河套地震帶中強地震前的小震活動圖像分析

查斯,韓曉明,趙星,李娟,梁沙沙

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

河套地震帶中強地震前的小震活動圖像分析

查斯,韓曉明,趙星,李娟,梁沙沙

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

選擇應力場特征相對統(tǒng)一的河套地震帶作為研究區(qū)域，選取1970年以來的6級以上中強地震作為研究對象，根據(jù)中強地震的孕震尺度，利用1970年以來記錄相對完備的小震記錄，對中強地震發(fā)生前中小地震的時空演化圖像進行分析。結果表明，1970年以來，河套地震帶6級以上中強地震發(fā)生前，其孕震尺度內(nèi)的中小地震活動均呈現(xiàn)出不同形態(tài)的異?；顒犹卣?；1976年和林格爾6.2級地震發(fā)生前出現(xiàn)中小地震的長期平靜異常和地震圍空、1976年巴音木仁6.2級和1979年五原6.0級地震發(fā)生前均出現(xiàn)中小地震的叢集活躍和密集增強現(xiàn)象、1996年包頭6.4級地震發(fā)生前則表現(xiàn)為不同震級的嵌套平靜異常特征。在劃定的孕震尺度范圍內(nèi)，河套地震帶6級以上中強地震發(fā)生前的中小地震時空演化規(guī)律可為該地區(qū)未來的中強地震預測提供參考依據(jù)。

河套地震帶；中強地震；孕震尺度；地震時空演化圖像

0 引 言

河套地震帶也稱河套斷陷帶或河套盆地，之所以稱之為斷陷，是因為該區(qū)域位于陰山隆起和鄂爾多斯隆起之間，從地質構造和地貌形態(tài)上表現(xiàn)為凹陷且呈近東西走向的“帶”狀展布[1]；之所以稱為河套盆地，是因為河套地震帶從西至東分別由臨河盆地、白彥花盆地和呼包盆地組成，從地形地貌上整體成為一個大盆地[1]。從地質單元歸屬看，其平行于陰山隆起，并順勢構成鄂爾多斯隆起北緣。嚴格講，河套地震帶并非真正的鄂爾多斯北緣，只是鄂爾多斯塊體本身并無顯著活動斷裂、且罕有地震事件，而塊體周緣則分布眾多斷裂并形成近似長方形的地震活動帶，例如鄂爾多斯北緣地區(qū)，河套斷陷帶里的地震活動與河套地震帶緊密相連，在開展地震活動研究時可把這些地震活動稱為鄂爾多斯北緣的地震活動。因此，僅從地震活動性研究方面看，河套地震帶和鄂爾多斯北緣地震活動區(qū)域應屬同一區(qū)域，本文的河套地震帶即指鄂爾多斯北緣地區(qū)的地震活動區(qū)域。

1 研究區(qū)地震活動背景

公元1484年至1814年是華北第三活動期，鄂爾多斯塊體周緣的6.0級以上地震圍繞西緣、南緣、東緣活動，進入20世紀20年代后，河套地震帶已經(jīng)成為塊體周緣活動最為強烈的區(qū)域，也是華北第四活動期6.0級地震主體活動區(qū)域。有地震記載以來，河套地震帶共發(fā)生6級以上地震10次，其中7.0～7.9級1次，6.0～6.9級9次，最大地震為公元849年包頭西7.0級地震。1970年以來，鄂爾多斯地塊中強以上地震主要集中在北緣地區(qū)，共發(fā)生5次6級以上中強地震，其中4次發(fā)生在河套地震帶，時間最近的1次地震是1996年5月3日包頭西6.4級地震。僅從此現(xiàn)象分析，近40年來鄂爾多斯塊體地震活動最強烈的地區(qū)應該是河套地震帶(圖1)。

圖1 河套地震帶6級以上地震分布

圖2 1970年以來河套地震帶(39.8°～41.5°N， 105°～115°E)Ms5級以上地震時序分布

從時序分布看(圖2)，1970年以來，河套地震帶地區(qū)5級以上地震的時間分布未有顯著規(guī)律或者時間間隔特征存在，但是也應看到，時序分布存在4個活躍時期，每個活躍期內(nèi)至少有2次5級地震發(fā)生，持續(xù)時間長度從1年至4年不等，在上述4個活躍時期內(nèi)，上述地震均分布在河套地震帶狹長地帶，空間上未形成明顯叢集活躍區(qū)域(圖1)，表明該地區(qū)不存在更加具體的活動單元，整個河套地震帶應該是一個整體聯(lián)動的地震活動塊體。

表1 河套地震帶6級以上中強地震參數(shù)

這里所謂的地震破裂方式，主要根據(jù)主震與余震的空間展布關系進行定義，地震破裂方式一般分為雙向破裂(余震覆蓋主震并分布主震兩側)、單側破裂(余震分布于主震一側)和共軛破裂(余震沿著共軛斷層有序分布)[2-3]。統(tǒng)計地震破裂方式，能夠在震后趨勢判定中更好地把握強余震的發(fā)震地點。而根據(jù)上述統(tǒng)計結果分析認為，河套地震帶6級以上地震的破裂方式均為單側破裂，這可能與河套地震帶受到統(tǒng)一的左旋正走滑破裂機制有關[1,4-8]， 而單側破裂的具體形狀不太一致很可能與震中區(qū)域斷裂構造的分布有關。

2 基于孕震尺度分析中強地震前的小震活動規(guī)律

為了更好的展現(xiàn)河套地震帶4次中強地震(表1)前震中區(qū)的地震活動時空演化特征，捕捉震前可信的震兆信息，在考慮地震序列破裂方式和斷裂展布情況的基礎上，根據(jù)郭增建等提出的震兆范圍R[9]，選擇與主震相關的小震活動進行分析。其中：

R=100.508M-1.377

(1)

R為以震中為中心的半徑(km)，M為震級(Ms)。“有效前兆”是地震前由于震源區(qū)的應力積累，在地表附近所能觀測到的一些目前認為是前兆的參數(shù)。采用(1)式算得表1中4次中強地震的孕震尺度R分別為：6.0級時，R為101.671=46.88 km；6.2級時，R為101.772=59.15 km；6.4級時，R為101.874=74.82 km。

根據(jù)上述4次地震前后余震空間分布等情況，所選取的空間區(qū)域大小并未完全參照上述孕震尺度的計算結果，而是根據(jù)實際情況進行相應調整，基本控制在40 km～50 km的范圍，盡可能把與主震相關的小震事件參與統(tǒng)計分析。由于上述震兆范圍的計算參考震級單位為Ms，因此，下面的震例研究均采用Ms震級進行統(tǒng)計分析。

2.1 1976年4月6日和林格爾6.2級地震

1976年和林格爾6.2級地震前，震中區(qū)域出現(xiàn)長達26個月的小震平靜期，之后發(fā)生6.2級地震，主震前中短期時段內(nèi)沒有類似“信號震”、小震叢集等震兆活動出現(xiàn)。當時，內(nèi)蒙古地區(qū)地震監(jiān)測能力雖然十分薄弱，但和林格爾位于呼和浩特地區(qū)，具備一定的監(jiān)測能力(當時有呼和浩特地震臺、清水河地震臺、新店子地震臺等)，地震漏記的概率應該不大，因此，和林格爾6.2級地震前的長期平靜現(xiàn)象應該是可以肯定的(圖3)。

圖3 1976年和林格爾6.2級地震震中區(qū)Ms≥1.0級地震活動的時序分布

從地震活動空間分布看，1976年4月6日和林格爾6.2級地震前4年，即從1972年7月至1975年7月，在6.2級地震的東部形成中小地震空區(qū)，空區(qū)走向近東西，長軸271 km，短軸85 km，空區(qū)中心距6.2級地震約200 km，空區(qū)西部邊緣距主震約70 km，在該空區(qū)結束6個月之后發(fā)生和林格爾6.2級地震(圖4)。

2.2 1976年9月23日巴音木仁6.2級地震

1976年巴音木仁6.2級地震前，震中區(qū)域方圓50 km范圍內(nèi)的地震活動表現(xiàn)出顯著的平靜—增強活躍—發(fā)震過程，在Ms6.2級主震發(fā)生前約5個月的1976年4月28日，在主震北北東方向約40 km處曾發(fā)生1次Ms3.8級地震，并形成短期叢集活躍，現(xiàn)在看來，這次3.8級地震具有明顯的“信號震”性質(圖4)。

2.3 1979年8月25日五原6.0級地震

1979年五原發(fā)生6.0級地震，從震前1年、震中方圓50 km的地震活動看，1978年5月至10月出現(xiàn)近半年時間Ms2.0級以上地震平靜，從1978年12月底開始，震中區(qū)地震活動逐漸恢復活躍，并于1979年3月中旬出現(xiàn)叢集活躍，之后又出現(xiàn)近3個月的短期平靜，于1979年6月17日和7月31日連發(fā)2次顯著地震，震級分別為Ms3.4和Ms4.6，25天之后，于1979年8月25日發(fā)生五原6.0級地震，震前2個月，隨著時間推移，震中區(qū)發(fā)震強度逐步升級，且時間跨度不足3個月，具有顯著的“信號震”性質，是1次典型的“前震—主震—余震”型地震序列(圖5)。

圖4 1976年巴音木仁6.2級地震震中區(qū)Ms≥1.0級地震活動的時序分布

圖5 1979年五原6.0級地震震中周圍50 km范圍內(nèi)Ms≥1.0級地震活動的時序分布

2.4 1996年5月3日包頭6.4級地震

1989年2月24日，距離包頭6.0級地震約30 km(西南方向)發(fā)生Ms4.3級地震； 1995年4月12日，距離包頭6.4級地震約15 km(西南方向)處發(fā)生Ms3.0級地震。從地震時序分布看(圖6)，主震發(fā)生前，震中區(qū)Ms≥4.0級地震持續(xù)平靜約8年、Ms≥3.0級地震平靜約13個月、Ms≥2.0級地震平靜約10個月。從地震空間分布看，主震發(fā)生前，曾于1989年2月24日發(fā)生Ms4.3級地震、1995年4月12日發(fā)生Ms3.0級地震，這2次地震與1996年5月3日Ms6.4級主震基本構成1條走向北東的地震遷移路線，且遷移距離都為15 km左右(圖6)。

圖6 1976年包頭6.0級地震震中區(qū)50 km范圍內(nèi)Ms≥1.0級地震時序分布

3 結 論

河套地震帶作為鄂爾多斯塊體地質構造規(guī)模最大的區(qū)域之一，具備發(fā)生7級以上強震的地質構造條件。縱觀河套地震帶有記載以來的地震活動情況，該區(qū)僅有1次7級地震，即公元849年包頭西7.0級地震。從地震構造塊體劃分角度考慮，作為華北地震活動區(qū)的西邊界，鄂爾多斯塊體自華北第三活動期以來6級以上中強地震強烈活動，但主要圍繞東、西、南三緣活動，北緣地區(qū)的河套地震帶持續(xù)平靜。第四活動期以來，位于鄂爾多斯北緣的河套地震帶逐漸恢復活動，從1920年后期開始增強活躍，至今已累計發(fā)生5次6.0級以上地震，儼然成為華北第四活動期的主體活動區(qū)域。

從基于孕震尺度的小震活動規(guī)律統(tǒng)計結果看，這5次6級以上中強地震發(fā)生前，孕震空間范圍內(nèi)的中小地震均在時間和空間上表現(xiàn)出了明顯的異?；顒犹卣?，這也許可以作為地震活動性預測指標對該區(qū)域未來發(fā)生中強地震的危險性開展評估和判定。

從活動塊體的強震遷移現(xiàn)象統(tǒng)計來看[10]，鄂爾多斯塊體北緣似乎受到來自南北地震帶南段和中段7級以上強震的觸發(fā)作用，鑒于南北地震帶中南段目前正處于2008年汶川8.0級地震以來的強震活躍時段，且河套地震帶目前正擔任著1920年以來華北主體活動區(qū)的角色，那么未來一段時間，河套地震帶是否會基于有利的地質構造條件、自身6級以上地震活躍狀態(tài)、外圍的7級以上強震觸發(fā)影響和動力學環(huán)境而發(fā)生7級以上強震，還需要在今后做更加深入的工作加以論證分析。

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ANALYSIS ON THE ACTIVITY IMAGE OF SMALL EARTHQUAKES BEFORE STRONG EARTHQUAKES IN HETAO SEISMIC BELT

CHA Si，HAN Xiaoming，ZHAO Xing，LI Juan，LIANG Shasha

(EarthquakeAdministrationofInnerMongoliaAutonomousRegion,Huhhot010010,China)

Selecting Hetao seismic belt which had relatively stress field characteristics as the study area andMs≥6.0 earthquakes since 1970 as the research object, according to the seismogenic scales of strong earthquakes，the spatial and temporal evolution image of moderate and small earthquakes befor moderate strong earthquakes are analyzed by small earthquakes since 1970.The results show that there were different patterns of abnormal activity characteristics of the middle and small events in seismogenic scale before the moderately strong earthquakes. The long term quiet anomaly and seismic spatial area of middle and small earthquakes appeared before Helinger 6.2 earthquake; the active cluster and intensive enhancement of middle and small earthquakes appeared before Bayinmuren 6.2 earthquake in 1976 and Wuyuan 6.0 earthquake in 1979;the quiet anomaly characteristics of middle and small earthquakes appeared before Baotou 6.4 earthquake.In the designated seismogenic scale,the features of temporal and spatial evolution of small and medium earthquakes could be reference for the future earthquake prediction in Hetao seismic belt beforeMs≥6.0 earthquakes.

Hetao seismic belt；Moderately strong earthquakes；Seismogenic scale；Spatio-temporal evolution image of earthquakes

2016-03-28

中國地震局震情跟蹤面上課題(2017)資助。

查斯(1976— )，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，畢業(yè)于北京大學地球物理專業(yè)，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測工作。

P315.5

A

1005-586X(2016)04-0001-06