基于多地震活動(dòng)參數(shù)的首都圈地區(qū)地震危險(xiǎn)性分析

武敏捷，朱紅彬，岳曉媛，林向東，李 紅

（北京市地震局，北京 100080）

0 引言

強(qiáng)震與大地震往往發(fā)生在活動(dòng)斷裂帶上的相對(duì)高應(yīng)力積累區(qū)或閉鎖段上［1］?；谝詁值為主的地震活動(dòng)性參數(shù)的空間分布，結(jié)合歷史及現(xiàn)今地震活動(dòng)背景，分析斷裂帶的現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性，進(jìn)而綜合判定處于相對(duì)高應(yīng)力和閉鎖狀態(tài)的斷裂段，是近年來(lái)國(guó)際上中－長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性研究的重要方面之一。Wiemer等［2］及Wyss等［3］利用震級(jí)－頻度關(guān)系中a、b值等地震活動(dòng)性參數(shù)的空間分布，去分析和判定活動(dòng)斷裂帶現(xiàn)今相對(duì)應(yīng)力水平的空間分布，從中區(qū)分出正處于相對(duì)高應(yīng)力積累的段落或者凹凸體段落，為強(qiáng)震和大地震的長(zhǎng)期、中－長(zhǎng)期危險(xiǎn)地段判定提供依據(jù)。易桂喜等［4－6］利用多地震活動(dòng)參數(shù)分析了龍門山－岷山斷裂帶、安寧河－則木河斷裂帶等斷裂帶的現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性與強(qiáng)震危險(xiǎn)性。黃元敏等［7］利用該方法研究了粵閩交界及其近海地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性［8］。

首都圈地區(qū)是我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心，也是地震災(zāi)害多發(fā)地區(qū)。自公元前780年至今，該區(qū)域共發(fā)生MS≥6.0地震26次，其中6.0～6.9地震21次，7.0～7.9 地 震4 次，8.0～8.9 地 震1 次，1679年三河M8.0地震和1976年唐山M7.8大地震均發(fā)生在該區(qū)域。從構(gòu)造上來(lái)看，它位于華北亞板塊北部地區(qū)，具有明顯的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分區(qū)特征，主要包括燕山－陰山隆起區(qū)、太行－五臺(tái)斷塊隆起區(qū)和華北平原區(qū)等3個(gè)新構(gòu)造單元。張家口－蓬萊斷裂帶從西至東貫穿該區(qū)，是該區(qū)比較活躍的構(gòu)造帶，三大構(gòu)造單元與一個(gè)地震活動(dòng)帶形成了該區(qū)比較復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景［9］。

本文擬運(yùn)用區(qū)域臺(tái)網(wǎng)地震資料，利用b值空間分布及斷裂帶分段的多地震活動(dòng)參數(shù)值組合分析方法，結(jié)合首都圈歷史及現(xiàn)今地震活動(dòng)背景［10］，分析首都圈現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性，綜合判定處于相對(duì)高應(yīng)力和閉鎖狀態(tài)的斷裂段。

1 地震資料

歷史及近代地震資料來(lái)源于《中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄》［11］、《中國(guó)近代地震目錄》［12］以及中國(guó)地震局月報(bào)地震目錄。為了避免1976年7月28日唐山7.8級(jí)強(qiáng)震群的影響，選用1980年1月至2011年10月約32年的地震資料。在計(jì)算地震活動(dòng)性參數(shù)前采用reasenberg方法對(duì)地震資料進(jìn)行去余震處理。

2 研究方法

G－R 關(guān)系是統(tǒng)計(jì)地震學(xué)中最基本的定律之一，表明了地震震級(jí)和頻次之間的關(guān)系。該關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)公式表示［13］：

式中：M為震級(jí)，N為震級(jí)大于等于M的地震累計(jì)頻度，a和b為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

由于應(yīng)力的高低與b值成反比［14－15］、低b值區(qū)具有更高應(yīng)力積累，大地震通常發(fā)生在斷裂帶的低b值區(qū)域［16］。聞學(xué)澤等［17－18］運(yùn)用該方法開展了許多研究工作，并且發(fā)展了多地震活動(dòng)參數(shù)組合分析方法，解決了b值計(jì)算所需一定樣本量的問(wèn)題。該方法通過(guò)計(jì)算各段落的4個(gè)地震活動(dòng)性參數(shù)值，即：（斷裂段在研究時(shí)段的總體b值）（斷裂段在研究時(shí)段的總體a／b值）、（斷裂段單位面積的應(yīng)變能年釋放率）、n（斷裂段單位面積的地震年頻度），更好地分析不同斷裂部位的現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性。

不同的地震活動(dòng)參數(shù)具有不同的物理意義，多個(gè)地震活動(dòng)參數(shù)的值及其組合比單個(gè)參數(shù)值能更好地反映斷裂運(yùn)動(dòng)的物理狀態(tài)，若同一斷裂帶不同段落的多參數(shù)值計(jì)算中，具有低值（反映高應(yīng)力）、低n值和值（反映低應(yīng)變釋放率）以及較高值（反映具有偏高的最大期望震級(jí)）這樣一種參數(shù)值組合的斷裂段，應(yīng)處于較高應(yīng)力背景下的相對(duì)閉鎖狀態(tài)，即高應(yīng)力閉鎖或趨于閉鎖的斷裂段；而具有高值和n值、中等或中偏高的值，以及中偏低值組合的斷裂段，應(yīng)具有以頻繁小震滑動(dòng)為主，無(wú)高應(yīng)力積累的現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

對(duì)研究區(qū)域ML≥1.0級(jí)地震進(jìn)行震級(jí)－頻度擬合，采用擬合效果測(cè)試法［16］確定出研究區(qū)域的最小完整性震級(jí)，并以此震級(jí)作為研究區(qū)域b值空間掃描計(jì)算的起始震級(jí)，網(wǎng)格間距為0.1°×0.1°，統(tǒng)計(jì)單元的半徑為20km，最小地震個(gè)數(shù)為20個(gè)。

利用以上地震資料和研究方法，分別計(jì)算并繪制了首都圈地區(qū)（38.5°～41.5°N，113°～120°E）、山西地震帶（以下簡(jiǎn)稱“山西帶”）和張渤地震帶（以下簡(jiǎn)稱“張渤帶”）陸地段的b值和a／b值的空間分布圖像，并應(yīng)用多地震活動(dòng)性參數(shù)方法研究了山西帶、張渤帶陸地段的現(xiàn)今活動(dòng)狀態(tài)。

（1）首都圈

首都圈計(jì)算所得最小完整性震級(jí)為ML1.6。由b值和a／b值的空間掃描圖像（圖1）可以看出，首都圈地區(qū)低b值和高a／b值的異常區(qū)域主要分布在山西帶北段、京津唐一帶及文安地區(qū)。結(jié)合首都圈地區(qū)1980年以來(lái)MS≥5.0級(jí)地震的震中分布圖（圖2），發(fā)現(xiàn)山西帶北段異常較為顯著的張家口、大同地區(qū)均曾發(fā)生過(guò)MS≥5.0級(jí)地震，唐山及鄰區(qū)存在的顯著異常主要受1976年唐山強(qiáng)震群的影響，文安地區(qū)的異常圖像與2006年文安5.1級(jí)地震有一定的對(duì)應(yīng)，但是京津地區(qū)存在的低b值及高a／b值異常并無(wú)MS5.0級(jí)以上地震相對(duì)應(yīng)，分析認(rèn)為，京津地區(qū)存在的異?？赡軐?duì)今后的地震活動(dòng)趨勢(shì)具有一定的預(yù)測(cè)意義。

（2）山西帶

山西帶計(jì)算所得的最小完整性震級(jí)為ML1.8。對(duì)山西帶b值進(jìn)行空間掃描計(jì)算，由圖3可以看出，低b值和高a／b值異常區(qū)域主要分布在延懷盆地、張家口、大同、忻州等地。結(jié)合山西帶現(xiàn)今地震活動(dòng)分布（圖4），低b值和高a／b值的異常區(qū)域也與山西帶MS5.0級(jí)以上地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 首都圈地區(qū)b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時(shí)段：1980.01—2011.10，最小完整性震級(jí)：ML1.6）

圖2 首都圈地區(qū)1980年以來(lái)MS≥5.0級(jí)地震震中分布圖

圖3 山西帶b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時(shí)段：1980.01—2011.10，最小完整性震級(jí)：ML1.8）

為了更清晰地了解山西帶的現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件、b值圖像和現(xiàn)代地震活動(dòng)空間分布特征，將山西帶劃分為赤城－張家口、張家口－大同、大同－忻州、忻州－太原和太原－臨汾5個(gè)段落，采用多地震活動(dòng)參數(shù)組合的方法綜合判定各段落的現(xiàn)今活動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果見表1和圖5。

由表1和圖5可以看出，各段落4個(gè)地震活動(dòng)性參數(shù)值偏差不是很大，表明山西帶地震活動(dòng)較均勻，各段落地震活動(dòng)差異不大。赤城－張家口段存在較低值、低應(yīng)變能年釋放率、低值，反映該段處于較高應(yīng)力水平下的相對(duì)閉鎖狀態(tài)；忻州－太原段值和應(yīng)變能年釋放率最高，該段以頻繁中小地震活動(dòng)為主；張家口－大同段目前存在低值、較高值，相對(duì)應(yīng)力水平高，該段1980年以來(lái)發(fā)生MS≥5.0級(jí)地震11次，中等地震相對(duì)活躍，仍應(yīng)注意該段今后發(fā)生中強(qiáng)地震的危險(xiǎn)。

圖4 山西帶MS≥5.0級(jí)地震震中分布圖（實(shí)心圓為1980年以來(lái)地震，空心圓為歷史地震）

表1 山西帶分段多地震活動(dòng)參數(shù)值組合與現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性判定

圖5 山西帶分段多地震活動(dòng)參數(shù)值組合圖像

（3）張渤帶陸地段

張渤帶陸地段計(jì)算所得的最小完整性震級(jí)為ML1.5。對(duì)張渤帶陸地段b 值進(jìn)行空間掃描計(jì)算（圖6），顯著的低b值和高a／b值異常區(qū)域主要分布在張北和唐山地區(qū)，張渤帶北京段存在一定的弱異常。結(jié)合張渤帶陸地段MS≥5.0級(jí)地震震中分布（圖7），張北曾在1998年、1999年發(fā)生過(guò)MS6.2、MS5.6級(jí)地震，唐山地區(qū)存在的異常主要受1976年唐山強(qiáng)震群的影響。北京段1970年以來(lái)未發(fā)生過(guò)MS≥5.0級(jí)地震，但歷史上該段地震頻度高，有歷史記錄以來(lái)共發(fā)生MS≥5.0級(jí)地震21次，1679年三河8.0級(jí)地震就發(fā)生在該段。

對(duì)張渤帶陸地段同樣采用多地震活動(dòng)性參數(shù)組合的方法研究其現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性，將其劃分為尚義－張家口、涿鹿－延慶、延慶－懷柔、三河－玉田、玉田－唐山5個(gè)段落，計(jì)算結(jié)果見表2和圖8。

圖6 張渤帶陸地段b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時(shí)段：1980.01—2011.10，最小完整性震級(jí)：ML1.5）

表2 張渤帶陸地段分段多地震活動(dòng)性參數(shù)值組合與現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性判定

圖7 張渤帶陸地段MS≥5.0級(jí)地震震中分布圖（實(shí)心圓為1980年以來(lái)地震，空心圓為歷史地震）

圖8 張渤帶陸地段分段多地震活動(dòng)性參數(shù)值組合圖像

由表2和圖8可以看出，尚義－張家口段具有最低值和較高值，表明該段所處的應(yīng)力水平高；涿鹿－延慶段具有較低值、較低值、高n值和中等值的參數(shù)值組合，反映該段地震活動(dòng)主要以小震活動(dòng)為主；延慶－懷柔段具有較低值、低值、低n值，中等值，反映該段應(yīng)處于較高應(yīng)力下的相對(duì)閉鎖狀態(tài)；三河－玉田段具有高值、中等值、較高n值和低值的參數(shù)組合，反映該段相對(duì)應(yīng)力水平低，該段地震活動(dòng)以頻繁小震為主；玉田—唐山段具有較高值、高值、較高n值和高值的參數(shù)組合，反映該段相對(duì)應(yīng)力水平較低，地震活動(dòng)以中等頻度中小地震活動(dòng)為主。

4 結(jié)論與討論

本文利用現(xiàn)代小震目錄對(duì)首都圈地區(qū)進(jìn)行b值空間掃描計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)首都圈地區(qū)目前存在低b值和高a／b值的異常區(qū)域主要分布在山西帶北段、京津唐一帶及文安地區(qū)。采用多地震活動(dòng)參數(shù)組合方法進(jìn)一步研究張渤帶陸地段和山西帶各段落的地震活動(dòng)習(xí)性，研究表明張渤帶陸地段各段落的總體值均低于山西帶各段落的值，反映張渤帶陸地段總體應(yīng)力水平高于山西帶，根據(jù)、n、和四個(gè)參數(shù)值的組合特征，結(jié)合各段落歷史強(qiáng)震活動(dòng)背景，綜合分析認(rèn)為今后應(yīng)注意延懷盆地發(fā)生中強(qiáng)地震的危險(xiǎn)。

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