷層泥，斷錯早更新世玄武巖但被年齡為（226.21±19.32～357±35）ka①樺甸生物電廠場地地震安全性評價報告，2011.的中更新世階地沉積物覆蓋，西支斷裂在中更新世早期有過活動，中更新世晚期以來沒有活動，為早第四紀斷裂。東支斷裂在地貌上沒有顯示出活動跡象，而且破碎帶中的壓碎巖已膠結(jié)，被新近紀玄武巖覆蓋，為前第四紀斷裂。

2 研究區(qū)布格重力異常特征

地殼深部構(gòu)造研究結(jié)果表明，區(qū)域存在著大面積的布格重力負異常及布格重力異常梯級帶（圖1）。區(qū)域布格重力場展布方向以北東、北西向為主，均表明為重力負異常特征，在寬緩圈閉的負異常背景上，存在重力異常常梯級帶。在北東方向上，小型隆起與小型盆地相對呈現(xiàn)出重力異常高值及低值的寬緩圈閉曲線，呈串珠狀排列，而北東向重力梯級帶與北東向斷裂的展布相對應(yīng)；在北西方向上，重力異常特征為北西向串珠狀排列的小型低值負異常及重力異常梯級帶相間排列，北西向斷裂的展布與重力異常梯級帶及串珠狀排列的小型低值負異常相關(guān)。重力異?？偟淖兓厔菔巧絽^(qū)呈相對低值，而小型盆地內(nèi)呈相對高值，反映區(qū)域重力異常值與地勢存在著較好的鏡向?qū)?yīng)關(guān)系。

在區(qū)域布格重力異常圖上，在伊通至雙陽一線，其北東向布格重力異常等值線被北西向異常被切割，出現(xiàn)重力異常梯級帶折向展布現(xiàn)象。研究區(qū)內(nèi)，布格重力異?？傮w表現(xiàn)為北西向走向，連續(xù)性較好，線性異常帶特征較明顯。

根據(jù)重力資料，反演計算得出區(qū)域地殼深部構(gòu)造輪廓及其厚度變化特征，區(qū)域地殼厚度大致在34～35km，地殼厚度變化不大。

3 研究區(qū)地震活動性分析

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心的地震目錄及吉林省地震臺網(wǎng)中心目錄統(tǒng)計，研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生ML≥1.0級地震86次，見圖1。 其中1.0～1.9級以下地震3次；2.0～2.9級地震69次；3.0～3.9級地震12次；4.0～4.9級地震2次，分別為1972年4月5日發(fā)生在雙陽太平鎮(zhèn)的ML4.4級和1990年10月21日發(fā)生在磐石大旺的ML4.3級地震。從研究區(qū)地震震中分布圖（圖2）上可以看出，地震呈北西向條帶狀或叢集狀分布在NW向斷裂及其與北東向斷裂的交匯部位。

圖2 研究區(qū)地震活動度及地震震中分布圖Fig.2 The seismicity and the earthquake epicenter distribution map of researched area

具體體現(xiàn)在，大量地震沿伊通—營城子NW向斷裂及NE向伊通—舒蘭斷裂（東支）附近分布，而且在這兩條附近交匯部位的伊通—雙陽一帶小震呈叢集分布。

從地震活動度分布圖（圖2）中可以看出，在F2－1、 F2－2以東、 F1以南出現(xiàn)地震活動度等值線高值區(qū)，地震分布也較密集，地震頻度也較高；而F3與F4附近區(qū)域的地震活動度等值線為低值區(qū)，地震分布也較稀疏，地震頻度較低。

地震震源深度分布的研究結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)的地震震源深度均在25km以內(nèi)，其中90%的地震震源深度在7～19km范圍（圖3），從這方面也說明了地震空間分布的不均一性，而本地區(qū)地殼厚度在34～35km，說明研究區(qū)域所發(fā)生的地震大部分屬于地殼中上層的淺源構(gòu)造地震。另外，地震也大多數(shù)分布在布格重力異常梯級帶上。

圖3 震源深度與經(jīng)度、緯度相關(guān)關(guān)系圖Fig.3 The relationship map of hypocenter depth，longitude and latitude

4 地震的空間分布與斷裂構(gòu)造的關(guān)系

地震的發(fā)生是地殼介質(zhì)脆性破裂的產(chǎn)物，斷裂的重新活動、介質(zhì)新破裂或介質(zhì)相變都可能產(chǎn)生地震，通過地震空間分布與斷裂構(gòu)造活動的關(guān)系研究，就能了解該地區(qū)的地震成因，進而為該區(qū)域的地震預(yù)測提供依據(jù)。

研究區(qū)內(nèi)地震的空間分布呈條帶狀、叢集狀分布的特點，這一北西向規(guī)模較大、活動性較強的地震條帶，是吉林省地震活動水平較高的區(qū)域，該條帶與區(qū)域伊通—營城子斷裂、伊通—舒蘭斷裂的空間展布密切相關(guān)，地震呈條帶狀分布的現(xiàn)象很可能受控于斷裂構(gòu)造的空間展布。為了更好分析這一觀點，我們統(tǒng)計出地震震中與其周圍距離最近的斷裂之間的距離，做出了距斷裂不同距離內(nèi)地震分布頻率直方圖（圖4）。 由圖4可知：

（1）F1：地震距F1斷裂距離在10km范圍內(nèi)，地震數(shù)量最多，隨著距離的增大，而逐漸減少，到了30km，地震數(shù)量明顯減少。但到了50公里后地震數(shù)量又明顯增大，之后到了80km時，地震數(shù)量才又減少。這一現(xiàn)象表明，在F1斷裂附近，地震的發(fā)生與斷裂具有明顯的相關(guān)性，地震明顯受該斷裂控制，斷裂的優(yōu)勢控制距離為20km。當(dāng)?shù)卣鹁郌1斷裂距離達到50km后，可能存在與相鄰斷裂的疊加控制作用或斷裂的相互作用，而導(dǎo)致地震數(shù)量又有明顯增大現(xiàn)象。

（2）F2－1：隨地震距F2－1斷裂的距離增大，地震數(shù)量明顯呈逐漸減少的趨勢，這一特點在研究區(qū)幾條斷裂中表現(xiàn)最為明顯，這表明，該斷裂控制地震的作用隨距離的增加而減少，規(guī)律十分明顯，同時也說明該斷裂應(yīng)該是地震構(gòu)造，但沿斷裂目前還沒有強震或破壞性地震發(fā)生，推測該斷裂的活動方式可能以蠕滑方式釋放能量，也可能是目前一直在持續(xù)之中。該斷裂對地震的最明顯控制距離在10km之內(nèi)。

（3）F2－2：隨地震距斷裂的距離的增大，地震數(shù)量總體上呈減少趨勢，與F2－1表現(xiàn)出來的特征類似，從另一個方面也說明這斷裂與F2－1同屬一條斷裂系。

（4）F3：從圖4在40km范圍內(nèi)，隨地震距斷裂的距離的增大，地震數(shù)量總體呈增加增加趨勢，從圖2可看出，該斷裂周圍地震數(shù)量也較多，沿該斷裂兩側(cè)分布。

（5）F4：該斷裂位于研究區(qū)的東南部，沿斷裂一線地震數(shù)量較少，圖4中可看出，地震數(shù)量與距離遠近沒有明顯的特征。

上述分析表明，F(xiàn)1及F2對地震發(fā)生有一定的控制作用，另外，這兩條斷裂均為早第四紀活動斷裂，隨著斷裂活動時代變新，斷裂周圍地震發(fā)生的頻率也升高，因此，研究區(qū)地震的發(fā)生與活動斷裂具有明顯的相關(guān)性，斷裂對地震的影響其優(yōu)勢距離在10～20km，這與鄔寧芬［1］等的研究結(jié)果相一致。

圖4 研究區(qū)距斷裂不同距離內(nèi)地震分布頻率直方圖Fig.4 Histograms of distribution of the distance of an earthquake to its nearest active fault

5 結(jié)論

（1）該區(qū)域斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，其展布方向主要有北東、北西向，這幾組方向的斷裂控制了該區(qū)域的地震活動。地震多發(fā)生在這些斷裂及其交匯處。布格重力異常特征研究表明，研究區(qū)存在著大面積的布格重力負異常及布格重力異常梯級帶，其展布方向與斷裂構(gòu)造走向相一致，地震也大多數(shù)分布在布格重力異常梯級帶上。

（2）地震活動性分析表明，地震震源層在7～19km位置，該區(qū)域以年平均能量釋放速率相同，表明該區(qū)域的斷裂活動可能以蠕滑方式為主，未來發(fā)生強震的可能性較低，但卻是中小地震活動性較高的地區(qū)。

（3）地震的空間分布與斷裂構(gòu)造的關(guān)系研究表明，不同震級地震與斷裂構(gòu)造存在一定的相關(guān)性，地震大多發(fā)生在斷裂的上盤，隨著斷裂活動時代變新，斷裂周圍地震發(fā)生的頻率也升高，斷裂對地震的影響優(yōu)勢距離在10～20km。

［1］鄔寧芬，周祖翼，等.GIS支持下地震與活動斷裂關(guān)系研究—以上海及鄰近海域為例［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2004，28（3）：248－253.

［2］屈春燕，葉洪，等.利用GIS分析活動斷裂與地震的相關(guān)性［J］.地震研究，2000，23（1）：72－75.

［3］張恩立，張寅生，等.郯廬斷裂帶皖東段與滁河斷裂構(gòu)造及地震活動相關(guān)性研究［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2004，24（2）：202－209.

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