太平溝斷裂的新發(fā)現(xiàn)與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關(guān)系研究1

余中元 閔 偉 韋慶海 劉玉剛 高 峰

?

太平溝斷裂的新發(fā)現(xiàn)與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關(guān)系研究1

余中元1，2）閔 偉2）韋慶海1）劉玉剛2）高 峰1）

1）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090 2）中國地震局活動構(gòu)造與火山重點實驗室，中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

黑龍江省蘿北地區(qū)是東北現(xiàn)代地震活動最為活躍的地區(qū)之一，中小地震密集成帶分布，曾于1963年發(fā)生5.8級地震，但其發(fā)震構(gòu)造一直不清楚。精定位后的震中分布圖像和震源機制解研究結(jié)果表明，現(xiàn)代地震總體呈NEE方向密集分布于黑龍江小興安嶺山前太平溝一帶，地震類型以右旋走滑為主。通過高分辨率的衛(wèi)星影像解譯結(jié)果發(fā)現(xiàn)太平溝一帶發(fā)育一條長約25km，走向約N70oE的線性異常帶。野外地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)該線性異常表現(xiàn)為斷續(xù)分布的斷裂陡坎、沖溝位錯和滑坡。陡坎走向約N65oE—N75oE，傾向SE，高約1.0—2.5m；滑坡發(fā)育有典型的弧形圈椅構(gòu)造，規(guī)模大小不等，多與斷裂陡坎伴生。綜合現(xiàn)代地震活動圖像、衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，特別是結(jié)合2013年11月和2014年2月該地區(qū)的2次小震活動及現(xiàn)代地震活動的空間圖像分布特征，研究認(rèn)為太平溝斷裂屬于依蘭-伊通斷裂帶的分支斷裂，晚第四紀(jì)期間曾經(jīng)強烈活動，具備中強地震的發(fā)震能力，可能是蘿北1963年5.8級地震的發(fā)震構(gòu)造。

依蘭-伊通斷裂帶 太平溝斷裂 蘿北5.8級地震 發(fā)震構(gòu)造

引言

蘿北位于我國黑龍江?。▓D1）與俄羅斯布拉戈維申斯克邊境交界地區(qū)，人口密度較大，貿(mào)易發(fā)達。該地區(qū)1963年6月21日發(fā)生5.8級地震。但由于該地震處于小興安嶺內(nèi)部的無人區(qū)，森林覆蓋嚴(yán)重，地震調(diào)查資料很不充分，因此發(fā)震構(gòu)造仍尚不明確（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。21世紀(jì)以來，該地區(qū)地震活動進入了一個新的活躍期（孫文斌等，2004a；2004b；2005），先后發(fā)生多次4.0級以上地震（圖2）。特別是2013年以來，本地區(qū)小震活動性顯著增強（圖2），該地區(qū)先后于2013年11月和2014年2月出現(xiàn)2次小震震群活動異常。精定位以后的震中多成帶分布于蘿北太平溝一帶，而這一帶也剛好位于1963年6月21日5.8級地震的宏觀震中所在地（郭德明等，1977；1993；2000；郭德明，1986；2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。因此，1963年6月21日蘿北5.8級地震的發(fā)震構(gòu)造研究，及其與2013年11月和2014年2月2次異常小震活動之間存在怎樣的內(nèi)在聯(lián)系，是認(rèn)識該地區(qū)的地震地質(zhì)背景和判定未來地震活動趨勢的重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題。

本文通過衛(wèi)星影像解譯在太平溝一帶發(fā)現(xiàn)長約25km的NEE線性異常，野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該線性異常對應(yīng)著斷續(xù)分布的斷層陡坎、沖溝位錯和滑坡（因主要分布在蘿北太平溝一帶，故稱其為太平溝斷裂）。論文在前人研究的基礎(chǔ)上，立足于該斷裂新活動的幾何學(xué)和運動學(xué)特征，綜合歷史地震考察、震源機制解、小震地震活動圖像、衛(wèi)星影像解譯和野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，對1963年6月21日蘿北5.8級地震的發(fā)震構(gòu)造問題進行了探討，并對其未來地震危險性進行了初步分析。

1 地質(zhì)構(gòu)造與地震背景

研究區(qū)位于黑龍江省東北部，以依蘭-伊通斷裂為界，分跨中蒙和中朝2個不同的活動地塊（張培震等，2003），分屬小興安嶺隆起、張廣才嶺隆起和三江盆地3個不同的構(gòu)造單元交接地區(qū)（圖1），構(gòu)造比較復(fù)雜。其中，小興安嶺隆起分布于研究區(qū)的西部，西與內(nèi)蒙-大興安嶺褶皺系相連，南與松遼拗陷帶相接，東與佳木斯臺隆接壤；在南部張廣才嶺一帶南與華北地臺相接，基底由晚印支期殼源重熔型二長、堿長花崗巖為主，呈近南北向展布；張廣才嶺隆起主要由佳木斯臺隆構(gòu)成，南以敦密斷裂為界與延邊槽地褶帶相鄰，東依烏蘇里槽地褶帶，西接小興安嶺-張廣才嶺槽地褶帶，向北過黑龍江延入俄羅斯境內(nèi)，基底主要由太古代和元古代的變質(zhì)巖和花崗巖組成，蓋層有下寒武統(tǒng)金銀庫組碳酸鹽巖沉積和部分侏羅紀(jì)的沉積以及下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組的煤系地層；三江盆地為中生代的斷陷盆地，晚新生代以來受依蘭-伊通斷裂活動的影響，持續(xù)下沉，接受來自小興安嶺、張廣才嶺和松花江河流的搬運作用，沉積了近200m厚的第四系。

研究區(qū)斷裂比較發(fā)育（圖2），主要分為NE和NW走向2組。其中，NE向斷裂主要由依蘭-伊通斷裂帶的北段東西2支構(gòu)成。該斷裂是劃分中蒙、中朝和燕山3個活動地塊的邊界斷裂（張培震等，2003），也是郯廬斷裂帶北段的重要分支斷裂之一（葉士忠，1989；徐嘉煒，1992）。但該地區(qū)受強烈的人工耕種改造破壞，加之植被覆蓋茂密，并受嚴(yán)重的雨水河流侵蝕作用的影響，其地震地質(zhì)研究的基礎(chǔ)資料比較缺乏?；谛l(wèi)星影像異常和探槽研究，閔偉等（2011）發(fā)現(xiàn)該斷裂通河段距今1730±40a BP以來產(chǎn)生了長約70km的地表破裂帶，相當(dāng)于發(fā)生了一次7.5級地古地震，其它段晚第四紀(jì)構(gòu)造變形強烈（疏鵬等，2014；余中元等，2014a；2014b）。研究區(qū)NW向斷裂數(shù)目較多，其規(guī)模相對較小，多與依蘭-伊通斷裂的西支相交且終止于東支（馬杏垣，1989）。受基礎(chǔ)資料和野外研究條件的限制，這些斷裂的位置多基于衛(wèi)星遙感資料確定，故在圖中使用虛線標(biāo)注（圖2）。

在如此的地質(zhì)構(gòu)造背景下，相對于東北其它地區(qū)而言，研究區(qū)總體地震活動相對比較強烈（郭德明等，2000；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006；圖2），現(xiàn)代地震頻度最大，數(shù)量最多，震級最大。自有歷史記錄以來，本地區(qū)共記錄到4.0級以上地震11次，最大的為5.8級，宏觀震中位于蘿北太平溝一帶（郭德明等，1977）?，F(xiàn)代地震多分布在小興安嶺山前的依蘭-伊通斷裂附近，特別是依蘭-伊通斷裂西支與北西向斷裂的交匯部位，地震活動表現(xiàn)出了明顯的成簇分布特征（圖2）。

2 太平溝斷裂的新發(fā)現(xiàn)、最大潛在地震及小震活動

通過高精度衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)，以黑龍江河流為界，以西為中國境內(nèi)的太平溝段，影像比較清楚；以東為俄羅斯，相對不是很清楚（圖3）。太平溝段的線性異常帶長約25km，呈N70oE展布于大興安嶺南緣山前與盆地的交接地帶，兩側(cè)色差明顯，連續(xù)性較好，其中最清楚的長約13km（見圖3中紅色箭頭標(biāo)注的位置）。野外地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些線性地貌異常主要表現(xiàn)為陡坎、滑坡和沖溝位錯，彼此相伴而生?，F(xiàn)挑選出比較有代表性的調(diào)查點進行介紹（圖4至圖9，圖3中黃框代表調(diào)查點的位置）。

線性展布是陡坎最主要的特征（圖4至圖7）。這些陡坎總體展布方向約N20oE，傾向SE，傾角約30o—40o。陡坎高度不等（圖4至圖7），兩側(cè)地貌面高差多集中在1.0—2.5m，部分陡坎高約4m。研究區(qū)地處大興安嶺山區(qū)，人煙罕至，這些陡坎不太可能是現(xiàn)代人類活動所致，應(yīng)是斷層多次活動所致。

除了陡坎以外，野外調(diào)查還發(fā)現(xiàn)了多處沖溝被右旋水平位錯的地貌特征（圖8中藍色線條表示沖溝，紅色箭頭表示斷層的通過位置）和伴生的滑坡地貌（圖9）。圖8清楚地表明，多條河谷的同級階地T1被右旋位錯約15m（注意圖中人物參考比例尺）。圖9所揭示的滑坡在野外調(diào)查中密集出現(xiàn)，呈典型的弧形圈椅構(gòu)造。滑坡體的后緣均和斷層陡坎的走向一致?；碌那熬壭逼螺^緩，土體密實，長滿植被，無松散坍塌現(xiàn)象?；麦w兩側(cè)的自然沖刷溝切割很深，大多數(shù)已經(jīng)露出基巖?；缕脚_寬大，且均被夷平，土體密實無明顯的沉陷現(xiàn)象，多生長灌木叢植被，和滑坡體后緣的喬木植被有著顯著的差別。這些現(xiàn)象表明與斷層陡坎伴生的滑坡體現(xiàn)在基本處于穩(wěn)定水平。野外分析認(rèn)為，滑坡體平行于斷層的走向，均與斷層陡坎相伴生發(fā)育，滑床方向多垂直于斷層走向，表明滑坡為斷層活動所產(chǎn)生。

綜合野外地表調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的陡坎、沖溝位錯和滑坡等地質(zhì)現(xiàn)象分析，我們認(rèn)為太平溝一帶的衛(wèi)星影像異常帶其實為一條有過古地震活動的斷裂。該斷裂活動段長度25km，可見地表破裂長度13km、地表斷錯位移1.0—2.5m。根據(jù)前人研究的東部地區(qū)走滑斷層震級估算公式推算（式（1）至式（5）），并以1倍方差來考慮結(jié)果的誤差，初步判定這次古地震的震級范圍為6.5—6.9。但是這些經(jīng)驗關(guān)系都有其合理的適用范圍，如式（5）給出的經(jīng)驗關(guān)系適用于震級M6.7—8.5、斷裂（段）長20—400km和滑動速率1—20mm/a的活動斷裂（段）的危險性評價（冉洪流，2011），這可能不太適用于低滑動速率的東北地區(qū)。因此，考慮到小興安嶺隆起上地震活動強度整體較低的特點，結(jié)合上面的綜合計算結(jié)果，將太平溝斷裂的最大潛在地震定為M6.5—6.9。

=5.34+lg+lg=5.34+lg13+lg2.5=6.8，=0.645，=0.547 （1）（鄧起東等，1992）

=4.094+1.699lg=4.094+1.699lg25=6.5，=0.9238，=0.2749 （2）（董瑞樹等，1993）

S=4.278+1.653lg=4.278+1.653lg25=6.6 （3）（張立人，1993）

=3.54+2.08lg=3.54+2.08lg25=6.5 （4）（環(huán)文林，2000）

=5.303+1.18lg=5.303+1.18lg25=6.9 （5）（冉洪流，2011）

同時，值得注意的是，2013年11月和2014年2月，該斷裂附近發(fā)生了2次小震群活動。這些小震表現(xiàn)出3個特點：一是震級分布多在S2.0左右，最大不超過3級；二是精定位后的震中分布呈現(xiàn)出線性分布或簇狀分布的特征；三是線性分布的空間位置基本與太平溝斷裂的空間展布位置相吻合。這些特征暗示太平溝斷裂可能是一條活動斷裂，和這些震群活動有著較為密切的聯(lián)系。

3 1963年黑龍江蘿北5.8級地震與太平溝斷裂的關(guān)系討論

1963年6月21日蘿北5.8級地震是研究區(qū)有記載以來的最大地震。根據(jù)地震現(xiàn)場烈度考察報告（郭德明等，1977，圖10），該地震震中烈度Ⅶ度，Ⅶ度區(qū)（極震區(qū)）長軸方向為NWW向，外圍等震線長軸為NE向。根據(jù)等震線用量板法確定其震源深度為21km?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)（郭德明等，1977，圖10），該地震極震區(qū)位于二十里河林場。震中位于小興安嶺內(nèi)部，但由于附近沒有居民點，植被覆蓋茂密，其影響范圍優(yōu)勢方向根據(jù)地表裂縫和斷層推測位置確定為NEE向。地表裂縫呈NEE向，長約200m，其影響場特征在Ⅵ度區(qū)為長軸走向NEE向的橢圓形（圖10），長軸長10.5km，短軸長3.6km，面積約18km2。Ⅴ度區(qū)等震線形態(tài)與Ⅵ度區(qū)形態(tài)不一致，雖受界河黑龍江阻隔東側(cè)未能封閉，但仍呈長軸走向近EW向的橢圓形，長軸長90km，短軸長67km，面積約1800km2。Ⅳ度區(qū)與Ⅴ度區(qū)等震線形態(tài)基本一致。Ⅲ度有感范圍大致呈NE方向，顯示先存深斷裂——依蘭-伊通斷裂帶對外圍影響場控制明顯。另外，震源機制解結(jié)果（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b）表明，該地震破裂面走向80o，傾向NW，傾角77o，主壓應(yīng)力軸NW300o，傾角16o，破裂方式為右旋走滑型剪切破裂（圖10左上角）。

受研究條件的制約，對該地震的發(fā)震構(gòu)造研究尚存爭議，主要觀點包括黑龍江斷裂或依蘭-伊通斷裂（郭德明等，1977；郭德明，2004；張鳳鳴等，2005a；2005b；鄭照福等，2006；鄭照福，2006）。我們分析認(rèn)為，新發(fā)現(xiàn)的太平溝斷裂可能為該地震的發(fā)震構(gòu)造，與依蘭-伊通斷裂屬于同一構(gòu)造體系，其活動可能主要受依蘭-伊通斷裂帶控制。主要根據(jù)包括：①等震線總體形態(tài)表明，該地震的Ⅳ度區(qū)與Ⅴ度區(qū)等震線長軸形態(tài)表現(xiàn)出明顯的NEE向，這與太平溝斷裂的走向基本一致；震源機制解結(jié)果表明主破裂面的走向與與太平溝斷裂的走向基本一致；②研究區(qū)附近沒有發(fā)現(xiàn)其它NEE向的活動斷裂；③綜合衛(wèi)星影像異常和野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，以及2013年11月和2014年2月該地區(qū)出現(xiàn)的2次異常小震群沿太平溝斷裂帶狀分布特征（圖2中綠色實心圓），可以判定太平溝斷裂為活動斷裂，具備中強地震的發(fā)震能力；④等震線形態(tài)表明該地震的發(fā)震斷層可能為太平溝斷裂，NE向的依蘭-伊通斷裂為控震斷裂。

4 主要認(rèn)識

（1）通過衛(wèi)星影像解譯和野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了長約25km，走向約N70oE的太平溝斷裂，表現(xiàn)為斷續(xù)分布的斷層陡坎、沖溝水平位錯和滑坡地貌。斷層陡坎高約1.0—2.5m，走向約N65oE—N75oE，傾向SE；沖溝主要表現(xiàn)為右旋水平錯動；滑坡主要發(fā)育典型的弧形圈椅構(gòu)造，規(guī)模大小不等，多與斷裂陡坎伴生。

（2）綜合地震學(xué)、衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)調(diào)查和近期該地區(qū)的2次小震活動圖像等資料，我們推斷太平溝斷裂為活動斷裂，與依蘭-伊通斷裂屬于同一構(gòu)造體系，具備中強地震的發(fā)震能力，有可能為蘿北1963年5.8級地震的發(fā)震構(gòu)造，其活動主要受控于依蘭-伊通斷裂帶。

致謝：黑龍江省蘿北縣地震局參加了部分野外工作。期刊編輯和審稿專家提出了寶貴的意見和建議。謹(jǐn)致謝忱。

鄧起東，于貴華，葉文華，1992．地震地表破裂參數(shù)與震級關(guān)系的研究//國家地震局地質(zhì)研究所編．活動斷裂研究（2）．北京：地震出版社．

董瑞樹，冉洪流，高錚，1993．中國大陸地震震級和地震活動斷層長度的關(guān)系討論．地震地質(zhì)，15（4）：395—400．

郭德明，朱景湖，1977．1963年6月21日蘿北5.8級地震考察報告．黑龍江省地震局辦公室．

郭德明，1986．依蘭蘿北地塹盆地地震地質(zhì)特征的初步探討．東北地震研究，2（1）：49—60．

郭德明，孫文斌，1993．黑龍江省十年地震危險性評估．地震，（6）：61—64．

郭德明，方明遠，曲家志等，2000．黑龍江沿岸（蘿北-黑河段）地區(qū)新構(gòu)造活動與地震．東北地震研究，16（3）：38—43．

郭德明，2004．依蘭-蘿北地區(qū)地震危險區(qū)地震活動跟蹤研究．東北地震研究，20（3）：8—16．

環(huán)文林，2000．發(fā)震斷層最大潛在地震確定方法的研究．中國地震學(xué)會第八次學(xué)術(shù)大會論文摘要集．

馬杏垣，1989．中國巖石圈動力學(xué)地圖集．北京：中國地圖出版社．

閔偉，焦德成，周本剛等，2011．依蘭-伊通斷裂全新世活動的新發(fā)現(xiàn)及其意義．地震地質(zhì)，33（1）：141—150．

冉洪流，2011．中國西部走滑型活動斷裂的地震破裂參數(shù)與震級的經(jīng)驗關(guān)系．地震地質(zhì)，33（3）：577—585．

疏鵬，閔偉，劉玉剛，余中元，2014．依蘭-伊通斷裂方正段晚第四紀(jì)以來的構(gòu)造活動及其地貌表現(xiàn)．震災(zāi)防御技術(shù)，9（2）：226—237．

孫文斌，和躍時，2004a．中國東北地區(qū)地震活動特征及其與日本海板塊俯沖的關(guān)系．地震地質(zhì)，26（1）：122—132．

孫文斌，和躍時，2004b．西太平洋Benioff帶的形態(tài)及其應(yīng)力狀態(tài)．地球物理學(xué)報，47（3）：433—440．

孫文斌，王曉峰，常征等，2005．我國東北地區(qū)地震時空演變特征及其動力學(xué)研究．東北地震研究，21（2）：1—8．

徐嘉煒，馬國鋒，1992．郯廬斷裂帶研究的十年回顧．地質(zhì)論評，38（4）：316—324．

葉士忠，1989．蘇聯(lián)新構(gòu)造研究的進展及現(xiàn)狀．地質(zhì)科技情報，8（2）：53—58．

余中元，韋慶海，疏鵬，李文彬，劉雙，2014a．依蘭-伊通斷裂依蘭段的新活動特征及其構(gòu)造演化．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：384—399．

余中元，韋慶海，王麗梅，馬艷麗，張立忱，歐陽兆國，2014b．?dāng)M建哈-佳鐵路工程地震安評抗斷參數(shù)研究——以依蘭-伊通斷裂為例．震災(zāi)防御技術(shù)，9（1）：53—63．

張鳳鳴，許曉艷，劉鐵軍等，2005a．應(yīng)用震源機制解分析依蘭-伊通地塹北段現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場．東北地震研究，21（4）：15—22．

張鳳鳴，余中元，許曉艷等，2005b．鶴崗煤礦開采誘發(fā)地震研究．自然災(zāi)害學(xué)報，14（1）：139—143．

張立人，1993．強震群體活動轉(zhuǎn)移特征及預(yù)測．地震，1：21—25．

張培震，鄧起東，張國民等，2003．中國大陸的強震活動與活動地塊．中國科學(xué)（D輯：地球科學(xué)），33（S1）：12—20．

鄭照福，于恩影，2006．依蘭-伊通地塹斷裂北段地震活動的某些特征探討．東北地震研究，22（1）：26—31．

鄭照福，2006．依蘭-伊通斷裂北段地震活動性研究．地震地磁觀測與研究，27（s）：1—5．

The New Discovery of Taipinggou Fault and the Relationship with5.8 Earthquake in 1963 in Luobei County, Heilongjiang Province

Yu Zhongyuan1，2)Min Wei2)Wei Qinghai1)Liu Yugang2)and Gao Feng1)

1) Earthquake Administration of Heilongjiang Province, Harbin 150090, China 2) Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Luobei County is one of the most active areas of modern seismic activity in northeast China in recent years. Medium and small earthquake distributed intensively zonal in this region, and was hit by a5.8 earthquake on June 21, 1963, and the seismogenic structure of which is still in dispute. The relocated epicenter distribution map and focal mechanism solution show that these events mainly distributed in the Taipinggou area with a narrow NEE strike strip, and earthquake types is given priority to dextral strike-slip with small amounts of thrust component. Satellite imagery interpretation results indicate that there exists a ~ 25km linear anomaly belt with N70oE strike in the Taipinggou area of Xiaoxing’anling Mountains piedmont. Further field geological investigation found that the belt consists of discontinues fault scarps, dislocated gullies and landslides. The heights of fault scarps vary from 1.0m to 2.5m. The fault scarps also show that the fault strikes N65oE—N75oE, dipping SE, with clear right-lateral slip movements implicated by the dislocated gullies. The Arc round-backed armchair structure developed companied with the scarps has different height ranging from several to dozens of meters. We suggest that the Taipinggou fault, as the associated structure of the Yilan-Yitong fault zone, has the potential pregnant ability of moderately to strong earthquakes, and might be regarded as seismogenic structure of the 1963 Luobei5.8 earthquake based on the synthesized the seismology and satellite image interpretation and field geological investigation results.

Yilan-Yitong fault zone; Taipinggou fault; Luobei5.8 earthquake; Seismogenic structure

1基金項目 中國地震局星火計劃項目“依蘭-伊通斷裂黑龍江段新活動的幾何展布圖像研究”（XH14018Y）、黑龍江省地震局科研項目“依舒斷裂黑龍江段歷史地震韓史記錄的挖掘與考證”（201605）、黑龍江省國土科技研究項目“依舒斷裂第四紀(jì)構(gòu)造活動研究”與國家自然科學(xué)基金項目（41272235）聯(lián)合資助。

2016-09-09

余中元，男，生于1982年。高級工程師。主要從事新構(gòu)造、活動構(gòu)造與工程地震方面的研究。E-mail：yuyangzi 9811@126.com

余中元，閔偉，韋慶海，劉玉剛，高峰，2017．太平溝斷裂的新發(fā)現(xiàn)與1963年黑龍江蘿北5.8級地震的關(guān)系研究．震災(zāi)防御技術(shù)，12（1）：31—39．doi：10.11899/zzfy20170104