上海及鄰區(qū)地震活動特征及地震構(gòu)造區(qū)劃

謝建磊

（上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072）

地震是一種重要地質(zhì)災(zāi)害，對區(qū)域穩(wěn)定性具有著重大潛在威脅。2016-2017年，韓國陸域地震刷新有監(jiān)測記錄以來的最高、次高震級。這進(jìn)一步表明，地震潛在威脅的突發(fā)性。上海及鄰區(qū)主要位于華北地震區(qū)，在舟山群島地區(qū)毗鄰華南地震區(qū)[1]。據(jù)歷史記載和監(jiān)測資料，區(qū)內(nèi)弱震、有感地震頻發(fā)，偶有中強(qiáng)震、強(qiáng)震發(fā)生[2-3]。20世紀(jì)80-90年代為區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)研究的活躍階段，研究內(nèi)容涉及控震構(gòu)造、地震地質(zhì)背景、構(gòu)造應(yīng)力場、地震活動特征和活動趨勢、基本烈度等。在地震活動規(guī)律上，提出了地震分布的叢集性、周期性和遷移性等認(rèn)識；但通常采用有感及以上規(guī)模的地震，且研究范圍較大，以地震區(qū)、帶或長江中下游地區(qū)、發(fā)震頻度較高的南黃海地區(qū)為主[4-10]。地震具有多尺度空間成叢分布與隨機(jī)分布特征，最小研究區(qū)域的大小應(yīng)視研究目的、地震活動空間密度情況而定[11]。上海陸域和鄰近水域分別具有中強(qiáng)震、強(qiáng)震的地質(zhì)構(gòu)造背景，空間上差別較大。在新一代地震區(qū)劃圖編制過程中，首次提出了地震構(gòu)造區(qū)的劃分思路。以蘇北沿岸斷裂為界，將工作區(qū)劃為南黃海地震構(gòu)造區(qū)和蘇北地震構(gòu)造區(qū)[1]。這種劃分方案與通常的構(gòu)造單元劃分方案并不一致。本文以1500 A.D.以來的地震活動資料為基礎(chǔ)，以上海及鄰區(qū)為研究對象，進(jìn)一步討論了地震的時(shí)間、空間分布特征，以期更深入地理解區(qū)內(nèi)地震活動規(guī)律和地震地質(zhì)背景。

1 數(shù)據(jù)來源與概況

本次所采用的地震數(shù)據(jù)資料截至2017 A.D.，主要為實(shí)際監(jiān)測記錄資料。具體來源如下：1970-2005 A.D.地震目錄來自于上海市地震局地震觀測臺網(wǎng)的月報(bào)資料；2009-2017 A.D.地震目錄來自于上海市地震局地震觀測臺網(wǎng)的年報(bào)和國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心。1500-2001 A.D. Ms 4.0級以上的地震目錄以《上海市地震動參數(shù)區(qū)劃》項(xiàng)目確定的資料為準(zhǔn)[3,12]。

本次共收集地震活動1756次（圖1）。其中，弱震1645次、有感地震79次、中強(qiáng)震28次、強(qiáng)震4次。最高為1984 A.D.南黃海Ms6.0級地震。上海市陸域地震96次，最高為Ms4.75級（或Ms 5.0級）[2]。定位精度大部分在I類、II類，少部分在III類、IV類，部分歷史記載的地震定位精度在V類。受資料限制，1326次地震未給出震源深度數(shù)據(jù)，且所有震中位置和震源深度均未進(jìn)行精定位處理。地震精定位對震中位置影響不大，對部分地震的震源深度影響較明顯[13-14]，這在一定程度上，可能會影響對區(qū)內(nèi)地震活動總體特征的認(rèn)識。

2 地震活動特征

2.1 地震空間分布特征

區(qū)域上，地震活動具有很強(qiáng)的叢集性、重復(fù)性和成帶性、分塊性，自北西向南東方向明顯減少，總體呈北強(qiáng)南弱、東強(qiáng)西弱（或海域強(qiáng)、陸地弱）的特征。

（1）叢集性和重復(fù)性

圖1 研究區(qū)地震震中分布Fig.1 Earthquake epicenter location of research area

地震活動空間分布極不平衡，在南黃海、長江口東、長江口、衢山島東側(cè)、南通、常熟以北的福山和張家港等地呈明顯的密集區(qū)（圖1），活動次數(shù)約占研究區(qū)的60%。強(qiáng)震呈北西向分布在長江口到江蘇省鹽城附近的南黃海海域。大多數(shù)弱震、有感地震與中強(qiáng)震—強(qiáng)震在空間上分布具有很強(qiáng)的一致性，表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間重復(fù)特征；但在蘇州—昆山等地，歷史記載和現(xiàn)代監(jiān)測地震分布較均勻，無明顯優(yōu)勢方位和叢集、重復(fù)特征。

這種空間差異明顯受不同級別構(gòu)造單元的控制，顯示與變質(zhì)基底、蓋層，甚至巖石圈結(jié)構(gòu)特征的差異有關(guān)。在下?lián)P子地塊和欽杭結(jié)合帶內(nèi)部，地震分布較多，地震活動水平、頻度和強(qiáng)度較高。華南造山帶內(nèi)部，地震活動特征與之相反。具體構(gòu)造部位多為次級構(gòu)造單元結(jié)合帶、多組斷裂交匯處，主要有勿南沙隆起帶中部、南通斷塊西南緣、江陰—昆山斷塊中部、昆滬地塊中部、崇明東凹陷帶南緣和東緣、杭州灣北部斷陷盆地、舟山群島隆起東緣等。

（2）分塊性和條帶性

區(qū)內(nèi)弱震雖具有彌散狀分布的特征，但總體上仍表現(xiàn)出一定的分塊和分帶特征。以上述叢集區(qū)為中心，形成長江口東、長江口、南黃海、舟山群島東、南通—常熟—沙溪、杭州灣北和上海市中部、蘇州—昆山等分塊區(qū)（圖1），這些塊區(qū)的地震活動次數(shù)約占研究區(qū)的80%。將分塊區(qū)與零散活動的地震貫穿起來，分布方向具有一定的優(yōu)勢性，表現(xiàn)出一定的條帶性。這種分塊區(qū)和條帶，主要沿北東和北西向分布。北東向主要為上海市中部—長江口—長江口東、張家港—南通—勿南沙、白茆—啟東等地區(qū)；北西向主要為張家港—白茆、勿南沙東部—長江口、長江口東部等地區(qū)。

中強(qiáng)震、強(qiáng)震通常伴隨有地震條帶，異常條帶的展布范圍一般與大斷裂帶相一致[15]。區(qū)內(nèi)地震的這種分塊和分帶特征顯示，北西向和北東向斷裂帶對區(qū)內(nèi)地震活動的聯(lián)合控制作用。北東向斷裂帶主要有張堰—南匯斷裂帶、楓涇—川沙斷裂帶、湖蘇斷裂帶、通州—兵房鎮(zhèn)斷裂等。北西向斷裂主要有太倉—奉賢斷裂帶、羅店—周浦?jǐn)嗔褞Ш吞K北沿岸斷裂帶等。北東向斷裂帶控制的朱涇—惠南復(fù)式背斜、南通—無錫復(fù)式背斜、蘇州—崇明復(fù)式背斜沿線是主要地震分布區(qū)，顯示了北東向斷裂對地震的控制作用。

2.2 地震時(shí)間活動特征

歷史地震資料顯示，區(qū)內(nèi)地震活動在時(shí)間上分布也是不均勻的，表現(xiàn)出地震活動的相對平靜期和顯著的活動期，兩者間互出現(xiàn)，呈現(xiàn)一定的規(guī)律性、重復(fù)性。

（1）1500 A.D.以來，大于3級的地震活動多呈5-10年的間隔期，最長可達(dá)近30年。在1624 A.D.、1850 A.D.、1910-1927 A.D.等強(qiáng)震前后比較密集。1839 A.D.以來，尤其是1960 A.D.以來，呈現(xiàn)加強(qiáng)趨勢。這種趨勢也有可能是早期地震記錄的缺失造成的。經(jīng)歷有1500-1789 A.D.和1840 A.D.以來兩個(gè)地震活躍期。從中強(qiáng)震、強(qiáng)震特征看，兩個(gè)活躍期又可劃分為有七個(gè)活躍幕，每個(gè)活躍幕約25-35年。這種活動特征與更大范圍的地震活動特征基本一致[16]。目前，區(qū)內(nèi)正處于第二活躍期的第三個(gè)活躍幕（1970 A.D.以來）。自最近一次中強(qiáng)震、強(qiáng)震至今已有21年，從活動周期看，區(qū)內(nèi)未來數(shù)年至十余年有發(fā)生6級左右地震的可能。

（2）1970 A.D.以來的監(jiān)測記錄顯示，區(qū)內(nèi)弱震每年發(fā)生的頻次、震級不同。多在數(shù)十次，最高頻次可達(dá)299次?？傮w上，自20世紀(jì)90年代中期以來，地震活動頻次具有加強(qiáng)的趨勢。弱震頻次呈現(xiàn)出明顯的峰、谷特征，間隔約3-4年。在地震叢集區(qū)，中強(qiáng)震、強(qiáng)震發(fā)生的前后，弱震頻次明顯增多，應(yīng)該為前震或余震的表現(xiàn)。在中強(qiáng)震、強(qiáng)震發(fā)生前的3-5年內(nèi)，區(qū)域地震活動頻度也顯著上升[17]；但在一次中強(qiáng)震、強(qiáng)震發(fā)生后，弱震均有活動減弱的特征。

（3）不同分區(qū)的地震活動特征具有一定的不同。南黃海、南通和常熟一帶、長江口東地震活動頻次較高，其次為長江口、上海中部和舟山群島地區(qū)，蘇州—昆山和杭州灣地區(qū)最弱。地震活動時(shí)序特征上，南黃海、南通—太倉地區(qū)相似，長江口東和上海中部、長江都地區(qū)較相似，杭州灣北部和南部差別較大。自2004 A.D.以來，不同分區(qū)的地震活動頻度稍有變化。南黃?！贤ǖ貐^(qū)、蘇州—昆山地區(qū)的頻度略增高。長江口東、上海中部地區(qū)的頻度基本保持不變，而南部的杭州灣和舟山群島地區(qū)的頻度有減弱的特征（圖2）。

2.3 地震震源深度特征

區(qū)內(nèi)地震震源深度約1-37km，H 5km的地震次數(shù)約占10.7%，5＜H 10km的地震次數(shù)約占37.8%，10＜H

15km的地震次數(shù)約占20.2%，15＜H 20km的地震次數(shù)約占25.0%。大于20km的地震次數(shù)約占6.0%?？傮w分布在上地殼下部—中地殼范圍內(nèi)，多為5-20km。這一特征與更大范圍內(nèi)的地震震源深度認(rèn)識較一致[14]。自上而下，發(fā)育約5-10km、15-20km兩個(gè)優(yōu)勢層（圖3）。這一特征與部分學(xué)者提出的下?lián)P子—南黃海地區(qū)10-15km的震源深度頻度最高的認(rèn)識不一致[10]。且15-20km的優(yōu)勢層在王俊等給出的江蘇及周緣地區(qū)地震震源深度分布圖上也不清楚[14]。

圖2 研究區(qū)全區(qū)和不同分區(qū)地震活動M-T關(guān)系圖（缺2006-2008年數(shù)據(jù)）Fig.2 Seismic activity M-T analysis of whole research area and different district

從空間分布上看，差異較大。總體表現(xiàn)為海域平均深度深，陸域淺的特征。南黃海地區(qū)震源深度分布范圍較大，平均12km，向北部深度加大。南通—常熟地區(qū)的震源深度變化較大，1-31km都有分布，集中在20km以淺，平均11.3km。長江口東地區(qū)震源深度分布在1-28km，平均深度約13.4km；長江口海域深度多在1-18km，平均約11.1km；上海地區(qū)的震源深度較淺，多在1-22km，平均深度9.5km。杭州至太倉西南地區(qū)深度在1-20km，平均10.4km，舟山群島地區(qū)震源深度8-20km，平均11.1km。沿緯度方向，下地殼以深的震源深度集中在31-33之間；沿經(jīng)度方向，下地殼以深的震源深度集中在120.5-122、123-123.5間（圖4）。

統(tǒng)計(jì)表明（圖5），區(qū)內(nèi)地震震級與震源深度關(guān)系不大，有感地震、中強(qiáng)震和強(qiáng)震震源深度集中在中地殼，少量分布在上地殼，總體上表現(xiàn)為一定的線性關(guān)系。弱震的震級與震源深度基本沒有關(guān)系，各個(gè)震級的震源深度在整個(gè)地殼范圍內(nèi)都有分布。部分地震的震源深度較淺，疊加軟土地基對地震動的放大作用，可能會使地震對局部產(chǎn)生明顯的影響。

3 地震震源機(jī)制解特征

區(qū)內(nèi)主要地震的震源機(jī)制解（表1）顯示，兩個(gè)節(jié)面走向主要呈北東和北西向。節(jié)面傾角中等到近垂直，集中在33-87。南黃海地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為273-356、29-77。南通—常熟地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為291、2-54。長江口地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為30-65、279-295。上海市陸域地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為10-28、262-317。長江口東地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為39-41、255-308。舟山群島地區(qū)兩組節(jié)面走向分別為15、282。部分節(jié)面偏北或近東西向，應(yīng)該為區(qū)內(nèi)北北東、北北西和近東西向斷裂控震作用的體現(xiàn)，這些地區(qū)一般以中小震為主，少數(shù)地震較強(qiáng)[7]。

圖3 地震震源深度三維空間分布Fig.3 3D spatial distribution of focal depth

圖4 地震震源深度分布剖面圖Fig.4 Section of focal depth distribution

圖5 地震震源深度與地震震級關(guān)系圖Fig.5 The relationship between magnitude and focal depth

一個(gè)地區(qū)的小震源機(jī)制解具有一定隨機(jī)性和獨(dú)立性，但較大地震的破裂方式與該區(qū)應(yīng)力場具有較好的一致性[18]。區(qū)內(nèi)主壓應(yīng)力軸為北東東至近東西向，優(yōu)勢方位角約78，平均仰角23，主張應(yīng)力軸方位角為349，平均仰角25。這種應(yīng)力狀態(tài)與華北地區(qū)P軸方向（70±20）很相似，與華南地區(qū)P軸方向（110-120）差別較大[19]。區(qū)域上，南黃海地區(qū)P軸方向平均50.7，南通地區(qū)P軸方向近東西向，長江口P軸方向67、168-175，長江口P軸方向平均56，上海中部地區(qū)P軸方向平均62，舟山群島地區(qū)P軸方向51。自南黃海地區(qū)向東南，P軸方向總體南偏。主要斷裂附近軸向變化較大。太倉—奉賢斷裂附近地區(qū)的P、T軸方位較亂；湖蘇斷裂兩側(cè)區(qū)域P軸方位集中在NE向，部分 NW 向[18]。

表1 研究區(qū)不同地震震源機(jī)制解Table1 Earthquake focal mechanism solutions of research area

滑動角顯示，區(qū)內(nèi)破裂節(jié)面以走向滑動為主，其次為正傾滑動，而逆傾滑動相對較少[18]。這與在現(xiàn)有應(yīng)力場下斷裂的主要活動性質(zhì)認(rèn)識較一致，北東向斷裂主要呈右行走滑，近東西向斷裂表現(xiàn)為張性特征，北西、北北西和北北東向斷裂主要呈壓性兼左行走滑。前兩者大多出現(xiàn)中小地震，后兩者在應(yīng)力累積到一定程度，易發(fā)較強(qiáng)的地震。

4 地震構(gòu)造區(qū)劃分

地震構(gòu)造區(qū)劃分遵循地質(zhì)構(gòu)造特征一致、發(fā)震構(gòu)造模型一致或地震構(gòu)造樣式一致、背景地震強(qiáng)度和頻度一致三個(gè)基本條件[1]。根據(jù)以上原則，綜合地震活動和震源機(jī)制解特征，以湖蘇斷裂帶和江紹斷裂帶為界，將研究區(qū)分為3個(gè)北東向的一級地震構(gòu)造區(qū)，分別為勿南沙—南通地震構(gòu)造區(qū)、滬杭地震構(gòu)造區(qū)和舟山—寧波地震構(gòu)造區(qū)，并以蘇北沿岸斷裂帶的西支和東支為界[20-21]，將前兩者分為兩個(gè)亞區(qū)（圖6）。

圖6 上海及鄰區(qū)地震構(gòu)造分區(qū)圖Fig.6 Seismotectonic province division map of Shanghai and nearby regions

勿南沙—南通地震構(gòu)造區(qū)：北大致以江南斷裂與蘇北—南黃海北部地震構(gòu)造區(qū)相接，南以湖蘇斷裂帶主干斷裂為界。以蘇北沿岸斷裂西支為界分兩個(gè)亞區(qū)。構(gòu)造樣式表現(xiàn)為呈兩個(gè)復(fù)式背斜和復(fù)式向斜相間排列特征，具有類侏羅山式褶皺特征，在蓋層內(nèi)部軟弱層發(fā)育多級別的滑脫面。在太倉—奉賢斷裂和羅店—周浦?jǐn)嗔?、蘇北沿岸斷裂帶等北西向斷裂與北東向構(gòu)造帶的交匯處、勿南沙隆起的次級坳陷和 直斷陷盆地、白茆斷陷盆地等地，形成地震活動的叢集區(qū)。相對其他區(qū)，地震活動頻次均較高，但東部亞區(qū)活動頻次和強(qiáng)度都較高。地震活動時(shí)間比較一致。P軸方向以北東向?yàn)橹?，局部近南北向；兩組節(jié)面基本相似。震源深度都以中地殼為主，但東亞區(qū)部分至下地殼和殼幔結(jié)合帶。

滬杭地震構(gòu)造區(qū)：南以江紹斷裂帶為界，江紹斷裂帶北界推測沿嵊泗列島北側(cè)或大衢山島北側(cè)通過。以蘇北沿岸斷裂東支為界分為兩個(gè)亞區(qū)。上海境內(nèi)呈兩個(gè)復(fù)式向斜和一個(gè)復(fù)式背斜相間排列的構(gòu)造格局，向浙西北地區(qū)變復(fù)雜。在長江口和長江口東發(fā)育兩個(gè)地震叢集區(qū)，可能與張堰—南匯斷裂帶、楓涇—川沙斷裂帶與北西、北北東向等斷裂的交匯有關(guān)。自20世紀(jì)中期以來，地震活動頻次和時(shí)間類似。東亞區(qū)，地震活動強(qiáng)度明顯較高，且最近二十余年明顯增強(qiáng)。西亞區(qū)，長江口、上海中部地區(qū)在20世紀(jì)中期之后的地震頻次相對蘇州地區(qū)較高，這與蘇州地區(qū)早期識別的較多的地震記錄發(fā)育特征不太一致。P軸方向以北東—北東東向?yàn)橹鳎瑐€(gè)別北西向；兩組節(jié)面基本相似。震源深度都以中地殼為主，但東亞區(qū)部分至下地殼和殼幔結(jié)合帶，自水域向陸域明顯變淺。

舟山—寧波地震構(gòu)造區(qū)：南鄰華南地震區(qū)，主要為后加里東期的隆起區(qū)，海相和海陸過渡相蓋層基本缺失，廣泛分布中新生界火山巖和火山碎屑、紅盆沉積，褶皺構(gòu)造不明顯，強(qiáng)烈斷塊活動為主。在舟山群島東南分布有小的地震叢集區(qū)，較杭州灣北部，地震活動頻次明顯偏高，21世紀(jì)以來活動明顯下降。震源深度基本在中地殼和中上地殼結(jié)合帶。

5 結(jié)論

（1）地震活動空間分布極不平衡，具有很強(qiáng)的叢集性、重復(fù)性、分塊性和條帶性。這種空間差異明顯受不同級別構(gòu)造單元的控制，顯示與變質(zhì)基底、蓋層結(jié)構(gòu)特征的差異有關(guān)。

（2）地震活動的分塊和條帶性主要受北西向和北東向斷裂帶聯(lián)合控制。北東向斷裂帶和復(fù)式背斜是主要控震構(gòu)造，北西和北北西向斷裂是重要的發(fā)震構(gòu)造。

（3）地震活動在時(shí)間上分布也是不均勻的，但表現(xiàn)出地震活動的相對平靜期和顯著的活動期，且不同地區(qū)特征不同。大于3級的地震活動多呈現(xiàn)出5-10年的間隔期，最長可達(dá)近30年。1500 A.D. 以來，可劃分為地震活躍期、七個(gè)活躍幕，每個(gè)活躍幕約25-35年，區(qū)內(nèi)未來數(shù)年至十余年有發(fā)生6級左右地震的可能。弱震頻發(fā)，每年發(fā)生的頻次、震級不同。弱震頻次呈現(xiàn)出明顯的峰、谷特征，間隔約3-4年。

（4）震源深度在海域平均深度深，陸域淺，多在5-20km，存在5-10km、15-20km兩個(gè)優(yōu)勢層。有感地震、中強(qiáng)震和強(qiáng)震震源深度集中在中地殼，少量在上地殼，總體呈一定線性關(guān)系。弱震震級與震源深度基本沒有關(guān)系，各個(gè)震級震源深度在地殼內(nèi)都有分布。部分地震震源深度較淺，疊加軟土地基對地震動的放大作用，可能會使地震對局部產(chǎn)生明顯的影響。

（5）將全區(qū)分為勿南沙—南通地震構(gòu)造區(qū)、滬杭地震構(gòu)造區(qū)和舟山—寧波地震構(gòu)造區(qū)等3個(gè)北東向的一級地震構(gòu)造區(qū)，并以北西向斷裂帶為界將前兩者分為兩個(gè)亞區(qū)。

致謝：安徽省地震局李軍輝高級工程師在地震數(shù)據(jù)收集、處理過程中給予了一定指導(dǎo)，在此表示感謝。