河北地區(qū)地震時空演化特征分析

宮 猛，郭 蕾，張素欣，王曉山，董 博

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.石家莊中心臺，石家莊 050021)

?

河北地區(qū)地震時空演化特征分析

宮 猛1，郭 蕾1，張素欣1，王曉山1，董 博2

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.石家莊中心臺，石家莊 050021)

收集河北及鄰區(qū)1970年1月—2015年11月的地震目錄，通過分析張家口—渤?！５卣饦?gòu)造帶和河北平原地震構(gòu)造帶上地震的時空演化圖像來研究河北地區(qū)中強地震前小震的活動特征。結(jié)果表明，張家口—渤?！５卣饦?gòu)造帶的小震在唐山7.8級地震前出現(xiàn)1～2年的稀疏現(xiàn)象，且震源區(qū)約50 km范圍內(nèi)出現(xiàn)2～3年的小震空段，該構(gòu)造帶4級以上地震在時間和空間上表現(xiàn)出“收縮—平靜—擴(kuò)張”和“分段活躍”的現(xiàn)象；河北平原地震構(gòu)造帶內(nèi)的邢臺老震區(qū)在發(fā)生中強地震前，震源區(qū)小震時空分布圖像存在“密集—稀疏”的異?；顒蝇F(xiàn)象；張家口—渤?！５卣饦?gòu)造帶自1999年張北5.6級地震之后，地震的時空分布未出現(xiàn)明顯的密集和稀疏現(xiàn)象。自2014年開始，在河北平原地震構(gòu)造帶的邢臺老震區(qū)，小震出現(xiàn)相對“稀疏”異常，應(yīng)給予關(guān)注。

小震活動；地震密集；時空分布

0 引言

河北位于華北亞板塊，西部為NE走向的太行山隆起，北面為近EW走向的燕山-陰山隆起，南部是華北平原，東部與渤海灣相接，地殼結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，是我國大陸地震活躍的地區(qū)之一。該區(qū)域新構(gòu)造運動強烈，近代地震活動較為活躍，尤其是區(qū)內(nèi)的張家口—渤?！５卣饦?gòu)造帶(以下簡稱“張渤帶”)和河北平原地震構(gòu)造帶(以下簡稱“河北平原帶”)最為顯著[1-2]。近代影響較大的地震有1966年邢臺7.2級地震和1976年唐山7.8級地震，這2次地震都對震區(qū)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[3-4]。

地震的發(fā)生是地殼巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力強度達(dá)到或超過巖石破裂強度時，沿軟弱面由穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)橥蝗皇Х€(wěn)破裂擴(kuò)展的過程。小震密集和稀疏是指在某一時間段或者某一區(qū)域小地震突然增多或減少，而在時空圖像上呈現(xiàn)出的相對密集和稀疏的現(xiàn)象，這種密集或稀疏往往被視為強震發(fā)生的前兆或構(gòu)造活動的外釋信號[5]。林邦惠等[6]利用邢臺地震臺網(wǎng)記錄的地震目錄資料發(fā)現(xiàn)，1966年邢臺地區(qū)發(fā)生的幾次6級以上強震前，小震的發(fā)生均出現(xiàn)“密集—平靜”現(xiàn)象，則認(rèn)為這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與孕震區(qū)強震前區(qū)域應(yīng)力場的調(diào)整密切相關(guān)。在區(qū)域應(yīng)力場的作用下，孕震區(qū)的介質(zhì)以一定速度積累應(yīng)變能，在強震發(fā)生前該區(qū)已積累了大量的應(yīng)變能且處于較高的應(yīng)力狀態(tài)，由此會在薄弱地區(qū)產(chǎn)生一定的粘性蠕動，釋放部分應(yīng)變能。這種局部應(yīng)力場的調(diào)整可能造成鄰近區(qū)域應(yīng)力進(jìn)一步增強，使得介質(zhì)薄弱處破裂發(fā)生一系列中小地震，形成中小地震的密集。在大震前，由于發(fā)震斷層周圍的中小障礙體和薄弱區(qū)已基本被沖破，而主要發(fā)震斷層積累的應(yīng)力已接近、但還未達(dá)到發(fā)生破裂的強度,便出現(xiàn)了大震前地震活動的相對稀疏或平靜期[7]。馬瑾等[8]研究分析龍門山斷裂帶40多年的地震時空演化特征發(fā)現(xiàn)，2008年汶川地震前孕震區(qū)出現(xiàn)8年以上的小震密集現(xiàn)象，且在震前2～3年以汶川主震為中心形成長度<100 km的小震稀疏段(空段)，分析認(rèn)為主震附近區(qū)域在此階段形成閉鎖。本文將采用類似馬瑾等[8]的方法，通過分析河北及鄰區(qū)的時空演化特征，來進(jìn)一步探討河北地區(qū)地震危險性。

1 數(shù)據(jù)與方法

據(jù)河北省臺網(wǎng)運行月報[9]，河北地震記錄的發(fā)展經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，小地震的記錄能力也隨之不斷提升。1966-1969年，僅在邢臺震區(qū)形成了內(nèi)外圈結(jié)合的區(qū)域微震觀測臺網(wǎng)；1970-1991年，河北省臺站數(shù)量和分布面積有所增大，對全省地震初步有了監(jiān)測能力，首都圈范圍內(nèi)可監(jiān)測ML≥2.0地震，北京市區(qū)可監(jiān)測ML≥1.0地震；1992-2000年，對河北省大部分地區(qū)發(fā)生的ML≥2.0以上的地震至少有3個以上的臺站記錄到；2001-2008年，河北省臺網(wǎng)所屬臺站為32個，加上共享臺數(shù)量為117個，地震監(jiān)測能力進(jìn)一步提高；2008年以后，河北省臺網(wǎng)所屬臺站數(shù)量增加到53個，加上共享臺站數(shù)量增加至166個，省內(nèi)大部分地區(qū)地震監(jiān)測能力達(dá)到ML1.5(圖1a)，這為本文的研究提供了良好的基礎(chǔ)條件。

a 臺站分布及6級以上地震分布 b 1970年以來ML1.0以上地震分布圖1 研究區(qū)臺站及1970年以來地震分布圖

本文通過收集河北地區(qū)自1970年至2015年11月20日的地震目錄來分析河北區(qū)域地震叢集度分布特征(圖1b)。為確保資料完整性，我們使用G-R公式[10]對收集到的河北地區(qū)自1970年以來的地震目錄進(jìn)行完整性檢查。結(jié)果如圖2所示，表明河北地區(qū)自1970年以來1級以上地震目錄相對完整。因此，在分析中小地震活動的時空演化圖像時，將地震的起始震級定為1級。

從研究區(qū)地震分布圖上來看，河北地區(qū)地震主要集中在河北平原帶地震構(gòu)造帶(河北平原帶)和張家口—渤海—威海地震構(gòu)造帶(張渤帶)。因此，我們選擇這2個區(qū)域內(nèi)的M1.0以上的小震來分析河北地區(qū)地震時空分布特征(圖3)。AA'區(qū)長軸方向ES，包含張渤帶區(qū)域，BB'區(qū)長軸方向NE，包含河北平原帶的區(qū)域(圖3a)，2個區(qū)域的地震震級隨時間的變化(M-T)如圖3b、3c所示。在分析小震時空分布圖像時，我們設(shè)定A和B點為2個研究區(qū)軸線原點，分別計算這2個區(qū)域內(nèi)的每個投影到軸線上的地震相對原點的距離。然后，以時間作為Y軸，距離作為X軸，做出1970—2015年2個研究區(qū)的地震沿軸線方向的時空分布圖像(圖4-5)。

圖3為在2個典型構(gòu)造區(qū)內(nèi)選取的地震震級隨時間的變化圖(M-T)。研究區(qū)自1970年以來發(fā)生6級以上地震共有6次，分別為1976年唐山7.8級、河北灤縣7.2級、天津?qū)幒?.9級、1977年天津?qū)幒?.2級、1977年天津漢沽6.2級以及1998年張北6.2級地震[11-15]。圖3b為張渤帶內(nèi)的AA'軸線地震的M-T圖，從圖中可以看出：1978年后，張渤帶只發(fā)生過4次5級以上地震，分別為1991河北唐山5.1級地震，1995年河北唐山5.0級地震，1998年河北張北6.2級地震和1999年河北張北5.6級地震。圖3c為河北平原地震構(gòu)造帶內(nèi)的BB'軸線方向地震的M-T圖，可以發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生5級以上地震5次，分別為1981年河北隆堯5.8級地震，1985河北任縣5.3級地震，1991河北唐山5.1級地震，1995年河北唐山5.0級地震以及2006年河北文安5.2級地震。

圖2 研究區(qū)小震的G-R關(guān)系圖

圖3 2個研究區(qū)塊范圍內(nèi)的地震分布及其M-T圖像

2 結(jié)果與分析

圖4給出了張渤帶上AA'軸線方向和河北平原帶上BB'軸線方向的時空演化圖像。AA'軸線方向的小震活動大致可分為以下3個時間段。第1時間段為1970—1976年間，在該時間段內(nèi)整個張渤帶小震活動相對稀疏，特別是在唐山地震震中附近約50 km范圍內(nèi)出現(xiàn)了2～3年小震空段。第2階段為1977—2004年間，整個張渤帶的小震分布相對均勻未出現(xiàn)明顯的小震稀疏和密集現(xiàn)象，但是4級以上地震表現(xiàn)出“收縮—平靜—擴(kuò)張”的現(xiàn)象。自1985年(圖4中箭頭a所示)4級以上地震開始向東段收縮，到1991年(圖4中箭頭b所示)懷涿盆地發(fā)生2次4級以上地震。1991年唐山老震區(qū)發(fā)生豐南5.1級地震后，整個張渤帶處于平靜狀態(tài)無4級以上地震發(fā)生，直到1995年唐山老震區(qū)發(fā)生古冶5.0級地震后該構(gòu)造帶4級以上地震又開始活躍，并開始向該構(gòu)造帶的西段拓展，之后于1998年1月10日發(fā)生張北6.2級地震(圖4中箭頭c所示)。1998—2004年間，張渤帶4級以上地震又開始活躍且在整個構(gòu)造帶分布相對均勻。第3階段為2004—2015年，在該時間段內(nèi)的2005—2010年期間，AA'軸線方向上4級以上地震相對平靜，唐山老震區(qū)自2011開始有4級地震活動。尤其值得注意的是張北老震區(qū)、懷涿盆地和南口斷裂，自2004年以后，4級以上地震出現(xiàn)長時間的空缺，僅于2014年在河北涿鹿發(fā)生1次4.3級地震。整體來看，自2000年之后，AA'軸線方向4級以下地震的時空分布未出現(xiàn)明顯的密集和稀疏現(xiàn)象。

圖4 AA’和BB’軸線方向地震的時空演化圖像

BB'軸線方向的地震主要集中在邢臺和唐山地區(qū)，小震的空間演化圖像顯示,1970—1976年唐山7.8級地震前，小震在邢臺地區(qū)相對密集而在唐山地區(qū)相對稀疏，自1974年后以唐山主震為中心形成長度約50 km的小震空段，表明在此時間段唐山地區(qū)介質(zhì)處于相對閉鎖狀態(tài)，應(yīng)力處于積累階段。唐山地震后，震源區(qū)一直都有大量4級余震發(fā)生，直到1992年后地震強度和頻度逐漸降低，1996年之后沒有發(fā)生過5級以上地震，該區(qū)ML4級以上地震自2004年開始存在2年的發(fā)震韻律[16]。目前，唐山老震區(qū)小震沒有出現(xiàn)明顯的密集或者稀疏現(xiàn)象。邢臺老震區(qū)的小震空間演化圖像顯示：自1970年以來，邢臺地區(qū)老震區(qū)的小震出現(xiàn)2次“密集—稀疏”異常分布現(xiàn)象，之后均發(fā)生了5級左右的地震。第1次為1970—1981年間，小震在1970—1975年出現(xiàn)相對密集，而在1976—1981年相對稀疏，之后發(fā)生1981年的隆堯5.8級地震；第2次為1990—2002年間，在此時間段小震在1990—1999年分布相對密集，而在2000—2002年相對稀疏，之后2002年在隆堯發(fā)生4.8級地震(后來中國地震臺網(wǎng)中心統(tǒng)一地震編目將其修訂為5.0級，所以在圖4中本次地震按5級以上地震進(jìn)行繪制)。河北平原帶內(nèi)磁縣至河間段自2006年文安地震之后，無4級以上地震發(fā)生，且自2014年開始,邢臺老震區(qū)小震相對稀疏，應(yīng)該警惕該段中強地震的發(fā)生。

3 結(jié)論

河北地區(qū)自1970年以來1級以上地震的時空演化圖像表明，張渤帶在唐山7.8級地震前2～3年小震出現(xiàn)稀疏現(xiàn)象，且以唐山主震為中心形成長度約50 km的小震空段，表明在此時間段唐山地區(qū)介質(zhì)處于相對閉鎖狀態(tài)。目前，該構(gòu)造帶的中小地震自唐山地震后未出現(xiàn)明顯的稀疏和密集現(xiàn)象。張渤帶4級以上地震自1985—1998年在空間上表現(xiàn)出“收縮—平靜—擴(kuò)張”的現(xiàn)象，2005—2010年期間相對平靜，2011年之后唐山老震區(qū)4級地震開始活躍。值得注意的是，張北老震區(qū)、懷涿盆地和南口斷裂自2004年以后4級以上地震出現(xiàn)長時間的空缺，應(yīng)該警惕中等地震的發(fā)生。河北平原帶內(nèi)的邢臺老震區(qū)發(fā)生中強地震前，震源區(qū)小震活動存在“密集—稀疏”的異常現(xiàn)象。自2005年文安地震后，河北平原帶磁縣—河間段地震相對平靜，無4級以上地震發(fā)生,且邢臺老震區(qū)小震自2014年開始出現(xiàn)相對“稀疏”異常，應(yīng)給予關(guān)注。

[1] 徐杰,牛孌芳,王春華,等.唐山-河間-磁縣新生代地震構(gòu)造帶[J].地震地質(zhì),1996,18(3): 193-198.

[2] M7專項工作組.中國大陸大地震中-長期危險性研究[M].北京: 地震出版社,2012.

[3] 梅世蓉,薛艷,尹京苑.唐山、邢臺地震序列特征與三維速度結(jié)構(gòu)的關(guān)系-兼論強震群型地震的預(yù)測問題[J].地震學(xué)報,1999,21(2): 159-165.

[4] 尹京苑,梅世蓉,薛艷.邢臺地震區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)特征與強震孕育發(fā)生的關(guān)系[J].地球物理學(xué)報,1999,42(5): 629-639.

[5] 梅世蓉.地震前兆場物理模式與前兆時空分布機制研究(一): 堅固體孕震模式的由來與證據(jù)[J].地震學(xué)報,1995,17(3): 273-282.

[6] 林邦慧,胡小幸,周冉.1966年邢臺地區(qū)強震前小震的“密集—平靜”特征及其初步解釋[J].地震學(xué)報,1990,12(4): 348-356.

[7] 林邦慧,胡小幸,王澤皋.1966年邢臺地區(qū)大震前小震的“密集-平靜”特征及其初步解釋[J].華北地震科學(xué),2006,24(2): 30-35.

[8] 馬瑾,劉培洵,劉遠(yuǎn)征.地震活動時空演化中看到的龍門山斷裂帶地震孕育的幾個現(xiàn)象[J].地震地質(zhì),2013,35(3): 461-471.

[9] 河北省地震局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中心.河北省測震臺網(wǎng)運行月報[N].2015-11.

[10] Gutenberg B,Richter C F.Frequency of earthquakes in California[J].Bulletin of the Seismological Society of America,1944,34(4): 185-188.

[11] 虢順民,李志義,程紹平,等.唐山地震區(qū)域構(gòu)造背景和發(fā)震模式的討論[J].地質(zhì)科學(xué),1977，12(4): 305-321.

[12] 李志義,虢順民.從地震構(gòu)造看寧河6.9級余震與唐山主震的關(guān)系[J].地震地質(zhì),1979,1(4): 27-35.

[13] 王林瑛.對張北6.2級地震預(yù)測的回顧和再研究[J].地震,1999,19(3): 267-273.

[14] 楊智嫻,陳運泰,張宏志.張北-尚義地震序列的重新定位和發(fā)震構(gòu)造[J].地震學(xué)報,2002,24(4): 366-377.

[15] 黃保大,張子廣,邊慶凱,等.1998年1月10日和1999年3月11日河北省張北6.2級和5.5級地震[M]//陳棋福.中國震例(1997-1999).北京: 地震出版社,2003:146-172.

[16] 張躍剛,王玉珍,尹寶軍,等.2012年5月28日河北省唐山4.8級地震[J].中國地震,2013,29(2): 219-229.

Study of Seismic Spatial-temporal Evolution Characteristic in Hebei and Its Adjacent Area

GONG Meng1， GUO Lei1，ZHANG Su-xin1，WANG Xiao-shan1，DONG Bo2

(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China;2.Shijiazhuang Central Seismic Station,Shijiazhuang 050021,China)

We analyze the seismic spatial-temporal evolution characteristic in Hebei and adjacent area by using the earthquakes catalog from January 1970 to November 2015 recorded by The China earthquake networks center.The result shown that prior the 1976 Tangshan earthquake the Zhangjiakou-Bohai-Weihai earthquake zones appeared 1-2 year’s sparse distribution of small earthquake and it preparation area had experienced a seismic gap lasted for 2-3 years.In Zhangjiakou-Bohai-Weihaiearthquake zone,the earthquake of magnitude greater than 4 spatial-temporal distribution map show a “dense-sparse-expansion” distribution and piecewise seismically active features.The small earthquakes distribution do not show any abnormal feature in this earthquake zonesafter 1999 ZhangbeiM5.6 earthquake.The small earthquakes appeared “dense-spare” abnormal distribution phenomenon before the moderately strong earthquakes happened in Xingtai earthquake zone.Noteworthiness,in Hebei basin the small earthquakes occurred in Xingtai earthquake zone appeared a sparse distribution abnormal since 2014 year.

small earthquakes activity；seismic density；spatial and temporal distribution

宮猛，郭蕾，張素欣，等．河北地區(qū)地震時空演化特征分析[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(4):11-15.

2015-12-11

晉冀蒙交界地區(qū)臨時臺網(wǎng)架設(shè)運行維護(hù)及地震危險性和對策研究(DZ20150428102)；2016年震情跟蹤課題(2016010119)；河北省地震局地震星火計劃(DZ20150420031)

宮猛(1983—)，男，湖北隨州人，工程師，主要從事數(shù)字地震學(xué)和地震活動性分析研究工作．E-mail：mrgongm@163.com

P315.3

A

1003-1375(2016)04-0011-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.002