2021年11月17日江苏大丰海域MS 5.0地震总结

黎明晓 邓世广 马玉川 解孟雨 王 月 郭 菲

（中国北京 100045 中国地震台网中心）

0 引言

据中国地震台网正式测定，2021 年11 月17 日13 时54 分在江苏盐城市大丰区海域（33.50°N，121.19°E）发生MS5.0 地震，震源深度17 km，距海岸线约45 km，。据调查，此次地震发生后，江苏省大部分地区有震感，其中盐城、南通等地震感较强；上海、山东、浙江等省（市）沿海部分城市有震感（https://www.sohu.com/a/501709009_161795?g=0）。受地震监测台站分布所限，此次地震序列余震记录偏少，且多为ML2.0 及以上地震。

2021 年江苏大丰海域MS5.0 地震是自2011 年南黄海MS5.0 地震以来该区域发生的又一次5 级地震活动，2 次地震震中相距约250 km。本文从地质构造背景、历史地震活动、震前地震学和地球物理观测异常、震后对区域的影响等方面进行总结分析，为今后该区域地震活动跟踪研判提供参考。

1 构造背景和历史地震活动特征

2021 年11 月17 日江苏大丰海域MS5.0 地震发生在南黄海地区，该区呈现坳陷、隆起交替分布格局，自北向南依次为北部坳陷区、中部隆起区、南部坳陷区、勿南沙隆起区，再往南为崇明东凹陷与浙闽隆起区以及下扬子坳陷与太湖隆起区（高战武等，2021；张晓华等，2018；徐曦等，2018；陈宇卫等，2005；江苏省地震台，2021）。区域内断裂构造较发育，按走向可分为NE 向、NW 向、NNE 向和近EW 向4 组断裂，其中以NE 向断裂为主。北部坳陷区主要受NE 向断裂控制，总体活动水平相对较弱，并以张性断裂为主，发生破坏性地震的概率较低；中部隆起区构造稳定，无破坏性地震记录；南部坳陷和勿南沙隆起区断裂走向主要呈NNE 和NW 向，属地震多发区，具有连发特征，是南黄海地区地震强度和频度较高区域。距本次MS5.0 地震震中最近断裂为苏北—滨海断裂，走向NNW，贯穿南黄海南部坳陷。该断裂在全新世以来有明显活动，是一条具有发生破坏性地震条件和能力的控震活动断裂带，断裂带中段、中南段及附近曾发生十余次破坏性地震（王斌等，2008），其中发生6 级以上地震6 次，1984 年南黄海MS6.1、MS6.2 地震距今时间最近（王恩惠等，2020）。该断裂北段目前无5 级以上历史地震记录，可能为晚更新世活动断裂（朱孟浩等，2021）。本次地震位于苏北—滨海断裂中段，根据中国地震台网中心震源机制解计算结果，该地震为走滑型破裂。此次大丰海域MS5.0 地震周边构造及历史5 级以上地震分布见图1。

图1 2021 年11 月17 日江苏大丰海域MS 5.0 地震周边构造及历史5 级以上地震分布Fig.1 Distribution map of fault structures and historical earthquakes above MS 5.0 around Dafeng sea area MS 5.0 earthquake in Jiangsu on Nov.17,2021

2021 年大丰海域MS5.0 地震处于鲁东—黄海Ⅱ级活动地块南部，该区自1996 年南黄海MS6.2 地震以来至今未发生6 级以上地震，但2011 年以来黄海地区已发生4 次5 级以上地震（见图1 中红色实心圆），因此有必要分析历史地震的期幕活动特征，讨论该区域5 级地震活动与6 级地震的关系。鲁东—黄海活动地块西侧以郯庐断裂带为界，东侧为太平洋板块西边界日本岛弧及琉球岛弧带。东侧历史地震目录完整时间较短，在讨论期幕特征时仅选取鲁东—黄海地块西侧（124°E 以西）5 级以上地震。据黄玮琼等（1994）的研究，苏鲁皖地区1484 年以来 43/4级以上地震完整性较好，而附近海域1484—1840 年仅发生3 次5 级以上地震，5 级地震目录缺失严重，1840 年以来5 级地震活动相对密集，地震完整性逐渐转好。因此，对鲁东—黄海地块西部5 级地震活动特征的分析，研究时间始自1840 年。

1840 年以来，鲁东—黄海地块西部5 级以上地震呈“活跃—平静”交替活动特征[图2（a）]，参考平静时段会出现5 级以上地震显著平静[图2（b）]，可归为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个活跃时段，各时段持续时间、释放地震能量、地震频次等信息详见表1。活跃时段一般持续时间平均为41 年左右，5 级以上地震平均发生17 次左右，地震能量释放平均约4.52×1015J，且强度由强到弱呈逐渐降低的特征。与前2 个活跃时段相比，目前活跃时段Ⅲ持续时间已达平均时长，但地震频次、5 级以上地震释放总能量和发生的最大地震震级明显减弱，且明显低于平均值。因此，目前鲁东—黄海地块西部可能处于活跃时段末期，未来几年可能发生多次5 级以上地震活动，强度可能以5—6 级为主。

图2 鲁东—黄海地块西部5 级及以上地震分段活动特征（a）1840 年以来M ≥5.0 地震M—t 图；（b）MS ≥5.0 地震时间间隔Fig.2 Segmented activity characteristics of earthquakes with MS ≥5.0 in the west of Ludong-Huanghai block

表1 鲁东—黄海地块西部活跃时段地震活动特征统计Table 1 Statistical table of seismicity characteristics during seismic active period in the west of Ludong-Huanghai block

在活跃时段Ⅰ、Ⅱ之后，5 级以上地震存在约25 年的显著平静，尽管活跃时段Ⅰ后期，可能海域5 级地震会有所缺失，但2 次活跃时段之间的5 级以上地震显著平静可能是以5 级地震弱活动为特征。假设目前处于2 次活跃时段之间的弱活动时期，可以通过活跃时段Ⅱ、Ⅲ初期至首发6 级地震前的5 级地震活动特征，分析6 级地震活动危险性，结果见图3。在活跃时段Ⅱ、Ⅲ初期至首发6 级地震前约5 年时间内，鲁东—黄海地块西部发生多次5 级以上地震，首发6 级地震位于集中区，见图3 中(a)、(b)图；2017 年以来该区域仅发生1 次黄海MS5.0 地震，即2021 年大丰海域MS5.0 地震，见图3(c)。

图3 1910 年1 月8 日黄海63/4 级、1979 年7 月9 日溧阳MS 6.0 地震前和截至目前5 年内MS ≥5.0 地震分布(a)1905-01-01—1910-01-08；(b)1974-01-01—1979-07-09；(c)2017-01-01—2022-01-14Fig.3 Distribution of earthquakes with MS≥5.0 in five years before the Huanghai M 63/4 earthquake on January 8,1910,Liyang MS 6.0 earthquake on July 9,1979 and now,respectively

2 地震序列活动特征

2.1 余震活动

截至2022年1月31日，大丰海域MS5.0地震余震区共记录ML≥2.0 余震14 次，其中ML2.0—2.9 地震8 次，ML3.0—3.9 地震5 次，ML4.0—4.9 地震1 次，最大余震为2021 年12 月8 日发生的ML4.0（MS3.8）地震（表2）。从地震空间分布看，余震活动集中在主震震中15 km 范围内，且主要分布在主震NE 方向，未呈明显展布趋势，最大余震位于主震北侧，距主震震中约2 km（图4）。

图4 大丰海域MS 5.0 地震序列震中分布（2021 年11 月17 日至2022 年1 月31 日）Fig.4 Epicentral distribution of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence(from Nov.17,2021 to Jan.31,2022)

大丰海域MS5.0 地震序列余震集中发生在主震后3 天内，共记录ML≥2.0 余震7 次，同时余震频次快速下降，随后余震序列呈平静—活跃状态，即11 月18 日ML3.1 地震发生后间隔约3 天接连发生ML2.8、ML2.5 和ML2.5 地震，后续间隔15 天后连续发生ML4.0（最大余震）、ML3.2 和ML3.0 地震，之后间隔9 天依次发生ML2.5、ML2.6 地震，震级衰减明显（图5，表2）。

表2 大丰海域MS 5.0 地震序列目录（ML ≥2.0）Table 2 Catalogue of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence (ML ≥2.0)

图5 大丰海域MS 5.0 地震序列M—t 图和每日地震频次（ML ≥0.0）(a) M—t 图（ML ≥0.0）；(b)每日地震频次（ML ≥0.0）Fig.5 The M-t and daily frequency diagrams of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence (ML ≥0.0)

大丰海域MS5.0 地震序列中主震（MS5.0）与最大余震（MS3.8）的震级差为1.2，主震释放能量约占序列的98.89%，显示5.0 级主震释放了此次地震序列的主要能量。综合主余震震级差和主震释放能量比例判断，该地震序列应为主余型序列（蒋海昆等，2006）。由于余震个数较少，不满足地震序列参数计算的样本条件，因此无法获得合理的序列参数。

2.2 视应力

就区域应力场而言，在合理假设下，可以得到关于应力大小的某种物理意义上的估计，即视应力（Wyss et al，1968）。视应力由地震能量ES与地震矩M0之比乘以剪切模量μ得到，可作为地壳应力水平的下限估计（Wyss，1970；吴忠良，2001）。

通过计算强震发生后余震序列或强震本身的视应力，为震后趋势判定提供依据（陈学忠等，2002）。利用2021 年大丰海域MS5.0 地震震中300 km 范围内地震台站记录的波形数据，计算得到此次地震视应力为1.3 MPa。江苏及邻近地区地震视应力平均值为0.91 MPa，而苏中至南黄海海域由于分布多条活动断裂，一直以来是江苏地区中等地震活动的主体地区，视应力较高，多为1.0 MPa 以上（孙业君等，2015）。因此，2021 年11 月17 日大丰区盐城海域MS5.0 地震视应力值处于正常背景水平。

3 震前地震活动异常

2021 年江苏大丰海域MS5.0 地震的发生，打破了华北地区（30°—43°N，108°—124°E）自2021 年7 月15 日以来持续120 天的ML4.0 以上地震平静，而苏皖两省及周边地区震前存在以下地震活动异常：盐城至长江口ML2.0 地震空区、霍山和长岛地震窗开窗活动、淮安附近地区ML1.5 以上小震增强异常，且均为趋势异常。其中，盐城至长江口ML2.0 地震空区可作为本次大丰海域MS5.0地震的震前异常，长岛地震窗可能与此次地震有关，其他异常与本次大丰海域MS5.0 地震关联性不强。除长岛地震窗外，采用其他异常预测可能发生地震的震级多为4 级左右或4—5 级。

（1）盐城至长江口ML2.0 地震空区。2020 年7 月20 日 至2021 年10 月31 日，在江苏盐城至长江口一带地区形成ML2.0 地震空区，在空区边缘共发生ML2.0 及以上地震13 次，其中ML2.0—2.9 地震12 次，ML3.0—3.9 地震1 次，最大地震为2021 年6 月12 日大丰ML3.1 地震（图6）。对该区域以往震例研究发现，在1987 年2 月17 日射阳MS5.1、2016 年10 月20 日射阳MS4.4等地震前，均有类似地震空区异常出现。本次地震发生于该空区边缘，震前围空未被打破，故该地震空区为趋势异常。据此认为，盐城至长江口ML2.0 地震空区为本次大丰海域MS5.0 地震的震前异常。

图6 江苏及邻区ML ≥2.0 地震震中分布及盐城至长江口地震空区（2020-07-20—2021-10-30）Fig.6 Epicentral distribution of earthquakes ML ≥2.0 in Jiangsu and its adjacent areas and seismic gap between Yancheng and Yangtze River Estuary（from July 20,2021 to Oct.30,2022）

（2）霍山地震窗开窗。自2021 年2 月以来，安徽霍山地震窗（31°—31.9°N，115.7°—116.5°E）小震呈活跃态势，其中该年2 月2 日和6 日ML≥1.0 地震日频次高达12 次，至2 月6 日达49 次，超过开窗阈值40 次（图7）。统计发现，该异常对周边100 km 范围内MS≥3.5、250 km 范围内MS≥4.0、500 km 范围内MS≥5.0 及500 km 以上MS≥6.0 地震具有预测意义（R=0.17，R0=0.16，研究中R值采用国家地震局科技监测司（1990）推算方法计算）。本次大丰海域MS5.0 地震距霍山地震窗超过500 km，不在其有效预测范围内，因此霍山地震窗不是该地震的震前异常。

图7 2015 年以来霍山地震窗ML ≥1.0 地震三月累积频次时间曲线Fig.7 The seasonal cumulative frequency curve of earthquakes larger than ML 1.0 in Huoshan earthquake window since 2015

（3）长岛地震窗开窗。2021 年5 月山东长岛地震窗达到异常阈值，分析认为，该异常对华北东部地区（29°—40°N，114.5°—125.0°E）后续1 年内5 级及以上地震有一定指示意义（R=0.17，R0=0.11）。此次MS5.0地震（距长岛地震窗约497 km）位于该异常预测范围内，因此长岛地震窗可能与本次地震有关，但二者的物理相关性有待进一步研究。

（4）淮安附近地区ML1.5 小震增强。2018 年3 月以来，淮安地区ML1.5 及以上地震年累积频次持续出现超阈值现象（图8，图9）。统计结果表明，异常结束8 个月内对增强区域附近ML≥4.7 地震有一定指示意义（异常对应率为4/6）。本次大丰海域MS5.0 地震距该小震增强区200 km 以上，超出其有效预测范围，因此不作为其映震异常。但该异常持续时间达3.5 年，以往震例前无类似现象出现，有必要对此异常做进一步研究。

图8 1970 年以来淮安地区ML 1.5 以上地震分布Fig.8 Distribution of the earthquakes larger than ML 1.5 in Huai’an area since 1970

图9 1970 年以来淮安地区ML 1.5 以上地震年累积频次（窗长12 个月，步长1 个月）Fig.9 The annual cumulative frequency of earthquakes larger than ML 1.5 in Huai’an area since 1970 (time window: 12 months,step length: 1 month)

4 震前地球物理观测异常

2021 年11 月17 日江苏大丰海域MS5.0 地震前，震中300 km 范围内存在地球物理观测异常3 项，且均为流体异常。3 项异常均分布在震中100—300 km 范围内，其中2 项短期异常，1 项趋势异常（图10，表3）。此次大丰海域MS5.0 地震震中距海岸线约45 km，地震监测偏于一侧，观测密度较低，震中100 km、200 km、300 km 范围内地球物理观测项分别为14 项、66 项和323 项，相对应范围内异常占比分别为0（0/14）、3.0%（2/66）和0.9%（3/323），整体异常占比较低。

图10 大丰海域MS 5.0 地震前周边300 km范围内地球物理异常空间分布Fig.10 Geophysical anomalies before the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake within 300 km of the epicenter

分析认为，与此次大丰海域MS5.0 地震前有关的地球物理观测异常共2 项（表3中第1、2 项），为兴化苏08 井中层水温、深层水温短期异常。下文将分别对大丰海域MS5.0 地震前的地球物理观测短期、趋势异常特征及预测意义进行梳理、分析与总结。

表3 大丰海域MS 5.0 地震前地球物理观测异常统计Table3 A list of geophysical anomalies before the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake

（1）兴化苏08 井水温异常。兴化苏08 井位于江苏溱潼凹陷附近，井深2 680 m，套管深度为2 228 m，观测层为古生代白云岩、灰岩岩溶裂隙承压水，2 套SZW-2 水温仪分别置于井中400 m 深度和1 000 m 深度，进行中层水温和深层水温观测。苏08 井中层水温自2021 年8 月8 日出现上升变化，2021 年9 月初转平，上升幅度约0.006 ℃，此后水温在高值波动，见图11（a）。该井深层水温于2021 年8 月8 日同步出现下降变化，2021 年11 月中旬转平，累计下降幅度约0.015 ℃，见图11（b）。

图11 兴化苏08 井中层水温（a）、深层水温（b）观测曲线Fig.11 Water temperature changes of middle layer (a) and deep layer(b) in the Su #08 well near Xinghua

历史资料的梳理结果表明，苏08 井中层水温、深层水温观测无4 级以上震例对应。针对2021 年8—11 月苏08 井中层水温、深层水温的同步变化，江苏省地震局开展异常核实工作，判定该变化非观测系统、气象和周围环境干扰所致。异常出现101 天后，在距观测井110 km处发生此次大丰海域MS5.0地震，基本符合井水温度映震异常的研究结果（车用太等，2008；张彬等，2014；马玉川等，2021）。因此，兴化苏08 井中层水温、深层水温变化可能是此次大丰海域MS5.0 地震前短期异常。

（2）宿迁苏05 井水温异常。宿迁苏05 井位于郯庐断裂带东侧沭阳凹陷内，井深976 m，套管下至975 m 处，观测层为白垩纪赤山组细砂岩。该井水温观测始于2000 年，温度探头置于井下200 m，水温仪型号为 SZW-1A。苏05 井水温自2020 年3 月29 日出现下降变化，2021 年1 月25 日转折回升，至3 月24 日已回升0.03 ℃，之后继续下降，至11 月17 日累计下降幅度约0.06 ℃（图12）。

图12 宿迁苏05 井水温观测曲线Fig.12 Water temperature changes in the Su #05 well near Suqian

震例研究表明，该井水温的短期变化与苏皖交界中等地震有一定对应关系。针对2020 年3 月29 日以来苏05 井水温的大幅波动变化，江苏省地震局开展异常核实工作，排除了观测系统、气象和周围环境干扰原因。异常出现598 天后，在距观测井248 km 处的大丰海域发生MS5.0 地震，井震距与异常持续时间偏大，与该井以往震例研究结果存在差异；与往年井水温度变化动态相比，此次苏05 井水温异常变化幅度是2010 年以来最大的一次，且大丰海域MS5.0 地震后异常仍在持续，因此无法明确该异常是否与此次MS5.0 地震有关。

5 讨论及结论

由鲁东—黄海地块历史地震期幕活动特征判断，目前该区域可能处于活跃时段末期，未来几年可能发生多次5 级以上地震，强度可能以5—6 级为主。在以往活跃时段，首发6 级地震前约5 年时间，鲁东—黄海地块西部发生多次5 级以上地震，且6 级地震位于5 级地震集中区。江苏及近海区域近5 年内未出现5 级地震丛集活动现象，因此，该区域目前发生6 级以上地震的可能性不大。

2021年大丰海域MS5.0地震序列为主余型序列，主震视应力值处于该区正常背景水平，因此近期震源区附近发生更大地震的可能性较小。地震活动以趋势异常为主，地球物理观测手段中仅兴化苏08井水温（中层、深层）异常与此次大丰海域MS5.0地震有关。总体来看，大丰海域MS5.0 地震前地震活动与地球物理观测异常偏少，短期异常更少。

2010 年以来华东地区发生5 级以上地震5 次，其中4 次位于黄海地区，且受震中及周边区域观测条件限制，震前地球物理观测异常相对较少。以上4 次黄海地区5 级以上地震中，2013 年4 月21 日和5 月18 日黄海MS5.1 地震发震时间较近，可视为一组地震活动，进一步将2011 年、2013 年和2021 年的5 级地震前地震活动和地球物理观测异常做综合对比分析，统计结果见表4。

表4 2010 年以来华东MS ≥5.0 地震前地震活动和地球物理观测异常Table 4 Seismicity and geophysical observation anomalies before MS ≥5.0 earthquakes in East China since 2010

震例资料来源于《中国震例》（陈俊华等，2019）和日常震情跟踪与震例等总结资料（江苏省地震台，2021）。研究结果显示，在2011 年、2013 年3 组5 级地震前地震活动异常较为丰富，尤其是区域地震活动的短期异常较显著，而本次大丰海域MS5.0 地震前地震活动短期异常相对偏少；对于海域5 级地震而言，地球物理观测短期异常仅能作为参考。

综上所述，通过对2021 年11 月17 日江苏大丰海域MS5.0 地震开展震后总结，得出以下结果：①震前地震活动：华北ML4.0 以上地震平静（震前未打破）、长岛地震窗开窗、江苏沿海ML2.0 以上地震空区3 项趋势异常与本次地震有关；②地球物理观测：江苏兴化水温2 项短期异常与此次大丰海MS5.0 地震有关；③地震序列性质：尽管序列余震数量偏少，无法得到合理的序列参数，但本次地震视应力值约1.3 MPa，大致处于正常背景水平，由历史地震序列类型、能量衰减等判断，本次地震序列为主余型的可能性较大；④中强地震危险性：距今5 年左右时间内，江苏及附近海域无5 级地震空间集中活跃现象出现，由历史地震期幕活动特征判断，研究区域近期发生6 级以上地震的危险性较小。

本文撰写得到刘杰研究员的指导，蒋海昆研究员、晏锐研究员、孟令媛研究员、闫伟高级工程师和解滔高级工程师、中国地震局地质研究所任治坤研究员亦给予帮助，中国地震台网中心国家地震科学数据中心（http://data.earthquake.cn）提供数据支撑，在此对他们及中国地震台网中心预报部同事的辛苦工作，一并表示衷心感谢。