鄂尔多斯北缘6级地震发生特征及未来趋势研究

Study on Occurrence Characteristics and Future Trend of Earthquakes with MS ≥ 6.0 in the North Margin of Ordos

摘要: 文章结合1970年以来鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 4.0级地震活动的平静特征和该区域M_L ≥ 4.0级地震平静打破后M_L ≥ 3.0级地震分布特征，对1920年海原8 1/2级地震后鄂尔多斯地块周缘6级以上地震分布和鄂尔多斯地块北缘6级以上地震的时间分布和空间迁移等特征进行了研究，结果表明鄂尔多斯地块北缘未来有发生6级以上地震的可能性，且发生在鄂尔多斯地块北缘的西端的可能性较大。

Abstract: In this paper, the spatial distribution of earthquakes with M_S ≥ 6.0 after Haiyuan 8 1/2 earthquake in 1920 around the Periphery of the Ordos Block and the time distribution and spatial migration of earthquakes with M_S ≥ 6.0 in the Northern Margin of the Ordos Block were studied. Combined with the analysis of the quiet characteristics of earthquakes with M_L ≥ 4.0 and the distribution characteristics of earthquakes with M_L ≥ 3.0 after the break of the calm of earthquakes with M_L ≥ 4.0 in the Northern Margin of the Ordos Block since 1970. The results show in the Northern Margin of the Ordos Block there is the possibility of an earthquake with M_S ≥ 6.0 in the future. It is more likely to occur at the Western end of the Northern Margin of Ordos Block.

1. 引言

鄂尔多斯地块紧邻青藏高原的一个重要过渡区，其构造活动、动力学问题和地震活动性特征一直受到地学工作者的关注 [1] - [12] 。鄂尔多斯地块的现今水平运动状态可以认为是两种运动的叠加：一种是鄂尔多斯地块本身的逆时针旋转，另一种是鄂尔多斯地块与中国东部大陆的整体运动，二者叠加形成了现今鄂尔多斯地块水平运动状态的宏观表现形式 [8] 。该地块除西南边界为挤压边界外，四周被共轭剪切拉张带所围限，东西缘和南北缘分别为右旋和左旋剪切拉张带 [6] 。多数研究 [5] [8] [9] [11] 认为，鄂尔多斯地块自晚新生代以来的运动稳定，其主要驱动力是来自青藏地块东北缘NE向的挤压力，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。鄂尔多斯地块北缘的新构造运动强烈，新生代沉积厚度可观，属典型的断陷盆地，具有发生强烈地震的构造条件，历史上曾发生过公元前7年和公元849年两次河套大地震，近几十年，中强地震频频发生 [13] ，成为华北地区第四个地震活动期破坏性地震的主要活动区域之一 [14] 。

1920年12月海原8 1/2级地震后，鄂尔多斯地块周缘6.0级以上地震的活动格局发生明显转变，北缘成为新的主体活动地区。1970年以来地块周缘的应变积累释放表明，2000年以来地块周缘能量持续积累，是1970年以来能量积累最长的一个时段，2015年阿拉善左旗5.8级地震后，地块周缘的能量出现预释放的迹象 [15] 。该区域6级以上地震已经平静25年，2015年阿拉善左旗5.8级地震的发生是否表明该区域未来有发生6级以上的地震的危险？2020年鄂尔多斯北缘M_L ≥ 4.0级地震平静15年被连续两次打破，根据以往震例研究，未来该区域有发生6级以上地震的可能，这是否意味着新一轮的地震活动开始活跃？本文将结合以往震例分析，对该区域未来地震趋势做出分析。

基于以上研究背景，本文拟结合鄂尔多斯北缘6级以上地震前后弱震发生的特征，分析6级地震对邻近的西北缘地区地震活动的影响。

2. 鄂尔多斯北缘6级以上地震发生特征

本文使用的《中国强震目录》(1970-01-01~2020-10-31)和《中国弱震目录》(1970-01-01~2020-10-31)由中国地震台网中心提供。对地震目录的最小完整性震级M_C的科学评估，是进行地震活动性和地震危险性分析的重要基础，1970年以来鄂尔多斯北缘M_L ≥ 3.0级地震活动资料记录是完整的。

图1(左)绘制了研究区周围地块及1920年12月以来6级以上地震震中位置，从图中可以看出，1920.12～1921.04时段即海原8 1/2级地震后鄂尔多斯地块西缘连续发生6.0级以上余震4次，最大震级达7.0级。随后，鄂尔多斯西缘、南缘和东缘便尚未发生过6级以上地震。与之形成鲜明对比的是，北缘自1929年呼和浩特毕克齐6.0级地震至1998年张北6.2级地震发生期间，该地块北缘及东北缘接连发生7次6.0级以上地震，最大地震为1996年包头6.4级地震。1921年5月至今，鄂尔多斯地块周缘发生的7次6级以上地震均位于鄂尔多斯地块北缘，由此不难得出海原8 1/2级地震及其余震发生后北缘成为了鄂尔多斯地块周缘6级以上地震活动的主要场所。如图1(右)所示，7次6级以上地震分3个时段发生，且成组发生；前2个阶段均发生于鄂尔多斯地块北缘的东段，随后向西迁移，第3个时段从大约中段偏西的位置(内蒙古包头)开始，向东迁移至河北张北，根据前两个时段6级以上地震迁移的特点，未来6级以上地震向西迁移的可能性较大。

注：该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS (2020) 4632号的标准地图制作，底图无修改。

Figure 1. Epicenter distribution (left) and M-T map (right) of the active block in the study area and Ordos earthquakes with M ≥ 6 since December 1920

图1. 研究区活动地块及1920年12月以来鄂尔多斯6级以上地震震中分布(左)和M-t图(右)

3. 鄂尔多斯北缘M_L ≥ 4.0级地震活动平静现象

从图2可以看出，1970以来鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 4.0级地震存在4次平静时段，平静时间最短的仅有2.3年，最长的为15年。1970~1979年的2个平静持续时间较短，分别为4.8、2.3年，1983～2020年期间的2个平静时间较长，分别为13、16、15年。其中前3次鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 4.0级地震平静打破后均发生了M_L > 4.5级地震，鉴于该地震对未来6级以上地震的发生位置有指示意义，本文定义该地震为“指示地震”。

从表1和图3可以看出，指示地震地震距离未来6级以上地震的距离为33~53公里，第4次平静打破后目前还未发生M_L > 4.5级地震，因此若未来鄂尔多斯地块北缘发生M_L > 4.5级地震，在该地震附近50 km范围内有发生6级以上地震的可能。该指示地震前3次发生后有2次直接发生6级以上地震，发震率为66.67%，因此该地震的发生同时对6级以上地震的发生时间具有一定的指示意义。在图3中还可以看到，平静期始发的M_L ≥ 4.0级地震，前3次中有2次距离未来6级以上地震的位置较近，分别为80 km和25 km，该发震范围同样具有一定的指示意义。第4次平静期的始发M_L ≥ 4.0级地震为2005年2月27日发生在内蒙古五原县的M_L4.1级地震，根据上述规律判断未来6级以上地震有可能发生在该地震附近，即发生在开始在鄂尔多斯地块北缘的西端的可能性较大。第4期平静期时间最长，因此未来发生6级以上地震紧迫性也增强。

Figure 2. M-T map of earthquakes with M_L ≥ 4.0 in the northern margin of Ordos Basin since 1970

图2. 1970年以来鄂尔多斯北缘M_L ≥ 4.0级以上地震M-t图

Figure 3. Quiet phenomena of M_L ≥ 4.0 earthquakes before earthquakes with m ≥ 6.0 in the northern margin of Ordos Basin since 1970

图3. 1970年以来鄂尔多斯北缘6级以上地震前M_L ≥ 4.0级地震平静现象

Table 1. Quiet phenomenon parameters of earthquakes with ML ≥ 4.0 before earthquakes with m ≥ 6.0 in the northern margin of Ordos Basin since 1970

表1. 1970年以来鄂尔多斯北缘6级以上地震前M_L ≥ 4.0级地震平静现象参数

笔者发现鄂尔多斯地块北缘1970年以来的几次6级地震前均存在M_L ≥ 4.0级地震平静现象。

4. 1970年以来鄂尔多斯北缘M_L4.6~6.0级地震活动特征

从上小节分析可以看出，在1970年以来3次鄂尔多斯地块北缘M_L ≥ 4.0级地震平静过程中，均发生了指示地震，其震级大小分别为M_L4.8、M_L5.0和M_L4.7。图4为鄂尔多斯地块北缘(图3中的蓝色区域内)1970年以来M_L4.6~5.4级地震的M-t图和分布图。从图中可以看出，1970~1984年M_L4.6~5.4级地震发生较频繁，1984年以后仅发生4次，2003年6月10日内蒙古托克托县M_L4.6发生至今，该区域没有发生1次M_L ≥ 4.6级地震。图4(右)显示，1970年以来M_L4.6~5.4级地震主要呈丛集分布，并且和1970年以来的3个6级以上地震的震中距离相近，未来M_L4.6~5.4的发生对6级以上地震的发生有明确的指示意义。

Figure 4. M-T map and distribution map of M_L4.6~6.0 earthquakes in the northern margin of Ordos since 1970

图4. 1970年以来鄂尔多斯北缘M_L4.6~6.0级地震M-t图(删除余震) (左)和分布图(右)

5. 鄂尔多斯北缘M_L ≥ 4.0级地震活动平静打破后M_L ≥ 3.0级地震活动特征

从图5可以看出，前3次鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 4.0级地震平静期6级以上地震都发生在指示M_L > 4.5级地震附近，且指示M_L > 4.5级地震发生后鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 3.0级地震主要集中发生指示地震附近，因此第4次指示地震的发生和指示地震发生后M_L ≥ 3.0级地震的集中地点对于未来6级以上地震的地点有较强的预测意义。在指示地震发生在M_L ≥ 3.0级的丛集发生地点，有2次和6级以上地震发生地点重合，有1次(1979年8月25日内蒙古五原6级地震前)不重合。第4期平静期M_L ≥ 3.0级的丛集发生地点为内蒙古乌拉特前旗至包头一带，但指示M_L > 4.5级地震还未发生，因此未来6级以上地震发生的地点具有不确定。

Figure 5. Distribution of M_L ≥ 3.0 earthquakes in the northern margin of Ordos since 1970

图5. 1970年以来鄂尔多斯北缘M_L ≥ 4.0级地震期M_L ≥ 3.0级的地震分布

6. 讨论与结论

从以上1920年以来鄂尔多斯北缘6级地震活动的时间图像看不出未来几年会发生6级以上地震的可能，1929年以来最长6级地震平静时间为42年(1934年至1976年)，最短平静时间为17年(1979年至1996年)，目前6级地震平静时间为25年；但从M_L > 4.0级地震平静特征来看，目前处于第4平静期，且平静期为15年，超过以往平静时间，因此未来发生6级以上地震紧迫性也增强；短期内还未出现第4次平静打破后目前还未发生M_L > 4.5级地震，且M_L ≥ 3.0级地震还未出现集中发生现象，因此未来需要跟踪M_L > 4.5级地震和M_L ≥ 3.0级地震集中发生的现象，为该区域6级地震的发生做好跟踪研判。

综合以上分析，我们得到以下结论和认识：

1) 根据鄂尔多斯地块北缘的6级以上地震活动特征，未来该区域有发生6级以上地震的可能，且该地震发震位置向西端迁移的可能性较大。

2) 根据1970年鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 4.0级地震活动平静特征，第4次平静时段已经被打破，鉴于第4期平静期时间较长，未来该区域发生6级以上地震紧迫性增强，且发生在鄂尔多斯地块北缘的西端的可能性较大。

3) 鄂尔多斯地块北缘的M_L ≥ 3.0级地震集中发生的区域是未来6级以上地震发生的可能地点。

基金项目

宁夏自然科学基金项目“宁夏及邻区5级以上地震的特征和危险性预测研究”(项目编号：2021AAC03481)资助。