邢臺地震對石家莊地區(qū)的震害特征研究

呂國軍，馬帥琦，李 皓，張 合，張墨思

（1.河北省地震局，石家莊 050022；2.邢臺市工程地震服務(wù)中心，河北 邢臺 054001；3.秦皇島中心臺，河北 秦皇島 066100）

0 引言

石家莊地區(qū)是河北省地震活動較低的地區(qū)之一，石家莊地區(qū)歷史上發(fā)生大于4的地震4次，沒有發(fā)生過6級或6級以上地震，但由于毗連邢臺余震區(qū)，邢臺地震對本地區(qū)的影響較大，并造成一定的生命財產(chǎn)損失。本文從邢臺地震對本地區(qū)的的影響特征出發(fā)，研究了本地區(qū)的震害特征。

1 歷史地震活動

發(fā)生在本地區(qū)的歷史地震如表1所示［2］。

表1 本地區(qū)歷史地震目錄（公元前23世紀(jì)—公元2012年12月，M≥）

表1 本地區(qū)歷史地震目錄（公元前23世紀(jì)—公元2012年12月，M≥）

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2 邢臺地震對本區(qū)的影響及其震害特征

（1）3月8日和3月22日2次地震對石家莊地區(qū)的破壞

1966年3月8日發(fā)生在隆堯的6.8級和1966年3月22日發(fā)生在寧晉的7.2級地震對本區(qū)造成不同程度的破壞，尤其以3月22日的破壞最為嚴(yán)重，表2和表3為邢臺地震的兩次主震對石家莊地區(qū)所造成的影響。

（2）2次強地震在石家莊地區(qū)的烈度異常

大地震的烈度總是自震中的高烈度逐漸向低烈度衰減，構(gòu)成相應(yīng)的等震線。但是3月8日和3月22日邢臺大地震［3］的烈度分布，出現(xiàn)極不規(guī)律的反常現(xiàn)象，存在Ⅶ度烈度區(qū)中的Ⅷ度烈度異常區(qū)和Ⅵ度低烈度異常區(qū)。

對3月22日的7.2 級地震，在距震中約80～100km 的井陘西方嶺和上安西一帶，面積大約為25km2的區(qū)域里，呈南北向條帶分布的區(qū)域里，各類房屋的倒塌率均在60%以上，為Ⅷ度或Ⅷ度強破壞區(qū)；井陘縣莊子頭、南固底、南王莊、胡家灘和獲鹿縣棧道、小畢村、方臺等50 余個居民點，面積為300km2，是Ⅶ度地震破壞區(qū)，各類房屋倒塌和破壞均在20%～60%；而位于震中和井陘、獲鹿間的欒城縣，22日地震時，全縣只倒了一個舊門樓，破壞明顯的要小得多。在等震線圖上，形成一個以西方嶺為中心的重破壞區(qū)，向四周衰減，依次為Ⅶ度和Ⅵ度區(qū)（圖1）。

表2 3月8日隆堯6.8級地震對石家莊地區(qū)的影響

表3 3月22日寧晉7.2級地震對石家莊地區(qū)的影響

對3月8日6.8級地震也有類似的情況，以西方嶺和莊子頭破壞最重，西方嶺共倒塌房屋13間，有60%的房屋出現(xiàn)裂縫，北方嶺房屋損壞達(dá)59%，莊子頭房屋損壞達(dá)40%～50%，其次為棧道、小畢村等村莊。而再往東距震中較近的梁莊、北留營、南村和欒城縣全縣基本上沒有明顯的破壞和損壞。這同樣反映了井陘、獲鹿的高烈度異常區(qū)和欒城周圍的低烈度異常區(qū)。

對在邢臺余震區(qū)發(fā)生的較大強余震也有類似的情況。如1966年6月15日夜發(fā)生在東汪一帶的4.3級地震，西方嶺已睡著的人被震醒，南王莊、胡家灘、棧道、小畢村等很多人有感；而石家莊、良村和欒城縣［4］僅少數(shù)人有感或無感覺。

3 震害異常的原因分析

3.1 現(xiàn)場臺站觀測結(jié)果的分析

為了弄清井陘、獲鹿地區(qū)高烈度異常的原因［5］，中國地震局地球物理所當(dāng)時在震中到井陘、獲鹿設(shè)置了2套地震觀測系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場觀測。一套是自震中到趙縣、欒城、嶺底、北方嶺、姚林坪測線上布設(shè)的一組地震臺站，結(jié)合已有的黃壁莊、寧晉和堯頭臺站進(jìn)行觀測。另一套是為了研究井陘、獲鹿地區(qū)高烈度異常區(qū)小范圍內(nèi)的不同土質(zhì)條件、不同地形條件和斷層破碎帶內(nèi)外對烈度的影響，布設(shè)的多道同步觀測系統(tǒng)，臺站分布見圖2。

圖1 邢臺地震的烈度異常

圖2 臺站位置圖

自臺站布設(shè)以后，一共記錄到76個地震，震級范圍在2.4～4.5之間。一般來說，S波的振幅隨震中距的增加而減少，但是，如果有烈度異常區(qū)存在，這種規(guī)律可能有變化?？紤]到震級和震源深度的影響，我們?nèi)≌鹬性跂|汪一帶、震級變化范圍為2.9～3.3級、震源深度在18～23km 的12次地震進(jìn)行分析，每次地震都以欒城的最大地動位移為基本單位，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明，最大地動位移隨震中距迅速減少，而處于高烈度異常區(qū)中心的北方嶺臺測得的最大地動位移在未進(jìn)行臺基校正前為欒城的1.3倍（圖3），進(jìn)行臺基校正后是3.9倍，此結(jié)果與該測線上的烈度分布是一致的（圖3，表4）。

圖3 北方嶺臺測的最大地動位移比較

表4 測線上各臺站的震中距和最大地動位移

3.2 土質(zhì)條件的影響

井陘、獲鹿地區(qū)除高烈度異常外，在區(qū)域內(nèi)的小區(qū)域烈度異常也十分明顯，究其原因，主要是當(dāng)?shù)赝临|(zhì)條件的影響。采用6道地震儀在1km 范圍內(nèi)的不同土質(zhì)條件，不同地形和斷層破碎帶上進(jìn)行地震觀測，得到的結(jié)果（表5）表明：

（1）100 m 左右的高差對地動位移的影響為10%左右，對周期沒有影響。

（2）不同巖性和斷層兩端對地動位移的影響為4%，對周期沒有影響。

（3）斷層破碎帶對地動位移的影響為50%～250%，對周期的影響為50%。

（4）飽和含砂礫石的土層，對地動位移的影響為200%～500%，對周期的影響為120%～350%。

從上述結(jié)果可以看出，在高烈度異常的小區(qū)域內(nèi)，在諸多因素中，飽和含砂礫石的土層對地動位移的影響最大。

表5 不同地形和斷層破碎帶上進(jìn)行地震觀測得到的結(jié)果

值得提出的是，井陘、獲鹿地區(qū)的烈度異常不僅僅表現(xiàn)在邢臺地震和它的余震上，歷史上也有烈度異常的描述。如1791年河北深縣發(fā)生5.5級地震時，距震中約300km 的獲鹿縣藥王廟被震壞，在廟中的重修藥王廟碑文中說明了破壞的情況。另外，在歷史文獻(xiàn)中，對于1882年深縣6級地震有這樣的描述“前月二十二日下午四時，直隸深州一帶至獲鹿縣約三百余里，忽然地震（清光緒八年（益聞錄）”。這說明獲鹿縣的破壞已經(jīng)引起官員們的重視，從另一個角度反映了獲鹿縣當(dāng)時破壞的嚴(yán)重性。上述表明地區(qū)的烈度異常在歷史地震中就出現(xiàn)過，因此，我們認(rèn)為當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造特征是造成井陘、獲鹿地區(qū)烈度異常的主要原因。

3.3 深部地球物理條件的分析

中國地震局地質(zhì)研究所在市區(qū)及其鄰近地區(qū)進(jìn)行了大地電磁測深工作，發(fā)現(xiàn)在石家莊東部存在異常（圖4），石家莊電磁剖面的電性結(jié)構(gòu)揭示，在石家莊－晉縣凹陷下方深度約20km 左右存在殼內(nèi)低阻層，低阻層的賦存區(qū)域也表現(xiàn)為低速特性，即該區(qū)殼內(nèi)發(fā)育具有低速和低阻特性的物質(zhì)。深部電性結(jié)構(gòu)顯示，太行山山前斷裂帶具有低阻特性的超殼延伸特征，石家莊－晉縣凹陷下殼內(nèi)為低阻層賦存狀態(tài)，在殼內(nèi)低阻層的上方沿新河斷裂南北一線存在高電阻體，這樣的高低電阻體的特殊深部組合結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了該區(qū)深部物質(zhì)來源、運移、積累等物質(zhì)基礎(chǔ)。

而中國地震局地球物理研究所在進(jìn)行石家莊附近的小震精定位工作中，發(fā)現(xiàn)在晉縣凹陷地下10km左右，存在低速層（圖5），其異常與束鹿斷陷相連。而存在這樣的深部地球物理異常，也可能是造成烈度異常的原因。

圖4 石家莊電磁剖面的電性結(jié)構(gòu)

圖5 層析成像結(jié)果

1km 和5km 深度層速度分布圖主要反映地殼淺部的結(jié)構(gòu)特征。太行山山前斷裂是控制速度分布的主要邊界，元氏斷裂、邯鄲斷裂的東西兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)存在明顯差異，其東側(cè)的晉縣斷陷盆地和束鹿斷陷盆地以及邯鄲凹陷均表現(xiàn)為低速異常，而新河凸起呈現(xiàn)高速異常。太行山斷裂的東側(cè)低速區(qū)反映的是古近紀(jì)、第四紀(jì)凹陷區(qū)，而西側(cè)的高速區(qū)與該地區(qū)地表基巖出露位置基本一致。

4 討論

本文研究表明，當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造和土層特征可能是造成烈度異常的重要原因。由于石家莊地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，單純地從邢臺地震來研究其震害特征存在一定的局限性，需要進(jìn)行更深入的研究。

［1］ 徐杰，方仲景，楊理華.1966年邢臺7.2級地震的構(gòu)造背景和發(fā)震構(gòu)造［J］.地震地質(zhì)，1988，10（4）：34－39.

［2］ 中國地震局震害防御司.中國近代地震目錄（公元前1912—1990年，M≥4.7）［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999：172－350.

［3］ 滕吉文，馮熾芬，李金森，等.華北平原中部地區(qū)深部構(gòu)造背景及邢臺地震（一）、（二）［J］.地球物理學(xué)報，1974－1975，17（4）：25－46.

［4］ 楊家亮，齊玉妍，金學(xué)申，等.灤縣地區(qū)的地震活動特征及其預(yù)報意義［J］.華北地震科學(xué)，2010，28（2）：13－17.

［5］ 金學(xué)申.應(yīng)用不同強度地震資料的地震危險性分析［J］.地震學(xué)報，1994，（3）：25－28.