2023年8月6日山東平原5.5級地震震源參數初步分析

張雅茜 戴丹青 楊志高 席楠 張建勇 韓光潔 徐泰然 鄧文澤 孫麗

中國地震臺網中心, 北京 100045

0 引言

據中國地震臺網正式測定,北京時間8月6日2時33分山東德州市平原縣(37.16°N,116.34°E)發生5.5級地震,震源深度10km。本次地震震中距平原縣8km,距德州市31km、距濟南市82km,震中5km范圍內平均海拔約26m。震中附近人口密度較大,5km范圍內人口約1.9萬人,10km范圍內人口約25萬人,20km范圍內人口約49萬人①。截至8月6日16時,地震共造成24人輕傷,213處房屋及墻體受損。由于震中及附近200km范圍內沉積層厚度為1～5km(Huang et al,2023),其對地震波放大作用明顯,因此本次地震波及范圍廣,震中周邊地區震感較強(張瑋,2013)。

本次地震震中距林南斷裂最短距離約2km,震源機制解中截面Ⅱ走向為NE向(225°/69°/-150°),斷裂走向為NEE向,根據這一關系,初步推斷發震斷層為林南斷裂(鄧起東,2007)。該斷裂延伸長度約25km,走向自西向東具有NEE向、近EW向至NEE向變化的趨勢,斷裂南傾,表現為高角度鏟式正斷層。林南斷裂于古近紀開始活動,在孔店—沙四沉積期斷層活動速率較小,至沙三—沙二沉積期活動速率達到峰值,而后活動性逐漸減弱,至第四紀停止活動(吳瓊,2017)。該斷裂附近分布有聊考斷裂、廣齊斷裂等,這些斷裂附近均發生過中強地震。聊考斷裂附近曾發生過1937年菏澤7.0級和1983年菏澤5.9級地震,廣齊斷裂附近曾發生1346年高青4.8級和1620年濟陽5.0級地震。劉濤濤等(2007)研究發現在高唐、齊河、臨邑、平原、陵縣、禹城一帶存在小震圍空區,認為該地區可能存在應力積累,而此次地震正好發生在該地震空區內(圖1)。

圖1 區域地震構造(中國地震局地質研究所吳熙彥提供)

1 地震預警與參數速報

自2018年起,中國地震局開展了地震烈度速報與預警工程建設,并于2022年底完成建設任務,現已進入收尾和驗收階段。中國地震臺網中心部署的預警試運行系統已接入全國31個省市的臺站數據,目前正在進行正式運行前的測試工作。山東省作為預警重點區,預警首報理論時間為4～8s。對于此次地震,預警系統于震后7.5s產出首報地震預警信息,預警震級6.0級,震級偏差0.5,震中位置偏差2km,震中50km范圍內有預警臺站共60個(圖2),預警首報使用19個臺站參與定位,8個臺站參與震級的計算,最早觸發的臺站為烈度計臺站N0022,震中距5km。中國地震臺網中心自動速報系統于震后2min發布結果,震中位于山東德州市平原縣(37.18°N,116.34°E),震級5.5級; 正式速報信息于震后10min發布,震中位于山東德州市平原縣(37.16°N,116.34°E),震級5.5級,震源深度10km。

注: 斷層數據來源于GMT繪圖軟件中的CN-faults。

2 應急產品產出

地震監測臺網應急產品產出服務最早可追溯到2008年(鄒立曄等,2018、2019),截至2023年8月中國地臺網中心已完成國內外大震應急產品產出500余次。隨著地震監測技術的不斷發展,對于應急產品時效性與準確性的要求也逐步提高,目前中國地震臺網中心已實現震后各類應急產品和圖集的自動產出及匯集(戴丹青等,2021; 鄧文澤等,2021; 支明等,2022; 張建勇等,2022; 梁皓等,2022; 徐泰然等,2022),包括地震參數、區域構造信息、歷史地震分布、區域臺站分布、震源機制、地震烈度、震源破裂過程等。山東德州市平原縣5.5級地震發生后,中國地震臺網中心聯合中國地震局地質研究所、中國地震局地球物理研究所、中國地震局地震預測研究所和應急管理部國家自然災害防治研究院等多家單位,于震后20min自動產出第一版圖集《2023年8月6日山東平原5.5級地震應急數據產品綜合圖集》,隨后不斷更新,于8月6日10時更新為最終版本。各類應急產品為震后趨勢判定、應急救援工作和相關研究提供了第一手數據資料。應急產品可在震后較短時間給出地震的實測破壞分布,爭取黃金救援時間,服務領導指揮決策、救災力量派遣和次生災害預警等,最大限度地減少人民的生命財產損失。目前,應急產品的時效性有了較大提升,但精準度還有進步空間,例如,在震源參數的計算中可使用更為精細的三維速度模型。

2.1 歷史地震分布

平原5.5級地震發生在林南斷層附近,為一次走滑型為主的地震事件。震中500km范圍內共有239個測震臺站,距震中最近的測震臺為德州臺,震中距為28km(圖3)。根據1970年以來歷史地震統計,震中50km范圍內發生過3.0級及以上地震2次,最大地震為本次地震; 震中100km范圍內發生過3.0級及以上地震8次,最大地震為本次地震; 震中200km范圍內發生過3.0級及以上地震145次,5.0級及以上地震4次,最大為1981年11月9日河北隆堯東5.8級地震,距本次地震震中約124km。另外據統計,距離此次地震時間最近、震級最大的4.0級以上地震是2020年2月18日山東濟南市長清區4.1級地震,震中距81km。

震中臺站數統計

2.2 震源機制解

目前,中國地震臺網中心運行2套矩張量自動反演系統,分別為應用于國內中強地震(M≥4.0)的區域全波形反演方法(Herrmann,2013)和應用于國內外強震(M≥6.0)的W-phase方法(Kanamori et al,2008)。本次地震的震源機制解基于全波形反演方法產出(圖4),震源機制解顯示平原地震為一次走滑型為主的事件,矩震級為MW5.5,矩心深度約11km,斷層節面I的走向、傾角和滑動角分別為123°、62°、-24°,斷層節面Ⅱ的走向、傾角和滑動角分別為225°、80°、-150°。本文還收集了中國地震局及不同國際機構關于本次地震的震源機制解反演結果,各機構震源機制解結果基本一致(表1)。除美國地質調查局(USGS)外,各機構反演得到的各節面的差異較小,其中走向差異約為5°,傾角和滑動角差異約在10°～25°之間,這些差異可能是由于各機構使用的數據資料和方法并不完全相同造成的。

表1 不同機構產出的山東平原5.0級地震震源機制解

發震時刻(北京時間)經度/(°E)緯度/(°N)節面Ⅰ/(°)節面Ⅱ/(°)矩震級質心深度/km走向/傾角/滑動角走向/傾角/滑動角2023-08-06 02:33:59116.3437.16123/62/-24225/69/-150MW5.511

2.3 余震精定位

截至8月7日12時,山東平原5.5級地震序列共記錄到余震87個(圖5),其中最大余震為8月6日3時2分發生的3.0級地震,余震主要集中分布在主震北東側10km范圍內,大致呈NEE向分布,在EW向、SN向、深度上的定位誤差分別為0.91km、0.85km和1.18km。為進一步研究斷層的結構形態,本文沿地震展布方向繪制重定位結果的深度剖面圖(圖5(b)、5(c)),從圖中可以看出震源深度集中在10～25km之間。

注: 截止2023年8月7日12時0分,重定位后得到了87個余震的位置。余震主要呈NEE向分布,震源深度集中在10～25km。

2.4 震源破裂過程

中國地震臺網中心利用迭代反褶積和疊加(Iterative Deconvolution and Stacking,IDS)方法(鄭緒君等,2018;Zhang et al,2014; 戴丹青,2023),使用近場強震動臺站數據反演平原5.5級地震的破裂過程(圖6)。本次反演共使用震中距80km范圍內的15個強震臺站的三分量加速度記錄,斷層參數基于中國地震臺網中心反演的節面(225°/69°/-150°),震中位置參照正式速報結果,震源深度設為15km。最終反演得到的矩震級為MW5.8,整個地震能量釋放較為集中,破裂過程持續約8s。此次地震在水平方向上以單側破裂為主,主要以震中為起始點向NE向破裂,破裂長度約為8km。其中最大滑移量為0.025m,位于破裂初始點NE方向5.7km,深度約為13km。在深度方向上,破裂主要集中在10～30km之間。

圖6 山東平原5.5級地震震源破裂過程

2.5 地震動強度分布

中國地震臺網中心烈度速報系統實時接收臺站的波形記錄并進行數據處理,計算臺站地震動參數,同時,利用實測地震儀器烈度,結合震源參數與區域構造快速判斷地震破裂斷層方向和破裂分布,并對衰減關系進行修正,評估地震烈度分布,產出地震烈度速報結果。山東平原5.5級地震后,烈度速報系統在震后5min產出儀器地震烈度圖(圖7),并在震后2h內持續更新,綜合余震分布、震源機制等結果對推測地震烈度、峰值加速度進行修正(圖8、圖9)。

圖7 山東平原5.5級地震儀器烈度分布圖

圖8 山東平原5.5級地震推測烈度分布圖

圖9 山東平原5.5級地震峰值加速度分布圖

地震發生后2h內,中國地震臺網中心收集強震動數據與烈度計數據共計1333組,震中距50km范圍內有62個臺站,震中距100km范圍內有271個臺站,其中震中距最近的臺站為位于平原縣思城鎮的烈度計臺站N0022,震中距為5km。地震儀器烈度達到7.0級及以上的臺站共12個,儀器烈度最高的臺站P0028(烈度計臺)位于梁村鎮(圖10),震中距為24km,儀器烈度達到8.0級。臺站峰值加速度達到200gal以上的臺站共10個,峰值加速度最大的臺站為距震中最近的N0022臺,峰值加速度為618.9gal。根據GB50011—2010《建筑抗震設計規范》的要求(中華人民共和國住房和城鄉建設部等,2010),德州市的抗震設防烈度為Ⅵ度,設計基本地震加速度值為0.05g。從推測烈度分布圖可以看出,本次地震推測烈度最高達到Ⅷ度,涉及平原縣的12個鄉鎮街道、武城縣的武城鎮、郝王莊鎮及德州市德城區的黃河涯鎮,面積約528km2;Ⅶ度區涉及夏莊鎮、蘇留莊鎮、四女寺鎮、于集鄉、臨齊街道等40個鄉鎮街道,涉及范圍較廣,面積約1694km2。根據臺站數據記錄,多個臺站峰值加速度高于該區域抗震設防標準,表明此次地震可能造成震中附近房屋損壞、道路破壞。據新華社消息,截至8月6日16時平原5.5級地震共造成24人輕傷,213處房屋及墻體受損,震區水、電、通信等基礎設施已恢復正常。

圖10 烈度計臺站P0028三分量記錄

3 結語

2023年8月6日山東平原5.5級地震發生后,中國地震臺網中心快速、準確地完成了主震和余震的參數測定,并聯合多家單位完成震后應急產品產出,為震后應急救援、震情分析等工作提供資料和參考。綜合各類應急產品,并結合區域地震構造、震源機制解等結果,初步得到以下結論:

(1)本次地震為發生在華北平原林南斷裂上的走滑型地震事件,破裂方向為NE-SW向,主要為單側破裂,破裂長度約8km,在深度方向上破裂集中在10～30km。余震展布呈NEE向,與破裂過程方向和林南斷裂延伸方向較為一致。

(2)烈度速報結果顯示,此次地震極震區推測烈度達Ⅷ度,區域面積約528km2,Ⅶ度區面積約1694km2。根據臺站數據記錄,多個臺站峰值加速度高于該區域抗震設防標準,此次地震造成震中附近部分房屋受損。

致謝：中國地震臺網中心預警速報部應急產品產出服務工作組提供了豐富的數據產品,中國地震局地質研究所、中國地震局地球物理研究所提供了豐富的圖件和應急資料,在此一并表示感謝。