磐石—伊通地区地震活动性与断裂构造的相关性研究

2013-12-27李中根李承雪孙旭丽

防灾减灾学报 2013年2期

李中根，李承雪，孙旭丽

（1.磐石地震台，吉林磐石 132300；2.延边地震台，吉林延吉 133000；3.吉林省地震局，吉林长春 130117）

0 引言

吉林省自1972年建立地震台网以来，地震监控能力逐步提高，尤其是 “十五”期间，吉林省数字化地震台网建成并投入运行后，地震监测能力更是显著提高，在吉林中部地区记录到了大量的中小地震观测资料。从吉林省地震震中分布图可以看出，在吉林省伊通至磐石一带，地震活动呈带状或丛集状密集分布特点，空间上表现为NW向分布，这个区域是吉林省中小地震活动频度较高的区域。一直以来，尚未有学者对这一现象进行过深入的研究，也未对此现象的构造背景进行过探讨。

一个地区地震活动时空分布结构的复杂程度与构造环境密切相关。不同的构造环境下表现出不同的断裂构造系统。研究不同构造环境下的地震活动时空分布特征，对人们认识地震活动与构造环境的关系，增加对地震危险性预测具有重要意义。地震活动受新构造运动特别是活动断裂的控制。地震与活动断裂的关系是地震地质领域内最重要的研究内容之一［1－4］，地震的空间分布与断裂构造有一定的相关性。本文通过对这一区域的地震活动性、地震空间分布特点及其与断裂构造空间展布的相关性进行分析，探讨断裂活动性对地震空间分布的控制作用。

1 断裂构造特征

根据已有的地质资料，结合最近的研究进展，研究区内比较重要、规模稍大的断裂构造有NE向伊通—舒兰断裂东支（F1）、敦化—密山断裂（F4）；NW向伊通—营城子断裂（F2－1、 F2－2）、黑石—烟筒山断裂（F3）（图1）。

图1 研究区断裂及布格重力异常图Fig.1 The fault and bouguer gravity anomaly map of researched area

（1）伊通—舒兰断裂带（F1）

吉林省内北东走向的主要活动断裂。该断裂带纵贯吉林省，南起伊通，北至舒兰一带。它由两条近乎于平行展布的东、西支断裂组成，两支断裂较为平直，规模宏大，总体走向NE，长约260km左右，断裂控制的长条形槽地宽度最窄处仅1～2km，最宽处为20～25km。在研究区内长度约60km，是该断裂带东支的南段即伊通段，断裂南起伊通县城以南，往东北经双阳县城北至一拉溪乡。走向NE，倾向SE，倾角变化较大，为逆断层性质。根据断裂带断错地层及其覆盖物时代和年代测试结果判断，舒兰—伊通断裂东支最新活动时期为中更新世早期。

（2）NW向伊通—营城子断裂

该断裂在研究区内由两条分支断层（F2－1、F2－2）组成，自伊通镇—营城子—康大营一线展布，研究区内长约80km。走向NW310°～330°，走向呈弯度不大的弧形条带，在地貌上显示一条北西至南东方向展布的水系，该断裂为压剪性断裂，断面倾向北东，倾角70°。沿断裂带还控制了燕山期岩体。水系对断层活动反映很灵敏，经常随构造变形而迅速调整，研究区内存在断错水系现象，沿断裂水系呈直线状，局部有雁列状排列，在伊通镇附近的水系，明显被伊舒西支断裂影响而呈肘状同步拐弯，该断裂带生成于晚古生代，中新生代有一定的活动性。

（3）NW向黑石—烟筒山断裂（F3）

该断裂自双阳一带向东南经烟筒山—石咀—黑石一线，止于敦化—密山断裂带。研究区内约75km。走向300°，倾向北东，区域上看该断裂呈压剪性质。断裂的东北侧自西北向东南有双阳盆地、烟筒山晚三叠世盆地、明城东中侏罗世盆地和石咀以东的中侏罗世盆地等；七顶子—磐石一带燕山期花岗岩体及黑石一带海西期岩体均沿该断裂呈北西向展布，显然是受该断裂的控制。断层呈现舒缓波状，断层两侧地层糜棱岩化和片理化，还有断层泥，断层角砾，构造透镜体十分发育，有的可见多组斜冲擦痕，表明断裂有多次活动。该断裂形成于古生代，中生代活动性较强，并多次活动。但未发现该断裂有第四纪活动的地质地貌现象。

（4）敦化—密山断裂（F4）

敦化—密山断裂带分为东支及西支断裂。断裂总体走向北东40～50°，由两条高角度的逆冲断层（东支及西支）构成，并相向对冲，倾角30～80°，两条断裂大体平行。断裂带控制了中、新生代断陷盆地，沿断裂带有华力西期和燕山期岩浆侵入活动以及新生代多期火山喷发活动。西支断裂主要发育在二叠纪变质岩和华力西期花岗岩中，其规模由西南向东北逐渐减小。根据比较清晰的断裂地貌和线性卫星影象、破碎带比较疏松、发育断层泥，断错早更新世玄武岩但被年龄为（226.21±19.32～357±35）ka①桦甸生物电厂场地地震安全性评价报告，2011.的中更新世阶地沉积物覆盖，西支断裂在中更新世早期有过活动，中更新世晚期以来没有活动，为早第四纪断裂。东支断裂在地貌上没有显示出活动迹象，而且破碎带中的压碎岩已胶结，被新近纪玄武岩覆盖，为前第四纪断裂。

2 研究区布格重力异常特征

地壳深部构造研究结果表明，区域存在着大面积的布格重力负异常及布格重力异常梯级带（图1）。区域布格重力场展布方向以北东、北西向为主，均表明为重力负异常特征，在宽缓圈闭的负异常背景上，存在重力异常常梯级带。在北东方向上，小型隆起与小型盆地相对呈现出重力异常高值及低值的宽缓圈闭曲线，呈串珠状排列，而北东向重力梯级带与北东向断裂的展布相对应；在北西方向上，重力异常特征为北西向串珠状排列的小型低值负异常及重力异常梯级带相间排列，北西向断裂的展布与重力异常梯级带及串珠状排列的小型低值负异常相关。重力异常总的变化趋势是山区呈相对低值，而小型盆地内呈相对高值，反映区域重力异常值与地势存在着较好的镜向对应关系。

在区域布格重力异常图上，在伊通至双阳一线，其北东向布格重力异常等值线被北西向异常被切割，出现重力异常梯级带折向展布现象。研究区内，布格重力异常总体表现为北西向走向，连续性较好，线性异常带特征较明显。

根据重力资料，反演计算得出区域地壳深部构造轮廓及其厚度变化特征，区域地壳厚度大致在34～35km，地壳厚度变化不大。

3 研究区地震活动性分析

根据中国地震台网中心的地震目录及吉林省地震台网中心目录统计，研究区内共发生ML≥1.0级地震86次，见图1。其中1.0～1.9级以下地震3次；2.0～2.9级地震69次；3.0～3.9级地震12次；4.0～4.9级地震2次，分别为1972年4月5日发生在双阳太平镇的ML4.4级和1990年10月21日发生在磐石大旺的ML4.3级地震。从研究区地震震中分布图（图2）上可以看出，地震呈北西向条带状或丛集状分布在NW向断裂及其与北东向断裂的交汇部位。

图2 研究区地震活动度及地震震中分布图Fig.2 The seismicity and the earthquake epicenter distribution map of researched area

具体体现在，大量地震沿伊通—营城子NW向断裂及NE向伊通—舒兰断裂（东支）附近分布，而且在这两条附近交汇部位的伊通—双阳一带小震呈丛集分布。

从地震活动度分布图（图2）中可以看出，在F2－1、 F2－2以东、 F1以南出现地震活动度等值线高值区，地震分布也较密集，地震频度也较高；而F3与F4附近区域的地震活动度等值线为低值区，地震分布也较稀疏，地震频度较低。

地震震源深度分布的研究结果表明，研究区内的地震震源深度均在25km以内，其中90%的地震震源深度在7～19km范围（图3），从这方面也说明了地震空间分布的不均一性，而本地区地壳厚度在34～35km，说明研究区域所发生的地震大部分属于地壳中上层的浅源构造地震。另外，地震也大多数分布在布格重力异常梯级带上。

图3 震源深度与经度、纬度相关关系图Fig.3 The relationship map of hypocenter depth，longitude and latitude

4 地震的空间分布与断裂构造的关系

地震的发生是地壳介质脆性破裂的产物，断裂的重新活动、介质新破裂或介质相变都可能产生地震，通过地震空间分布与断裂构造活动的关系研究，就能了解该地区的地震成因，进而为该区域的地震预测提供依据。

研究区内地震的空间分布呈条带状、丛集状分布的特点，这一北西向规模较大、活动性较强的地震条带，是吉林省地震活动水平较高的区域，该条带与区域伊通—营城子断裂、伊通—舒兰断裂的空间展布密切相关，地震呈条带状分布的现象很可能受控于断裂构造的空间展布。为了更好分析这一观点，我们统计出地震震中与其周围距离最近的断裂之间的距离，做出了距断裂不同距离内地震分布频率直方图（图4）。由图4可知：

（1）F1：地震距F1断裂距离在10km范围内，地震数量最多，随着距离的增大，而逐渐减少，到了30km，地震数量明显减少。但到了50公里后地震数量又明显增大，之后到了80km时，地震数量才又减少。这一现象表明，在F1断裂附近，地震的发生与断裂具有明显的相关性，地震明显受该断裂控制，断裂的优势控制距离为20km。当地震距F1断裂距离达到50km后，可能存在与相邻断裂的叠加控制作用或断裂的相互作用，而导致地震数量又有明显增大现象。

（2）F2－1：随地震距F2－1断裂的距离增大，地震数量明显呈逐渐减少的趋势，这一特点在研究区几条断裂中表现最为明显，这表明，该断裂控制地震的作用随距离的增加而减少，规律十分明显，同时也说明该断裂应该是地震构造，但沿断裂目前还没有强震或破坏性地震发生，推测该断裂的活动方式可能以蠕滑方式释放能量，也可能是目前一直在持续之中。该断裂对地震的最明显控制距离在10km之内。

（3）F2－2：随地震距断裂的距离的增大，地震数量总体上呈减少趋势，与F2－1表现出来的特征类似，从另一个方面也说明这断裂与F2－1同属一条断裂系。

（4）F3：从图4在40km范围内，随地震距断裂的距离的增大，地震数量总体呈增加增加趋势，从图2可看出，该断裂周围地震数量也较多，沿该断裂两侧分布。

（5）F4：该断裂位于研究区的东南部，沿断裂一线地震数量较少，图4中可看出，地震数量与距离远近没有明显的特征。

上述分析表明，F1及F2对地震发生有一定的控制作用，另外，这两条断裂均为早第四纪活动断裂，随着断裂活动时代变新，断裂周围地震发生的频率也升高，因此，研究区地震的发生与活动断裂具有明显的相关性，断裂对地震的影响其优势距离在10～20km，这与邬宁芬［1］等的研究结果相一致。