2019年唐山ML4.9地震與1976年唐山7.8級地震的相關(guān)性分析

劉燕翔 王 妍 李 金 符澤宇 榮偉健 楊永旺 路 彤

（中國河北 063021 唐山地震監(jiān)測中心臺）

0 引言

2019 年12 月5 日8 時2 分，在河北唐山豐南區(qū)（39.31°N，118.04°E）發(fā)生ML4.9 地震，震源深度10 km，唐山、天津、北京部分地區(qū)均有明顯震感。

自1976 年唐山7.8 級地震以來，唐山地震老震區(qū)余震序列衰減基本正常，余震強度、頻度隨時間逐漸減弱。此次ML4.9 地震是唐山地震老震區(qū)余震序列衰減過程中的又一次顯著活動。

1 地震地質(zhì)背景

2019 年12 月5 日唐山ML4.9 地震震中位于唐山地震老震區(qū)的西區(qū)，屬于中朝準地臺（Ⅰ級構(gòu)造單元）、華北斷拗（Ⅱ級構(gòu)造單元）、黃驊臺陷（Ⅲ級構(gòu)造單元）的東北段，構(gòu)造上位于燕山沉降帶與華北大凹陷接合部位的華北平原沉降帶冀中拗陷部位。唐山地震老震區(qū)是由NE 向的寧河斷裂、豐臺—野雞坨斷裂、唐山斷裂及NW 向的灤縣斷裂—樂亭斷裂、薊運河斷裂圍限的一個菱形塊體，且中、新生代活動強烈（張肇誠，1990）。1976 年7 月28 日唐山發(fā)生7.8 級地震，震后約3.5 h、15 h，分別在震區(qū)西區(qū)的薊運河斷裂發(fā)生了寧河6.2 級地震，東區(qū)的灤縣—樂亭斷裂發(fā)生了灤縣7.2 級地震（張素欣等，2017）。此次唐山ML4.9 地震發(fā)生在唐山斷裂、薊運河斷裂、寧河—昌黎斷裂的交匯部位，震中距薊運河斷裂約2 km，距寧河—昌黎斷裂約3 km。有歷史記錄以來該區(qū)域共發(fā)生3 次5 級以上地震，其中，6 級以上地震2 次，為1976 年7 月28 日、11 月15 日天津?qū)幒?.2 級、6.9 級地震（圖1）。

圖1 唐山ML4.9 地震震中區(qū)域構(gòu)造Fig.1 Regional tectonic map of Tangshan ML4.9 earthquake

2 發(fā)震背景

2.1 唐山地震老震區(qū)地震活動規(guī)律

自2000 年以來，唐山地震老震區(qū)共發(fā)生ML≥4.0 地震23 次，其中，ML4.0—4.9地震21 次；ML5.0—5.9 級地震2 次（表1）。采用傳統(tǒng)的余震時序分析法對2000 年以來唐山ML≥4.0 地震序列進行強度和發(fā)震時間間隔分析（圖2）。

表1 2000 年以來唐山地區(qū)ML≥4.0 地震Table 1 ML≥4.0 Earthquakes in Tangshan area since 2000

圖2 2000—2019 年唐山地震老震區(qū)ML≥4.0 地震M—t 圖Fig.2 M-t diagram of the ML≥4.0 earthquakes in the old earthquake area of Tangshan

由圖2 可見，自2004 年以來，唐山地震老震區(qū)ML≥4.0 地震呈現(xiàn)2 年左右的準周期特征，準周期約為22—26 個月，同時兼有雙震特征（張躍剛等，2013）。但2015 年9 月14 日河北昌黎ML4.8 地震擾亂了2 年左右的準周期特征，隨后2015—2016 年呈現(xiàn)9 個月的發(fā)震韻律周期，而此次唐山ML4.9 地震打破了唐山地震老震區(qū)ML≥4.0 地震長達3 年多的平靜。由此可見，隨著時間的推移唐山地震老震區(qū)余震活動強度有所起伏，ML≥4.0 地震的發(fā)震時間間隔隨著時間的推移也有起伏，最大發(fā)震時間間隔也逐漸加大。

本文選取2000 年之后的ML≥3.0 地震，按照歷史上劃分的唐山地震老震區(qū)3 個區(qū)域，即東、中、西區(qū)來分析地震的發(fā)震規(guī)律（圖3）。由圖3 可見，唐山地震老震區(qū)東—中—西3 個區(qū)域中等地震具有一定的同步性，大部分4 級地震前中小地震較活躍，而此次ML4.9 地震前出現(xiàn)了中小地震活躍—平靜—發(fā)震的過程。

圖3 2000—2019 年唐山地震老震區(qū)東、中、西區(qū)ML≥3.0 地震M—t 圖Fig.3 M-t diagrams of ML≥3.0 earthquakes in the east,middle,and west regions

2.2 唐山地震老震區(qū)b 值、缺震曲線

在唐山地區(qū)（39.167°—40.167°N，117.333°—119.333°E），將b 值高于均值線1 倍均方差作為異常。以往震例顯示，在b 值高值回落過程中容易發(fā)生中強地震，2017 年10 月以來b 值出現(xiàn)高值回落，此次ML4.9 地震就發(fā)生在高值回落中。將缺震曲線低于1 倍均方差作為異常。自1992 年以來，共出現(xiàn)8 次異常，在低值或低值回升過程中發(fā)震的對應(yīng)了7 次（組）ML≥4.3 地震，對應(yīng)率0.88。缺震曲線出現(xiàn)長趨勢性低值變化，2019 年10 月缺震曲線開始加速上升，在上升過程中發(fā)生此次ML4.9 地震（圖4）。

圖4 1992—2020 年唐山地震老震區(qū)b 值和缺震曲線（a）最小二乘法b 值；（b）缺震曲線Fig.4 b value and curve of earthquake deficiency in the old earthquake area of Tangshan

3 與1976 年唐山7.8 級地震間的關(guān)系

1976 年7 月28 日唐山發(fā)生7.8 級地震，震后約3.5h、15h，分別在主震區(qū)西南部的寧河發(fā)生6.2 級余震，東北部的灤縣發(fā)生7.1 級余震，震區(qū)的西區(qū)在同年11 月15 日發(fā)生6.9級余震，1977 年5 月12 日再次發(fā)生6.2 級余震（張宏志等，2008）。仲秋等（2012）通過對數(shù)線性回歸和理論計算，從不同角度求取并討論了1976 年唐山7.8 級大地震的余震持續(xù)時間為70—140 a。據(jù)此，唐山ML4.9 地震仍為唐山7.8 級地震所觸發(fā)的余震。

唐山地震老震區(qū)存在著明顯的差異，可以將其劃分為唐山7.8 級主震震中所在的中區(qū)、灤縣7.1 級余震震中所在的東區(qū)和寧河6.2 級余震震中所在的西區(qū)，它們分別與馬瑾等（1980）給出的唐山、灤縣、寧河等3 個應(yīng)力集中區(qū)相對應(yīng)，此次唐山ML4.9 地震震中位于寧河區(qū)。楊雅瓊等（2016）采用構(gòu)造應(yīng)力場均勻性的分段方法將唐山7.8 級地震序列的發(fā)震斷層分為寧河、唐山、灤縣和盧龍等4 個子段，寧河子段最大主應(yīng)力呈近EW 向，最佳應(yīng)力張量與唐山7.8 級主震對唐山斷裂兩端點所產(chǎn)生的引張應(yīng)力場的作用方式一致。震源的位置、大小和形態(tài)都與區(qū)域斷裂帶的分布有密切的關(guān)系，NE 向唐山斷裂帶被NWW 向、NW 向斷裂帶所切割，形成了唐山、灤縣、寧河等3 組構(gòu)造斷裂閉鎖，并沿著相應(yīng)斷裂及其附近逐漸積累應(yīng)力能（劉蒲雄等，2011）。因此，此次地震活動具有繼承性，主要受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和斷裂構(gòu)造的控制。

1976 年唐山7.8 級地震后，應(yīng)變能大量釋放，主震后的余震活動，在空間上往往超過主震斷層的破裂尺度，在時間上隨著發(fā)震斷層自身形變的漸趨平緩，斷層活動平靜時間變長，余震發(fā)生率隨時間的推移而逐漸下降，唐山地震老震區(qū)4 級以上地震越來越少。

余震的孕育過程與斷層結(jié)構(gòu)的不均勻性、地殼內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)等有關(guān)，斷層孕育區(qū)的摩擦和應(yīng)力松弛及蠕滑等都可能引發(fā)余震。余震觸發(fā)的力學機制一般可歸納為主震后區(qū)域“閉鎖”斷層或主震斷層“閉鎖”部分進行應(yīng)力的重新加載，其加載源可以來自同震滑移所造成的局部或區(qū)域應(yīng)力場應(yīng)力擾動變化，也可以來自斷層震后形變和震后松弛的作用（解孟雨等，2018）。

唐山ML4.9 地震打破了唐山地震老震區(qū)ML≥4.0 地震長達38 個月的平靜。根據(jù)河北省地震局地震臺網(wǎng)中心收錄的2016 年10 月1 日至2019 年12 月5 日唐山地震老震區(qū)的地震目錄，選取ML≥1.0 的天然地震，共計1 152 次地震，得到震中分布圖（圖5）。

圖5 2016 年10 月1 日—2019 年12 月5 唐山地震老震區(qū)ML≥1.0 余震震中分布①盧龍北東帶；②灤縣7.1 級地震斷層面灤縣北西帶；③唐山7.8 級地震斷層面北段唐山—灤縣帶；④唐山7.8 級地震斷層面南段唐山—寧河帶；⑤寧河6.9 級地震斷層面寧河北西帶；括號內(nèi)為地震次數(shù)Fig.5 Epicenter distribution of ML≥1.0 aftershocks in the old Tangshan earthquake area from October 1,2016,to December 5,2019

由圖5 可見，余震密集帶分布集中、較規(guī)則，邊界清晰，在圖5 中將余震密集帶劃分為5 個帶，即盧龍北東帶、灤縣7.1 級地震斷層面灤縣北西帶、唐山7.8 級地震斷層面北段唐山—灤縣帶、唐山7.8 級地震斷層面南段唐山—寧河帶、寧河6.9 級地震斷層面寧河北西帶。此次唐山ML4.9 地震震中位于唐山7.8 級地震斷層面南段唐山—寧河帶與寧河6.9 級地震斷層面寧河北西帶的交匯處，其前震震中主要沿N30°E 向唐山7.8 級地震斷層面南段的唐山—寧河帶分布，在空間上這些前震震中更靠近較強余震發(fā)生的地方，此處可能是構(gòu)造的閉鎖部位。1976 年唐山7.8 級地震發(fā)生后，應(yīng)力急劇調(diào)整，巖層平穩(wěn)蠕滑而發(fā)生較強余震。隨著應(yīng)力集中點附近應(yīng)變能持續(xù)釋放，在斷層的其他部位也可能出現(xiàn)斷層蠕滑。當發(fā)震斷層緩慢滑動時，斷層上某些部位出現(xiàn)卡住，這些地方被稱為發(fā)震斷層的閉鎖段，直到構(gòu)造應(yīng)力的積累足以沖破閉鎖部位，發(fā)生晚期較強的余震。這可能就是此次ML4.9 地震發(fā)生的過程。

4 結(jié)論

（1）唐山ML4.9 地震是1976 年唐山7.8 級地震的晚期余震?？傮w來看，唐山地震老震區(qū)余震序列逐漸衰減，但余震強度有所起伏，ML≥4.0 地震的發(fā)震時間間隔隨著時間的推移也有起伏，最大發(fā)震時間間隔逐漸加大。

（2）晚期余震主要發(fā)生在唐山7.8 級地震主震和強余震的破裂面上，其應(yīng)力能為主震和強余震未釋放的剩余能。

（3）現(xiàn)今唐山地區(qū)地震活動具有繼承性，主要受唐山地震老震區(qū)的構(gòu)造環(huán)境和斷裂模式控制。

（4）大量中小地震是隨機發(fā)生的，震級并不高，聚集的能量也不大，但反映出唐山地震老震區(qū)的斷層還在持續(xù)活動。