河北省地震災(zāi)害分布特征

郭秋娜，周月玲，溫 超

（河北省地震局，河北 石家莊 050021）

0 引言

河北省地處地震活動比較強(qiáng)烈的華北平原地震帶，人口密度集中，歷史上曾多次發(fā)生中強(qiáng)地震，如1679年三河-平谷8級大地震、1830年磁縣級地震和1976年唐山7.8級大地震的災(zāi)難更為慘重。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地震造成的損失影響會越來越大。

中國具有豐富的歷史地震史料記載。20世紀(jì)50年代，國內(nèi)歷史學(xué)家和地震學(xué)家密切合作，查閱了8 000余種歷史文獻(xiàn)，于1956年編成《中國地震資料年表》[1]；70年代對歷史地震資料做更為廣泛地收集整理，編輯出版了《中國地震歷史資料匯編》[2]；20世紀(jì)90年代，河北省地震局組織編寫《河北省地震資料匯編》[3]。歷史地震資料的整理出版為研究地震的發(fā)生與預(yù)防提供了豐富的基礎(chǔ)資料，但只是以搜集和整理文獻(xiàn)資料為主。近年來，有些學(xué)者對河北平原地震帶的現(xiàn)今地震從b值時空變化角度[4-5]、時空演化圖像角度[6]、震源參數(shù)角度[7]進(jìn)行了研究，王巍[8]對清代華北地區(qū)地震時空分布特征進(jìn)行了分析，對河北省有歷史地震記錄以來的地震災(zāi)害分布特征關(guān)注較少。本文對河北省歷史地震目錄及災(zāi)害資料進(jìn)行整理，基于ArcGIS軟件通過數(shù)理統(tǒng)計的方法對河北省地震地質(zhì)災(zāi)害分布特征進(jìn)行分析，以期為河北省的地震災(zāi)害評估、應(yīng)急救援提供一定的科學(xué)依據(jù)，在一定程度上能夠減輕地震災(zāi)害的影響。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文數(shù)據(jù)主要是通過對河北省境內(nèi)歷史地震目錄、破壞性地震烈度及地震地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)記載資料[9-16]進(jìn)行收集、整理。基于ArcGIS軟件對歷史強(qiáng)震、破壞性地震進(jìn)行整理分析，得到河北省地震災(zāi)害分布特征。其中，強(qiáng)震目錄跨度從公元777年至今，級以上地震在公元1500年以后才有可能有較完整的記錄[17]，1500年以前震級較小的地震（M≤）可能會有缺失。一般情況下，歷史地震在對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)有一定程度的影響時才會有記載。本文重點(diǎn)研究的是地震災(zāi)害的空間分布特征，目錄的完整性影響并不大，因此并未去除公元1500年以前的地震目錄。

2 地震災(zāi)害分布特征分析

2.1 地震災(zāi)害空間分布特征

自有歷史地震記錄以來，河北地區(qū)中強(qiáng)地震較為頻繁且強(qiáng)烈。河北省隸屬華北平原地震帶，發(fā)生的地震一般都屬于淺源地震。通過整理河北省歷史地震目錄（公元777年至今，震級），參照國家地震應(yīng)急預(yù)案（2012年8月28日修訂）[12]，對地震災(zāi)害情況（考慮震級、死亡人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失等因素）進(jìn)行災(zāi)害級別劃分，可分為一般地震災(zāi)害MS＜5.0）、較大地震災(zāi)害（5.0≤MS＜6.0）、重大地震災(zāi)害（6.0≤MS＜7.0）、特別重大地震災(zāi)害（MS≥7.0）4類，地震分布在空間上統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示：河北省歷史上記錄和統(tǒng)計的地震災(zāi)害中一般地震災(zāi)害75次、較大地震災(zāi)害95次、重大地震災(zāi)害18次、特別重大地震災(zāi)害5次，這些地震分布在河北省的11個市區(qū)，其中8.0級以上地震1次，即1679年三河平谷8級地震。

圖1 河北省地震災(zāi)害分級分布圖（777年至今）

將收集到的地震震中數(shù)據(jù)與數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，得到各次地震災(zāi)害發(fā)生位置的海拔高度分布范圍為1～1 684 m。其中，特別重大地震災(zāi)害分布的海拔高度范圍為8～136 m，重大地震災(zāi)害分布的海拔高度范圍為27～1 505 m，較大地震災(zāi)害分布的海拔高度范圍為1～1 684 m，一般地震災(zāi)害分布的海拔高度范圍為1～1 416 m?？傮w上看（表1），河北省的地震災(zāi)害主要分布在海拔0～100 m范圍內(nèi)，也就是說主要分布在河北的平原地區(qū)。

表1 河北省地震災(zāi)害海拔高度分布表

對河北省地震災(zāi)害地市分布的統(tǒng)計結(jié)果見表2。省內(nèi)地震災(zāi)害分布范圍比較廣，除承德地區(qū)無地震災(zāi)害外，其他10個市均有分布。地震主要集中在河北的中南部，北部偏少。11個地市中地震次數(shù)比例較高的是邢臺市26.42%，其次是唐山市24.87%，再次為張家口市16.58%，其他市地震均較少。按從多到少的順序依次為石家莊市、滄州市、衡水市、秦皇島市、邯鄲市、廊坊市、保定市、承德市，地震災(zāi)害高發(fā)區(qū)主要集中在唐山、張家口、邢臺3個地區(qū)，占河北省內(nèi)地震災(zāi)害的58.09%。從統(tǒng)計結(jié)果來看，河北省地震災(zāi)害分布各市區(qū)具有明顯的差異性，同時具有叢集性的特點(diǎn)。

表2 河北省地震災(zāi)害分地市統(tǒng)計次數(shù)

表2 河北省地震災(zāi)害分地市統(tǒng)計次數(shù)

市名一般地震災(zāi)害 較大地震災(zāi)害 重大地震災(zāi)害 特別重大地震災(zāi)害 合計次數(shù) 比例/% 次數(shù) 比例/% 次數(shù) 比例/% 次數(shù) 比例/% 次數(shù) 比例/%張家口市 13 17.33 14 14.74 5 27.78 0 0 32 16.58承德市 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0唐山市 24 32.00 20 21.05 2 11.11 2 40 48 24.87秦皇島市 3 4.00 6 6.32 0 0 0 0 9 4.66保定市 0 0 4 4.21 1 5.56 0 0 5 2.59廊坊市 1 1.33 4 4.21 0 0 1 20 6 3.11石家莊市 4 5.33 8 8.42 2 11.11 0 0 14 7.25滄州市 3 4.00 6 6.32 3 16.67 0 0 12 6.22衡水市 6 8.00 2 2.11 1 5.56 0 0 9 4.66邢臺市 20 26.67 27 28.42 3 16.67 1 20 51 26.42邯鄲市 1 1.33 4 4.21 1 5.56 1 20 7 3.63合計 75 100 95 100 18 100 5 100 193 100

一般來說，重大地震災(zāi)害和特別重大地震災(zāi)害在歷史文獻(xiàn)記載中記錄比較全且能真實(shí)反映當(dāng)時的災(zāi)害特征。在重大地震災(zāi)害的類別中，張家口市占據(jù)比例最高27.78%，滄州市占據(jù)16.67%，唐山市和邢臺市各占11.11%，其余各市均為0。在特別重大地震災(zāi)害類別中唐山市占據(jù)比例最高40%，廊坊、邢臺、邯鄲各占20%，其他7市均為0。

2.2 地震烈度分布與地震地質(zhì)災(zāi)害

本文共收集到具有烈度分布或傷亡人數(shù)記載的較大地震災(zāi)害事件18 次，特別重大地震災(zāi)害5 次。以這些破壞性地震等震線為樣本，通過ArcGIS軟件進(jìn)行配準(zhǔn)和數(shù)字化，生成地震影響范圍的矢量文件，并分別計算出各烈度區(qū)面積。由于歷史地震記載的局限性，有關(guān)人員傷亡損失記錄不全[18]，且1144年8月16日河間6級地震、1314年涉縣6級地震、1658年淶水6級地震沒有相關(guān)地震烈度圖。另外，由于主余震的關(guān)系，1966年邢臺7.2級地震前后的6.7級、6級地震并沒有地震烈度的記錄（表3～4）。

從表3中可以看出，重大地震主要發(fā)生在河北平原地帶，山地地區(qū)只發(fā)生過2次，即1618年蔚縣級地震和1628年懷安西洋河堡級地震。重大地震中6.0～6.5級涉及的最大地震烈度為Ⅷ度，個別為Ⅶ度（如1967年河間、大城6.3級地震）。由于歷史記載原因部分極震區(qū)面積不能量化，文中采用郁曙君[19]擬合出的中國東部地區(qū)烈度衰減關(guān)系公式計算出了極震區(qū)面積，Ⅷ度極震區(qū)烈度面積為1～3 255 km2；6.6～7.0級地震涉及到的最大地震烈度為Ⅸ度，極震區(qū)烈度區(qū)面積為265～981 km2。重大地震中傷亡人數(shù)大部分不詳，但從統(tǒng)計的近幾年6級左右地震來看，死亡人數(shù)一般在數(shù)十人左右。

表3 河北省重大地震（6.0≤MS＜7.0）

從表4中可以看出，特別重大地震災(zāi)害中7.0～7.5級地震的最大地震烈度為X度（1976年灤縣7.1級地震除外），由于灤縣7.1級地震的發(fā)生在唐山7.8級地震之后且距離時間比較短，所以極震區(qū)烈度可能有部分誤差。7.0～7.5級地震極震區(qū)范圍為139～226 km2，死亡人數(shù)為7 477～8 067 人，差距不大。特別重大地震災(zāi)害中7.6～8.0級地震的最大地震烈度為XI度，極震區(qū)范圍為78～830 km2，死亡人數(shù)13 162～242 000 人，死亡人數(shù)差異大小可能與地震發(fā)生的時間、人口密度和當(dāng)?shù)氐慕ㄖ拐鹦阅苡嘘P(guān)。

表4 河北省特別重大地震（MS≥7.0）

地震地質(zhì)災(zāi)害是指在地震的作用下以地面變形為主要特征的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象[20]，是孕災(zāi)條件（地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等）與致災(zāi)因子（地震、人為活動等）共同作用的結(jié)果。河北省境內(nèi)主要發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害有噴砂冒水、地裂縫和崩塌，有地質(zhì)災(zāi)害記載的地震共20次。其中，產(chǎn)生噴砂冒水現(xiàn)象的16次，有地裂縫的19次，崩塌、滾石的5次。1900年以來，以1966年邢臺7.2級地震和1978年唐山7.8級地震產(chǎn)生的地震災(zāi)害現(xiàn)象分布最為廣泛，災(zāi)情最為嚴(yán)重（表5）。

表5 特別重大地震災(zāi)害事例簡表（1900年以來MS≥7.0）

結(jié)合收集到的地震烈度以及災(zāi)害資料繪制了河北省地震地質(zhì)災(zāi)害及綜合等震線圖（圖2）。從圖中可以看出，噴砂冒水和地裂縫主要分布在河北唐山?jīng)_積平原和濱海平原區(qū)、邢臺和邯鄲的山前沖積平原地區(qū)，噴砂冒水與地裂縫具有共生現(xiàn)象，在Ⅵ度以上地區(qū)均有出現(xiàn)，以河流兩側(cè)沖積砂體廣泛分布的地區(qū)最為發(fā)育，沖積砂體控制著地裂縫、噴水冒砂的分布[22]。地震時，由于瞬間突然受到巨大地震力的強(qiáng)烈作用，砂土層中的空隙水來不及排出，空隙壓突然升高致使砂土層突然呈現(xiàn)出液態(tài)的物理狀態(tài)，導(dǎo)致地基承載力大大下降，地面建筑物在形成的流砂中下沉，產(chǎn)生極大的破壞。一般認(rèn)為，地震時的噴砂冒水現(xiàn)象，也是埋在地下的砂土層產(chǎn)生液化的結(jié)果。砂土液化主要分布在大面積的地面沉降區(qū)與地面噴砂冒水區(qū)域基本一致，往往地面強(qiáng)烈噴砂冒水亦是地面垂直運(yùn)動幅度相對較大地區(qū)，而地面完整地區(qū)垂直變形幅度也相對應(yīng)較小[22-23]。地裂縫的數(shù)量、深度和寬度一般與烈度呈正相關(guān)，烈度越高，地裂現(xiàn)象越嚴(yán)重，在河北平原地帶的河流兩側(cè)的河岸、河灘以及古河道附近尤為顯著。地裂縫走向主要沿著斷裂帶走向，排列格式有平行狀、線狀等[24]。研究表明，河北地裂縫與強(qiáng)震活動相伴相生，都是在同一應(yīng)力場作用下產(chǎn)生的構(gòu)造活動現(xiàn)象[25]。崩塌、滾石主要分布在邢臺和石家莊西部山區(qū)以及張家口等高山地區(qū)。河北省所受的最大地震影響烈度為Ⅺ，全省168個縣區(qū)有165個遭受過Ⅵ以上破壞，約占98%。其中，103個縣區(qū)遭遇過Ⅶ度破壞，60個縣區(qū)遭遇過Ⅷ度破壞，21個縣區(qū)遭遇過Ⅸ度破壞，7個縣區(qū)遭遇過X度破壞，3個縣區(qū)遭遇過Ⅺ度破壞。限于篇幅，本文僅列出各市區(qū)最大影響烈度來源（表6）。

圖2 河北省主要地震地質(zhì)災(zāi)害及綜合等震線分布圖

表6 河北省各地市地震最大影響烈度

3 結(jié)論

通過對河北省歷史地震目錄、重大地震災(zāi)害及特別重大地震災(zāi)害地震烈度和人員傷亡等資料進(jìn)行了收集整理和統(tǒng)計分析?；贏rcGIS軟件對地震災(zāi)害進(jìn)行分級，并在不同空間尺度上對不同等級的地震災(zāi)害分布特征及烈度分布進(jìn)行了討論。

1）河北省內(nèi)歷史上發(fā)生過破壞性地震193次。其中，一般地震災(zāi)害75次、較大地震災(zāi)害95次、重大地震災(zāi)害18次、特別重大地震災(zāi)害5次，這些地震分布在河北省的11個市區(qū)。其中，8.0級以上地震1 次，即1679年三河-平谷8級地震。

2）河北省內(nèi)地震災(zāi)害的發(fā)生位置的海拔高度分布范圍為1～1 684 m，特別重大地震災(zāi)害分布范圍為8～136 m，重大地震災(zāi)害分布范圍為27～1 505 m，較大地震災(zāi)害分布范圍為1～1 684 m，一般地震災(zāi)害分布范圍為1～1 416 m?？傮w上看，河北省內(nèi)的地震災(zāi)害主要分布在海拔0～100 m范圍內(nèi)，也就是說主要分布于河北的平原地區(qū)。

3）河北省內(nèi)地震災(zāi)害分布范圍比較廣，除承德地區(qū)無地震災(zāi)害外，其他10個地市均有分布，地震主要集中在河北的中部和南部，北部偏少。地震災(zāi)害高發(fā)區(qū)主要集中在唐山、張家口、邢臺3個地區(qū)，占河北省內(nèi)地震災(zāi)害的58.09%。從統(tǒng)計結(jié)果來看，河北省地震災(zāi)害分布各市區(qū)具有明顯的差異性，同時具有叢集性的特點(diǎn)。在重大地震災(zāi)害的類別中，張家口市占據(jù)比例最高占27.78%，在特別重大地震災(zāi)害類別中唐山市占據(jù)比例最高占40%。

4）重大地震災(zāi)害主要發(fā)生在河北平原地帶，山地地區(qū)只發(fā)生過2次。重大地震災(zāi)害中，6.0～6.5級地震涉及的最大地震烈度為Ⅷ度，個別為Ⅶ度（如1967年河間、大城6.3級地震）；6.6～7.0級地震涉及到的最大地震烈度為Ⅸ度，極震區(qū)烈度區(qū)面積為265～981 km2；重大地震災(zāi)害中傷亡人數(shù)大部分不詳，但從統(tǒng)計的近幾年6級左右地震來看，傷亡人數(shù)一般在數(shù)十人左右。特別重大地震災(zāi)害中7.0～7.5級地震的最大地震烈度為Ⅹ度，7.0～7.5級地震極震區(qū)范圍為139～226 km2，死亡人數(shù)為7 477～8 067 人，差距不大；特別重大地震災(zāi)害中7.6～8.0級地震的最大地震烈度為Ⅺ度，極震區(qū)范圍為78～830 km2，死亡人數(shù)13 162～242 000 人，死亡人數(shù)差異大小可能與地震發(fā)生的時間、人口密度和當(dāng)?shù)氐慕ㄖ拐鹦阅苡嘘P(guān)。

5）噴砂冒水和地裂縫主要分布在河北唐山?jīng)_積平原和濱海平原區(qū)、邢臺和邯鄲的山前沖積平原地區(qū)，噴砂冒水與地裂縫具有共生現(xiàn)象。地裂縫的數(shù)量、深度和寬度一般與烈度呈正相關(guān)，烈度越高，地裂現(xiàn)象越嚴(yán)重，在河北平原地帶的河流兩側(cè)的河岸、河灘以及古河道附近尤為顯著。

6）河北省所受的最大地震影響烈度為Ⅺ，全省168個縣區(qū)有165個遭受過Ⅵ以上破壞，約占98%。其中，103個縣區(qū)遭遇過Ⅶ度破壞，60個縣區(qū)遭遇過Ⅷ度破壞，21個縣區(qū)遭遇過Ⅸ度破壞，7個縣區(qū)遭遇過X度破壞，3個縣區(qū)遭遇過Ⅺ度破壞。