2017, Vol. 37
鄂尔多斯地块位于中国大陆西部与东部过渡带的东侧，它的西南边界是青藏高原的东北边界，直接受到青藏高原运动的影响。鄂尔多斯地块运动的主要驱动力是来自青藏地块东北缘NE向挤压力，同时华南地块和燕山地块对其南北边界存在推挤和阻碍作用[1]。鄂尔多斯地块北缘主要位于内蒙古中西部地区，区域内中强地震较为活跃，形成内蒙古主要的地震带——河套地震带，其地震活动既具有东北地震区地震活动的某些特点，也具有华北地震区地震活动的某些特点，同时还兼具青藏高原地震区地震活动的某些特点。鄂尔多斯地块及其周缘一直是地学研究者持续关注的热点地区，在地质构造、活动变形、动力来源、地震活动性等领域取得了许多研究成果[1-36]。特别是近些年，随着南北地震带南段2008年汶川8.0、2010年玉树7.3、2013年芦山7.0级地震的发生，以及预测的未来地震发震趋势，鄂尔多斯地块及其周缘再次受到许多地学研究者的关注，尤其是2015-04-15鄂尔多斯地块西北缘的内蒙古阿拉善左旗发生5.8级地震后，鄂尔多斯地块及其周缘再次成为地学研究者聚焦的热点地区。
尽管中国大陆中强地震活动在某些地区具有幕式活动的特征[37]，但是时空不均匀性在中国大陆的地震活动中却是普遍存在的。因此研究和把握某些特殊时段、特殊区域地震活动的某些特殊规律就变得更为重要。1920年海原8.5级地震后，鄂尔多斯地块的中强地震活动特点发生明显变化，地块西缘、南缘、东缘再未发生6.0级以上地震，地块北缘成为块体6.0级以上地震新的主体活动区域。也就是说，1920年海原8.5级地震后，鄂尔多斯地块进入了新的地震活动时段，或者说是特殊的活动时段，开辟了新的主体活动场所，即鄂尔多斯地块北缘地区，在新的阶段该地区又出现新的活动特点。研究现今鄂尔多斯地块北缘地震活动特征及动力背景，对于把握块体未来地震活动趋势具有重要意义。
本文在鄂尔多斯地块地震活动性已有研究成果的基础上[29-36]，着重分析1970年以来鄂尔多斯地块北缘的地震活动习性，一方面利用震例验证已有的地震活动特征，另一方面为鄂尔多斯地块北缘以及地块周缘，乃至华北地区未来地震趋势判定提供佐证。
1 鄂尔多斯地块北缘地质构造和动力背景鄂尔多斯地块是始新世开始形成，至今仍在活动，内部变形较小，其周缘边界断裂带变形强烈、强震频繁发生的活动地块及其边界组合，包括鄂尔多斯周缘断陷系和鄂尔多斯稳定地块(图 1)[37]。地块北缘主要包括河套断陷系和山西断陷系北部。河套断陷系由呼包凹陷、白彦花凹陷及临河凹陷组成，这3个凹陷的北缘分别为大青山山前断裂、乌拉山山前断裂及狼山-色尔腾山山前断裂。山西断陷系北部主要有大同盆地，大同盆地的主要边界活动断裂有口泉断裂、六棱山北麓断裂和恒山北麓断裂(图 2)。
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图 1 鄂尔多斯地块及周缘地震构造 Fig. 1 The sketch map on tectonics of Ordos block and neighboring area |
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图 2 鄂尔多斯地块北缘地震构造 Fig. 2 The sketch map of seismic tectonic on northern margin of Ordos block |
多数研究结果认为，鄂尔多斯地块自晚新生代以来的运动是稳定的，其水平运动状态表现为逆时针旋转[1, 14-17]。1999~2007年、2009~2013年、2013~2015年3个时段鄂尔多斯地块GPS速度场滤波结果表明，地块的东西缘显示了较为明显的右旋特征，北南缘则显示了较好的左旋特征。2013~2015年的结果显示，地块西南缘的运动速率变化最大，显示了青藏块体向鄂尔多斯地块NE向挤压力逐渐增大的作用过程。
在运动学上相互制约的块体的转动是地壳中重要的构造运动形式，块体间边界断裂的活动本质上是这些块体以不同方式转动的结果。鄂尔多斯地块除自身的逆时针旋转外，还是中国大陆东部整体运动的一个组成部分，这种运动模式较好地解释了鄂尔多斯地块南北缘和东西缘旋转方式的不一致现象。“挤推阻碍模式”认为，鄂尔多斯地块运动的主要驱动力是来自青藏地块东北缘的NE向挤压力，同时华南地块和燕山地块对其南北边界存在推挤和阻碍作用[1]。
2 鄂尔多斯地块北缘现今地震活动特征选取105°~116°E、39.0°~41.5°N为研究区，包括鄂尔多斯地块北缘及其西北缘和东北缘。中强地震目录采用《中国地震目录(公元前23世纪~公元2010年5月)》，1970年以来现代仪器记录的地震目录主要来源于原中国地震局分析预报研究中心、中国地震台网中心、全国地震编目系统, 以及内蒙古、山西、河北、宁夏等地震局的地震观测报告，并整理了2010-06后的中强地震目录，资料截止到2015-12。
2.1 中强地震幕式活动从1970年现代仪器记录地震至2015年，鄂尔多斯块体北缘共发生5.0级以上地震15次，其中6.0级以上地震5次，最大地震是1996年包头6.4级地震，在时间序列上具有明显的幕式活动特征。中强地震活动在时间轴上可清晰地划分为4幕活动：第Ⅰ幕从1976-04-06~1976-09-23，经历时间为0.47 a，地震数2次，幕内最大地震分别是1976年的和林格尔和巴音木仁6.2级地震；第Ⅱ幕从1979-08-25~1981-08-13，经历时间为1.97 a，地震数2次，幕内最大地震为1979-08-25五原6.0级地震；第Ⅲ幕从1989-10-19~1991-09-14，经历时间1.9 a，地震数7次，幕内最大地震是1989-10-19大同5.9级地震；第Ⅳ幕从1996-05-03~1999-11-01，经历时间3.5 a，地震数4次，幕内最大地震是1996-05-03包头6.4级地震。2015-04-15阿拉善左旗5.8级地震可能是鄂尔多斯块体北缘第Ⅴ幕中强地震活动的开幕地震。纵观前4幕地震，幕内首发地震与后续地震的最小时间间隔为0.47 a，最大时间间隔为1.97 a(图 3，表 1)。
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图 3 鄂尔多斯地块北缘中强地震幕式活动 Fig. 3 The group activity of moderate strong earthquakes on northern margin of Ordos block |
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表 1 鄂尔多斯块体北缘中强地震的成组活动 Tab. 1 The group activity of moderate strong earthquakes on northern margin of Ordos block |
临河、吉兰泰盆地所在的鄂尔多斯地块西北缘与呼包盆地东边界、大同盆地所在的鄂尔多斯地块东北缘，中强地震具有东西对跳迁移的活动特征。统计表明，西北缘发生首发中强地震后0.22~1.96 a内，中强地震具有从地块西北缘或东北缘迁移对跳的活动特征，迁移对跳地震的震级差最大为1.2。1970年以来共发生4次迁移，包括统计时间段内所有的中强地震，平均迁移距离约500 km。第Ⅰ次对跳的首发地震是东北缘的1976-04和林格尔6.2级地震，对跳地震是西北缘的1976-09巴音木仁6.2级地震；第Ⅱ次对跳的首发地震是西北缘的1979-08五原6.0级地震，对跳地震是东北缘的1981-08丰镇5.6级地震；第Ⅲ次对跳的首发地震是东北缘的1989-10大同5.9级地震，对跳地震是西北缘的1991-01阿拉善左旗5.2级地震；第Ⅳ次对跳的首发地震是西北缘的1997-10杭锦后旗5.0级地震，对跳地震是东北缘的1998-01张北6.2级地震。2015-04-15阿拉善左旗5.8级地震可能是第Ⅴ次迁移对跳的首发地震，也就是说西北缘发生中强地震后未来的中强地震向东北缘即蒙晋冀交界地区迁移的可能性很大(图 4)。表 2给出鄂尔多斯地块北缘中强地震东西对跳迁移的相关统计指标。
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图 4 鄂尔多斯块体北缘中强地震的东西对跳迁移 Fig. 4 The moderate strong earthquakes migrate from east to west on northern margin of Ordos block |
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表 2 鄂尔多斯块体北缘中强地震的东西对跳迁移 Tab. 2 The moderate strong earthquakes migrate from east to west on northern margin of Ordos block |
以鄂尔多斯地块北缘作为研究区域，以内蒙古临河以东至河北张家口作为中等地震平静的统计区域(107.8°~116.0°E，40.0°~41.5°N)，分析统计区内ML≥4.0地震平静与1976年以来研究区内6.0级左右地震的对应关系。从1970年以来研究区ML≥4.0地震空间分布图可以看到，ML≥4.0地震主要分布于晋冀蒙交界地区所在的岱海、大同、阳原等盆地群，呼和浩特-包头盆地和临河-吉兰泰盆地。1970~2015年的ML≥4.0地震可以分为两个时段，1970-01-01~2005-02-27为一个时段，2005-02-28~2015-12-31为另一个时段。可以发现，第二个时段在平静统计区内再未发生ML≥4.0地震，也就是说，统计区内的最后一个ML≥4.0地震就是2005-02-27内蒙古临河的ML4.0地震。截止到2015-12-31，统计区内已经3 958 d未发生ML≥4.0地震(图 5)，平静现象是1970年以来最为显著的。
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图 5 鄂尔多斯地块北缘2005-02-27前后ML≥4.0地震分布 Fig. 5 The distribution of ML≥4.0 on northern margin of Ordos block before and after February 27, 2005 |
1970年以来，研究区内部分别发生1976-04-06和林格尔6.2、1976-09-23巴音木仁6.2级、1979-08-25五原6.0级、1989-10-19大同5.9、1996-05-03包头6.4、1998-01-10张北6.2级地震，除巴音木仁地震和大同地震外，其余4次地震均发生在平静区内部(图 5)。
以相邻2次ML≥4.0地震的时间间隔作为统计量，对统计区的地震活动平静异常进行统计检验。统计结果表明，研究区内部发生的6次强震有5次发生在平静异常结束后的一段时间，1次由强震直接将平静现象打破(图 6)，可见统计区内部中强地震之前长时间ML≥4.0地震平静现象是明显和普遍的。统计发现，1970年以来平静区超过800 d的平静现象共计发生过3次：第1次从1973-04-14内蒙古兴和ML4.9地震开始，持续平静800 d后被1975-06-24内蒙古和林格尔ML4.8地震打破，287 d后首发1976-04-06内蒙古和林格尔6.2级地震，之后研究区内连续发生1976-09-23内蒙古巴音木仁6.2级、1979-08-25内蒙古五原6.0级、1981-08-13内蒙古丰镇5.6级地震；第2次从1984-11-27河北天镇ML4.5地震开始，持续平静1 079 d后被1987-11-11河北宣化ML4.7地震打破，708 d后发生1989-10-19山西大同5.9级地震；第3次从1989-02-24内蒙古乌拉特前旗ML4.7地震开始，持续平静2 625 d后被1996-05-03内蒙古包头6.4级地震将平静直接打破。最近的平静是从2005-02-28开始，到2015-12-31持续平静3 958 d，统计区内再未发生ML≥4.0地震，平静时间已远远超过历史统计的最长时间间隔, 见图 6、表 3。
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图 6 鄂尔多斯地块北缘ML≥4.0平静特征 Fig. 6 The quiet character of ML≥4.0 on northern margin of Ordos block |
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表 3 平静区ML≥4.0地震800 d以上平静时段与中强地震统计 Tab. 3 The quiet interval more than 800 days of ML≥4.0 earthquake and moderate earthquake statistics |
鄂尔多斯地块受到地块北部北西向拉张与南部北东向推挤形成的力矩作用，以及燕山地块的NW向拉张作用力与华南地块的SE向拉张作用力，这两对作用力是鄂尔多斯发生逆时针旋转的驱动力[15]。相近的观点还认为，鄂尔多斯地块西缘南段上新世至第四纪时期实际上受到了一组数值大小由南向北递减、方向为EW至NEE向推挤力的作用，鄂尔多斯地块在这一组推挤力的作用下发生逆时针转动。根据力的传递原理，鄂尔多斯地块的逆时针转动是青藏高原东北缘对华北亚板块近东西向推挤作用的结果[12]。
最新的GPS水平速度场结果显示，鄂尔多斯地块南北缘表现为明显的左旋运动特征，东西缘表现为明显的右旋运动特征。2013~2015年的结果显示，地块西南缘的运动速率变化最大，显示了青藏块体向鄂尔多斯地块NE向挤压力逐渐增大的作用过程。
1920年海原8.5级地震后，鄂尔多斯地块北缘成为华北地区6.0级以上地震的主体活动地区之一，尽管该地区存在地震活动资料不完整的可能，但这种现象却是毋容置疑的。1970年以来中强地震活动经历了4幕活动，2015-04阿拉善左旗5.8级地震后进入第5幕活动。鄂尔多斯地块西北缘与东北缘中强地震具有迁移对跳规律，未来的中强地震具有向块体东北缘迁移的可能性。
利用该区域中等地震长时间平静现象可预测未来一定时间段内附近区域发生强震的可能性。已有的震例和统计结果表明，1976年以来，研究区6次6.0级左右地震前出现长时间中等地震平静现象，平静现象在区域强震前具有普适性，其时间平静特征可作为区域范围强震的预测指标。
日本15次7级以上地震中，13次地震前出现几百天乃至上千天的异常平静。1997-11-08西藏玛尼7.5级地震、2001年昆仑山口西8.1级地震前，区域范围内均出现过显著的中等地震平静异常[38]，中强地震平静是2008年汶川8.0级地震前最显著的地震活动性异常[29]。实际上，大范围内“场”的平静同样可能具有深刻的物理含义，利用它判断主震的发震时间更为有利。尽管基于声发射实验结果对大震前平静现象可能的物理力学机制进行了一些解释，但其直接的物理力学机制还有待于进一步深入研究。
鄂尔多斯地块北缘中强地震幕式活动特征、东北缘与西北缘的迁移活动特征、时间平静特征可作为区域范围强震的预测指标。但鉴于地震活动成因、诱震背景的复杂性，将其作为区域范围强震的预测指标仍显研究样本不足、证据不足，仍需震例的进一步检验。
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