2017年9月4日河北臨城M3.7地震處理分析

楊 銳，趙英萍，常 亮，王 寧，李雪英

（河北省地震局，河北 石家莊 050021）

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，北京時間2017年9月4日3時5分，在河北邢臺市臨城縣（37.50°N，114.35°E） 發(fā)生 M3.7 地震，震源深度約5km。震中距離臨城縣城約10km，距邢臺市城區(qū)約50km，距石家莊市約60km，距北京市約320km。震中10km范圍內(nèi)平均海拔約210m。據(jù)了解，邢臺市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區(qū)震感明顯，邢臺市、石家莊市部分地區(qū)、山西省陽泉市有震感。河北省地震局啟動了Ⅳ級地震應急響應。

此次地震發(fā)生在1966年邢臺老震區(qū)附近，由于在省會附近有一定震感，產(chǎn)生了一定的影響，自2002年4月22日該地附近發(fā)生過M4.8地震后，一直比較平靜，該次地震的發(fā)生對邢臺老震區(qū)地震的發(fā)展應該有一定的指示意義值得分析。

1 地震臺網(wǎng)與地震基本參數(shù)

2017年9月4日3時5分，河北邢臺市臨城縣發(fā)生的M3.7地震，河北臺網(wǎng)有118個測震臺站記錄到，這些臺站在研究時段內(nèi)基本可以達到M≥1.0地震不遺漏。表1列出了地震基本參數(shù)。

表1 臨城3.7級地震基本參數(shù)

2 地震背景

有歷史地震記錄以來，震中100km范圍內(nèi)發(fā)生5.0級以上地震43次，最大的地震是1966年3月22日在河北省寧晉縣發(fā)生的7.2級地震，死亡8064人，受傷38451人，經(jīng)濟損失10.00億元。最近一次5級以上地震是1985年11月30日河北任縣5.3級地震。近些年發(fā)生的較大有感地震是2002年4月22日3時34分河北邢臺發(fā)生的4.8級地震。此次臨城3.7級地震是自2002年以來河北邢臺附近地區(qū)發(fā)生的最大的一次地震。

3 地震序列

2017年9月4日河北臨城3.7級地震發(fā)生在地震活動相對活躍的背景下，震前有明顯的前震活動，主震前一天該區(qū)發(fā)生地震13次，最大震級ML2.5。主震后截至2017年9月6日該區(qū)共發(fā)生地震343次，最大余震震級ML2.7，ML≥1.0以上地震29次，其中ML2.0～2.9級6次；ML1.0～1.9級23次。表2給出了ML≥1.0的地震序列目錄（地震目錄來源河北臺網(wǎng)正式編目結果）。

表2 河北臨城3.7級地震序列目錄（M L≥1.0）

4 震源參數(shù)

2017年9月4日河北臨城3.7級地震發(fā)生后，截止到9月6日共發(fā)生ML2.5以上地震3次，其中03點05分23.4秒的地震波形與主震波形疊加，無法計算震源參數(shù)，因此利用Source軟件對主震以及2次余震進行了中小地震震源參數(shù)計算，計算過程中三次地震所用臺站包圍嚴密，孔隙角偏小，擬合得較好，計算結果如下。

表3 河北臨城地震震源參數(shù)（M L≥2.5）

可以看出應力降隨著震級的增大而增大，與地震大小基本成正相關。在進行地震預報時，精確得到地震震源參數(shù)對預報各類型地震具有一定的參考意義，特別是在前-主余型地震的前震發(fā)生時，明確前震震源區(qū)域的應力變化，對于后續(xù)地震的發(fā)生具有預報意義[1]。根據(jù)研究表明：排除計算因素外，高應力降集中分布的區(qū)域也是中強以上地震的潛在震源成核區(qū)[2]。

根據(jù)河北局張麗曉2018年對晉冀魯豫交界地區(qū)震源參數(shù)特征的研究，2005—2007年邢臺地區(qū)應力降值相對較低，2007年以后應力降值逐年升高，該地區(qū)應力降平均值為1.15MPa。2008年12月31日河北寧晉ML3.1地震，應力降為3.1717MPa，2009年1月15日河北隆堯ML2.8地震，應力降值為3.8339MPa，2010年3月1日河北隆堯ML3.2地震，應力降值為4.5661MPa[3]，而該次2017年河北臨城ML4.3地震，應力降為2.299MPa，應力降值略有降低，應力降處于穩(wěn)定低值狀態(tài)，應該沒有升高的趨勢，后續(xù)發(fā)生較大震級地震的可能性不大。隨著ML的增大，地震矩、應力降及震源尺度相應增大，矩震級與M震級差有相對減小的趨勢。

5 震源機制解

利用SeisCAP震源機制解軟件對2017年9月4日河北臨城3.7級地震進行反演計算，通過震中距在200km范圍內(nèi)包圍緊密的5個臺站，臺站間最大空隙角均小于180°，臺站分布參數(shù)deltaU為0.14，小于0.35，產(chǎn)出了符合要求的震源機制結果（表4）和理論波形與實際觀測波形的對比擬合圖（圖1）。在圖1中，相關系數(shù)大于0.8的有13個，達到了50%以上，屬于強度相關。其中，相關系數(shù)大于0.9的有10個，在強度相關中超過了76.9%，反演方差為3.928×10-5，反演結果理論地震波形圖與實測地震波形圖吻合得較好。該深度對應的雙力偶解為最佳震源機制解，得到的矩震級為4.0。

反演得到的震源機制結果如表4所示：節(jié)面Ⅰ應該是滑動斷層面，走向為18°，傾向為72°，滑動角為-159°，屬于走向滑動斷層，PT軸有些接近于垂直，B軸有些接近于直立。P軸方位集中在NEE向、SWW向，T軸方位集中在NNW向、SSE向。

表4 河北臨城M3.7地震震源機制解

圖1 河北臨城M3.7地震C AP法反演震源機制解理論（細線）與實測波形（粗線）對比Fig.1 Comparison of CAPmethod inversion source mechanism solution theory （thin） and measured waveform （wide） for Lincheng M3.7 earthquake in Hebei Province

將本文使用的CAP方法與初動法進行對比，如表4所示反演結果比較一致，都是以走滑斷層為主。該地震得到的震源機制解基本可靠。

6 震源深度

利用CAP方法求解震源機制解，受震源深度影響較大。為分析不同震源深度對震源機制解的影響，設置步長1km，搜索不同震源深度對應的震源機制解，擬合誤差越小震源深度越佳[4]。從圖2可以看到河北臨城3.7級地震震源機制解隨不同深度變化的取值，震源深度在7.2km處震源機制解的反演方差相對較小，所以最佳震源深度即為7.2km，與國家臺網(wǎng)中心速報的5km震源深度比較接近，與河北局章陽分別利用雙差定位法重定位和sPn-Pn到時差計算得到的震源深度7.01km和6.86km非常接近[5-6]，而且每個深度得到的震源機制解比較相同，反演的結果基本穩(wěn)定。

圖2 河北臨城M3.7地震深度搜索圖Fig.2 Depth search map of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

7 強震動數(shù)據(jù)分析

河北強震動臺網(wǎng)共收取8個強震動臺站的加速度記錄，表5列出了這些臺站的基本信息，這8個臺站是測震B(yǎng)通道加的強震計，型號是SYSCOMDE，電壓靈敏度為1.25v/g，和常見的中國地震局工程力學研究所研制的SLJ-100一樣，此次地震中這8個強震臺離震中較近均在120km以內(nèi)，圖3（a）、（b） 是未經(jīng)過校正的震中距32.4km的元氏臺和61.0km的井陘臺記錄的強震時程圖，均清晰地記錄了此次河北臨城M3.7地震。

通過對原始數(shù)據(jù)進行格式統(tǒng)一轉換，得到了8組三分量加速度記錄共24條，在表6中顯示，震中距最近的元氏臺獲得最大地震加速度峰值為12.4cm/s2。由于8個臺震中距相差不大，峰值加速度除了最近的元氏臺大于10cm/s2，其余臺峰值加速度相差不大，均在10cm/s2以內(nèi)。

表5 臺站參數(shù)

圖3 河北臨城M3.7地震加速度時程記錄Fig.3 Acceleration time history record of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

表6 8個強震臺網(wǎng)加速度記錄分析結果

如圖4所示，為加速度反應譜自振周期0.3s，阻尼比5%的單自由度系統(tǒng)絕對加速度反應的反應譜圖，得到了8個臺三分量一共24個分道的單自由度系統(tǒng)的加速度反應譜，橫坐標為自振圓周期，縱坐標為反應譜值，可以看出8個臺的反應譜高頻成分比較豐富，主要分布在0.1～0.5s之間，同時也反應了不同地貌、相同覆蓋層深度，不同震中距的影響對反應譜的細微變化，隨著震中距的加大，三分向反應譜越接近，高頻值反應譜的衰減在減慢。加速度反應譜給出了作用在結構上的地震力，即由地基向結構輸入的力[7]。

圖4 河北臨城M3.7地震反應譜圖Fig.4 Seismic response spectrum of M3.7 in Lincheng，Hebei Province

對河北臺網(wǎng)獲得的8個強震動臺加速度記錄數(shù)據(jù)進行傅氏譜分析計算，得到圖5傅氏譜分析結果，以震中距最近的兩個臺元氏臺、趙縣臺為例，加速度譜峰值分布在8～25Hz之間，震中距47.1km的趙縣臺和震中距61.0km的井陘臺傅氏譜峰值較小均在0.3cm/s左右，其它6個臺站傅氏譜峰值均在1cm/s左右，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢有所減緩。

由河北臺網(wǎng)8個強震動臺得到的24條傅氏譜，單峰值型傅式譜有6個，雙峰值型傅氏譜有2個，多數(shù)是多峰值型傅氏譜有16個，單峰值占25%，雙峰值占8.3%，多峰值所占的比例高達66.7%。應該是由于這些強震臺臺址性質(zhì)均為土層臺，致使傅氏譜頻率成分比較豐富[8]。

圖5 河北臨城M3.7地震傅氏譜圖Fig.5 Fourier spectrum of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

此次邢臺臨城3.7級地震發(fā)生后，河北省地震局立即啟動Ⅳ級地震應急響應，有關人員迅速到崗并召開應急會議，安排應急工作，迅速收集震情災情，密切關注社會輿情，做好謠言防范。據(jù)了解，此次地震震中位于邢臺市臨城縣西豎鄉(xiāng)王家莊村附近，邢臺市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區(qū)震感明顯，邢臺市、石家莊市部分地區(qū)、山西省陽泉市有震感，無人員傷亡和財產(chǎn)損失報告，生命線工程沒有破壞，部分群眾在戶外避震。

利用強震動加速度記錄得出的儀器烈度值，震中距最近的，在32.4km的元氏臺得出的儀器烈度值最大為2.7度，對應啟動應急響應級別比較合理。儀器烈度是由地震動參數(shù)和地震烈度回歸關系計算得出，比現(xiàn)場震害宏觀調(diào)查得出的地震烈度快速、及時，強震數(shù)據(jù)的使用能夠為震后救援、指揮等提供服務，但是儀器烈度與實際現(xiàn)場考察烈度會有少許差入，這與地震地質(zhì)結構、儀器性能、場地響應等有一定關系[9]，目前正在試驗的地震烈度速報系統(tǒng)也能快速的提供地震烈度，正在調(diào)試驗證階段，有待更多的數(shù)據(jù)和地震實例來考證。

8 結論

河北邢臺市臨城縣發(fā)生M3.7地震，屬于前震-主余震型地震，應力降為2.299MPa，處于穩(wěn)定低值狀態(tài)，后續(xù)發(fā)生較大震級地震的可能性不大。該次地震以走滑錯動為主，與華北構造應力場的方向近似，表明受統(tǒng)一性較好的應力場控制，應該是華北地區(qū)自身的應力場在起主導作用。得到最佳震源深度為7.2km，與以往速報、編目分析得到的該區(qū)震源深度一般在5km左右，具有震源深度相對較淺，有感范圍較大的特點相吻合。獲得的最大地動加速度峰值為12.4cm/s2（震中距32.4km），即其對應的儀器地震烈度約為Ⅳ度區(qū)，通過強震數(shù)據(jù)得到的最大儀器烈度為2.7度，這與河北局現(xiàn)場災害調(diào)查烈度比較一致，震后河北省地震局立即啟動Ⅳ級地震應急響應，對應啟動應急響應級別也比較合理?？梢姀娬饎蛹铀俣扔涗洖榇_定地震烈度提供了可供參考的定量依據(jù)。8個強震動臺的反應譜高頻成分比較豐富，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢有所減緩，多峰值型傅氏譜占多數(shù)，這與土層臺性質(zhì)有一定關系，受介質(zhì)各向異性和記錄場地覆蓋層局部條件的影響較大，也會導致同一震中距不同地點得到的加速度峰值不相等。

此次地震是該地2002年發(fā)生過4.8級地震后，平靜十多年來發(fā)生的較大的一次有感地震，這也是自河北數(shù)字地震臺網(wǎng)建設以來，獲得的不可多得的寶貴地震數(shù)據(jù)，對該次地震的處理分析，體現(xiàn)了現(xiàn)代數(shù)字地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)的積累應用和臺網(wǎng)建設成效，對于地震數(shù)據(jù)服務產(chǎn)品產(chǎn)出具有一定的促進意義。