秦皇岛地区地震活动特征及其未来地震危险性

赵建明，申伟坤，李　明，李　金

(1.河北省地震局唐山中心台，河北 唐山　063021；2.河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山　063000)



秦皇岛地区地震活动特征及其未来地震危险性

赵建明1，申伟坤2，李明2，李金1

(1.河北省地震局唐山中心台，河北 唐山063021；2.河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山063000)

摘要：利用秦皇岛地区的地震活动特征、历史地震活动和唐山地震后对本区的影响，分析了历史上在秦皇岛地区发生过的中强地震特征，并结合秦皇岛地区的构造特征，认为该区域未来有发生中强地震的地震活动构造背景；并结合最大似然法进行分析，给出该地区的未来地震危险性概率。这对认识该地区的构造活动具有重要意义。

关键词：地震活动特征；最大似然法；地震危险性

0引言

1地震构造环境

1.1区域第四纪地质环境

本区第四系的特点是沉积厚度不大，成因类型复杂，第四系的分布明显受基岩构造、地貌、古气候变化控制。

本区所处的地质构造单元属华北陆台山海关隆起部分，自吕梁运动以来，主要受正向构造运动所支配，长期遭受剥蚀，唯柳江盆地有古生界地层。中生代时曾经有过强烈的构造运动和岩浆侵入。从白垩纪到老第三纪，曾经历一个准平原化过程，新第三纪以后，构造运动继承前期断裂方向继续活动，北部山区沿EW构造线上升，石河、汤河、戴河、洋河沿NW断裂方向发育，渤海盆地沿NE方向下沉，从而奠定了第四纪沉积环境的基本轮廓。

北部为燕山余脉构造侵蚀低山丘陵区，第四纪堆积物成因类型有洞穴堆积、冰积、冲积、冲洪积、洪积、残坡积等，主要分布于沟谷中，各种成因类型的堆积物分布面积狭窄，厚度不大；中部为构造剥蚀台地区，以古老的混合花岗岩为母岩的风化壳及残积物，广泛分布于各级台地及残山表层，厚度一般不超过4 m。其台地区的“U”形谷中及坡度较缓的边缘地带，多为以亚砂土为主的坡洪积物，其厚度一般在7 m之内；南部为濒临渤海的堆积平原，第四纪堆积物的成因类型主要有：冲积、冲洪积、海湾滨岸堆积、河口堆积、泄湖堆积、风积及人工堆积，分布范围和沉积厚度主要受原始基底构造形态控制以及全新世初期海进的影响，最大沉积厚度可达50余米[2]。

1.2区域活动断裂的基本特征

本区地壳由中生代的火山岩类、花岗岩类及古生代沉积岩等刚、脆性岩石组成，又地处燕山造山带东部，区内的NE、NW向2组断裂构造极为发育，主体构造形迹以NE向为主，位于区北部的基岩露头区断裂，第四系以来活动不明显，主体以间歇性整体抬升为主。区内主要的第四纪活动断裂主要分布于华北平原坳陷区与燕山隆起的边界及盆地内，主要断层见图1和表2。

在秦皇岛地区区域地震构造图上所标示的断裂构造分为以下3类：

①前第四纪基岩断裂：指第四纪以来不曾有过活动的基岩区断层；

②第四纪活动断裂：指第四纪早期有过较强活动，晚第四纪以来渐趋稳定的断层，或晚第四纪活动情况不明断层；

③晚更新世以来活动断裂：是指晚更新世时仍有较强烈的活动，全新世以来活动不明显的断层。

图1　区域活动断层分布简图

编号断裂名称长度/km产状走向倾向倾角/(°)断层性质最新活动时代断裂活动依据地震活动F1建昌营断裂110NWWSW50～60正断Q3构造岩样品热释放年龄6万年F2宁河—昌黎断裂170NEESE35～65正断N2-Q2浅层人工地震表明已断至中更新统,北部最新活动在晚更新世。1805年昌黎5级地震F3滦县—乐亭断裂60NWWSE35～50正断Q3为山海关隆起、昌边界断裂,1976年7.1级地震沿该断裂北段中支形成7km弧形地震变形带。1976年滦县7.1级大震F4卢龙断裂35NEESE63～75正断Q4明显断错晚更新世中晚期地层,且现今仍有活动1976年唐山地震后,卢龙附近发生过4次M5.0～5.7地震F5榛子镇断裂100NEESE50～60正断Q3第四系等厚线F6唐山断裂带65NENW70～80右旋走滑Q4地表破裂带1976年唐山MS7.8地震F7丰南—丰台断裂100EWSE正断Q1-2情况不明F8柏各庄断裂35NWSW30～50正断Q1-2石油地震剖面F9石臼坨3号断裂70EWS30～40正断Q4石油地震剖面F10辽西断裂50NENW30～40正断N-Q石油地震剖面

续表1

2秦皇岛地区的地震活动特征

自1970年至2014年12月,区域发生的M≥1.0地震5 391个。其中M>4.0地震252个，5级及以上地震26个，多数为唐山地震后的余震，区域最大的地震为1977年3月9日的5.9级余震。

2.1历史地震活动

1)历史中强地震活动

表2给出了秦皇岛地区的历史地震活动。

表2　区域破坏性(历史)地震目录

表3给出了相关的历史文献记载。

表3　秦皇岛地区的历史地震记载

2)历史有感地震

为了更全面地分析该区域的地震活动，我们通过查阅历史地震记载,得到了秦皇岛地区的历史有感地震。1497—1950年间，在秦皇岛地区共发生3.5～4.5级地震48次，大约10年就有1次3.5～4.5级地震发生，这在河北省各地区中，其地震活动水平属于较高的；而1970年以来的40多年中，在相同区域发生过ML4.0级(相当于MS3.6级)地震1次，小于历史的平均值。从县域来划分，卢龙(永平府)的历史地震记载最多(24次)，其次是昌黎(19次)和抚宁(8次)，这说明在秦皇岛各县中，历史上卢龙的地震活动最为活跃。我们确定震中烈度的原则是：记载“地震”的定为Ⅳ度，“地震有声”定为Ⅴ度，只有1个场点记载的定为3.5级，2个场点记载的为4级，3个场点的为4.5级。

2.2现今地震活动

1970年以来，秦皇岛地区发生了1级以上地震1 112次，绝大多数是在唐山地震后发生的，主要是发生在卢龙，其他地区的地震活动很弱，没有发生过M≥5.0地震。由秦皇岛地区的现今地震活动分布图(图2)可以看出，除卢龙外，其他地区的地震活动较弱，中小地震分布没有明显的特点，处于一种零星分布状态；由1970年以来秦皇岛地区的小震在各县的分布图(图3)可以看出,卢龙的地震活动在各县是最高的。

图2　秦皇岛市及其邻区的现今地震活动

图3　1970年以来秦皇岛地区各县的1级以上地震次数分布图

图4　1980年以来秦皇岛地区的小震活动

综上所述，秦皇岛地区历史上发生多次5级左右地震，依据历史文献[3]，中强地震的年发生率为0.1。从历史有感地震和近年来小震的地域分布来看，主要分布在卢龙(永平府)和昌黎。从现今地震的时空分布来分析，没有显示成带和成丛特征。

2.3卢龙地震活动特征

在我们所分析的区域中，卢龙是地震最为活跃的。该地区历史上发生过强震，也发生多次有感地震。从构造上分析，主要是由于唐山—卢龙断裂的活动，而在唐山地震主震发生后，在该地区也有过明显的地震活动。图5给出在唐山地震后的频度空间分布，而卢龙处于频度较高的区域中。图6给出唐山地震后某些时间段卢龙地区的地震活动，可以看出，该地区在唐山地震后的余震活动是明显的。

3未来地震危险性

3.1计算方法

我们利用最大似然法来估计秦皇岛市的未来地震危险性[4]。这方法最大特点是不要求历史地震的完整性，同时又可以把历史地震和现今地震结合起来考虑。

假定我们的资料满足古登堡的震级—频度关系：

logN=a-bM，

则在t时间段里最大震级小于给定震级的概率为：

(1)

图5　唐山余震活动的频度空间分布

图6　卢龙地区在唐山余震活动中的阶段性活动图像

其中：A10=exp(-bMmin)，Mmin为起始震级，A2=exp(-bMmax)，Mmax为最大地震震级，λ为年发生率。在利用此模型中，如何用地震资料来较可靠地估计地震矩或地震矩年变化率，就显得很重要。我们提出考虑现有地震资料的不完备性，应用结合历史地震资料及现代地震资料甚至考古地震资料，计算地震矩年变化率的方法；利用迭代方法得到地震活动性参数β，λ；Mmax的最大似然估计由式(2)得到：

(2)

Z1=λ1A10，Z2=λ1A2，λ1=λ/(A2-A10)。

这样，通过迭代方法就可以得到各计算单元的年发生率。

λ,β的最大似然估计为：

而Mmax的最大似然估计由下式得到：

Z1=λ1A10,Z2=λ1A2,λ1=λ/(A2-A10)。

这样，通过迭代方法就可以计算得到未来50年和100年6级地震的发生概率。

3.2资料

我们计算和应用的历史地震数据是表2和表3中给出的地震资料。而现今地震资料是取自台网中心的秦皇岛所辖区域的地震资料。

3.3结果

图7和图8是计算得到的秦皇岛地区未来50年和100年的各档震级的发生概率图。从结果可以看出,未来50年,在秦皇岛发生5级和6级地震的概率分别为0.55和0.04,而未来100年发生5级和6级地震的概率就为0.80和0.07。

图7　未来50年在秦皇岛地区发生5级和6级地震的概率

图8　未来100年在秦皇岛地区发生5级和6级地震的概率

4结论

(1)秦皇岛地区在历史上发生过多次5级左右地震,3～4级的有感地震也时有发生。但是在唐山地震后，除卢龙地区外,没有发生因唐山地震而牵动的中强地震活动；而3～4级地震的年发生率也没有因唐山地震而增加,说明区域构造的相对独立性。未来地震危险主要来自本区域的构造活动, 活动水平为5级左右，其发生概率在0.55～0.80之间，与历史活动水平相当。

(2)从历史地震,历史有感地震和1970年以来的小震活动来看,卢龙县域的地震活动水平在各县是最高的,而且其在唐山地震后的活动明显,显示卢龙断裂是受唐山地震的影响而活动的。

致谢：感谢河北省地震局张素欣研究员和金学申研究员在文章编写过程中提供的指导。

参考文献：

[1]赵云荣, 刘允清. 承德地区地震活动特征与未来地震危险性[J]. 华北地震科学, 1996, 14(2): 47-55.

[2]李岩峰, 郭辉文, 高海燕, 等. 河北省城市活断层探测与地震危险性评价项目(秦皇岛市)[R]. 北京:中国地震应急搜救中心,中国地质大学(北京), 2012.

[3]中国地震局震害防御司. 中国近代地震目录(公元前1912年-1990年,MS≥4.7)[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 1999: 172-350.

[4]金学申,戴英华, 赵军, 等. 不同精度的地震资料在确定地震活动性参数中的应用[J]. 地震学报, 1994, 16(3): 281-287.

Seismicity Feature and Seismic Risk in the Future of Qinhuangdao Area

ZHAO Jian-ming1, SHEN Wei-kun2, LI Ming2, LI Jin1

(1.Tangshan Central Seismic Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Tangshan 063021, China;

2. The Fifth Geological Team of Hebei Geology and Mining Bureau, Tangshan 063000, China)

Abstract:We study the seismicity feature, historical earthquake activity andthe effects of the 1976 Tangshan great earthquake to the Qinghuangdao area, analyze the characteristic of the historical moderate and strong earthquakes in this area combining with tectonic characteristics. The result shows that there may exist tectonic background of moderate and strong earthquake risk in the area and the seismic risk probability in the future of the study area is calculated using the maximum likelihood method.

Key words:seismicity feature; maximum likelihood method; seismic risk

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.01.012

中图分类号:P315.5

文献标志码:A

文章编号:1003-1375(2016)01-0070-06

作者简介：赵建明(1982—)，男，工程师，主要从事地震监测工作．E-mail：zhaojianming2004@163.com

基金项目：华北首都圈地区震情跟踪工作任务

收稿日期:2015-03-16

赵建明，申伟坤，李明，等．秦皇岛地区地震活动特征及其未来地震危险性[J]．华北地震科学，2016，34(1):70-75.