2014年9月6日河北涿鹿4.3級地震分析

張杰卿，劉雙慶，孫路強(qiáng)，李 赫

（天津市地震局，天津 300201）

0 引言

2014年9月6日河北省涿鹿縣發(fā)生4.3級地震，雖然震級不大，但影響范圍較大，北京、天津、河北等地均有震感。據(jù)河北省地震臺網(wǎng)測定，震中位于40.28°N，115.43°E。涿鹿地震發(fā)生在北京西北的延懷盆地中，發(fā)震構(gòu)造正好位于延慶－礬山盆地北緣斷裂的2條分支的交匯處（圖1）。1995年此處曾發(fā)生過3.6 級地震，9 個月后，內(nèi)蒙古包頭發(fā)生6.4級地震。此次地震值得我們深入研究的原因：一是因?yàn)殇寐?.3級地震打破了延懷盆地及其周邊（39.8°～41.0°N，114.1°～116.1°E）自2005年8月31日河北蔚縣3.4級地震后長達(dá)9年的ML≥4.0地震平靜；二是因?yàn)樵撗芯繀^(qū)域的中強(qiáng)地震可能對后續(xù)華北地區(qū)中強(qiáng)地震具有一定的指示意義。

1 地震地質(zhì)背景

延懷盆地位于華北地區(qū)的北部，在地質(zhì)構(gòu)造上，該盆地位于山西裂谷系北端晉冀蒙盆嶺構(gòu)造區(qū)的最東端，由延礬（延慶—礬山）和懷涿（懷來—涿鹿）2個次級斷陷盆地組成。依地震構(gòu)造而論，本區(qū)位于NW－NWW 向燕山—渤海（張家口—蓬萊）地震構(gòu)造帶和NE－NNE向山西地震構(gòu)造帶交匯部位，區(qū)內(nèi)的延（慶）—懷（來）盆地既是這2條重要地震構(gòu)造帶的交匯構(gòu)造，也同時具有2條地震構(gòu)造帶的構(gòu)造屬性。盆地內(nèi)歷史上記錄了4次6級以上強(qiáng)烈地震，分別為公元294年延慶東6級地震、1484年延慶東級地震、1337年懷來級地震和1720年懷來級地震［1］。可以說，延懷盆地是一個地震多發(fā)的“敏感地帶”。

1970年以來，研究區(qū)域（39.8°～41.0°N，114.1°～116.1°E）內(nèi)的中等地震活動一直持續(xù)不斷（表1），尤其是1980—2000年這段時間，該區(qū)域內(nèi)的中等地震活動較為活躍。前人的研究表明，延懷盆地4級以上的地震在空間上大都發(fā)生于盆地差異運(yùn)動強(qiáng)烈的地段和新活動斷裂或多組斷裂的交匯處，顯示出NE向斷裂對該區(qū)地震的控制作用；中、小地震活動經(jīng)常以震群形式出現(xiàn)，且大部分呈NE方向分布。這一地區(qū)地震震源深度一般較淺，多位于上、中地殼內(nèi)，以5～15km 深度范圍內(nèi)居多［2］。圖1給出了該區(qū)域1970年以來ML≥4.0地震的震中分布圖。

表1 1970年以來研究區(qū)域內(nèi)ML4.0以上地震

圖1 1970年以來研究區(qū)域內(nèi)ML≥4.0地震分布圖

2 地震序列

至2014年10月6日，河北省數(shù)字測震臺網(wǎng)共記錄到ML≥0.0余震15次（圖2），余震次數(shù)較少，余震序列各級地震頻次如下：ML1.0 地震11 次，ML1.0～1.9地震1次，ML2.0～2.9地震2次，最大余震為發(fā)生在2014年9月18日的ML2.8級地震。9月6日4.3級主震釋放能量占全序列能量的99.9% ，主震與次大地震震級差ΔM＝2.0，該地震序列屬主震—余震型。

圖2 涿鹿4.3級地震M－t圖

3 震源機(jī)制與視應(yīng)力

研究表明，一個地區(qū)的活動構(gòu)造和區(qū)域應(yīng)力場特性決定了該區(qū)的斷層活動方式，進(jìn)而影響其構(gòu)造地震活動性；構(gòu)造地震的震源機(jī)制解包含了發(fā)震斷層面解、發(fā)震應(yīng)力場P、T、N 軸等參數(shù)，可反映研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和構(gòu)造運(yùn)動特征，是進(jìn)一步探討斷層和塊體的運(yùn)動特性、構(gòu)造變動樣式和動力來源的重要資料。根據(jù)天津地震臺網(wǎng)提供的地震波形數(shù)據(jù)，利用P波初動符號方法［3］得出涿鹿4.3級地震的震源機(jī)制解（圖3），震源機(jī)制解的各項(xiàng)參數(shù)見表3。從表3和圖3可以看出，這次地震的主壓應(yīng)力方向?yàn)榻麰W 向，主壓應(yīng)力軸P 軸的傾角較小，為25°，2個節(jié)面的走向分別為NW 和NE 向，其中節(jié)面Ⅱ的走向與延慶－礬山盆地北緣斷裂帶的走向大致吻合，節(jié)面Ⅱ的傾角較大，為69°。涿鹿4.3級地震的斷層錯動方式以走滑為主，與華北地區(qū)整體壓應(yīng)力場方向基本一致［4］。

表3 2014年9月6日涿鹿4.3級地震震源機(jī)制解 （°）

圖3 涿鹿4.3級地震震源機(jī)制解

視應(yīng)力是平均應(yīng)力下限值的一個估計(jì)［5］，定義為：

式中，μ為震源區(qū)介質(zhì)剪切模量，通常取μ＝3.0×104MPa；ES和M0分別為地震波輻射能量和標(biāo)量地震矩。ES與M0之比表示單位地震矩輻射出的地震波能量。σapp值越高，震源區(qū)應(yīng)力水平越高。但是，已有研究表明，視應(yīng)力與震級呈正相關(guān)［6］。因此，扣除震級影響才能還原真實(shí)的應(yīng)力水平。我們通過基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒o出的多臺聯(lián)合計(jì)算方法［7］得到涿鹿4.3級地震的視應(yīng)力為1.7 MPa，消除震級的影響因素后，最終結(jié)果為其視應(yīng)力水平較低。

4 地震活動異常分析

2014年9月6日河北涿鹿4.3 級地震打破了研究區(qū)域自2005年8月31日河北蔚縣3.4級地震后長達(dá)9年的ML≥4.0地震平靜［8－9］。

涿鹿4.3級地震發(fā)生在2011年12月24日至2013年11月27日晉冀交界形成的ML≥2.7中短期空區(qū)的邊緣（圖4），其震級水平與同期小震平均震級2.5左右相比要高出2.3級，符合顯著地震的異常定義［10］。

圖4 晉冀交界ML≥2.7中短期空區(qū)以及涿鹿4.3級地震震中

從震例回溯情況看，我們統(tǒng)計(jì)了1970年以來研究區(qū)域內(nèi)ML≥4.0地震與后續(xù)華北地區(qū)MS≥5.5對應(yīng)地點(diǎn)以晉冀蒙交界和冀魯豫交界2個區(qū)域?yàn)橹鳎▓D6）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明，對應(yīng)的后續(xù)華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)地震如果分布在冀魯豫交界這個優(yōu)勢區(qū)域，則兩者發(fā)震的時間間隔比較短，在2～3個月左右；如果對應(yīng)的后續(xù)華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)地震分布在晉冀蒙交界這個優(yōu)勢區(qū)域，則兩者發(fā)震的時間中強(qiáng)地震的對應(yīng)情況（表4）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者在2000年以前對應(yīng)關(guān)系比較好（圖5）。研究區(qū)域內(nèi)ML≥4.0地震對應(yīng)的后續(xù)華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)地震發(fā)震時間間隔最短為2個月，最長為23個月；間隔稍長一些，在7～9個月左右，這個區(qū)域?qū)?yīng)的地震是最多的。兩者發(fā)震時間間隔最長的是20～23個月，這2次對應(yīng)的后續(xù)華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)地震，一次發(fā)生在江蘇溧水，離延懷盆地ML≥4.0地震震中距離比較遠(yuǎn)，另一次發(fā)生在山西陽高，強(qiáng)度比較大，為雙震。

表4 1970年以來研究區(qū)中等地震與后續(xù)華北地區(qū)中強(qiáng)地震的對應(yīng)關(guān)系

圖5 研究區(qū)中等地震與后續(xù)華北地區(qū)中強(qiáng)地震時間對應(yīng)關(guān)系圖

2000年以后，研究區(qū)域內(nèi)也發(fā)生過3次ML≥4.0地震，但后續(xù)華北地區(qū)都沒有發(fā)生MS≥5.5中強(qiáng)地震，這可能與2000年至今華北地區(qū)地震活動整體水平不高有一定的關(guān)系。盡管如此，2003年8月16日內(nèi)蒙古巴林左旗發(fā)生了5.9級地震，該地震位于華北地區(qū)的外緣，與2002年8月31日河北懷來3.9級地震相對應(yīng)，兩者時間間隔為1a；2006年7月4日河北文安發(fā)生了5.1級地震，與2005年8月31日河北蔚縣3.4級地震相對應(yīng)，兩者時間間隔也是1a。這2次對應(yīng)的中強(qiáng)地震雖然一次是在華北地區(qū)外緣，另一次震級水平?jīng)]有超過5.5級，但與研究區(qū)域內(nèi)ML≥4.0地震的發(fā)震時間間隔都為1a。

圖6 與研究區(qū)內(nèi)中等地震對應(yīng)的華北地區(qū)中強(qiáng)地震震中分布圖

5 討論與結(jié)論

2014年9月6日涿鹿4.3 級地震發(fā)生在延懷盆地的延礬斷裂帶上，地震破裂面Ⅱ的走向與延礬斷裂帶走向一致，錯動方式以走滑為主，地震序列是主震—余震型。根據(jù)顯著地震本身的震兆意義以及我們對過去震例的總結(jié)分析認(rèn)為，2014年9月6日河北涿鹿4.3級地震的發(fā)生對后續(xù)華北地區(qū)中強(qiáng)地震具有一定的指示意義。

但我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識到，無論是按照傳統(tǒng)方法判定顯著地震的預(yù)測意義，還是通過震例總結(jié)判定一個地震的預(yù)測意義，都是在統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上給出的結(jié)果。而更科學(xué)的，我們還是應(yīng)該綜合其他學(xué)科，比如前兆和大地測量等，以及一些數(shù)字地震學(xué)方面的新方法去共同判定未來中強(qiáng)地震的震中。

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