辽宁地区地震活动特征及震兆意义

基金项目：辽宁省社会攻关及产业化项目“辽宁地区震源参数和地壳结构的详细研究”（2017231013）；中国地震局地震预测研究所
基本科研业务费专项“辽南地区断层结构和地震活动性特征研究（2018IEF010203）
收稿日期：2018-11-30修订日期：2018-12-25作者简介：曹凤娟（1970-），女，辽宁省新民市人，毕业于吉林大学，硕士，高级工程师，现主要从事地震学分析与研究。

E-mail ：cao99@
防灾减灾学报
JOURNAL OF DISASTER PREVENTION AND REDUCTION
第35卷增刊
2019年1月
Vol.35Supp.1
Jan.2019
辽宁地区地震活动特征及震兆意义
曹凤娟，李彤霞，杨士超，王松阳，李梦莹
（辽宁省地震局，辽宁
沈阳
110034）
文章编号：1674-8565（2019）S1-0001-07
摘要：根据辽宁地区历史地震和近代小震资料，系统总结了辽宁地区地震活动特征，主要有M ≥5.0地震空间分布集中、时间分布成丛；M ≥6.0地震存在准周期性；M L ≥4.5地震具有成丛性；M ≥5.0地震前中等地震集中活跃；震群较活跃；M ≥5.0地震前多数出现M L ≥3.0地震空区或条带等。

在此基础上，基于1970年以来辽宁地区5级地震震例，对这些活动特征的震兆意义进行了定性与定量的分析与研究。

关键词：地震空区，地震条带，定量，震群中图分类号：P315.6
文献标志码：A
DOI ：10.13693/21-1573.2019.S1.001
0引言
辽宁省位
于郯庐断裂的北段，是东北地区地震活动最强烈的的省份，自公元419年朝阳5级地震发生至今，共记录到M ≥4.7级地震
近70次。

1970年辽宁省地震台网建立以来，省内及邻区发生M ≥1.0级地震3万多次。

辽宁及邻区的震群序列比较丰富，包括前震序列、前兆震群和非前兆震群，辽宁地区个别大地震之前出现前震序列，如1975年2月4日海城7.3级地震和1999年11月29日岫岩5.4级地震，并依此作出了较成功的预报［1-4］。

此外，辽宁地区的中强震前，中等地震集中活跃的现象
也很普及［5-7］。

辽宁地区地震的空间分布不均匀，省内中强地震明显受到郯庐断裂带、金州断裂、海城河—大洋河断裂等地质构造的控制，每年70%左右的2级地震发生在营海老震区。

另一方面，地震在时间分布上也呈现不均匀性，表现出相对平静与显著活动相互交替的准周期性。

研究表明，辽宁省5级和6级地震活动的周期性较明显［8］，6级地震自1975年海城7.3级地震之后，已平静43年。

2008年汶川8.0级地震后，辽宁地区中强震开始进入新一丛集中活跃时段，特别是2012年以来，先后发生2012年盖州青石岭4级显著震群、灯塔5.1级、科尔沁与彰武交界5.3级和北黄海5.0级地震、2014年盖州西海域4级显著震群［9-10］，且这些4级以上地震空间呈近NS
向带状展布，这种中强地震（
震群）集中活跃、空间分布成带的现象为1900年以来所罕见。

目前辽宁是处于上一个地震活跃期的末期，还是新一轮地震活跃期的开始，还不清楚。

同时华北地区的6级地震自1998年1月10日张北6.2级地震后已持续平静20多年，随时有发生6级地震的危险［11-12］。

因此鉴于近年华北和辽宁地区的地震形势，有必要系统研究对辽宁省地震活动规律及其震兆意义进行研究，为辽宁地区
防灾减灾学报35卷
震情跟踪和地震预测预报提供依据。

1地震活动性特征
1.1
历史地震活动特征
1.1.15级地震空间分布集中
由辽宁地区5级地震空间分布图（图1）
所示，辽宁内陆5级地震主要沿郯庐断裂、金州断裂、海城河—康家岭断裂和赤峰—开原断裂分布，即地震活动与构造的相关性较明显。

1900年之前，强震多发生在渤海海峡地区（
图1中深色地震
），1900年以来，除渤海海峡和北黄海外，地震活动主要集中在营海岫和彰武—
通辽地区（图1中深灰色和浅色地震）。

进一步由辽宁地区新构造分区图和1900年以来M ≥5.0级地震分布可见，辽宁内陆5级以上地震几
乎100%发生在辽南上升区及其附近（图2）。

图1公元419年以来辽宁及邻区5级以上地震空间分布
Fig.1Spatial distribution of M ≥5earthquakes in Liaoning
and neighboring areas since
A.D.419
图2辽宁地区新构造分区和1900年以来5级地震震
中分布图（底图据钟以章ppt ）
Fig.2The map of new tectonic partition and the epicenter of M ≥5earthquakes in Liaoning since 1900（bottom map
according to Zhongyizhang ppt ）
1.1.2
5级地震时间分布成丛
1850年以来，辽宁地区（37°~44°N ，119°~
127°E
）M ≥5.0地震具有成丛发生的规律
3
）
1855、1856、1961
级、5
级、6.0级地震，1859年营口
5级地震；第二丛为1885年营口5级地震、1888年渤海湾7级地震；第三丛为1916、1917年鸭绿江口5.4级、6.1
级地震、1922年渤海6.5级地震及1923年中朝边界5.0
级地震；第四丛为1940、年内蒙通辽两次6.01940年熊岳级地震及1944年丹东南6级地震；
第五丛为1966年吉林怀德5.2级地震、1969年渤海7.4级地震、1975海城7.3级地震、1978年营口5.9级地震、1980年朝鲜天摩山5.7级地震及1982年朝鲜殷栗5.5级地震；第六丛为1999、
2000年岫岩5.4级、5.1级地震、2003年内蒙巴林左5.9级地震、2013年灯塔5.1级和科尔沁5.3级地震，目前辽宁地区M ≥5.0地震活动正处于第六丛活跃时段。

图31850年以来辽宁地区5级地震成丛特征Fig.3Cluster characteristics of M ≥5earthquakes in
Liaoning region since 1850
1.1.3
6级地震存在准周期性
1850年以来郯庐断裂沈阳—渤海段M ≥6.0
地震M -t 图显示，该段6级地震存在21~34年的准周期特性，平均间隔约为27年。

1975年海
城7.3级地震后，该区6级地震平静已43年，为1850年以来的最长平静时段［13］（图4）。

2
增刊1.2.3
震群和前震序列具有“窗口”作用
辽宁地区的震群活动十分丰富，特别值得
一提的是，1975年海城7.3级地震和1999年岫岩5.4级地震前均有前震序列发生。

此外，2013年1月23日灯塔5.1级地震前10个月，震区发生了4级地震序列（2012年4月4日灯塔发生M L 4.1级地震
）；2013年4月22日科尔沁5.3级地震前3个月，震区也发生一次4级震群活动（2013年1月21日科尔沁发生M L 4.4级地震）。

由此可见，辽宁地区的震群（或地震序列）与未来中强地震似乎有一定的“窗口”作用［1、14-16］。

1.3
基于震例的辽宁地区地震学时空分布特征
据中国地震台网中心地震目录显示，1970曹凤娟，等：辽宁地区地震活动特征及震
兆意义
图61970年以来辽宁地区4级地震频次图（2年窗长，1年步长）
Fig.6M L ≥4.0seismic frequency map of Liaoning region since 1970（2years window length,1year step length
）图41850年以来郯庐断裂（
沈阳—渤海段）6级以上地震M-t 图
Fig.4M -t map of M ≥5earthquakes in Tanlu Fault
（Shenyang-Bohai Section
）since 18501.2近代小震活动特征
1.2.1M L 4.5
级地震具有成丛性
图5
辽宁地区M L ≥4.5级地震的成丛性
Fig.5Cluster characteristics of M L ≥4.5earthquakes in
Liaoning region
1970年有小震记录以来辽宁及邻区（119~
126°E ，38~43.5°N
）M L ≥4.5级地震具有明显的成丛性（图5a ），三丛明显的时段为1974—
1981年［第①丛］、1994—2001年［第②丛］
和2008—2013年［第③丛］。

若利用台网中心
的CHINA5和补充完善后的目录，则1900—
1960年期间，M L ≥4.5级地震也具有明显的成丛特征，即1917—1925年［第Ⅰ丛］和1934—
1945年［第Ⅱ丛］，如图5b 。

1.2.2
震前4级地震集中活动
1970年以来，辽宁及邻区的几次5级地震
前2年，均有4级地震发生（至少一次）或中等地震集中活跃的现象。

例如：1975年2月4日海城7.3级地震前，4级地震6次；1999年
11月29日岫岩5.4级地震，4级地震5次；2013年1月21日灯塔地震前，4级地震5次；1988年2月25日彰武4.8级地震前，4级地震
1次，3.5≤M L ≤3.9地震5次［5-7］。

1970年以来辽宁地区4级地震频次图6显示，辽宁地区M L ≥5.0级地震的震前多数都有4级地震先平静再活跃的现象，可见震前中等地震集中活跃是
辽宁地震活动的主要特征之一。

3
防灾减灾学报35
卷
a.1975年海城；
b.1980年天摩山；
c.1982年殷栗；
d.1999年岫岩；
e.2003年巴林左；
f.2013年灯塔和科尔沁
图7辽宁地区历次M ≥5.0地震前1年中小地震活动图像
Fig.7Medium ⁃small seismic activity image of 1year before the M ≥5.0earthquake in Liaoning
年以来，辽宁地区共发生M ≥5.0地震7次（不计余震），由于1988年彰武4.8级地震是辽西地区比较典型的一次地震，故在此将其一并收录进行分析，见表1。

时间
（年-月-日）纬度（°）经度（°）震级
（M S ）地点
1975-02-0440.71122.707.3海城1980-01-0840.27124.99 5.7朝鲜天摩山1982-02-1438.47125.24 5.4朝鲜殷栗1988-02-2542.26122.45 4.8彰武1999-11-2940.54123.04 5.4岫岩偏岭2003-08-1643.90119.70 5.9内蒙巴林左旗2013-01-2341.50123.20 5.1辽宁灯塔2013-04-22
42.90
122.40 5.3内蒙科尔沁
表11970年以来辽宁及邻区M ≥5.0地震1.3.1
震前中小地震空间分布
应用Mapsis 软件，空间扫描范围选取北纬
35~45°，东经115~130°，起止时间为震前1个月~2年，最小震级为M L ≥3.0，空区和条带的
界定按照文献［17］的相关规定。

为了排除营海等老震区地震活动的影响，在勾画空区和条带时，将海城和唐山老震区的地震做为一个单点（次）考虑。

按照上述对时空强的界定，扫描结果显示：辽宁地区80%的5级地震前存在3级地震条带和地震空区，主震一般发生在条带及空区上或其附近地区（图7），因此，条带和空区是辽宁地区5级地震前地震活动空间分布的主要特征。

1.3.2
震前中小地震时序扫描
同样的，借助Mapsis 软件，时序扫描的时间段取为历次5级地震前1个月~5年（为了排除主震和余震的影响
），步长为1个月，窗长为1年，起算震级为M L ≥2.5。

表1中历次5级地
震的时序扫描结果显示，b 值、D 值、缺震、A （b ）值、XY 值等5种测震学参数在震前有较好的异常显示，异常判别标准为大于或小于1倍均方差。

4
增刊1.4
震群较活跃
前文已提及，震群活动特别是前震序列是辽宁地区地震活动的最主要特色之一，众所周知，1975年2月4日海城7.3级和1999年11月29日岫岩5.4级地震的成功预报，主要源于震前的前震序列。

据不安全统计，1970年以来辽宁及其邻区（37.5°~43°N ，118°~126°E ）的记录相对较完整的震群序列约25次［1］，空间分布见图8。

图81970年以来辽宁及邻区震群序列空间分布Fig.8Spatial distribution of seismic sequences in Liaoning
and neighboring regions since 1970
1.5
震前中等地震集中活动
前面1.2.2节提到，辽宁地区现代小震有中强震前集中活跃的现象，特别是震前几乎都有4级地震发生,因此，从震例的角度，震前中等地震集中活动也是辽宁地区地震活动的主要特征之一［5-7］。

2基于地震活动特征的震兆意义
2.1
地震活动成丛与周期性
辽宁地区地震的成丛或周期性，通常用于年度或地震大形势的趋势预测中，以此来判断未来一段时间发生中强及以上地震的可能性。

实际应用中，可根据当前地震活动所处的平静期或活跃期，再结合该时段地震活动能量与蠕变释放等，为年度地震趋势预测和强度判定提供依据。

2.2空间分布特征
由1.3.1可知，3级地震条带和空区是辽宁地区地震活动空间分布特征之一，二者对未来中强震发生的时空强都有一定指示，尤其适合
作为地点判定的依据（表2）。

表2条带和空区的指示意义
条带最大地震加1.5~2.0
条带解体1~9个月后
条带上或附近空区
最大地震加1.5~2.0空区解体后4~8个月
空区边缘或外围附近
预测方法最大震级发震时间震中位置预测地震2.3
时序扫描特征
辽宁地区历次5级地震前时序扫描结果显示［2］，b 值、D 值、A （b ）值、缺震、XY 值异常出现时间距离主震发生约10.3~18.2个月，异常结束距主震的发生约5.3~14.6个月。

从长中短临预报的时间尺度看，这些大部分属中期预测指标，因而适用于年度地震预测。

2.4
震群活动
以往的研究结果表明辽宁地区的震群大部分为前兆震群，80%的震群发生1年后对应了M L ≥5.0地震［1］。

具体判别标准：当震群中3级地震频次大于10次且4级地震频次大于等于4次时，同时震群序列的b 值在0.6~0.9之间，此时可判定该震群为前兆震群。

其前兆指示意义为：距离该震群所在地400km （平均180km ）
范围内，未来1年（平均6个月），有发生5级左右地震的可能。

特别当震群序列的b 值小于
0.5时，震群有可能为前震序列，此时，可警惕
震群开始后1~20天内，原地有发生5级以上地震的危险。

2.5
中等地震集中增强
关于中等地震集中增强的震兆意义，文献［6］
对此作了十分详尽的分析与研究，总的来看，中等地震集中增强对地点的判定有很好的指示，即预期的5级地震通常靠近最后一次增强地震的位置或附近。

当增强地震中有震群出现，则“跳出”震群的第一次增强地震的位置，或许预示后续5级地震的迁移方向或震中。

3问题与讨论
综上所述，辽宁地区的地震活动特征主要
有M L ≥4.5、M ≥5.0、M ≥6.0地震的成丛或周
期性、丰富的震群（前震序列）、震前中等地震集中增强、条带和空区以及b 值等部分地震学
参数的时序扫描异常等，其中最主要的特征是
曹凤娟，等：辽宁地区地震活动特征及震兆意义
5
防灾减灾学报35卷
前震序列和中等地震活动集中增强。

在此基础
上，从震例回溯总结的角度，对上述这些活动
特征的震兆意义进行了定性与定量的分析与研
究。

从中也发现些问题，值得我们进一步思考
和完善。

震例研究表明，将中等地震集中增强作为
辽宁地区5级地震的一项必备异常指标是可行
的［6］，尤其震前的4级地震集中活跃，漏报的
可能性只有20%。

在实际应用时，可根据辽宁
地区的具体情况，将中等地震的最小震级界定
为M L3.5或M L4.0，只有中等地震的次数大于等于4次时，才可做为中等地震集中增强。

同时，
判别异常的关键还要看中等地震活动时空分布
与这一地区以前的地震活动有无明显区别，集
中区与周围地区是否有明显界限。

通常，中等
地震的次数越多，未来预期地震的震级将越大；
中等地震发生的时间越集中，未来预期地震的
震级会越大。

有关震群性质的识别除了常规的统计特征
外［18-19］，孙文福［15］通过自然类比和定量分析，
在震群原有性质判别指标U、F、籽、K、h、b
的基础上，增加了R a、M0、M1等特征量，大大提高了震群性质判别的准确率。

近几年，地震波形特征的研究也常用来帮助识别震群的前兆性质，如初动符号、震源机制、谱振幅相关系数等。

但至今没有发现一种可以快速准确地判断震群性质，尤其可以有效准确鉴别前震序列，从而快速预测未来地震形势的方法。

盖州震群作为近年辽宁地区的显著地震活
动，它的活跃是金州断裂应力一次次间歇释放
的结果，还是区域应力场增强的迹象，还有待
研究。

无疑应用数字波资料对金州断裂做进一
步细化研究将是未来辽宁地区地震活动性研究
的一个新课题。

参考文献：
［1］曹凤娟，翟丽娜，殷轶娜，等.辽宁地区震群序列统计特征及预测意义研究［J］.中国地震，2015，31
（01）：45-55.
［2］曹凤娟，孙素梅，杨牧萍，等.辽宁地区5级地震测震学指标体系研究［J］.地震工程学报，2016，38
（03）：398-406.
［3］曹凤娟，焦明若.基于层次分析的辽宁地区中强震
预测指标体系及效能评估［J］.中国地震，2012，28
（04）：415-424.
［4］曹凤娟，焦明若.辽宁地区震情预测预警层次分析模型研究［J］.西北地震学报，2012，34（02）：167-
173.
［5］曹凤娟，焦明若，王亮，等.东北地区M≥5.0地震前中等地震集中活动的震兆研究［J］.地震工程学
报，2013，35（02）：385-393.
［6］曹凤娟，徐心同.辽宁地区M≥5.0地震前4级地震集中活动的震兆研究［J］.防灾减灾学报，2010，26
（03）：18-24.
［7］曹凤娟，乔艳芬，贾晓东，等.辽宁地区中等地震活动增强与后续最大震级的关系探讨［J］.东北地震
研究，2008（02）：18-23.
［8］曹凤娟，王亮，李君，等.东北地区地震大形势预测回溯性检验［J］.地震工程学报，2014，36（02）：301-308.
［9］曹凤娟，王亮，焦明若，等.2012年2月2日盖州M L4.7震群序列特征及发震构造探讨［J］.地震地质，
2013，35（04）：842-852.
［10］曹凤娟，张博，杨牧萍，等.营口-海城地区震群的震源机制一致性特征［J］.地震工程学报，
2016，38（01）：4-11.
［11］曹凤娟，王亮，李君，等.南北地震带与华北地块强震间的相关迁移［J］.地震学报，2015，37（04）：
554-564+711.
［12］曹凤娟，翟丽娜，张丽，等.基于可公度法的华北地区6.0级地震趋势［J］.地球物理学进展，
2017，32（02）：443-450.
［13］曹凤娟，唐喆，尹德录，等.郯庐断裂（沈阳—渤海段）地震复发周期与危险性研究［J］.防灾减
灾学报，2012，28（04）：1-6.
［14］孙文福，焦明若，李芳，等.辽宁地区震群序列特征及其分类的研究［J］.东北地震研究，
2005，21（4）：23-31.
［15］孙文福，焦明若，李芳，等辽宁地区震群序列特征及其性质判定方法的研究［J］.东北地震研究，2007，
23（2）：1-15.
［16］孙文福，王玉莹，李芳.辽宁地区震群序列性质的研究［J］.地震，2000，20（4）：63-68.
［17］中国地震局预测预防司.测震学分析预报方法［M］.北京：地震出版社，1997.
［18］林邦慧，李大鹏，刘杰，等.前震和前震序列的研究［J］.地震学报，1994，16（增）：24-38.［19］陆远忠，宋俊高，戴维乐.一个判断震情的指标——
—震群U值［J］.地震学报，1984，6（增）：
495-508.
6
增刊
曹凤娟，等：辽宁地区地震活动特征及震兆意义7
Characteristics of Seismic Activity in Liaoning Area and Its Precursor
Significance
CAO Feng⁃juan，LI Tong⁃xia，YANG Shi⁃chao，WANG Song⁃yang，LI Meng⁃ying
（Liaoning Earthquake Agency，Liaoning Shenyang110034，China）
Abstract：According to the historical seismics and the modern small earthquakes data in Liaoning area，the characteristics of seismic activity in Liaoning area are summarized systematically，mainly including: The spatial distribution of M≥5.0seismics are concentrated and time distribution are grouped；The M≥6.0seismics have quasi⁃period；The M L≥4.5earthquakes have clustering；Medium earthquakes are concentrated and active before the M≥5.0seismic；The earthquake swarm is more active；Most of the M L≥3.0earthquake gaps or belts appeared before M≥5.0seismic，etc.On this basis，this paper makes a qualitative or quantitative analysis and research on the precursor significance of these characteristics based on the M≥5.0earthquake cases in Liaoning area since1970.
Key words：earthquake gap；earthquake belt；quantitative research；earthquake swarm。