河北地区地震时空演化特征分析

宫 猛，郭 蕾，张素欣，王晓山，董 博

(1.河北省地震局，石家庄 050021；2.石家庄中心台，石家庄 050021)



河北地区地震时空演化特征分析

宫 猛1，郭 蕾1，张素欣1，王晓山1，董 博2

(1.河北省地震局，石家庄 050021；2.石家庄中心台，石家庄 050021)

收集河北及邻区1970年1月—2015年11月的地震目录，通过分析张家口—渤海—威海地震构造带和河北平原地震构造带上地震的时空演化图像来研究河北地区中强地震前小震的活动特征。结果表明，张家口—渤海—威海地震构造带的小震在唐山7.8级地震前出现1～2年的稀疏现象，且震源区约50 km范围内出现2～3年的小震空段，该构造带4级以上地震在时间和空间上表现出“收缩—平静—扩张”和“分段活跃”的现象；河北平原地震构造带内的邢台老震区在发生中强地震前，震源区小震时空分布图像存在“密集—稀疏”的异常活动现象；张家口—渤海—威海地震构造带自1999年张北5.6级地震之后，地震的时空分布未出现明显的密集和稀疏现象。自2014年开始，在河北平原地震构造带的邢台老震区，小震出现相对“稀疏”异常，应给予关注。

小震活动；地震密集；时空分布

0 引言

河北位于华北亚板块，西部为NE走向的太行山隆起，北面为近EW走向的燕山-阴山隆起，南部是华北平原，东部与渤海湾相接，地壳结构极其复杂，是我国大陆地震活跃的地区之一。该区域新构造运动强烈，近代地震活动较为活跃，尤其是区内的张家口—渤海—威海地震构造带(以下简称“张渤带”)和河北平原地震构造带(以下简称“河北平原带”)最为显著[1-2]。近代影响较大的地震有1966年邢台7.2级地震和1976年唐山7.8级地震，这2次地震都对震区造成严重的人员伤亡和财产损失[3-4]。

地震的发生是地壳岩石在构造应力作用下，当构造应力强度达到或超过岩石破裂强度时，沿软弱面由稳态扩展转变为突然失稳破裂扩展的过程。小震密集和稀疏是指在某一时间段或者某一区域小地震突然增多或减少，而在时空图像上呈现出的相对密集和稀疏的现象，这种密集或稀疏往往被视为强震发生的前兆或构造活动的外释信号[5]。林邦惠等[6]利用邢台地震台网记录的地震目录资料发现，1966年邢台地区发生的几次6级以上强震前，小震的发生均出现“密集—平静”现象，则认为这种现象的出现与孕震区强震前区域应力场的调整密切相关。在区域应力场的作用下，孕震区的介质以一定速度积累应变能，在强震发生前该区已积累了大量的应变能且处于较高的应力状态，由此会在薄弱地区产生一定的粘性蠕动，释放部分应变能。这种局部应力场的调整可能造成邻近区域应力进一步增强，使得介质薄弱处破裂发生一系列中小地震，形成中小地震的密集。在大震前，由于发震断层周围的中小障碍体和薄弱区已基本被冲破，而主要发震断层积累的应力已接近、但还未达到发生破裂的强度,便出现了大震前地震活动的相对稀疏或平静期[7]。马瑾等[8]研究分析龙门山断裂带40多年的地震时空演化特征发现，2008年汶川地震前孕震区出现8年以上的小震密集现象，且在震前2～3年以汶川主震为中心形成长度<100 km的小震稀疏段(空段)，分析认为主震附近区域在此阶段形成闭锁。本文将采用类似马瑾等[8]的方法，通过分析河北及邻区的时空演化特征，来进一步探讨河北地区地震危险性。

1 数据与方法

据河北省台网运行月报[9]，河北地震记录的发展经历了5个发展阶段，小地震的记录能力也随之不断提升。1966-1969年，仅在邢台震区形成了内外圈结合的区域微震观测台网；1970-1991年，河北省台站数量和分布面积有所增大，对全省地震初步有了监测能力，首都圈范围内可监测ML≥2.0地震，北京市区可监测ML≥1.0地震；1992-2000年，对河北省大部分地区发生的ML≥2.0以上的地震至少有3个以上的台站记录到；2001-2008年，河北省台网所属台站为32个，加上共享台数量为117个，地震监测能力进一步提高；2008年以后，河北省台网所属台站数量增加到53个，加上共享台站数量增加至166个，省内大部分地区地震监测能力达到ML1.5(图1a)，这为本文的研究提供了良好的基础条件。

a 台站分布及6级以上地震分布 b 1970年以来ML1.0以上地震分布图1 研究区台站及1970年以来地震分布图

本文通过收集河北地区自1970年至2015年11月20日的地震目录来分析河北区域地震丛集度分布特征(图1b)。为确保资料完整性，我们使用G-R公式[10]对收集到的河北地区自1970年以来的地震目录进行完整性检查。结果如图2所示，表明河北地区自1970年以来1级以上地震目录相对完整。因此，在分析中小地震活动的时空演化图像时，将地震的起始震级定为1级。

从研究区地震分布图上来看，河北地区地震主要集中在河北平原带地震构造带(河北平原带)和张家口—渤海—威海地震构造带(张渤带)。因此，我们选择这2个区域内的M1.0以上的小震来分析河北地区地震时空分布特征(图3)。AA'区长轴方向ES，包含张渤带区域，BB'区长轴方向NE，包含河北平原带的区域(图3a)，2个区域的地震震级随时间的变化(M-T)如图3b、3c所示。在分析小震时空分布图像时，我们设定A和B点为2个研究区轴线原点，分别计算这2个区域内的每个投影到轴线上的地震相对原点的距离。然后，以时间作为Y轴，距离作为X轴，做出1970—2015年2个研究区的地震沿轴线方向的时空分布图像(图4-5)。

图3为在2个典型构造区内选取的地震震级随时间的变化图(M-T)。研究区自1970年以来发生6级以上地震共有6次，分别为1976年唐山7.8级、河北滦县7.2级、天津宁河6.9级、1977年天津宁河6.2级、1977年天津汉沽6.2级以及1998年张北6.2级地震[11-15]。图3b为张渤带内的AA'轴线地震的M-T图，从图中可以看出：1978年后，张渤带只发生过4次5级以上地震，分别为1991河北唐山5.1级地震，1995年河北唐山5.0级地震，1998年河北张北6.2级地震和1999年河北张北5.6级地震。图3c为河北平原地震构造带内的BB'轴线方向地震的M-T图，可以发现：研究区内共发生5级以上地震5次，分别为1981年河北隆尧5.8级地震，1985河北任县5.3级地震，1991河北唐山5.1级地震，1995年河北唐山5.0级地震以及2006年河北文安5.2级地震。

图2 研究区小震的G-R关系图

图3 2个研究区块范围内的地震分布及其M-T图像

2 结果与分析

图4给出了张渤带上AA'轴线方向和河北平原带上BB'轴线方向的时空演化图像。AA'轴线方向的小震活动大致可分为以下3个时间段。第1时间段为1970—1976年间，在该时间段内整个张渤带小震活动相对稀疏，特别是在唐山地震震中附近约50 km范围内出现了2～3年小震空段。第2阶段为1977—2004年间，整个张渤带的小震分布相对均匀未出现明显的小震稀疏和密集现象，但是4级以上地震表现出“收缩—平静—扩张”的现象。自1985年(图4中箭头a所示)4级以上地震开始向东段收缩，到1991年(图4中箭头b所示)怀涿盆地发生2次4级以上地震。1991年唐山老震区发生丰南5.1级地震后，整个张渤带处于平静状态无4级以上地震发生，直到1995年唐山老震区发生古冶5.0级地震后该构造带4级以上地震又开始活跃，并开始向该构造带的西段拓展，之后于1998年1月10日发生张北6.2级地震(图4中箭头c所示)。1998—2004年间，张渤带4级以上地震又开始活跃且在整个构造带分布相对均匀。第3阶段为2004—2015年，在该时间段内的2005—2010年期间，AA'轴线方向上4级以上地震相对平静，唐山老震区自2011开始有4级地震活动。尤其值得注意的是张北老震区、怀涿盆地和南口断裂，自2004年以后，4级以上地震出现长时间的空缺，仅于2014年在河北涿鹿发生1次4.3级地震。整体来看，自2000年之后，AA'轴线方向4级以下地震的时空分布未出现明显的密集和稀疏现象。

图4 AA’和BB’轴线方向地震的时空演化图像

BB'轴线方向的地震主要集中在邢台和唐山地区，小震的空间演化图像显示,1970—1976年唐山7.8级地震前，小震在邢台地区相对密集而在唐山地区相对稀疏，自1974年后以唐山主震为中心形成长度约50 km的小震空段，表明在此时间段唐山地区介质处于相对闭锁状态，应力处于积累阶段。唐山地震后，震源区一直都有大量4级余震发生，直到1992年后地震强度和频度逐渐降低，1996年之后没有发生过5级以上地震，该区ML4级以上地震自2004年开始存在2年的发震韵律[16]。目前，唐山老震区小震没有出现明显的密集或者稀疏现象。邢台老震区的小震空间演化图像显示：自1970年以来，邢台地区老震区的小震出现2次“密集—稀疏”异常分布现象，之后均发生了5级左右的地震。第1次为1970—1981年间，小震在1970—1975年出现相对密集，而在1976—1981年相对稀疏，之后发生1981年的隆尧5.8级地震；第2次为1990—2002年间，在此时间段小震在1990—1999年分布相对密集，而在2000—2002年相对稀疏，之后2002年在隆尧发生4.8级地震(后来中国地震台网中心统一地震编目将其修订为5.0级，所以在图4中本次地震按5级以上地震进行绘制)。河北平原带内磁县至河间段自2006年文安地震之后，无4级以上地震发生，且自2014年开始,邢台老震区小震相对稀疏，应该警惕该段中强地震的发生。

3 结论

河北地区自1970年以来1级以上地震的时空演化图像表明，张渤带在唐山7.8级地震前2～3年小震出现稀疏现象，且以唐山主震为中心形成长度约50 km的小震空段，表明在此时间段唐山地区介质处于相对闭锁状态。目前，该构造带的中小地震自唐山地震后未出现明显的稀疏和密集现象。张渤带4级以上地震自1985—1998年在空间上表现出“收缩—平静—扩张”的现象，2005—2010年期间相对平静，2011年之后唐山老震区4级地震开始活跃。值得注意的是，张北老震区、怀涿盆地和南口断裂自2004年以后4级以上地震出现长时间的空缺，应该警惕中等地震的发生。河北平原带内的邢台老震区发生中强地震前，震源区小震活动存在“密集—稀疏”的异常现象。自2005年文安地震后，河北平原带磁县—河间段地震相对平静，无4级以上地震发生,且邢台老震区小震自2014年开始出现相对“稀疏”异常，应给予关注。

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Study of Seismic Spatial-temporal Evolution Characteristic in Hebei and Its Adjacent Area

GONG Meng1， GUO Lei1，ZHANG Su-xin1，WANG Xiao-shan1，DONG Bo2

(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China;2.Shijiazhuang Central Seismic Station,Shijiazhuang 050021,China)

We analyze the seismic spatial-temporal evolution characteristic in Hebei and adjacent area by using the earthquakes catalog from January 1970 to November 2015 recorded by The China earthquake networks center.The result shown that prior the 1976 Tangshan earthquake the Zhangjiakou-Bohai-Weihai earthquake zones appeared 1-2 year’s sparse distribution of small earthquake and it preparation area had experienced a seismic gap lasted for 2-3 years.In Zhangjiakou-Bohai-Weihaiearthquake zone,the earthquake of magnitude greater than 4 spatial-temporal distribution map show a “dense-sparse-expansion” distribution and piecewise seismically active features.The small earthquakes distribution do not show any abnormal feature in this earthquake zonesafter 1999 ZhangbeiM5.6 earthquake.The small earthquakes appeared “dense-spare” abnormal distribution phenomenon before the moderately strong earthquakes happened in Xingtai earthquake zone.Noteworthiness,in Hebei basin the small earthquakes occurred in Xingtai earthquake zone appeared a sparse distribution abnormal since 2014 year.

small earthquakes activity；seismic density；spatial and temporal distribution

宫猛，郭蕾，张素欣，等．河北地区地震时空演化特征分析[J]．华北地震科学，2016，34(4):11-15.

2015-12-11

晋冀蒙交界地区临时台网架设运行维护及地震危险性和对策研究(DZ20150428102)；2016年震情跟踪课题(2016010119)；河北省地震局地震星火计划(DZ20150420031)

宫猛(1983—)，男，湖北随州人，工程师，主要从事数字地震学和地震活动性分析研究工作．E-mail：mrgongm@163.com

P315.3

A

1003-1375(2016)04-0011-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.002