2018, Vol. 38
2. 黑龙江省地震局鹤岗地震台, 黑龙江省鹤岗市蔬园乡合兴村, 154101;
3. 中国地震局地质研究所, 北京市华严里甲1号, 100029;
4. 中国地震局第一监测中心, 天津市耐火路7号, 300180
中国大陆东北地区地处欧亚板块东缘，受西太平洋板块俯冲控制，地壳运动和构造活动相对活跃。区域内发育有3条规模较大的北东向断裂，自西向东依次为嫩江断裂F1、依舒断裂F2、敦密断裂F3，其他相对活跃的断裂还有宾州断裂F4、富裕-明水断裂F5、讷谟尔河断裂F6、勃利-神树断裂F7等[1](图 1)。其中依舒断裂带北段是地震多发带，萝北曾发生过4.5~5.8级浅源地震和小震群，方正、佳木斯、宝泉岭等地也常有小震发生[2]。2011-03-11日本宫城MW9.0地震引起本地区以SEE向强烈拉张为主的同震变化[3-6]。本文结合多种观测资料研究日本地震后依舒断裂带北段的地震活动性，分析该地震对依舒断裂带北段地震活动的影响。
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图 1 地质构造及依舒断裂北段地震活动空间分布 Fig. 1 Geological structure and spatial distribution of seismicity in the northern section of Yishu fault |
根据古登堡-李希特地震重复律关系(G-R关系)曲线拟合出的直线斜率即为b值。b值与研究区应力状态、地壳破裂强度有关，用于计算地震平均复发周期，推测未来一定时段发生各级地震的危险性[7]。b值由地震资料统计得到，与地震资料完整性和可靠性、取样时空范围、样本起始震级等因素有关[8]，存在较大的不确定性。
黑龙江地区地震活动水平比西部地区低，地震样本量较小[9]，但依舒断裂带北段地震活动相对活跃，适于选作研究区域。地震目录取自黑龙江省局正式编目，时段为1973~2016年，依舒断裂北段区域根据地震活动分布选取(图 1)。
1.2 区域背景b值的确定基于以上方法和数据计算依舒断裂北段的最优背景b值。在震级-频度曲线中，较低震级档和较高震级档一般表现为“掉头”和“摆尾”现象。最大震级比较零散，最小震级因缺震曲线斜率偏小。计算时首先观察曲线给出最大震级，对最大震级采用最小二乘拟合，以0.1级为步长，依次删除极小震级，同时得到曲线与拟合直线的拟合精度和a、b值及标准偏差。当拟合精度取得最小时，确立的极小震级即为最小震级(图 2)。
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图 2 震级-频度曲线 Fig. 2 Magtitude–frenquency curve |
当最大震级为4.6、最小震级为2.5时，a和b值标准偏差最小，曲线拟合精度最高，得到依舒断裂北段较为可靠的背景b值为0.77±0.01，古登堡-李希特地震重复律关系为：
| $ {\rm{lg}}N = 4.72 - 0.77M $ |
最小震级2.5级即为起算震级，与黑龙江省地震台网监测能力2.3级接近。
2 依舒断裂带北段地震活动性依舒断裂北段2.5~4.5级地震满足上述G-R关系式，据此得到该区域1973~2016年3级以上理论地震数目Nc(3)=257.0，实际发生262次；4级以上理论地震数目Nc(4)=43, 实际发生41次；4.5级以上理论地震数目Nc(4.5)=18，实际发生19次，理论计算和实际发生次数非常接近。由理论地震次数计算的地震复发周期为(单位a)：
| $ \begin{array}{l} T\left( 3 \right) = \frac{{{D_u}}}{{{N_c}}}{\rm{ }} = \frac{{43}}{{262}} = 0.16{\rm{a}}\\ T\left( 4 \right) = \frac{{{D_u}}}{{{N_c}}}{\rm{ }} = \frac{{43}}{{41}} = 1.07{\rm{a}}\\ T\left( {4.5} \right) = {\rm{ }}\frac{{{D_u}}}{{{N_c}}}{\rm{ }} = \frac{{43}}{{19}} = 2.31{\rm{a}} \end{array} $ |
由地震平均复发周期可以看出，3级地震平均每年6次左右，但最近几年3级地震年发生个数明显小于6次。4级地震的平均复发周期为1.07 a。因篇幅所限，仅列出2000年以来4级以上地震，见表 1。
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表 1 4级以上地震 Tab. 1 The earthquake which magtitude greater than 4 |
可以看出，依舒断裂北段4级地震的平均复发周期为1.07 a，几乎每年都有发生，但上一次4级地震是在2012-06，截至2017-06已经5 a没有发生，说明近期地震很不活跃。由此也引发思考，当前本区域地震不活跃的原因是什么？
3 日本地震对依舒断裂带北段地震活动的影响对b值作时间扫描，时间窗长设为4 a，滑动步长为1月，自2004年逐月扫描，计算b值及其精度，得到图 3。纵坐标虚线为背景平均b值。b值与区域应力有关，即高b值对应低应力，低b值对应高应力。以2009年底~2013年底为界，之前处于高应力场控制，之后b值大于背景b值，提示本区域处于低应力场控制，地震不活跃。2009年底~2013年底的中间时间点是2011-03，即日本3.11地震发生时间，因此极有可能是因为日本地震改变了区域应力场，缓解了地震形势。
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图 3 b值时间扫描时序 Fig. 3 b value time scanning sequence diagram |
另外，列举依舒断裂带北段2000~2016年大于2.5级地震个数发现，2011年以后2.5级以上地震个数明显小于往年，同样说明日本地震总体上延缓了区域地震的形势(图 4)。
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图 4 2000年以来2.5级以上地震数目 Fig. 4 The number of earthquakes over magnitude 2.5 since 2000 |
采用JPL的GIPSY/OASIS软件和PPP模式进行每日数据的严密处理，获得单日松弛约束解。然后采用联合平差软件QOCA对所有站点的单日松弛约束解严密平差，获得连续GPS观测站的原始坐标变化时间序列。在此基础上，对GPS时间序列进行预整理，得到干净的时间序列和残差时间序列。
HLHG和SUIY是中国大陆构造环境监测网络基准站，SUIY-HLHG基线(图 1)跨依舒断裂北段，时间段开始于2010-09，主要反映日本地震对依舒断裂北段的影响。考虑到仅用基线长度变化进行描述是不精确的，本文用矢量方法。固定SUIY，观察HLHG站三分量N、E、U的基线变化，得到图 5。
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图 5 HLHG相对SUIY(固定站)三分量基线变化及矢量描述 Fig. 5 Three component baseline variation and vector description of HLHG relative to SUIY (stationary station) |
图 5(a)显示，日本地震后1 a内即2011~2012年北南分量显著拉张，在2012年初达到稳定并持续至今。图 5(b)显示，东西向处于拉伸状态(向东为正)，除2011年变化剧烈外，2012年之后均变化稳定。基线水平分量变化与依舒断裂北段2012年至今未发生4级地震、地震活动性弱相对应，说明日本地震对东北地区的影响主要在1 a内。图 5(d)显示的是HLHG相对SUIY的水平运动轨迹。可以看出，HLHG相对SUIY整体向北西西向运动，NW向拉张与应变背景场方向一致，使得断层积累的能量得到一定程度的释放，缓解了地震形势。虽然日本地震的影响仍长期存在，但影响程度逐年减弱。
5 地面流动重力观测得到的重力场空间分布特征采用LGADJ进行统一起算基准的平差处理，计算2012~2013年、2013~2014年、2014~2015年、2015~2016年4期重力场差分变化(图 6)。2012~2013年依舒断裂北段在零等值线附近，重力场年变化不大；2013~2014年以增加为主，幅度在10 μGal左右；2015~2016年区域呈现微弱的正负交替的梯度带，地震危险性相对增加，与图 4显示的2014年和2015年地震活动较多较为一致，说明流动重力变化能一定程度上反映地震活动的强弱；2015~2016年重力场又转为负变化，幅度在10 μGal左右，与2013~2014年相抵消。总的来看，2012~2016年黑龙江地区一年期重力场资料显示稳定，重力场变化无明显异常，地震不活跃。
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图 6 重力场差分变化 Fig. 6 Differential variation of gravity field |
日本地震引起东北地区应变场产生北面向拉张变化，与依舒断裂带北东走向正交，使得依舒断裂应力积累有所放缓。研究发现，地震后1 a内对依舒断裂带北段影响较大，2 a后区域地震活动明显延缓。b值的时间扫描显示，依舒断裂带北段目前处于低应力场控制，可以解释为日本地震改变了区域应力场。依舒断裂带北段2012年至今已5 a未发生4级地震，当前存在发生4级地震的可能。
致谢 中国大陆构造环境监测网络提供GNSS观测数据，国家重力台网中心提供重力观测数据，在此表示感谢。
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2. Hegang Seismic Station of Heilongjiang Earthquake Agency, Hexing Village, Shuyuan Town, Hegang 154101, China;
3. Institute of Geology, CEA, A1 Huayanli Road, Beijing 100029, China;
4. The First Monitoring and Application Center, CEA, 7 Naihuo Road, Tianjin 300180, China