2016年1月9日懷來震群序列震兆意義綜合分析

張素欣，王曉山，王　想，王亞茹，宮　猛，陳　婷

(河北省地震局，石家莊　050021)

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2016年1月9日懷來震群序列震兆意義綜合分析

張素欣，王曉山，王想，王亞茹，宮猛，陳婷

(河北省地震局，石家莊050021)

利用P波初動(dòng)計(jì)算了2016年1月9日河北懷來震群中最大ML3.4地震的震源機(jī)制解，根據(jù)余震分布確定主斷層面走向151°，傾角83°，滑動(dòng)角11°。該震群的發(fā)震構(gòu)造為NW向的黃土窯—土木斷裂，是局部應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整作用下與懷涿盆地北緣斷裂共同作用的結(jié)果，依據(jù)震群序列參數(shù)判定為非典型前兆震群。近年延懷盆地地震活動(dòng)水平較低，表現(xiàn)出斷層閉鎖特征，其震群序列特征顯示為非前兆型，對(duì)短期發(fā)生強(qiáng)震的指示意義不大。

懷來盆地；小震叢集；震源機(jī)制

0　引言

震群是地震活動(dòng)的表現(xiàn)形式之一，其發(fā)生與發(fā)展與小區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)、局部地質(zhì)構(gòu)造條件、地殼介質(zhì)屬性、地下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)，同時(shí)受到大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的制約。目前，有關(guān)震群活動(dòng)的研究已積累了大量成果[1-5]。研究方法主要基于震群序列、地震波形、余震激發(fā)、巖石物理實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬等。王振聲等[6]研究表明，震群易發(fā)生在介質(zhì)裂隙分布較密，間隔距離較小的區(qū)域，因而在應(yīng)力增強(qiáng)的條件下，極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)式的弱震活動(dòng)，形成間歇的小震群。由于地下介質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的不同，導(dǎo)致不同地區(qū)震群活動(dòng)具有不同的特征。研究震群的活動(dòng)過程和力學(xué)成因，不僅對(duì)了解震源過程，而且對(duì)地震趨勢(shì)預(yù)測(cè)也有一定意義[7]。

2016年1月9日河北懷來發(fā)生最大地震為ML3.4的小震群，震群序列較豐富。此次震群位于晉冀蒙盆嶺構(gòu)造區(qū)的延慶—懷來盆地(延懷盆地)，是晉北拉張區(qū)的組成部分，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。歷史上延懷盆地曾經(jīng)發(fā)生過一些中強(qiáng)地震，1300年以來共發(fā)生5級(jí)以上地震8次，其中6級(jí)以上4次。最近的2次地震分別為1957年1月1日河北涿鹿附近的5.0級(jí)和1967年7月28日河北懷來東北的5.4級(jí)，2次地震相距10年，最近1次強(qiáng)震距今已近50年。近年來，該區(qū)地震活動(dòng)水平較弱，地殼應(yīng)力積累時(shí)間較長，活動(dòng)斷層處于相對(duì)閉鎖狀態(tài)。此次震群活動(dòng)的震兆意義如何？我們將從地質(zhì)構(gòu)造特征、地震活動(dòng)背景、震源機(jī)制以及地震學(xué)參數(shù)等方面進(jìn)行深入綜合研究。該研究無論是對(duì)延懷盆地的震情形勢(shì)判斷，還是對(duì)地震孕育過程和發(fā)震構(gòu)造等方面的探索都是十分重要的。

1　懷來震群序列的基本概況和特征

1.1震群序列的基本概況

自2016年 1月9日5時(shí)10分起，在河北省懷來縣(40.48°N，115.57°E)發(fā)生震群活動(dòng)，最大地震為1月10日02時(shí)25分的ML3.4地震，震源深度21 km(圖1)。據(jù)河北省快報(bào)目錄，截止到1月25日，共發(fā)生可定位小震255次，其中ML0.0～0.9級(jí)218次，ML1.0～1.9級(jí)33次，ML2.0～2.9級(jí)3次，ML3.0～3.9級(jí)1次。

圖1　2016年1月9日懷來ML3.4震群及該區(qū)歷史強(qiáng)震

1.2序列時(shí)間分布特征

懷來ML3.4震群自2016年1月9日5時(shí)開始，應(yīng)力釋放主要集中在10日的ML3.4地震，隨著時(shí)間的推移小震頻次減少，強(qiáng)度也逐步降低(圖2)。

圖2　懷來ML3.4級(jí)震群序列時(shí)序M-T圖

1.3震群參數(shù)

基于改進(jìn)的大森公式，在主震后4天用最小二乘法計(jì)算的h值為1.2，判定該序列應(yīng)為主余型；懷來震群序列的b值為0.90。

選取2016年1月9日以來可定位的震群序列計(jì)算的參數(shù)結(jié)果為：U=0.576 9，大于0.5，為前兆震群；ρ=0.630 4，大于0.55，為非前兆震群；k=0.101 8，小于0.7，為非前兆震群；因此，判定此次震群為非典型的前兆震群。

2　該區(qū)歷史地震及參數(shù)背景分析

2.1歷史地震發(fā)震間隔分析

表1　延懷盆地歷史強(qiáng)震目錄一覽表

2.2現(xiàn)今地震活動(dòng)性分析

1970年以來，延懷盆地發(fā)生ML4以上地震共8次(表2)，其中懷來—涿鹿次級(jí)盆地(懷涿盆地)7次(其中懷來地區(qū)就有5次)，延慶—礬山次級(jí)盆地(延礬盆地)1次。相對(duì)而言，懷涿盆地的地震活動(dòng)水平高于延礬盆地。從時(shí)間演化分析，延懷盆地ML4級(jí)以上地震發(fā)震時(shí)間間隔較長，2014年9月涿鹿4.8級(jí)地震前，4級(jí)地震平靜了145個(gè)月，已超過該盆地以往最長發(fā)震時(shí)間間隔，且1970年以來沒有發(fā)生M5級(jí)以上地震。

表2　延懷盆地1970年以來ML4級(jí)以上地震目錄一覽表

對(duì)延懷盆地1970年以來ML2以上小震空間分布圖像(圖3)逐年掃描發(fā)現(xiàn)，1995年以來在新保安—沙城斷裂上存在小震空區(qū)，在黃土窯—土木斷裂的東南延伸線上也存在1個(gè)小震空區(qū)，2個(gè)空區(qū)的長軸尺度分別約為15.4 km和13.0 km。雖然空區(qū)內(nèi)1998年以來發(fā)生過小震，但總體上活動(dòng)很弱，說明斷層處于閉鎖狀態(tài)。1995年至今斷層已經(jīng)閉鎖了20年，應(yīng)力積累時(shí)間較長，并且在空區(qū)的外圍2014年9月6日發(fā)生涿鹿ML4.8地震，說明該區(qū)的應(yīng)力水平較高。

2.3震源參數(shù)分析

利用P波初動(dòng)計(jì)算懷來震群中最大地震ML3.4的震源機(jī)制解，參數(shù)為：節(jié)面I：走向65°，傾角77°，滑動(dòng)角175°；節(jié)面II：走向156°，傾角85°，滑動(dòng)角13°；P軸方位角290°，傾角5°，震源錯(cuò)動(dòng)方式以走滑為主(圖4)。2個(gè)節(jié)面的走向分別為NE和NW向，其中節(jié)面I的走向與懷涿盆地北緣斷裂走向大體一致，節(jié)面II的走向與黃土窯—土木斷裂走向基本吻合，P軸方位285°與華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向存在差異。結(jié)合小震空間分布，認(rèn)為該震群的發(fā)震構(gòu)造為NW向的黃土窯—土木斷裂在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下與懷涿盆地北緣斷裂共同作用的結(jié)果。

圖3　1970年以來延懷盆地小震(ML≥2.0)空間分布圖

圖4　懷來震群ML3.4級(jí)地震的震源機(jī)制解

3　地震視應(yīng)力分析

地震視應(yīng)力反映震源斷層錯(cuò)動(dòng)時(shí)斷層面上平均應(yīng)力水平的高低，可以作為一定區(qū)域背景應(yīng)力水平的一個(gè)間接估計(jì)，震例研究表明震前視應(yīng)力表現(xiàn)出明顯的升高變化過程[9]。使用震中距200 km范圍內(nèi)35個(gè)臺(tái)的震源譜計(jì)算獲得1月10日ML3.4地震的視應(yīng)力為0.743 bar，與該區(qū)同震級(jí)的視應(yīng)力相比偏低(表3)，可能是因?yàn)镸L3.4地震前發(fā)生了多次小震，該區(qū)積累的應(yīng)力已經(jīng)得到釋放。

表3　懷來附近地震視應(yīng)力統(tǒng)計(jì)

4　結(jié)論與討論

2016年1月9日懷來ML3.4震群，應(yīng)力釋放主要集中在1月10日的ML3.4地震，從之后17天的序列發(fā)展情況可以看出，序列衰減較快。依據(jù)震群序列參數(shù)h值、U值、ρ值和k值，綜合判定該震群序列為非典型前兆震群。根據(jù)懷涿盆地近年小震視應(yīng)力水平及震例總結(jié)的規(guī)律，分析認(rèn)為視應(yīng)力值的變化特征不具有短臨前兆意義。

1995年7月20日懷來盆地南緣發(fā)生ML4.1地震序列，由橫波分裂得到本地區(qū)的主壓應(yīng)力方向?yàn)镹E60°[10]；2014年9月6日河北涿鹿ML4.8地震的主壓應(yīng)力P軸NEE向[11-12]，結(jié)果都與華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主壓應(yīng)力方向一致。而本次震群中最大地震的P軸方位與華北區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向存在差異，可能表明本次地震屬于局部構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整的結(jié)果。馬云生等[13]計(jì)算了懷來盆地1995—1996年尾波Q值，發(fā)現(xiàn)懷來地震序列尾波變化緩慢，表明懷來盆地地殼淺層介質(zhì)較疏松[14]。同時(shí)間段內(nèi)懷來盆地的地震活動(dòng)的b值為0.82[15]，本次震群序列計(jì)算的b值為0.90。大震發(fā)生前的1～2年，b值往往有降低的現(xiàn)象，但在臨震之前又會(huì)有所回升[16]，應(yīng)密切關(guān)注延懷盆地地震活動(dòng)的發(fā)展。

依據(jù)延懷盆地歷史強(qiáng)震時(shí)間間隔分析，該區(qū)存在發(fā)生強(qiáng)震的背景；小震活動(dòng)時(shí)間和空間演化特征分析，該盆地存在2個(gè)小震空區(qū)，說明斷層處于閉鎖狀態(tài)，空區(qū)附近2014年涿鹿ML4.8地震的發(fā)生，表明該區(qū)應(yīng)力水平較高，應(yīng)加強(qiáng)多手段的震情監(jiān)視，特別是前兆手段的短臨異常。

[1]林邦慧, 李大鵬, 劉杰, 等. 前震和前震序列的研究[J]. 地震學(xué)報(bào), 1994, 16(S1): 24-38.

[2]高原, 鄭斯華, 王培德. 海南省東方地區(qū)1992年小震群剪切波分裂研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 1996, 39(2): 221-232.

[3]宋治平, 徐平, 薛艷. 華北地區(qū)震群活動(dòng)的階段性特征[J]. 地震, 2001, 21(1): 47-52.

[4]王琳瑛, 陳佩燕, 陳學(xué)忠, 等. 遼寧岫巖地震序列地震運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)時(shí)變特征的研究[J]. 地震, 2005, 25(2): 1-8.

[5]崔子健, 李志雄, 陳章立, 等. 小震群序列類型判定方法研究的現(xiàn)狀及相關(guān)問題研究的趨勢(shì)[J]. 國際地震動(dòng)態(tài),2011(6): 32-40.

[6]王振聲, 肖麗珠. 山西地震帶小震群的力學(xué)成因[J]. 山西地震,1984(4): 11-13.

[7]王振聲, 肖麗珠. 震群型序列活動(dòng)特征[J]. 地震研究,1984,7(6): 629-638.

[8]冉勇康, 方仲景, 李志義, 等. 河北懷來—涿鹿盆地北緣活斷層的古地震事件與斷層分段[J]. 中國地震,1992,8(3): 74-85.

[9]陳學(xué)忠, 李艷娥. 2006年7月4日河北文安MS5.1地震前震中周圍地區(qū)小震視應(yīng)力隨時(shí)間的變化[J]. 中國地震,2007,23(4): 327-336.

[10]戴維·布思, 王培德. 延慶—懷來盆地地震預(yù)測(cè)研究[J]. 國際地震動(dòng)態(tài),1997(3): 1-11.

[11]李冬圣, 李文軍, 王艷榮, 等. 2014年河北涿鹿M4.3地震矩張量反演[J]. 華北地震科學(xué), 2016, 34(1): 36-40.

[12]張杰卿, 劉雙慶, 孫路強(qiáng), 等. 2014年9月6日河北涿鹿4.3級(jí)地震分析[J]. 華北地震科學(xué), 2015, 33(2): 36-40, 47.

[13]馬云生, 王培德, 黃蓉良, 等. 華北地區(qū)尾波Q0值分布及懷來地區(qū)尾波Q值隨時(shí)間變化的研究[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究,1997,18(1): 47-51.

[14]于湘?zhèn)? 陳運(yùn)泰, 王培德, 等. 京西北延慶-懷來盆地的Qsh值和小震震源參數(shù)的測(cè)定[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究,1997, 18(5): 6-18.

[15]許向彤, 陳運(yùn)泰, 王培德. 懷來盆地的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究,1997,18(1): 1-8.

[16]李全林, 陳錦標(biāo), 于淥, 等. b值時(shí)空掃描——監(jiān)視破壞性地震孕育過程的一種手段[J]. 地球物理學(xué)報(bào),1978,21(2): 101-125.

Comprehensive Precursor Significance of Huailai Earthquake Swarm Sequence on January 9, 2016

ZHANG Su-xin, WANG Xiao-shan, WANG Xiang, WANG Ya-ru, GONG Meng, CHEN Ting

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

The focal mechanism solution of the largest earthquakewith magnitude ofML3.4 of the Hebei Huailai earthquake swarm sequence is calculated using P wave polarity data and the fault plane of the focal mechanism solution is determined combining with distribution of aftershocks: strike 151°, dip angle 83°, slip angle 11°. The NW-trending Huangtuyao-tumu fault is the seismogenic structure of the earthquake swarm which is caused by both the regional stress field and Huailai-zhuolu basin north margin faults. According to its earthquake swarm sequence parameters, the Huailai earthquake swarm sequence belongs to atypical precursory earthquake swarm. In recent years, the seismic activity of the Yanqing-huailai basin is in a low level and show fault-locking characteristic;therefore, attention should be paid to the seismic risk in the area. But the earthquake swarm gives little instructions for short-term earthquakebecause it is not a precursory earthquake swarm.

Huailai basin; small earthquake clustering;focal mechanism solution

2016-07-06

河北省地震局地震科技星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“晉冀蒙交界區(qū)臨時(shí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行及強(qiáng)震背景跟蹤研究”(DZ20150428102)；2016年度震情跟蹤定向工作任務(wù)(2016020307)

張素欣(1965—)，女，河北元氏人，研究員，主要從事綜合和流體地震預(yù)報(bào)與研究.E-mail:zsx6506@sina.com

P315.7

A

1003-1375(2016)03-0032-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.03.006

張素欣，王曉山，王想，等．2016年1月9日懷來震群序列震兆意義綜合分析[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(3):32-36.