2012年11月广西柳州北3级地震序列地震活动特征分析

郭培兰，龙政强

（广西壮族自治区地震局，南宁　530022）

2012年11月广西柳州北3级地震序列地震活动特征分析

郭培兰，龙政强

（广西壮族自治区地震局，南宁530022）

2012年10月29日至2013年3月20日，在广西桂北地区发生了柳州北显著序列活动，共记录地震38次，其中ML2～2.9级3次，3.0～3.9级3次。对此次地震序列的震害特点、宏观异常现象、地质构造位置、空间分布范围、震源机制解、应力降、波速比、震区3级地震成组活动特点以及区域地震活动水平进行分析，认为柳州北地震序列属于高应力背景下的地震活动，是区域地震活动增强的延续，对2013年2月20日平果4.5级地震的发生具有一定的前兆意义。分析结果对正确了解此次地震序列的特征、成因、正确判断未来地震趋势具有较高的帮助作用。

地震序列；震源机制解；应力降；震源深度；柳州北

郭培兰，龙政强.2012年11月广西柳州北3级地震序列地震活动特征分析［J］.华南地震，2016，36（2）：25-31.［GUO Peilan，LONGZhengqiang.Analysis of Seismic Activity Characteristics of the M 3.0 Earthquake Sequence in Nothern Liuzhou of Guangxi in November 2012［J］. South china journal of seismology，2016，36（2）：25-31.］

0　引言

2012年10月29日至2013年3月20日，在广西桂北地区发生了柳州北显著地震序列活动，共记录地震38次，其中2～2.9级3次，3.0～3.9级3次，3级以上地震分别为2012年11月2日3.0级、2013年1月12日3.4级、2013年3月1日3.5级（本报告如无特殊说明所有震级均为ML震级），2.0级以上余震分布呈北东向，2012年11月2日的3.0级地震是柳州市3级地震平静20年以来（1992年9月10日象州3.0级地震）以来最大的地震。据史料记载［1］，震区周围200 km范围 （北纬23.43°～25.23°，东经108.39°～110.37°）共发生MS5.0级以上破坏性地震4次，11月2日3.0级地震30公里周围共发生MS4.0级以上地震仅1次，即1604年广西柳城MS4.0级地震，震区附近地震活动水平不是很高。此次地震序列表现出震源浅、烈度大、持续时间长等特点，对震中区社会秩序、经济建设和人们生产生活造成了严重的威胁和影响。了解柳州北3级地震序列震区地质构造背景，分析3级地震序列的震害特征、序列参数、波速比、应力降及区域地震活动水平等特征，可以更好地了解柳州北3级地震序列所处应力水平，对于判断地震序列的成因机制、前兆意义、震后趋势判断、提高地震应急响应能力、正确决策具有较好的帮助作用。

1　烈度分布及震害

据现场科学考察报告，地震现场工作组开展柳北区长塘、沙塘、白露、钢城等乡镇及街道办的大部分村庄和社区现场调查，详细了解了震区的震情灾情，对震区及其周边的119个现场调查点进行调查。2012年11月2日柳州北3.0级地震前除钢城街道办福利社区个别居民反映地震前鸡出现狂躁不安的现象外，震区范围内未发现其他异常现象。2012年11月2日13时3分3.0级地震发生时，柳北区长塘镇中西部、钢城街道办、雀儿山街道办、锦绣街道办北部、城中区河东街道办西部等地的村、屯、社区居民均感到地面震动，其中长塘镇香兰村等地居民震感强烈，有部分居民因恐惧而仓皇往屋外出逃，震动时间2～4 s。柳北区长塘镇中西部、钢城街道办、雀儿山街道办、锦绣街道办北部和城中区河东街道办西部等地居民普遍听到有强烈地声，地声似爆炸声、山石滚落声、高墙倒塌声等，地声的声音由地下往上传，并感觉有南北方向和近东西向的振动。Ⅵ度区和Ⅴ度区等烈度线呈现长轴为北西向的椭圆状，各烈度区的范围及区内宏观烈度考察情况如下：Ⅵ度区等烈度线长轴约2.0 km，短轴1.1 km，主要包括柳北区长塘镇香兰村至城屯、新村屯等部分地区。Ⅴ度区等烈度线长轴约10.5 km，短轴5.5 km，主要包括柳北区长塘镇香兰村、长塘村、青茅村、黄土村、鹧鸪江村西，柳北区钢城街道办、雀儿山街道办、锦绣街道办、城中区河东街道办等部分地区。根据烈度区划分标志，划出了2012年11月2日柳州北3.0级地震宏观烈度的Ⅵ度区和Ⅴ度区，如图1所示。

2　震区地质构造背景

根据现场调查，震区地貌可分为两类，一类为海拔120 m以上，海拔500 m以下的丘陵地貌，另一类是海拔100 m左右的侵蚀-溶蚀平原地貌，其中侵蚀-溶蚀平原地貌区大部为第四系所覆盖，其占震区面积的75%～85%，集中分布于震区的中部和南部；震区的民居建筑结构类型以砖混结构为主，部分砖木结构。震区内第四系土层以残积粘土为主，夹有风化壳铁锰结核。前第四系地层自新至老有三叠系、二叠系和石炭系，震区岩性以灰岩、白云岩、泥灰岩、砂岩以及泥岩为主，震中区岩性主要为下石炭系泥灰岩、砂岩和泥岩。区域上，2012年11月2日3.0级地震震中位于“山”字形的河池-宜州断裂带和桂林-南宁断裂带的交汇部位附近，距离上述两条断裂带约12 km。从图2看，震中区发育的断裂主要有NEE向的杨柳断裂和NE向的白马断裂以及切错杨柳断裂的NW向断裂。杨柳断裂自古灵、杨柳，至大井，长约19 km。走向北东20°～30°，倾向南，逆断层性质。断裂形成机制为纵弯褶皱作用下的伴生断裂，为地壳表层次构造。在沙塘南，可见灰黄色砂岩逆冲至灰黑色泥岩之上，断层走向南东94°，倾向南，断裂上盘发育拖曳褶皱，取断层泥样，年龄为22.725±1.932万年，表明断裂在晚更新世以来已无明显活动。根据以上现象和数据，表明该断裂为中更新世活动断裂。至于NE向的白马断裂以及切错杨柳断裂的NW向断裂，目前还没有开展相关研究，也没有测年资料。

图1　2012年11月2日柳州北3.0级地震等烈度线图Fig.1 The iso-intensity map of the M3.0 earthquake on November 2nd，2012 in northern Liuzhou

图2　2012年11月2日柳州北3.0级地震震区附近构造图Fig.2 The structural map near the M3.0 earthquake on November 2nd，2012 in northern Liuzhou

3　震源机制与地震主破裂面

震中200 km范围内选取了17个台站，离震中最近的龙潭台和古亭山台约13 km，相邻的台站张角在30°～70°，台站分布合理。利用17个台站记录资料，采用P波初动符号求解了3次ML3.0级地震的震源机制。3次3.0级以上地震的震源机制解比较相似（图3、表1），P轴方位300左右 ，仰角较小在2°～5°，与广西西北部构造应力场方向相一致［2-3］。两个节面均为北东向，倾角40°～50°，错动方式为逆冲方式，与震中区北东向的断裂比较一致。震源机制解结果表明柳州北震群是在统一应力场作用下的区域应力场增强背景下发生的构造地震。从图2看，震中区构造复杂，有三组方向断裂在震中区附近交汇：NEE向杨柳断裂和NE向白马断裂以及切错杨柳断裂的NW向断裂，三组方向断裂都具备发震构造的条件。从震源机制解结果，NEE向杨柳断裂和NE向白马断裂可能是地震主破裂面，2.0级以上余震分布也呈北东向，但Ⅵ度区和Ⅴ度区的长轴方向为北西向，与震源机制解的两个节面不一致，所以具体是哪组方向断裂引发本次地震有待进一步研究。

图3　柳州北地震序列ML3.0地震震源机制（具体参数参见表1）Fig.3 The earthquake focal mechanism of earthquakes with ML3.0 of northern Liuzhou earthquake sequence

表1　柳州北地震序列ML3.0地震震源机制Table 1 The earthquake focal mechanism of earthquakes with ML3.0 of northern Liuzhou earthquake sequence

4　地震序列活动特征分析

4.13级地震成组发生

柳州北地震序列发生在广西桂北弱震区［4］，其80 km范围具有比较相似的地质构造环境，属于岩溶地区，所以该地区的孕震方式，震后衰减规律具有较强的可比性，震区附近3级左右地震具有成组活动特点，1970—2013年，震区附近共发生6组成组活动的3级左右地震（表2）。6组地震中时间间隔最短16 min，如1974年6月20日18时00分柳江3.0级地震及1974年6月20日18时16分柳江2.7级地震，时间间隔最长71 d，如2012 年11月2日柳州3.0级地震及2013年1月12日柳州3.4级地震；6组地震中空间间隔最近2 km，最远46 km；第四组及第六组有3个震级相近的地震。以上六组地震发生后约1年时间内（除第四组地震外）广西及北部湾发生了破坏性地震。

4.2小震活动增强

图4是2011至2013年广西及邻区3.0级以上地震M-T图及蠕变图。2011年6月至2012年12月蠕变曲线明显加速，M-T图密集［5-7］，在蠕变曲线加速过程中在桂东北弱震区发生了2012年5月20日平南3.0级地震及2012年11月柳州北地震序列，柳州北3.0级地震后3个半月发生了2013 年2月20日平果4.5级地震，平果4.5级地震是2005年10月27日平果4.4级地震以来广西陆地区最大的地震。柳州北地震序列在区域地震活动增强过程中发生，是区域地震活动增强的延续，在此期间广西及邻区的区域应力场逐渐增强，然后发生了2013年2月20日平果4.5级地震。

表2　柳州北震群附近3级左右地震具有成组活动分布表Table 2 Distribution table of group activity of ML3.0 earthquakes near northern Liuzhou earthquake

4.3序列参数特征

由于孕震条件和震源体的物理状态不同，所发生的地震有其各自不同的特征，分属于不同的类型。地震序列参数与序列的持续时间有关，这是序列时间分布特征的反映，分析序列参数的变化，也可以了解区域的应力水平［8］。序列参数U值［9］：反映震群能量释放的均匀程度。一个地震序列中释放90%的应变能需要的最短时间与全序列持续时间之比，U＞0.5，判断为前兆震群。序列参数k值：震群归一化信息熵K值是描述地震序列能量分配均匀程度的一个统计量。序列参数ρ值：表征序列在时间上的丛集程度。ρ值＜0.55，判断为前兆震群。分别计算了三个时间段的U值、k值、ρ值（表3），U值分别为0.83、0.79、0.84，U值较高，远大于0.5，表明序列能量释放比较均匀，震级相差不大的地震较多且随时间变化不大。K值分别为0.255 4、0.367 8、0.598 3，随着时间推移，K值越来越大，表明序列中地震能量分布越来越接近均匀，说明能量衰减较慢。值分别为 1.022 1、0.657 3、0.669 6，随着时间推移，ρ值越来越小，表明震群中地震能量差不多震级的地震越来越来丛集。

4.4波速比

采用S-P＜10 s最少5个台的Tp、Ts-p，剔除明显偏离和达曲线的台站数据，根据不同的记录台站数，选择达到99%置信度的地震进行分析和讨论［10］。计算了桂北地区2007年8月至2014年6月（包括柳州北震群）共40个地震的波速比［11-12］，波速比值介于 1.584和 1.732之间，均值为 1.653（图5）。2011年11月20日至2014月9月30日，波速比呈现如下变化，先出现波速比低值，2011 年11月至2013年2月波速比基本在均值1.653以下，持续时间约1年半，柳州北震群发生在波速比低值过程，然后于2013年2月20日发生平果4.5级地震，平果地震后出现波速比高值，2013年3月至2014年9月波速比基本在均值1.653以上。波速比在平果4.5级地震发生之前，具有明显的下降过程，在平果4.5级地震发生之后，波速比在一定时间后恢复上升，也即扩容期间波速比降低，震后波速比回升，柳州北震群是在区域应力增强过程中发生。

表3　柳州北震群参数Table 3 Earthquake swarm parameter of northern Liuzhou

图5　桂北地区波速比Fig.5 The wave velocity ratio in northern Guangxi

4.5应力降

在线性本构关系的理论框架下，通常难于、甚至不可能测得绝对应力，而只能得到应力的相对变化。应力降就是地震前后应力的相对变化。对于接近地表的地方，可以通过一些观测手段来直接测量应力或应力降，然而对于比较深的地方，通过地震来进行应力降的推算则几乎是唯一的方法 。根据现有震例，一般情况下，大震前小震应力降高，大震后的应力降低；震级相当的小震相比较，大震前的震源尺度较小，大震后的震源尺度增大［13-14］。柳州北地震序列持续时间从2012年10月29日至2013年3月20日，在延续期间发生了2013年2月20日平果4.5级地震，我们分析平果4.5级地震前后柳州北地震序列应力降的变化，选取2012年11月至2013年11月间柳州北地震序列震中区60 km为半径范围内的ML≥2.0以上地震，并对其应力降进行对比（表4）。从表4中可以看出，对于震级相当的小震，平果4.5级地震前应力降明显大于平果4.5级地震后应力降，平果4.5级地震前震源尺度小于平果4.5级地震后震源尺度，这一结果与已有震例研究结果基本一致。如2013年1月12日3.4级地震应力降大于2013年3 月1日是3.5级地震的应力降，震源尺度相反。2012年11月13日的2.0级地震及2012年11月24日2.0级地震的应力降远大于2013年3月23 日2.0级地震，震源尺度相反。

5　结语

（1）柳州北3级地震序列具有低频次、低震级、震害大的特点，持续时间较长，2012年11月2日的3.0级地震打破了柳州市自1992年9月10日象州3.0级地震后，持续20年的3级地震平静。震区震感强烈、能听到强烈地声、震前有宏观异常现象。震中烈度达到Ⅵ度，震中区主要发育有NEE向的杨柳断裂和NE向的白马断裂以及切错杨柳断裂的NW向断裂，具体是哪组方向断裂引发本次地震有待进一步研究。

表4　平果4.5级地震前及震后应力降表Table 4 The stress drop before and after the Pingguo M4.5 earthquake

（2）震区附近3级左右地震具有成组活动特点，同时是在区域地震活动增强过程中发生，是区域地震活动增强的延续。柳州北地震序列发生在波速比低值过程，平果4.5级地震前后，柳州北地震序列附近的小震应力降及震源尺度出现明显变化，对于震级相当的地震在4.5级地震前应力降较大、震源尺度较小，4.5级地震后应力降较小、震源尺度较大。柳州北地震序列对于2013年2月20日平果4.5级地震的发生具有一定的前兆意义。

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Analysis of Seismic Activity Characteristics of the M3.0 Earthquake Sequence in Northern Liuzhou of Guangxi in November 2012

GUO Peilan，LONG Zhengqiang
（Earthquake administration of the Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning 530022，China）

From October 29th，2012 to March 20th，2013，The northern Liuzhou significant sequence activities occurred in northern Guangxi.There are 38 earthquakes been recorded，among of them，3 events with MLrange from 2.0 to 2.9，3 events with ML3.0.The paper analyzed the earthquake damage characteristics，the macroscopic anomaly，geological tectonic location，spatial distribution range，focal mechanism solution，stress drop，wave velocity ratio，and the level of regional seismic activity for the earthquake sequence.The results show that the northern Liuzhou earthquake sequence belongs to the earthquake activity with high background and is acontinuation of the enhancement regional seismic activity，which has certain precursory significance for the Pingguo M4.5 earthquake on February 20th，2013.

Seismic sequence；Focal mechanism solution；Stress drop；Depth of focus；Northern Liuzhou

P315.7

A

1001-8662（2016）02-0025-07

10.13512/j.hndz.2016.02.005

2015-02-28

广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻12426001）

郭培兰（1974-），女，高级工程师，主要从事地震编目及地震活动性分析工作.

E-mail：gxgpl@126.com.