秦皇島地區(qū)地震活動(dòng)特征及其未來地震危險(xiǎn)性

趙建明，申偉坤，李　明，李　金

(1.河北省地震局唐山中心臺(tái)，河北 唐山　063021；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山　063000)

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秦皇島地區(qū)地震活動(dòng)特征及其未來地震危險(xiǎn)性

趙建明1，申偉坤2，李明2，李金1

(1.河北省地震局唐山中心臺(tái)，河北 唐山063021；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山063000)

摘要：利用秦皇島地區(qū)的地震活動(dòng)特征、歷史地震活動(dòng)和唐山地震后對(duì)本區(qū)的影響，分析了歷史上在秦皇島地區(qū)發(fā)生過的中強(qiáng)地震特征，并結(jié)合秦皇島地區(qū)的構(gòu)造特征，認(rèn)為該區(qū)域未來有發(fā)生中強(qiáng)地震的地震活動(dòng)構(gòu)造背景；并結(jié)合最大似然法進(jìn)行分析，給出該地區(qū)的未來地震危險(xiǎn)性概率。這對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：地震活動(dòng)特征；最大似然法；地震危險(xiǎn)性

0引言

1地震構(gòu)造環(huán)境

1.1區(qū)域第四紀(jì)地質(zhì)環(huán)境

本區(qū)第四系的特點(diǎn)是沉積厚度不大，成因類型復(fù)雜，第四系的分布明顯受基巖構(gòu)造、地貌、古氣候變化控制。

本區(qū)所處的地質(zhì)構(gòu)造單元屬華北陸臺(tái)山海關(guān)隆起部分，自呂梁運(yùn)動(dòng)以來，主要受正向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所支配，長(zhǎng)期遭受剝蝕，唯柳江盆地有古生界地層。中生代時(shí)曾經(jīng)有過強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿侵入。從白堊紀(jì)到老第三紀(jì)，曾經(jīng)歷一個(gè)準(zhǔn)平原化過程，新第三紀(jì)以后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承前期斷裂方向繼續(xù)活動(dòng)，北部山區(qū)沿EW構(gòu)造線上升，石河、湯河、戴河、洋河沿NW斷裂方向發(fā)育，渤海盆地沿NE方向下沉，從而奠定了第四紀(jì)沉積環(huán)境的基本輪廓。

北部為燕山余脈構(gòu)造侵蝕低山丘陵區(qū)，第四紀(jì)堆積物成因類型有洞穴堆積、冰積、沖積、沖洪積、洪積、殘坡積等，主要分布于溝谷中，各種成因類型的堆積物分布面積狹窄，厚度不大；中部為構(gòu)造剝蝕臺(tái)地區(qū)，以古老的混合花崗巖為母巖的風(fēng)化殼及殘積物，廣泛分布于各級(jí)臺(tái)地及殘山表層，厚度一般不超過4 m。其臺(tái)地區(qū)的“U”形谷中及坡度較緩的邊緣地帶，多為以亞砂土為主的坡洪積物，其厚度一般在7 m之內(nèi)；南部為瀕臨渤海的堆積平原，第四紀(jì)堆積物的成因類型主要有：沖積、沖洪積、海灣濱岸堆積、河口堆積、泄湖堆積、風(fēng)積及人工堆積，分布范圍和沉積厚度主要受原始基底構(gòu)造形態(tài)控制以及全新世初期海進(jìn)的影響，最大沉積厚度可達(dá)50余米[2]。

1.2區(qū)域活動(dòng)斷裂的基本特征

本區(qū)地殼由中生代的火山巖類、花崗巖類及古生代沉積巖等剛、脆性巖石組成，又地處燕山造山帶東部，區(qū)內(nèi)的NE、NW向2組斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主體構(gòu)造形跡以NE向?yàn)橹?，位于區(qū)北部的基巖露頭區(qū)斷裂，第四系以來活動(dòng)不明顯，主體以間歇性整體抬升為主。區(qū)內(nèi)主要的第四紀(jì)活動(dòng)斷裂主要分布于華北平原坳陷區(qū)與燕山隆起的邊界及盆地內(nèi)，主要斷層見圖1和表2。

在秦皇島地區(qū)區(qū)域地震構(gòu)造圖上所標(biāo)示的斷裂構(gòu)造分為以下3類：

①前第四紀(jì)基巖斷裂：指第四紀(jì)以來不曾有過活動(dòng)的基巖區(qū)斷層；

②第四紀(jì)活動(dòng)斷裂：指第四紀(jì)早期有過較強(qiáng)活動(dòng)，晚第四紀(jì)以來漸趨穩(wěn)定的斷層，或晚第四紀(jì)活動(dòng)情況不明斷層；

③晚更新世以來活動(dòng)斷裂：是指晚更新世時(shí)仍有較強(qiáng)烈的活動(dòng)，全新世以來活動(dòng)不明顯的斷層。

圖1　區(qū)域活動(dòng)斷層分布簡(jiǎn)圖

編號(hào)斷裂名稱長(zhǎng)度/km產(chǎn)狀走向傾向傾角/(°)斷層性質(zhì)最新活動(dòng)時(shí)代斷裂活動(dòng)依據(jù)地震活動(dòng)F1建昌營(yíng)斷裂110NWWSW50～60正斷Q3構(gòu)造巖樣品熱釋放年齡6萬年F2寧河—昌黎斷裂170NEESE35～65正斷N2-Q2淺層人工地震表明已斷至中更新統(tǒng),北部最新活動(dòng)在晚更新世。1805年昌黎5級(jí)地震F3灤縣—樂亭斷裂60NWWSE35～50正斷Q3為山海關(guān)隆起、昌邊界斷裂,1976年7.1級(jí)地震沿該斷裂北段中支形成7km弧形地震變形帶。1976年灤縣7.1級(jí)大震F4盧龍斷裂35NEESE63～75正斷Q4明顯斷錯(cuò)晚更新世中晚期地層,且現(xiàn)今仍有活動(dòng)1976年唐山地震后,盧龍附近發(fā)生過4次M5.0～5.7地震F5榛子鎮(zhèn)斷裂100NEESE50～60正斷Q3第四系等厚線F6唐山斷裂帶65NENW70～80右旋走滑Q4地表破裂帶1976年唐山MS7.8地震F7豐南—豐臺(tái)斷裂100EWSE正斷Q1-2情況不明F8柏各莊斷裂35NWSW30～50正斷Q1-2石油地震剖面F9石臼坨3號(hào)斷裂70EWS30～40正斷Q4石油地震剖面F10遼西斷裂50NENW30～40正斷N-Q石油地震剖面

續(xù)表1

2秦皇島地區(qū)的地震活動(dòng)特征

自1970年至2014年12月,區(qū)域發(fā)生的M≥1.0地震5 391個(gè)。其中M>4.0地震252個(gè)，5級(jí)及以上地震26個(gè)，多數(shù)為唐山地震后的余震，區(qū)域最大的地震為1977年3月9日的5.9級(jí)余震。

2.1歷史地震活動(dòng)

1)歷史中強(qiáng)地震活動(dòng)

表2給出了秦皇島地區(qū)的歷史地震活動(dòng)。

表2　區(qū)域破壞性(歷史)地震目錄

表3給出了相關(guān)的歷史文獻(xiàn)記載。

表3　秦皇島地區(qū)的歷史地震記載

2)歷史有感地震

為了更全面地分析該區(qū)域的地震活動(dòng)，我們通過查閱歷史地震記載,得到了秦皇島地區(qū)的歷史有感地震。1497—1950年間，在秦皇島地區(qū)共發(fā)生3.5～4.5級(jí)地震48次，大約10年就有1次3.5～4.5級(jí)地震發(fā)生，這在河北省各地區(qū)中，其地震活動(dòng)水平屬于較高的；而1970年以來的40多年中，在相同區(qū)域發(fā)生過ML4.0級(jí)(相當(dāng)于MS3.6級(jí))地震1次，小于歷史的平均值。從縣域來劃分，盧龍(永平府)的歷史地震記載最多(24次)，其次是昌黎(19次)和撫寧(8次)，這說明在秦皇島各縣中，歷史上盧龍的地震活動(dòng)最為活躍。我們確定震中烈度的原則是：記載“地震”的定為Ⅳ度，“地震有聲”定為Ⅴ度，只有1個(gè)場(chǎng)點(diǎn)記載的定為3.5級(jí)，2個(gè)場(chǎng)點(diǎn)記載的為4級(jí)，3個(gè)場(chǎng)點(diǎn)的為4.5級(jí)。

2.2現(xiàn)今地震活動(dòng)

1970年以來，秦皇島地區(qū)發(fā)生了1級(jí)以上地震1 112次，絕大多數(shù)是在唐山地震后發(fā)生的，主要是發(fā)生在盧龍，其他地區(qū)的地震活動(dòng)很弱，沒有發(fā)生過M≥5.0地震。由秦皇島地區(qū)的現(xiàn)今地震活動(dòng)分布圖(圖2)可以看出，除盧龍外，其他地區(qū)的地震活動(dòng)較弱，中小地震分布沒有明顯的特點(diǎn)，處于一種零星分布狀態(tài)；由1970年以來秦皇島地區(qū)的小震在各縣的分布圖(圖3)可以看出,盧龍的地震活動(dòng)在各縣是最高的。

圖2　秦皇島市及其鄰區(qū)的現(xiàn)今地震活動(dòng)

圖3　1970年以來秦皇島地區(qū)各縣的1級(jí)以上地震次數(shù)分布圖

圖4　1980年以來秦皇島地區(qū)的小震活動(dòng)

綜上所述，秦皇島地區(qū)歷史上發(fā)生多次5級(jí)左右地震，依據(jù)歷史文獻(xiàn)[3]，中強(qiáng)地震的年發(fā)生率為0.1。從歷史有感地震和近年來小震的地域分布來看，主要分布在盧龍(永平府)和昌黎。從現(xiàn)今地震的時(shí)空分布來分析，沒有顯示成帶和成叢特征。

2.3盧龍地震活動(dòng)特征

在我們所分析的區(qū)域中，盧龍是地震最為活躍的。該地區(qū)歷史上發(fā)生過強(qiáng)震，也發(fā)生多次有感地震。從構(gòu)造上分析，主要是由于唐山—盧龍斷裂的活動(dòng)，而在唐山地震主震發(fā)生后，在該地區(qū)也有過明顯的地震活動(dòng)。圖5給出在唐山地震后的頻度空間分布，而盧龍?zhí)幱陬l度較高的區(qū)域中。圖6給出唐山地震后某些時(shí)間段盧龍地區(qū)的地震活動(dòng)，可以看出，該地區(qū)在唐山地震后的余震活動(dòng)是明顯的。

3未來地震危險(xiǎn)性

3.1計(jì)算方法

我們利用最大似然法來估計(jì)秦皇島市的未來地震危險(xiǎn)性[4]。這方法最大特點(diǎn)是不要求歷史地震的完整性，同時(shí)又可以把歷史地震和現(xiàn)今地震結(jié)合起來考慮。

假定我們的資料滿足古登堡的震級(jí)—頻度關(guān)系：

logN=a-bM，

則在t時(shí)間段里最大震級(jí)小于給定震級(jí)的概率為：

(1)

圖5　唐山余震活動(dòng)的頻度空間分布

圖6　盧龍地區(qū)在唐山余震活動(dòng)中的階段性活動(dòng)圖像

其中：A10=exp(-bMmin)，Mmin為起始震級(jí)，A2=exp(-bMmax)，Mmax為最大地震震級(jí)，λ為年發(fā)生率。在利用此模型中，如何用地震資料來較可靠地估計(jì)地震矩或地震矩年變化率，就顯得很重要。我們提出考慮現(xiàn)有地震資料的不完備性，應(yīng)用結(jié)合歷史地震資料及現(xiàn)代地震資料甚至考古地震資料，計(jì)算地震矩年變化率的方法；利用迭代方法得到地震活動(dòng)性參數(shù)β，λ；Mmax的最大似然估計(jì)由式(2)得到：

(2)

Z1=λ1A10，Z2=λ1A2，λ1=λ/(A2-A10)。

這樣，通過迭代方法就可以得到各計(jì)算單元的年發(fā)生率。

λ,β的最大似然估計(jì)為：

而Mmax的最大似然估計(jì)由下式得到：

Z1=λ1A10,Z2=λ1A2,λ1=λ/(A2-A10)。

這樣，通過迭代方法就可以計(jì)算得到未來50年和100年6級(jí)地震的發(fā)生概率。

3.2資料

我們計(jì)算和應(yīng)用的歷史地震數(shù)據(jù)是表2和表3中給出的地震資料。而現(xiàn)今地震資料是取自臺(tái)網(wǎng)中心的秦皇島所轄區(qū)域的地震資料。

3.3結(jié)果

圖7和圖8是計(jì)算得到的秦皇島地區(qū)未來50年和100年的各檔震級(jí)的發(fā)生概率圖。從結(jié)果可以看出,未來50年,在秦皇島發(fā)生5級(jí)和6級(jí)地震的概率分別為0.55和0.04,而未來100年發(fā)生5級(jí)和6級(jí)地震的概率就為0.80和0.07。

圖7　未來50年在秦皇島地區(qū)發(fā)生5級(jí)和6級(jí)地震的概率

圖8　未來100年在秦皇島地區(qū)發(fā)生5級(jí)和6級(jí)地震的概率

4結(jié)論

(1)秦皇島地區(qū)在歷史上發(fā)生過多次5級(jí)左右地震,3～4級(jí)的有感地震也時(shí)有發(fā)生。但是在唐山地震后，除盧龍地區(qū)外,沒有發(fā)生因唐山地震而牽動(dòng)的中強(qiáng)地震活動(dòng)；而3～4級(jí)地震的年發(fā)生率也沒有因唐山地震而增加,說明區(qū)域構(gòu)造的相對(duì)獨(dú)立性。未來地震危險(xiǎn)主要來自本區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng), 活動(dòng)水平為5級(jí)左右，其發(fā)生概率在0.55～0.80之間，與歷史活動(dòng)水平相當(dāng)。

(2)從歷史地震,歷史有感地震和1970年以來的小震活動(dòng)來看,盧龍縣域的地震活動(dòng)水平在各縣是最高的,而且其在唐山地震后的活動(dòng)明顯,顯示盧龍斷裂是受唐山地震的影響而活動(dòng)的。

致謝：感謝河北省地震局張素欣研究員和金學(xué)申研究員在文章編寫過程中提供的指導(dǎo)。

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Seismicity Feature and Seismic Risk in the Future of Qinhuangdao Area

ZHAO Jian-ming1, SHEN Wei-kun2, LI Ming2, LI Jin1

(1.Tangshan Central Seismic Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Tangshan 063021, China;

2. The Fifth Geological Team of Hebei Geology and Mining Bureau, Tangshan 063000, China)

Abstract:We study the seismicity feature, historical earthquake activity andthe effects of the 1976 Tangshan great earthquake to the Qinghuangdao area, analyze the characteristic of the historical moderate and strong earthquakes in this area combining with tectonic characteristics. The result shows that there may exist tectonic background of moderate and strong earthquake risk in the area and the seismic risk probability in the future of the study area is calculated using the maximum likelihood method.

Key words:seismicity feature; maximum likelihood method; seismic risk

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.01.012

中圖分類號(hào):P315.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1003-1375(2016)01-0070-06

作者簡(jiǎn)介：趙建明(1982—)，男，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)工作．E-mail：zhaojianming2004@163.com

基金項(xiàng)目：華北首都圈地區(qū)震情跟蹤工作任務(wù)

收稿日期:2015-03-16

趙建明，申偉坤，李明，等．秦皇島地區(qū)地震活動(dòng)特征及其未來地震危險(xiǎn)性[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(1):70-75.