2013年河北贊皇小震群活動(dòng)特征及其指示意義

楊 銳，王曉山，王 想，湯蘭榮，劉 麗，邊慶凱，王莉嬋，李冬圣，蔡玲玲

(1.河北省地震局，石家莊 050021，2.江西省地震局，南昌 330039)

2013年河北贊皇小震群活動(dòng)特征及其指示意義

楊 銳1，王曉山1，王 想1，湯蘭榮2，劉 麗1，邊慶凱1，王莉嬋1，李冬圣1，蔡玲玲1

(1.河北省地震局，石家莊 050021，2.江西省地震局，南昌 330039)

河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)在2013年5月19日至7月15日記錄到河北贊皇縣發(fā)生震群活動(dòng)，ML-0.9級(jí)以上地震229次。震群附近30 km之內(nèi)之前沒(méi)有發(fā)生過(guò)5級(jí)以上地震，1966年邢臺(tái)7.2級(jí)地震區(qū)呈北北東向分布，在其南部存在北西向分支，抵達(dá)贊皇附近，發(fā)生過(guò)少量ML1～2級(jí)小震。與較為平靜的地震活動(dòng)背景相比，贊皇震群尤為突出。通過(guò)分析震級(jí)—頻度關(guān)系，震群呈現(xiàn)低b值特征；利用振幅比法反演震群ML2級(jí)以上11個(gè)基本一致的震源機(jī)制解，并進(jìn)一步反演震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)，結(jié)果與華北構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)完全吻合。結(jié)果顯示，震群呈北北東方向分布，震源機(jī)制也有相應(yīng)的節(jié)面對(duì)應(yīng)，大多數(shù)傾向北西西，表明震群為右旋走向滑動(dòng)。同時(shí)，低b值和震源機(jī)制一致屬于震兆現(xiàn)象，應(yīng)注意加強(qiáng)贊皇附近區(qū)域的震情跟蹤研究。

贊皇震群；地震參數(shù)；震源機(jī)制解

0 引言

河北省贊皇縣是太行山東麓的一個(gè)山區(qū)縣，地處石家莊市西南，位于東經(jīng)114°01′至114°30′，北緯37°26′至37°46′，全縣面積835.56 km2。贊皇縣歷史上沒(méi)有發(fā)生過(guò)破壞性地震。自2013年5月19日起，河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄到該縣一系列小震活動(dòng)，截止7月15日，共發(fā)生ML-0.9級(jí)以上地震229次，最大地震ML3.2級(jí)。贊皇震群持續(xù)兩個(gè)月，震區(qū)震感明顯。由于震群發(fā)生在人口密度大的河北省會(huì)附近地區(qū)，對(duì)社會(huì)和公眾造成一定程度的影響，也引起各級(jí)政府的關(guān)注。震群位于河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)之內(nèi)，充分利用其產(chǎn)出的波形數(shù)據(jù)和震相到時(shí)，詳細(xì)分析贊皇震群的構(gòu)造背景、震群特征，利用數(shù)字地震波形反演震源機(jī)制，進(jìn)一步反演應(yīng)力場(chǎng)與華北構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)比較，進(jìn)一步探討未來(lái)中強(qiáng)地震的指示意義。

1 贊皇附近歷史地震活動(dòng)分析

贊皇震群位于河北平原和太行山交界處，歷史文化發(fā)達(dá)，地震資料豐富，最早記錄的地震是公元777年的寧晉地震，最近的記錄是1956年9月3日山西平定東北5.0級(jí)地震。表1提供了5級(jí)以上歷史地震目錄，對(duì)應(yīng)歷史地震震中分布如圖1所示，盡管贊皇附近1000多年來(lái)發(fā)生了15次5～6級(jí)地震，但是30 km內(nèi)卻沒(méi)有破壞性地震發(fā)生，表明贊皇屬于少震弱震區(qū)。1966年邢臺(tái)發(fā)生7.2級(jí)地震之后，有一系列5級(jí)余震，一直持續(xù)到1985年，全部集中在贊皇的東南方向[1]。贊皇附近超過(guò)30 km有1528年發(fā)生的欒城5級(jí)地震，在將近40 km有1956年井陘西發(fā)生的5級(jí)地震。此后直到1966年發(fā)生邢臺(tái)7級(jí)地震序列，5級(jí)地震持續(xù)近20年。同期其它地方?jīng)]有5級(jí)地震發(fā)生。數(shù)十年來(lái)，除了邢臺(tái)震區(qū)，其它地方是平靜的。

圖1 公元777—1956年(紅色實(shí)心圓), 1966—1985年(藍(lán)色實(shí)心圓)震中區(qū)附近5級(jí)以上地震分布圖

表1 有記錄以來(lái)贊皇附近發(fā)生的5級(jí)以上地震

a 1970—2012年震中分布圖 b 2010—2012年震中分布圖

圖2a呈現(xiàn)了1970年以來(lái)贊皇附近1級(jí)以上小震分布?？梢?jiàn)，其中的密集帶為邢臺(tái)地震序列，呈北北東方向的邢臺(tái)余震區(qū)存在北西向分支，抵達(dá)贊皇附近。圖2b呈現(xiàn)的2010—2012年1級(jí)以上震中附近地震分布，顯示贊皇周?chē)挥辛阈?級(jí)小震，但是邢臺(tái)震區(qū)北北東方向的地震分布清晰可見(jiàn)，表明近年贊皇附近地震活動(dòng)微弱。

2 贊皇震群活動(dòng)特征

河北省贊皇縣自2013年5月19日開(kāi)始，震群活動(dòng)截止7月15日08時(shí)這56天共發(fā)生ML-0.9級(jí)以上地震229次(表2)，其中0級(jí)以下地震100次，0.1～1.0級(jí)地震89次，1.1～2.0級(jí)地震29次， 2.1～3.0級(jí)地震10次。最大的一次地震是6月3日12時(shí)02分的ML3.2級(jí)地震，7月15日之后，贊皇地震趨于平靜，只有少數(shù)零級(jí)左右地震發(fā)生。由圖3時(shí)間-震級(jí)分布圖可見(jiàn)，贊皇震群雖然最大震級(jí)不高，活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間卻不短；震級(jí)存在增長(zhǎng)到高值之后逐漸衰減的過(guò)程，能量衰減較慢。

表2 贊皇震群震級(jí)-頻次統(tǒng)計(jì)

圖3 贊皇震群震級(jí)-時(shí)間分布圖

圖4 震級(jí)-頻度關(guān)系圖

由最小二乘方法擬合震級(jí)—頻度關(guān)系見(jiàn)圖4，結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)為0.9984，比較高。累積頻度計(jì)算的b值為0.49，偏低，與一般小震群的高值差異比較大，屬于顯著的異常震兆現(xiàn)象。

由圖5a給出的地震臺(tái)站和震群分布可見(jiàn)，震群西側(cè)的L1303和L1301為流動(dòng)臺(tái)，其它為固定臺(tái)。臺(tái)站總體呈南北向分布，能夠較好地控制緯向震源定位精度，但對(duì)于經(jīng)向控制震源定位精度不利。在震群西側(cè)增加2個(gè)流動(dòng)臺(tái)后，近場(chǎng)臺(tái)站能夠更好控制測(cè)定震源位置。我們使用較近的臺(tái)站到時(shí)，修訂了部分2級(jí)以上地震的位置，地震震中整體保持北東方向的優(yōu)勢(shì)分布(圖5b)，北東方向長(zhǎng)軸長(zhǎng)4.5 km，北西方向短軸寬2.5 km。

a 贊皇震群震中和臺(tái)站分布圖 b震中密集區(qū)放大分布圖

3 震源機(jī)制解和應(yīng)力場(chǎng)

地下深處的應(yīng)力狀態(tài)難以直接獲得，通?？捎烧鹪礄C(jī)制解來(lái)確定。本文采用層狀介質(zhì)點(diǎn)源位錯(cuò)模型，利用河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的波形資料，取垂直向記錄直達(dá)Pg、Sg波的最大振幅，以觀測(cè)資料與理論地震圖擬合反演震源機(jī)制的方法[2]，得到11個(gè)地震的震源機(jī)制(表3、圖6)。11個(gè)震源機(jī)制都屬于走向滑動(dòng)斷層，P、T軸近于水平，B軸近于直立。P軸方位集中在NEE-SWW方向，T軸方位集中在NNW-SSE方向。NE走向的節(jié)面傾斜，傾向NW，呈右旋走向滑動(dòng)；NW走向的節(jié)面直立，呈左旋走向滑動(dòng)。

表3 11個(gè)震源機(jī)制的各個(gè)參數(shù)

圖6 11個(gè)地震震源機(jī)制投影圖(最后一個(gè)為ML3.2級(jí)地震震源機(jī)制投影圖)

選用Gephart和Forsyth的應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)網(wǎng)格搜索的震源機(jī)制應(yīng)力反演(簡(jiǎn)稱(chēng)FMSI)程序[2]確定應(yīng)力場(chǎng)的主應(yīng)力軸方位。震源機(jī)制應(yīng)力反演程序有3個(gè)基本假定[3-4]：①斷層面上的滑動(dòng)方向和計(jì)算的剪切應(yīng)力方向一致；②研究區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)方向一致；③地震是剪切位錯(cuò)并且可以發(fā)生在先前已經(jīng)存在的斷層上。震源機(jī)制應(yīng)力反演程序使用的是網(wǎng)格搜索法，即在應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)的模型空間中找到應(yīng)力模型與實(shí)際地震數(shù)據(jù)間平均殘差最小的最佳應(yīng)力模型。在震源機(jī)制應(yīng)力反演程序中，每個(gè)地震與應(yīng)力模型間的殘差定義為使應(yīng)力模型和觀測(cè)到的滑動(dòng)角方向相一致的關(guān)于任意方位旋轉(zhuǎn)軸的最小旋轉(zhuǎn)角。該方法可以獲得最佳應(yīng)力模型3個(gè)主應(yīng)力軸σ1，σ2和σ3(σ1≥σ2≥σ3)的方位角和傾角，同時(shí)還可以得到相對(duì)應(yīng)力大小值R，R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1)(0≤R≤1)，R 值有助于我們區(qū)分應(yīng)力場(chǎng)的類(lèi)型。

利用11個(gè)小地震的震源機(jī)制反演得到應(yīng)力場(chǎng)主軸投影(圖7a)以及應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)為：最大壓應(yīng)力主軸方位82.39°、傾伏角29.50°；中等壓應(yīng)力主軸方位310.00°、傾伏角50.00°；最小壓應(yīng)力主軸方位187.27°、傾伏角24.40°，擬合殘差角1.79°，應(yīng)力比0.30，擬合殘差角非常小，表明這些震源機(jī)制相當(dāng)一致，從圖6也可看出11個(gè)小震震源機(jī)制的一致性較好。

由應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)推算最易于滑動(dòng)的斷層空間取向?yàn)椋鹤呦?26.52°、傾角50.18°、滑動(dòng)角-175.81°。這與震中分布的北東走向長(zhǎng)軸吻合，震源機(jī)制的北東節(jié)面多數(shù)是傾斜(傾向NW)的，且右旋走向滑動(dòng)性質(zhì)相同。

取34°～42°N、105°～125°E范圍的矩張量解，反演得到華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)投影(圖7b)，以及華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)為：最大壓應(yīng)力主軸方位83°、傾伏角32°；中等壓應(yīng)力主軸方位244°、傾伏角57°；最小壓應(yīng)力主軸方位347°、傾伏角9°，擬合殘差角4.73°，應(yīng)力比0.4。贊皇震群震源機(jī)制反演的應(yīng)力場(chǎng)與華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)非常接近，最大壓應(yīng)力軸基本一致，而最小壓應(yīng)力主軸稍稍翹起。表明贊皇附近受到了大尺度應(yīng)力場(chǎng)比較嚴(yán)格的控制。

a贊皇震群震源機(jī)制反演的應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力主軸投影 b華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)投影 圖7 應(yīng)力場(chǎng)投影圖

根據(jù)相關(guān)一些研究，陳颙(1980)指出1975年遼寧海城7.3級(jí)地震的前震存在震源機(jī)制一致性[5]，王俊國(guó)等[6]和萬(wàn)永革[7]給出三維空間更嚴(yán)格的定義，展示千島群島大震和美國(guó)Landers 地震和Hector Mine 地震的震例；王曉山等[8]詳細(xì)分析2006年河北文安5.1級(jí)地震震源機(jī)制一致性參數(shù)的空間演化圖像，劉芳等[9]繪制內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的震源機(jī)制解一致性參數(shù)圖像得到低值區(qū)，表明震源機(jī)制一致性參數(shù)的震兆意義；而贊皇震群顯示的震源機(jī)制一致性可能也是中等強(qiáng)度地震前的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)在2013年5月19日—7月15日的河北贊皇縣震群活動(dòng)中，共記錄到ML-0.9級(jí)以上地震229次。校核部分2級(jí)地震之后，震群集中呈北北東方向的帶狀分布。

(2)歷史上贊皇附近30 km之內(nèi)沒(méi)有發(fā)生過(guò)5級(jí)以上地震。相鄰的1966年邢臺(tái)7.2級(jí)地震區(qū)呈北北東向分布，在其南部存在北西向分支，抵達(dá)贊皇附近，發(fā)生過(guò)少量1～2級(jí)小震。1986年以來(lái)贊皇附近150 km沒(méi)有發(fā)生5級(jí)以上地震，存在大范圍的平靜。小地震活動(dòng)也是平靜的背景，贊皇震群的發(fā)生就顯得更加突出。

(3)利用振幅比法反演震群2級(jí)以上地震的11個(gè)基本一致的震源機(jī)制解，進(jìn)一步反演震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)，其與華北構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)非常吻合；震群呈NNE方向分布，震源機(jī)制也有相應(yīng)的節(jié)面對(duì)應(yīng)，大多數(shù)向NWW傾，表明震群以右旋走向滑動(dòng)為主。

(4)贊皇震群的震級(jí)—頻度關(guān)系b值低，連同震源機(jī)制一致和地震平靜都屬于震兆現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)贊皇附近區(qū)域的震情跟蹤研究。

致謝：本文得到刁桂苓老師的耐心指導(dǎo)和大力幫助，在此致以最誠(chéng)摯的謝意！

[1]呂國(guó)軍，馬帥琦，李皓，等. 邢臺(tái)地震對(duì)石家莊地區(qū)的震害特征研究[J]. 華北地震科學(xué)，2012，30(4): 19-24.

[2]梁尚鴻，李幼銘，束沛鎰，等．利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)P、S振幅比資料測(cè)定小震震源參數(shù)[J]．地球物理學(xué)報(bào)，1984，27(3)：247-257.

[3]Gephart J W. FMSI: A Fortran program for inverting fault/slickenside and earthquake focal mechanism data to obtain the regional stress tensor[J]. Computers & Geosciences, 1990，16(7): 953-989.

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Analysis on Hebei Zanhuang Earthquake Swarm in 2013

YANG Rui1,WANG Xiao-shan1, WANG Xiang1, TANG Lan-rong2, LIU Li1, BIAN Qing-kai1,

WANG Li-chan1, LI Dong-sheng1, CAI Ling-ling1

(1.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China;
2.Earthquake Administration of Jiangxi Province, Nanchang 330039, China)

According to the records of the Hebei digital seismic network, an earthquake swarm including 229ML≥-0.9 earthquakes occurred in Zanhuang County of Hebei Province from May 19th, 2013 to July 15th,2013. Historical records show that there is no earthquake of magnitude 5 occurred within 30 km. The earthquake regions of the 1966 xingtaiM7.2 strong earthquake distributed in direction of NNE, but one NW trending branch in the south of the earthquake regions extended near the Zanhuang County, along which, a small quantity ofML1～2 earthquakes occurred. Compared with the relatively calm background of earthquake activity, the Zanhuang earthquake swarm activity is very outstanding. Analysis of relationship between earthquake magnitude and frequency shows that the b-value of the earthquake swarm is lower than the normal. On the basis of the 11 focal mechanism solutions ofML≥2 earthquakes of the swarm inverted using the wave amplitude ratio method and seismic waveform fitting technique, the stress field in the source area is calculated which is fully consistent with the tectonic stress field of North China Region. It can be proved that the earthquake swarm was triggered by right strike-slip faults through which the earthquake swarm distributed in NNE and was correspond with the nodal planes of the focal mechanism solutions and most of them are NWW-dipped. Owing to the fact that the similar focal mechanism solutions and the low b-value both belong to the phenomenons of earthquake precursor, the research about seismic situation tracing of Zanhuang area should be strengthened.

earthquake sequence; seismic parameter; focal mechanism solutions

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.004

2014-05-07

河北省地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目 “河北臺(tái)網(wǎng)近震震相特征分析與典型震例庫(kù)的建立” (項(xiàng)目編號(hào)：DZ20140712045)

楊銳(1983—)，女(漢族)，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)和地震速報(bào)工作.E-mail：yangrui9811@eyou.com.

P315.332

A

1003-1375(2014)04-0017-06