在太平洋板块、欧亚板块、北美板块和菲律宾海板块的长期相互作用下，位于太平洋西北部的日本海沟成为太平洋板块向欧亚板块俯冲的汇聚带，同时日本海沟也为环太平洋地震活动带活动频度最高、强度最大的地区^[1]。2011-03-11日本东部附近海域发生M_W9.0地震(38.1°N，142.6°E，简称日本大地震)，该地震发生在西太平洋海域日本海沟俯冲带上，为一次特大逆冲型板间地震，是日本有记录以来发生的最大地震，也是自20世纪有仪器记录以来全球发生的第4大地震。日本大地震造成日本半岛向东移动, 最大达到5.3 m，地震造成中国东北地区产生mm至cm级的同震水平位移，发生最大位移的地区位于吉林省东部边境，最大值为35 mm，方向南东东，地震导致中国东北地区一系列北北东走向的断裂产生不同程度的张性应变^[2]。一般认为中国东北地区深源地震的动力来源为太平洋板块的西向俯冲^[3]，日本大地震后中国东北地区的地震活动形势受到地震学家的普遍关注。

1900年以来，中国东北地区发生6级以上浅源地震11次，最大地震为1975年辽宁海城7.3级地震，时间最近的为2010-02-18中俄交界的6.5级地震。地震空间分布特征较为明显，7次发生在松辽盆地，4次发生在东部盆地群及周边地区。

20世纪以来，中国东北地区5级以上地震经历了4个完整的活动周期，这种周期性特征不仅表现在浅源地震上，在深源地震上也有较好的表现，浅源和深源地震均具有20 a的周期性特征，这种周期性特征在1999年之前的4个活动周期中均具有较好的体现^[4-6]。1999年辽宁岫岩5.4级地震后，中国东北地区浅源地震进入第5个活动期，主要代表性地震为2003年和2004年内蒙古东部地区的2次5.9级地震。2011年日本大地震前，共计发生7次5级以上浅源地震，按照前4个活动期的规律来看，2008年内蒙古阿荣旗5.2级地震后，中国东北地区将进入平静阶段，之后将会发生几次地震，预示着第5活动期的结束。但由于日本大地震的发生，2013~2019年中国东北地区又连续发生9次5级以上浅源地震，不仅浅源地震活动，与此同时深源地震也表现出某种特殊性。

区域地球动力学环境对地震活动的影响显而易见，日本大地震发生后现今中国东北地区的地球动力学环境如何，中国东北地区的地壳运动是否仍具有日本大地震后的继承性特征，这些问题可能会关系到中国东北地区地震活动格局。日本大地震后，中国东北地区的地震活动表明，日本大地震对中国东北地区的地震活动产生了非常显著的影响，这种影响不仅表现在浅源地震上，也同样对深源地震活动产生影响，对中国东北地区地震活动的周期性特征也将产生深远影响。本文以中国东北地区为研究对象，重点讨论日本大地震后，该区域现今的地壳运动基本状态是否具有日本大地震后的某些继承性特征，以及地壳运动发生的新变化，以期进一步深入研究中国东北地区的地震活动趋势。

1 中国东北地区地震构造背景

中国东北地区包括辽宁省、吉林省和黑龙江省以及内蒙古自治区东部地区。该区在现今地质构造上属滨太平洋构造域，前中生代属于古亚洲洋构造域。区域地质构造格局的形成主要经历了早前寒武纪古陆、古生代古亚洲洋构造域和中生代以来滨太平洋构造域等几个主要阶段。后者会对前者产生叠加改造，地质构造复杂多样^[7-10]。

受北东向走滑断裂控制，中国东北地区中-新生代盆地总体呈北东向展布^[11]。盆地群的东、西边界均受控于北东向巨型走滑断裂，从西北到东南，中国东北地区的盆地群被北东向的嫩江断裂、依兰-伊通断裂分割为西部、中部和东部盆地群。西部盆地群主要以海拉尔盆地为主，盆地周边主要发育有海拉尔断裂、呼伦湖断裂等；中部盆地群则以松辽盆地为主，该盆地也为中国东北地区规模最大的盆地，整体呈北东向展布，其西部边界为北东向的嫩江断裂，东部边界为北东向的依兰-伊通断裂，内部还发育有北东向的扶余-肇东等断裂，同时北西向的第二松花江断裂、滨州断裂、富裕-明水断裂等贯穿其中；东部盆地群主要包括辉南盆地、三江盆地、汤原盆地、虎林盆地和延吉盆地等，这些盆地规模小、形态复杂，主要受北东向的密山-敦化断裂控制(图 1)。

盆地群及控制盆地群的北东向断裂是中国东北地区最具代表性的地质构造特征，在这些盆地群中，最具特征的则为松辽盆地，也是该区域地震活动最强烈的地区。根据松辽盆地的几何形态、运动学特征，推断松辽盆地主要是在中国东北前中生代这一特殊的大地构造背景下由简单剪切作用形成^[12]。松辽盆地中-新生代地层最大厚度达10 000 m，盆地演化经历了热隆张裂、裂陷、坳陷和萎缩4个发展阶段^[13-14]。从中侏罗世到早白垩世，盆地构造特征以断陷、沉降为主。

中国东北地区除北东向的主干断裂外，区内还发育东西走向的西拉木伦断裂和赤峰-开原断裂，这2条断裂的东部贯穿松辽盆地的南部和南部边界。依兰-伊通断裂依兰段在新生代以来，即古新世初期到晚第四纪共经历5个不同的构造演化阶段，这一演化过程在东北地区可能具有较好的代表性^[15]。

2 日本大地震触发的库仑破裂应力

中国东北地区主要活动构造带在日本大地震后产生了静态库仑破裂应力变化，断层库仑应力变化对未来地震活动具有加速或延迟的作用。研究表明，大多数地区库仑破裂应力增加或减小与该地区地震活动频率相对增高或减小呈正相关^[16-17]。一些地区库仑破裂应力增加大于0.01 MPa，就有可能加速触发地震活动，其触发延迟时间可为几秒到几十年^[18-19]。

库仑破裂应力是作用在断层面上克服摩擦阻力使断层滑动的力，库仑破裂应力变化指其改变量(ΔCFS)，表达式为^[20-23]：

$\mathrm{CFS}=\Delta \tau_{\mathrm{rake}}-\mu\left(\sigma_{n}\right) $

(1)

式中，Δτ_rake为断层面沿滑动方向上静态剪切应力变化(与断层滑动方向一致时取正，反之取负)；Δσ_n为断层面正应力变化(弹性力学定义张应力为正，压应力为负；而岩石力学定义张应力为负，压应力为正，本文在计算库仑破裂应力变化时采用岩石力学的规定)；μ为断层面上考虑孔隙压力时的摩擦系数，通常取0.4。当ΔCFS为正值时，断层面上库仑应力增大，表明断层向破裂状态转变，存在滑动危险。当ΔCFS为负值时，表明断层面上库仑应力减小^[24-25]。

根据模拟同震应力场和各断裂的活动性质，对各活动断裂可能的滑动方向作如下简化处理(均以滑动角表示)：1)对活动性单一的断层，正断层的滑动角取270°，逆冲断层的滑动角取90°，左旋走滑断层的滑动角取0°，右旋走滑断层的滑动角取180°；2)对活动性呈复合型的断层，正断为主兼左旋走滑断层的滑动角取300°，正断为主兼右旋走滑断层的滑动角取240°，右旋走滑为主兼逆断性质的断层滑动角取150°，右旋走滑为主兼正断性质的断层滑动角取210°。同时根据式(1)计算日本大地震引起的区域内主要活动构造带的库仑破裂应力变化^{[24, 26-29]}(图 2)。

中国东北地区现今构造应力场主压应力优势方位为NEE向^[30]，日本大地震在中国东北地区触发的库仑破裂应力变化也与中国东北地区现今构造应力场具有一定联系。大多数北东向断裂触发的库仑破裂应力增加，从研究区西南断裂组-西北断裂组-东北断裂组，库仑破裂应力呈现逐渐增加的变化过程^[26]。

研究区内主要活动构造带的库仑破裂应力变化大多增加，交汇或转折部位增加幅度相对较大，但总体不超过1 kPa(图 2)。图 2中暖色系表示库仑破裂应力增加，冷色系表示库仑破裂应力减小。日本大地震对中国东北地区地震活动具有一定的加速触发作用，尤其应关注加载作用相对明显的依兰-伊通断裂带、密山-敦化断裂带中段和东北段。以密山-敦化断裂带为例，其西南段大部分为库仑破裂应力变化增加区，量值为0.011~0.259 kPa。中段从西南至东北呈现逐渐增大的趋势，在东北端附近的密山地区最高，为0.604 kPa，总体变化范围为0.481~0.727 kPa，日本大地震对中国东北地区的地震活动具有加速触发作用(图 2)。日本大地震在中国东北地区近地表产生的主要为水平向同震应力变化，此次日本大地震对中国东北地区现今构造应力场影响程度较弱，不会改变区域现今构造应力场的分布格局^[26]。

3 日本大地震对中国东北地区的拉张影响

使用GPS资料进行基线计算会受到多种因素的影响，而现有解算方法已取得较大突破，精度有明显提高^[31-36]。使用2002~2018年、2006~2018年中国地壳运动观测网络基准站中国东北地区和日本IGS基准站日本区域的观测资料，利用GAMIT软件计算得到中国东北地区CHUN站和HRBN站及日本IGS站MIZU站和USUD站的区域单日松弛解^[37]。同时利用GLOBK将SOPAC给出的全球单日松弛解和计算得到的区域单日松弛解进行综合平差，在此基础上通过IGS核心站求解相对于全球参考框架ITRF2005的相似变换参数，从而获得ITRF2005下的单日解，即GLOBK的N、E、U坐标值^[38]。通过计算2个端点的精确经纬度^[39]，结合大地主题解算公式^[40]，最终得到2个连续站点间的大地线长度。

中国东北地区的HRBN站和CHUN站与日本MIZU站和USUD站的直线距离约为1 400 km，USUD站、MIZU站分别距离日本大地震震中435 km、172 km。从2006~2018年MIZU站与HRBN站和2002~2018年USUD站与CHUN站基线的原始时间序列变化来看，日本大地震之前基本呈现逐年缩短的变化趋势，USUD-CHUN变化尤为明显，年均缩短量约为28 mm，MIZU-HRBN年均缩短量相对较小，即日本大地震的发生使中国东北地区和日本大陆地壳运动的基本趋势发生了改变。日本大地震之后，MIZU-HRBN和USUD-CHUN各自的运动趋势发生明显改变，由之前的挤压状态改变为拉张状态，拉张量级以MIZU-HRBN表现最大、最明显，约为171 mm/a。从USUD-CHUN原始数据变化形态来看，在日本大地震同震响应至2012年期间，运动形态发生明显转折，2012年之后似乎又恢复为2002年以来的变化趋势。但在去除线性变化趋势后，MIZU-HRBN和USUD-CHUN在日本大地震后均发生显著的转折变化，而且这种变化具有持续性，MIZU-HRBN显示的拉张量约为214 mm/a，USUD-CHUN显示的拉张量约为26 mm/a。无论是原始基线还是经过去除线性影响处理，一个基本的观测事实为，日本大地震对中国东北地区地壳运动趋势的影响仍在持续发生，且具有显著性(图 3)。

4 结语

西北太平洋俯冲带日本本州至中国东北段的应力场分布完整展现了俯冲带不同部位的应力状态。整个俯冲系统水平面内主压和主张应力轴基本与西北太平洋板块俯冲方向一致，应力场分布未发生明显变化^[41]。日本大地震使日本岛内断层的库仑应力发生显著变化，平行于日本海沟的岛内逆冲断层应力释放明显，5 km深处库仑应力降低值均大于50 kPa，按照该地区每年应力积累1~10 kPa计算，相当于释放5~50 a的应力积累；平行于南海海槽的岛内逆冲断层同震库仑应力增加约1 kPa，相当于0.1~1 a正常构造运动的应力积累。对于岛内的走滑断层，若其滑动方向与同震或震后形变方向一致，则库仑应力增加，反之则降低，如1948年福井地震发震断层库仑应力增加约10 kPa，相当于1~10 a的正常构造运动应力积累^[42]。

日本大地震对中国东北地区主要活动断裂触发的库仑破裂应力最大不超过1 kPa，断裂的空间分布和产状要素不同，产生的影响也不尽相同。总体来看，北东向展布的断裂库仑破裂应力大多增加，而且从西北至东南、从西南至东北大致具有逐渐增加的特点；北西展布的以及近东西向展布的断裂库仑破裂应力大多减小，且从西至东、从西北至东南减小值逐渐增大。库仑破裂应力一方面与日本大地震后模拟获得的中国东北地区应力场有关，另一方面也与中国东北地区断裂的产状要素有关，特别是断裂的滑动方向，还有许多不确定因素，其结果仅作为断裂是否活动的参考因素。

日本大地震后，日本3个GPS站同震水平位移N和E分量差别很大，回跳主要出现在变化量大的E分量中。而观测得到的水平位移时间序列表明，这3个GPS站的同震水平位移虽存在回跳现象，但并不能根据现有数据确定为弹性回跳；USUD站距震中435 km，若加上2008-05之前的水平位移累积量，E分量229.4 mm的同震水平位移明显小于震前全部观测期间的位移累积量，但明显大于2008-05之后的位移累积量。在全球框架解中，MIZU站E分量同震水平位移为2 319.1 mm。尽管本文只获得极少数离震中较近的GPS连续观测站有限时间段的观测结果，但这些结果已说明，离震中越近，震前的变化越大且越复杂，用目前积累的GPS观测资料无法直接证明这些测站的同震位移为震前位移的弹性回跳^[43]。

分析日本大地震前后中国东北地区与日本本岛的地壳运动基线变化可以明显看出，日本大地震改变了中国东北地区与日本本岛的基本运动趋势，日本大地震的发生使原来的挤压状态改变为拉张状态。分析2002~2018年、2006~2018年2个时段的运动趋势可以发现，日本大地震的影响至今仍非常显著，日本大地震对中国东北地区地震活动的影响可能还未结束，仍会持续一段时间。

分析中国东北地区不同活跃期深源地震、浅源地震的能量释放、持续时间、时间韵律发现，1999年开始的第5活跃期具有非常明显的特殊性，主要表现在中国东北地区浅源地震“第5活跃期”能量释放远低于其他几个活跃期，深震和浅震能量释放比值大，持续时间长，地震空间丛集且具有震群发生，出现空区和条带状有序活动图像，以现有资料来看2013年7次5.0级以上地震是否为第5活跃期还难以定论^[6]。日本大地震使得中国东北地区的地球动力学环境发生明显转变，地壳运动状态由挤压转为拉张，2013年中国东北地区相继发生辽宁灯塔5.1级、内蒙古科左后旗5.3级、吉林前郭5.8级震群等7次浅源地震，这组浅源地震的发生可能与日本大地震具有某种内在联系。日本大地震后，中国东北深震区发生5次5.0级以上深源地震，其中3次6.0级以上深源地震分别发生在2011-05、2013-04、2016-01，最大深源地震为2013-04-05发生在中国东北深震区附近的俄罗斯境内的6.5级地震。由此可见，日本大地震的发生，对较为规律的中国东北地区浅源地震和深源地震的韵律性特征产生了一定影响，1999年开始的第5活动期已经结束，或将进入第6活动期前的间歇平静期，或仍将持续一段时间，还需时间的验证。

依兰-伊通断裂、密山-敦化断裂、嫩江断裂对郯庐地震带北段、松辽盆地乃至中国东北地区的地震活动具有一定的控制作用，郯庐地震带北段、松辽盆地也是中国东北地区地震活动的主体区域。中国东北地区的地震活动以松辽盆地地震活动特征最具代表性，其地震活动状态也可反映中国东北地区的地震活动状态，特别是2011年日本大地震后，松辽盆地是目前中国东北地区地震活动的主体区域，这种活动状态估计仍将持续一段时间。