2021年11月17日江蘇大豐海域MS 5.0地震總結

黎明曉 鄧世廣 馬玉川 解孟雨 王 月 郭 菲

（中國北京 100045 中國地震臺網中心）

0 引言

據中國地震臺網正式測定，2021 年11 月17 日13 時54 分在江蘇鹽城市大豐區海域（33.50°N，121.19°E）發生MS5.0 地震，震源深度17 km，距海岸線約45 km，。據調查，此次地震發生后，江蘇省大部分地區有震感，其中鹽城、南通等地震感較強；上海、山東、浙江等省（市）沿海部分城市有震感（https://www.sohu.com/a/501709009_161795?g=0）。受地震監測臺站分布所限，此次地震序列余震記錄偏少，且多為ML2.0 及以上地震。

2021 年江蘇大豐海域MS5.0 地震是自2011 年南黃海MS5.0 地震以來該區域發生的又一次5 級地震活動，2 次地震震中相距約250 km。本文從地質構造背景、歷史地震活動、震前地震學和地球物理觀測異常、震后對區域的影響等方面進行總結分析，為今后該區域地震活動跟蹤研判提供參考。

1 構造背景和歷史地震活動特征

2021 年11 月17 日江蘇大豐海域MS5.0 地震發生在南黃海地區，該區呈現坳陷、隆起交替分布格局，自北向南依次為北部坳陷區、中部隆起區、南部坳陷區、勿南沙隆起區，再往南為崇明東凹陷與浙閩隆起區以及下揚子坳陷與太湖隆起區（高戰武等，2021；張曉華等，2018；徐曦等，2018；陳宇衛等，2005；江蘇省地震臺，2021）。區域內斷裂構造較發育，按走向可分為NE 向、NW 向、NNE 向和近EW 向4 組斷裂，其中以NE 向斷裂為主。北部坳陷區主要受NE 向斷裂控制，總體活動水平相對較弱，并以張性斷裂為主，發生破壞性地震的概率較低；中部隆起區構造穩定，無破壞性地震記錄；南部坳陷和勿南沙隆起區斷裂走向主要呈NNE 和NW 向，屬地震多發區，具有連發特征，是南黃海地區地震強度和頻度較高區域。距本次MS5.0 地震震中最近斷裂為蘇北—濱海斷裂，走向NNW，貫穿南黃海南部坳陷。該斷裂在全新世以來有明顯活動，是一條具有發生破壞性地震條件和能力的控震活動斷裂帶，斷裂帶中段、中南段及附近曾發生十余次破壞性地震（王斌等，2008），其中發生6 級以上地震6 次，1984 年南黃海MS6.1、MS6.2 地震距今時間最近（王恩惠等，2020）。該斷裂北段目前無5 級以上歷史地震記錄，可能為晚更新世活動斷裂（朱孟浩等，2021）。本次地震位于蘇北—濱海斷裂中段，根據中國地震臺網中心震源機制解計算結果，該地震為走滑型破裂。此次大豐海域MS5.0 地震周邊構造及歷史5 級以上地震分布見圖1。

圖1 2021 年11 月17 日江蘇大豐海域MS 5.0 地震周邊構造及歷史5 級以上地震分布Fig.1 Distribution map of fault structures and historical earthquakes above MS 5.0 around Dafeng sea area MS 5.0 earthquake in Jiangsu on Nov.17,2021

2021 年大豐海域MS5.0 地震處于魯東—黃海Ⅱ級活動地塊南部，該區自1996 年南黃海MS6.2 地震以來至今未發生6 級以上地震，但2011 年以來黃海地區已發生4 次5 級以上地震（見圖1 中紅色實心圓），因此有必要分析歷史地震的期幕活動特征，討論該區域5 級地震活動與6 級地震的關系。魯東—黃海活動地塊西側以郯廬斷裂帶為界，東側為太平洋板塊西邊界日本島弧及琉球島弧帶。東側歷史地震目錄完整時間較短，在討論期幕特征時僅選取魯東—黃海地塊西側（124°E 以西）5 級以上地震。據黃瑋瓊等（1994）的研究，蘇魯皖地區1484 年以來 43/4級以上地震完整性較好，而附近海域1484—1840 年僅發生3 次5 級以上地震，5 級地震目錄缺失嚴重，1840 年以來5 級地震活動相對密集，地震完整性逐漸轉好。因此，對魯東—黃海地塊西部5 級地震活動特征的分析，研究時間始自1840 年。

1840 年以來，魯東—黃海地塊西部5 級以上地震呈“活躍—平靜”交替活動特征[圖2（a）]，參考平靜時段會出現5 級以上地震顯著平靜[圖2（b）]，可歸為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個活躍時段，各時段持續時間、釋放地震能量、地震頻次等信息詳見表1。活躍時段一般持續時間平均為41 年左右，5 級以上地震平均發生17 次左右，地震能量釋放平均約4.52×1015J，且強度由強到弱呈逐漸降低的特征。與前2 個活躍時段相比，目前活躍時段Ⅲ持續時間已達平均時長，但地震頻次、5 級以上地震釋放總能量和發生的最大地震震級明顯減弱，且明顯低于平均值。因此，目前魯東—黃海地塊西部可能處于活躍時段末期，未來幾年可能發生多次5 級以上地震活動，強度可能以5—6 級為主。

圖2 魯東—黃海地塊西部5 級及以上地震分段活動特征（a）1840 年以來M ≥5.0 地震M—t 圖；（b）MS ≥5.0 地震時間間隔Fig.2 Segmented activity characteristics of earthquakes with MS ≥5.0 in the west of Ludong-Huanghai block

表1 魯東—黃海地塊西部活躍時段地震活動特征統計Table 1 Statistical table of seismicity characteristics during seismic active period in the west of Ludong-Huanghai block

在活躍時段Ⅰ、Ⅱ之后，5 級以上地震存在約25 年的顯著平靜，盡管活躍時段Ⅰ后期，可能海域5 級地震會有所缺失，但2 次活躍時段之間的5 級以上地震顯著平靜可能是以5 級地震弱活動為特征。假設目前處于2 次活躍時段之間的弱活動時期，可以通過活躍時段Ⅱ、Ⅲ初期至首發6 級地震前的5 級地震活動特征，分析6 級地震活動危險性，結果見圖3。在活躍時段Ⅱ、Ⅲ初期至首發6 級地震前約5 年時間內，魯東—黃海地塊西部發生多次5 級以上地震，首發6 級地震位于集中區，見圖3 中(a)、(b)圖；2017 年以來該區域僅發生1 次黃海MS5.0 地震，即2021 年大豐海域MS5.0 地震，見圖3(c)。

圖3 1910 年1 月8 日黃海63/4 級、1979 年7 月9 日溧陽MS 6.0 地震前和截至目前5 年內MS ≥5.0 地震分布(a)1905-01-01—1910-01-08；(b)1974-01-01—1979-07-09；(c)2017-01-01—2022-01-14Fig.3 Distribution of earthquakes with MS≥5.0 in five years before the Huanghai M 63/4 earthquake on January 8,1910,Liyang MS 6.0 earthquake on July 9,1979 and now,respectively

2 地震序列活動特征

2.1 余震活動

截至2022年1月31日，大豐海域MS5.0地震余震區共記錄ML≥2.0 余震14 次，其中ML2.0—2.9 地震8 次，ML3.0—3.9 地震5 次，ML4.0—4.9 地震1 次，最大余震為2021 年12 月8 日發生的ML4.0（MS3.8）地震（表2）。從地震空間分布看，余震活動集中在主震震中15 km 范圍內，且主要分布在主震NE 方向，未呈明顯展布趨勢，最大余震位于主震北側，距主震震中約2 km（圖4）。

圖4 大豐海域MS 5.0 地震序列震中分布（2021 年11 月17 日至2022 年1 月31 日）Fig.4 Epicentral distribution of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence(from Nov.17,2021 to Jan.31,2022)

大豐海域MS5.0 地震序列余震集中發生在主震后3 天內，共記錄ML≥2.0 余震7 次，同時余震頻次快速下降，隨后余震序列呈平靜—活躍狀態，即11 月18 日ML3.1 地震發生后間隔約3 天接連發生ML2.8、ML2.5 和ML2.5 地震，后續間隔15 天后連續發生ML4.0（最大余震）、ML3.2 和ML3.0 地震，之后間隔9 天依次發生ML2.5、ML2.6 地震，震級衰減明顯（圖5，表2）。

表2 大豐海域MS 5.0 地震序列目錄（ML ≥2.0）Table 2 Catalogue of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence (ML ≥2.0)

圖5 大豐海域MS 5.0 地震序列M—t 圖和每日地震頻次（ML ≥0.0）(a) M—t 圖（ML ≥0.0）；(b)每日地震頻次（ML ≥0.0）Fig.5 The M-t and daily frequency diagrams of the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake sequence (ML ≥0.0)

大豐海域MS5.0 地震序列中主震（MS5.0）與最大余震（MS3.8）的震級差為1.2，主震釋放能量約占序列的98.89%，顯示5.0 級主震釋放了此次地震序列的主要能量。綜合主余震震級差和主震釋放能量比例判斷，該地震序列應為主余型序列（蔣海昆等，2006）。由于余震個數較少，不滿足地震序列參數計算的樣本條件，因此無法獲得合理的序列參數。

2.2 視應力

就區域應力場而言，在合理假設下，可以得到關于應力大小的某種物理意義上的估計，即視應力（Wyss et al，1968）。視應力由地震能量ES與地震矩M0之比乘以剪切模量μ得到，可作為地殼應力水平的下限估計（Wyss，1970；吳忠良，2001）。

通過計算強震發生后余震序列或強震本身的視應力，為震后趨勢判定提供依據（陳學忠等，2002）。利用2021 年大豐海域MS5.0 地震震中300 km 范圍內地震臺站記錄的波形數據，計算得到此次地震視應力為1.3 MPa。江蘇及鄰近地區地震視應力平均值為0.91 MPa，而蘇中至南黃海海域由于分布多條活動斷裂，一直以來是江蘇地區中等地震活動的主體地區，視應力較高，多為1.0 MPa 以上（孫業君等，2015）。因此，2021 年11 月17 日大豐區鹽城海域MS5.0 地震視應力值處于正常背景水平。

3 震前地震活動異常

2021 年江蘇大豐海域MS5.0 地震的發生，打破了華北地區（30°—43°N，108°—124°E）自2021 年7 月15 日以來持續120 天的ML4.0 以上地震平靜，而蘇皖兩省及周邊地區震前存在以下地震活動異常：鹽城至長江口ML2.0 地震空區、霍山和長島地震窗開窗活動、淮安附近地區ML1.5 以上小震增強異常，且均為趨勢異常。其中，鹽城至長江口ML2.0 地震空區可作為本次大豐海域MS5.0地震的震前異常，長島地震窗可能與此次地震有關，其他異常與本次大豐海域MS5.0 地震關聯性不強。除長島地震窗外，采用其他異常預測可能發生地震的震級多為4 級左右或4—5 級。

（1）鹽城至長江口ML2.0 地震空區。2020 年7 月20 日 至2021 年10 月31 日，在江蘇鹽城至長江口一帶地區形成ML2.0 地震空區，在空區邊緣共發生ML2.0 及以上地震13 次，其中ML2.0—2.9 地震12 次，ML3.0—3.9 地震1 次，最大地震為2021 年6 月12 日大豐ML3.1 地震（圖6）。對該區域以往震例研究發現，在1987 年2 月17 日射陽MS5.1、2016 年10 月20 日射陽MS4.4等地震前，均有類似地震空區異常出現。本次地震發生于該空區邊緣，震前圍空未被打破，故該地震空區為趨勢異常。據此認為，鹽城至長江口ML2.0 地震空區為本次大豐海域MS5.0 地震的震前異常。

圖6 江蘇及鄰區ML ≥2.0 地震震中分布及鹽城至長江口地震空區（2020-07-20—2021-10-30）Fig.6 Epicentral distribution of earthquakes ML ≥2.0 in Jiangsu and its adjacent areas and seismic gap between Yancheng and Yangtze River Estuary（from July 20,2021 to Oct.30,2022）

（2）霍山地震窗開窗。自2021 年2 月以來，安徽霍山地震窗（31°—31.9°N，115.7°—116.5°E）小震呈活躍態勢，其中該年2 月2 日和6 日ML≥1.0 地震日頻次高達12 次，至2 月6 日達49 次，超過開窗閾值40 次（圖7）。統計發現，該異常對周邊100 km 范圍內MS≥3.5、250 km 范圍內MS≥4.0、500 km 范圍內MS≥5.0 及500 km 以上MS≥6.0 地震具有預測意義（R=0.17，R0=0.16，研究中R值采用國家地震局科技監測司（1990）推算方法計算）。本次大豐海域MS5.0 地震距霍山地震窗超過500 km，不在其有效預測范圍內，因此霍山地震窗不是該地震的震前異常。

圖7 2015 年以來霍山地震窗ML ≥1.0 地震三月累積頻次時間曲線Fig.7 The seasonal cumulative frequency curve of earthquakes larger than ML 1.0 in Huoshan earthquake window since 2015

（3）長島地震窗開窗。2021 年5 月山東長島地震窗達到異常閾值，分析認為，該異常對華北東部地區（29°—40°N，114.5°—125.0°E）后續1 年內5 級及以上地震有一定指示意義（R=0.17，R0=0.11）。此次MS5.0地震（距長島地震窗約497 km）位于該異常預測范圍內，因此長島地震窗可能與本次地震有關，但二者的物理相關性有待進一步研究。

（4）淮安附近地區ML1.5 小震增強。2018 年3 月以來，淮安地區ML1.5 及以上地震年累積頻次持續出現超閾值現象（圖8，圖9）。統計結果表明，異常結束8 個月內對增強區域附近ML≥4.7 地震有一定指示意義（異常對應率為4/6）。本次大豐海域MS5.0 地震距該小震增強區200 km 以上，超出其有效預測范圍，因此不作為其映震異常。但該異常持續時間達3.5 年，以往震例前無類似現象出現，有必要對此異常做進一步研究。

圖8 1970 年以來淮安地區ML 1.5 以上地震分布Fig.8 Distribution of the earthquakes larger than ML 1.5 in Huai’an area since 1970

圖9 1970 年以來淮安地區ML 1.5 以上地震年累積頻次（窗長12 個月，步長1 個月）Fig.9 The annual cumulative frequency of earthquakes larger than ML 1.5 in Huai’an area since 1970 (time window: 12 months,step length: 1 month)

4 震前地球物理觀測異常

2021 年11 月17 日江蘇大豐海域MS5.0 地震前，震中300 km 范圍內存在地球物理觀測異常3 項，且均為流體異常。3 項異常均分布在震中100—300 km 范圍內，其中2 項短期異常，1 項趨勢異常（圖10，表3）。此次大豐海域MS5.0 地震震中距海岸線約45 km，地震監測偏于一側，觀測密度較低，震中100 km、200 km、300 km 范圍內地球物理觀測項分別為14 項、66 項和323 項，相對應范圍內異常占比分別為0（0/14）、3.0%（2/66）和0.9%（3/323），整體異常占比較低。

圖10 大豐海域MS 5.0 地震前周邊300 km范圍內地球物理異常空間分布Fig.10 Geophysical anomalies before the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake within 300 km of the epicenter

分析認為，與此次大豐海域MS5.0 地震前有關的地球物理觀測異常共2 項（表3中第1、2 項），為興化蘇08 井中層水溫、深層水溫短期異常。下文將分別對大豐海域MS5.0 地震前的地球物理觀測短期、趨勢異常特征及預測意義進行梳理、分析與總結。

表3 大豐海域MS 5.0 地震前地球物理觀測異常統計Table3 A list of geophysical anomalies before the Dafeng sea area MS 5.0 earthquake

（1）興化蘇08 井水溫異常。興化蘇08 井位于江蘇溱潼凹陷附近，井深2 680 m，套管深度為2 228 m，觀測層為古生代白云巖、灰巖巖溶裂隙承壓水，2 套SZW-2 水溫儀分別置于井中400 m 深度和1 000 m 深度，進行中層水溫和深層水溫觀測。蘇08 井中層水溫自2021 年8 月8 日出現上升變化，2021 年9 月初轉平，上升幅度約0.006 ℃，此后水溫在高值波動，見圖11（a）。該井深層水溫于2021 年8 月8 日同步出現下降變化，2021 年11 月中旬轉平，累計下降幅度約0.015 ℃，見圖11（b）。

圖11 興化蘇08 井中層水溫（a）、深層水溫（b）觀測曲線Fig.11 Water temperature changes of middle layer (a) and deep layer(b) in the Su #08 well near Xinghua

歷史資料的梳理結果表明，蘇08 井中層水溫、深層水溫觀測無4 級以上震例對應。針對2021 年8—11 月蘇08 井中層水溫、深層水溫的同步變化，江蘇省地震局開展異常核實工作，判定該變化非觀測系統、氣象和周圍環境干擾所致。異常出現101 天后，在距觀測井110 km處發生此次大豐海域MS5.0地震，基本符合井水溫度映震異常的研究結果（車用太等，2008；張彬等，2014；馬玉川等，2021）。因此，興化蘇08 井中層水溫、深層水溫變化可能是此次大豐海域MS5.0 地震前短期異常。

（2）宿遷蘇05 井水溫異常。宿遷蘇05 井位于郯廬斷裂帶東側沭陽凹陷內，井深976 m，套管下至975 m 處，觀測層為白堊紀赤山組細砂巖。該井水溫觀測始于2000 年，溫度探頭置于井下200 m，水溫儀型號為 SZW-1A。蘇05 井水溫自2020 年3 月29 日出現下降變化，2021 年1 月25 日轉折回升，至3 月24 日已回升0.03 ℃，之后繼續下降，至11 月17 日累計下降幅度約0.06 ℃（圖12）。

圖12 宿遷蘇05 井水溫觀測曲線Fig.12 Water temperature changes in the Su #05 well near Suqian

震例研究表明，該井水溫的短期變化與蘇皖交界中等地震有一定對應關系。針對2020 年3 月29 日以來蘇05 井水溫的大幅波動變化，江蘇省地震局開展異常核實工作，排除了觀測系統、氣象和周圍環境干擾原因。異常出現598 天后，在距觀測井248 km 處的大豐海域發生MS5.0 地震，井震距與異常持續時間偏大，與該井以往震例研究結果存在差異；與往年井水溫度變化動態相比，此次蘇05 井水溫異常變化幅度是2010 年以來最大的一次，且大豐海域MS5.0 地震后異常仍在持續，因此無法明確該異常是否與此次MS5.0 地震有關。

5 討論及結論

由魯東—黃海地塊歷史地震期幕活動特征判斷，目前該區域可能處于活躍時段末期，未來幾年可能發生多次5 級以上地震，強度可能以5—6 級為主。在以往活躍時段，首發6 級地震前約5 年時間，魯東—黃海地塊西部發生多次5 級以上地震，且6 級地震位于5 級地震集中區。江蘇及近海區域近5 年內未出現5 級地震叢集活動現象，因此，該區域目前發生6 級以上地震的可能性不大。

2021年大豐海域MS5.0地震序列為主余型序列，主震視應力值處于該區正常背景水平，因此近期震源區附近發生更大地震的可能性較小。地震活動以趨勢異常為主，地球物理觀測手段中僅興化蘇08井水溫（中層、深層）異常與此次大豐海域MS5.0地震有關。總體來看，大豐海域MS5.0 地震前地震活動與地球物理觀測異常偏少，短期異常更少。

2010 年以來華東地區發生5 級以上地震5 次，其中4 次位于黃海地區，且受震中及周邊區域觀測條件限制，震前地球物理觀測異常相對較少。以上4 次黃海地區5 級以上地震中，2013 年4 月21 日和5 月18 日黃海MS5.1 地震發震時間較近，可視為一組地震活動，進一步將2011 年、2013 年和2021 年的5 級地震前地震活動和地球物理觀測異常做綜合對比分析，統計結果見表4。

表4 2010 年以來華東MS ≥5.0 地震前地震活動和地球物理觀測異常Table 4 Seismicity and geophysical observation anomalies before MS ≥5.0 earthquakes in East China since 2010

震例資料來源于《中國震例》（陳俊華等，2019）和日常震情跟蹤與震例等總結資料（江蘇省地震臺，2021）。研究結果顯示，在2011 年、2013 年3 組5 級地震前地震活動異常較為豐富，尤其是區域地震活動的短期異常較顯著，而本次大豐海域MS5.0 地震前地震活動短期異常相對偏少；對于海域5 級地震而言，地球物理觀測短期異常僅能作為參考。

綜上所述，通過對2021 年11 月17 日江蘇大豐海域MS5.0 地震開展震后總結，得出以下結果：①震前地震活動：華北ML4.0 以上地震平靜（震前未打破）、長島地震窗開窗、江蘇沿海ML2.0 以上地震空區3 項趨勢異常與本次地震有關；②地球物理觀測：江蘇興化水溫2 項短期異常與此次大豐海MS5.0 地震有關；③地震序列性質：盡管序列余震數量偏少，無法得到合理的序列參數，但本次地震視應力值約1.3 MPa，大致處于正常背景水平，由歷史地震序列類型、能量衰減等判斷，本次地震序列為主余型的可能性較大；④中強地震危險性：距今5 年左右時間內，江蘇及附近海域無5 級地震空間集中活躍現象出現，由歷史地震期幕活動特征判斷，研究區域近期發生6 級以上地震的危險性較小。

本文撰寫得到劉杰研究員的指導，蔣海昆研究員、晏銳研究員、孟令媛研究員、閆偉高級工程師和解滔高級工程師、中國地震局地質研究所任治坤研究員亦給予幫助，中國地震臺網中心國家地震科學數據中心（http://data.earthquake.cn）提供數據支撐，在此對他們及中國地震臺網中心預報部同事的辛苦工作，一并表示衷心感謝。