2017年9月4日河北临城M3.7地震处理分析

杨 锐，赵英萍，常 亮，王 宁，李雪英

（河北省地震局，河北 石家庄 050021）

0 引言

据中国地震台网中心测定，北京时间2017年9月4日3时5分，在河北邢台市临城县（37.50°N，114.35°E） 发生 M3.7 地震，震源深度约5km。震中距离临城县城约10km，距邢台市城区约50km，距石家庄市约60km，距北京市约320km。震中10km范围内平均海拔约210m。据了解，邢台市临城县北部、石家庄市赞皇县南部地区震感明显，邢台市、石家庄市部分地区、山西省阳泉市有震感。河北省地震局启动了Ⅳ级地震应急响应。

此次地震发生在1966年邢台老震区附近，由于在省会附近有一定震感，产生了一定的影响，自2002年4月22日该地附近发生过M4.8地震后，一直比较平静，该次地震的发生对邢台老震区地震的发展应该有一定的指示意义值得分析。

1 地震台网与地震基本参数

2017年9月4日3时5分，河北邢台市临城县发生的M3.7地震，河北台网有118个测震台站记录到，这些台站在研究时段内基本可以达到M≥1.0地震不遗漏。表1列出了地震基本参数。

表1 临城3.7级地震基本参数

2 地震背景

有历史地震记录以来，震中100km范围内发生5.0级以上地震43次，最大的地震是1966年3月22日在河北省宁晋县发生的7.2级地震，死亡8064人，受伤38451人，经济损失10.00亿元。最近一次5级以上地震是1985年11月30日河北任县5.3级地震。近些年发生的较大有感地震是2002年4月22日3时34分河北邢台发生的4.8级地震。此次临城3.7级地震是自2002年以来河北邢台附近地区发生的最大的一次地震。

3 地震序列

2017年9月4日河北临城3.7级地震发生在地震活动相对活跃的背景下，震前有明显的前震活动，主震前一天该区发生地震13次，最大震级ML2.5。主震后截至2017年9月6日该区共发生地震343次，最大余震震级ML2.7，ML≥1.0以上地震29次，其中ML2.0～2.9级6次；ML1.0～1.9级23次。表2给出了ML≥1.0的地震序列目录（地震目录来源河北台网正式编目结果）。

表2 河北临城3.7级地震序列目录（M L≥1.0）

4 震源参数

2017年9月4日河北临城3.7级地震发生后，截止到9月6日共发生ML2.5以上地震3次，其中03点05分23.4秒的地震波形与主震波形叠加，无法计算震源参数，因此利用Source软件对主震以及2次余震进行了中小地震震源参数计算，计算过程中三次地震所用台站包围严密，孔隙角偏小，拟合得较好，计算结果如下。

表3 河北临城地震震源参数（M L≥2.5）

可以看出应力降随着震级的增大而增大，与地震大小基本成正相关。在进行地震预报时，精确得到地震震源参数对预报各类型地震具有一定的参考意义，特别是在前-主余型地震的前震发生时，明确前震震源区域的应力变化，对于后续地震的发生具有预报意义[1]。根据研究表明：排除计算因素外，高应力降集中分布的区域也是中强以上地震的潜在震源成核区[2]。

根据河北局张丽晓2018年对晋冀鲁豫交界地区震源参数特征的研究，2005—2007年邢台地区应力降值相对较低，2007年以后应力降值逐年升高，该地区应力降平均值为1.15MPa。2008年12月31日河北宁晋ML3.1地震，应力降为3.1717MPa，2009年1月15日河北隆尧ML2.8地震，应力降值为3.8339MPa，2010年3月1日河北隆尧ML3.2地震，应力降值为4.5661MPa[3]，而该次2017年河北临城ML4.3地震，应力降为2.299MPa，应力降值略有降低，应力降处于稳定低值状态，应该没有升高的趋势，后续发生较大震级地震的可能性不大。随着ML的增大，地震矩、应力降及震源尺度相应增大，矩震级与M震级差有相对减小的趋势。

5 震源机制解

利用SeisCAP震源机制解软件对2017年9月4日河北临城3.7级地震进行反演计算，通过震中距在200km范围内包围紧密的5个台站，台站间最大空隙角均小于180°，台站分布参数deltaU为0.14，小于0.35，产出了符合要求的震源机制结果（表4）和理论波形与实际观测波形的对比拟合图（图1）。在图1中，相关系数大于0.8的有13个，达到了50%以上，属于强度相关。其中，相关系数大于0.9的有10个，在强度相关中超过了76.9%，反演方差为3.928×10-5，反演结果理论地震波形图与实测地震波形图吻合得较好。该深度对应的双力偶解为最佳震源机制解，得到的矩震级为4.0。

反演得到的震源机制结果如表4所示：节面Ⅰ应该是滑动断层面，走向为18°，倾向为72°，滑动角为-159°，属于走向滑动断层，PT轴有些接近于垂直，B轴有些接近于直立。P轴方位集中在NEE向、SWW向，T轴方位集中在NNW向、SSE向。

表4 河北临城M3.7地震震源机制解

图1 河北临城M3.7地震C AP法反演震源机制解理论（细线）与实测波形（粗线）对比Fig.1 Comparison of CAPmethod inversion source mechanism solution theory （thin） and measured waveform （wide） for Lincheng M3.7 earthquake in Hebei Province

将本文使用的CAP方法与初动法进行对比，如表4所示反演结果比较一致，都是以走滑断层为主。该地震得到的震源机制解基本可靠。

6 震源深度

利用CAP方法求解震源机制解，受震源深度影响较大。为分析不同震源深度对震源机制解的影响，设置步长1km，搜索不同震源深度对应的震源机制解，拟合误差越小震源深度越佳[4]。从图2可以看到河北临城3.7级地震震源机制解随不同深度变化的取值，震源深度在7.2km处震源机制解的反演方差相对较小，所以最佳震源深度即为7.2km，与国家台网中心速报的5km震源深度比较接近，与河北局章阳分别利用双差定位法重定位和sPn-Pn到时差计算得到的震源深度7.01km和6.86km非常接近[5-6]，而且每个深度得到的震源机制解比较相同，反演的结果基本稳定。

图2 河北临城M3.7地震深度搜索图Fig.2 Depth search map of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

7 强震动数据分析

河北强震动台网共收取8个强震动台站的加速度记录，表5列出了这些台站的基本信息，这8个台站是测震B通道加的强震计，型号是SYSCOMDE，电压灵敏度为1.25v/g，和常见的中国地震局工程力学研究所研制的SLJ-100一样，此次地震中这8个强震台离震中较近均在120km以内，图3（a）、（b） 是未经过校正的震中距32.4km的元氏台和61.0km的井陉台记录的强震时程图，均清晰地记录了此次河北临城M3.7地震。

通过对原始数据进行格式统一转换，得到了8组三分量加速度记录共24条，在表6中显示，震中距最近的元氏台获得最大地震加速度峰值为12.4cm/s2。由于8个台震中距相差不大，峰值加速度除了最近的元氏台大于10cm/s2，其余台峰值加速度相差不大，均在10cm/s2以内。

表5 台站参数

图3 河北临城M3.7地震加速度时程记录Fig.3 Acceleration time history record of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

表6 8个强震台网加速度记录分析结果

如图4所示，为加速度反应谱自振周期0.3s，阻尼比5%的单自由度系统绝对加速度反应的反应谱图，得到了8个台三分量一共24个分道的单自由度系统的加速度反应谱，横坐标为自振圆周期，纵坐标为反应谱值，可以看出8个台的反应谱高频成分比较丰富，主要分布在0.1～0.5s之间，同时也反应了不同地貌、相同覆盖层深度，不同震中距的影响对反应谱的细微变化，随着震中距的加大，三分向反应谱越接近，高频值反应谱的衰减在减慢。加速度反应谱给出了作用在结构上的地震力，即由地基向结构输入的力[7]。

图4 河北临城M3.7地震反应谱图Fig.4 Seismic response spectrum of M3.7 in Lincheng，Hebei Province

对河北台网获得的8个强震动台加速度记录数据进行傅氏谱分析计算，得到图5傅氏谱分析结果，以震中距最近的两个台元氏台、赵县台为例，加速度谱峰值分布在8～25Hz之间，震中距47.1km的赵县台和震中距61.0km的井陉台傅氏谱峰值较小均在0.3cm/s左右，其它6个台站傅氏谱峰值均在1cm/s左右，随着震中距加大，傅氏谱值衰减趋势有所减缓。

由河北台网8个强震动台得到的24条傅氏谱，单峰值型傅式谱有6个，双峰值型傅氏谱有2个，多数是多峰值型傅氏谱有16个，单峰值占25%，双峰值占8.3%，多峰值所占的比例高达66.7%。应该是由于这些强震台台址性质均为土层台，致使傅氏谱频率成分比较丰富[8]。

图5 河北临城M3.7地震傅氏谱图Fig.5 Fourier spectrum of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

此次邢台临城3.7级地震发生后，河北省地震局立即启动Ⅳ级地震应急响应，有关人员迅速到岗并召开应急会议，安排应急工作，迅速收集震情灾情，密切关注社会舆情，做好谣言防范。据了解，此次地震震中位于邢台市临城县西竖乡王家庄村附近，邢台市临城县北部、石家庄市赞皇县南部地区震感明显，邢台市、石家庄市部分地区、山西省阳泉市有震感，无人员伤亡和财产损失报告，生命线工程没有破坏，部分群众在户外避震。

利用强震动加速度记录得出的仪器烈度值，震中距最近的，在32.4km的元氏台得出的仪器烈度值最大为2.7度，对应启动应急响应级别比较合理。仪器烈度是由地震动参数和地震烈度回归关系计算得出，比现场震害宏观调查得出的地震烈度快速、及时，强震数据的使用能够为震后救援、指挥等提供服务，但是仪器烈度与实际现场考察烈度会有少许差入，这与地震地质结构、仪器性能、场地响应等有一定关系[9]，目前正在试验的地震烈度速报系统也能快速的提供地震烈度，正在调试验证阶段，有待更多的数据和地震实例来考证。

8 结论

河北邢台市临城县发生M3.7地震，属于前震-主余震型地震，应力降为2.299MPa，处于稳定低值状态，后续发生较大震级地震的可能性不大。该次地震以走滑错动为主，与华北构造应力场的方向近似，表明受统一性较好的应力场控制，应该是华北地区自身的应力场在起主导作用。得到最佳震源深度为7.2km，与以往速报、编目分析得到的该区震源深度一般在5km左右，具有震源深度相对较浅，有感范围较大的特点相吻合。获得的最大地动加速度峰值为12.4cm/s2（震中距32.4km），即其对应的仪器地震烈度约为Ⅳ度区，通过强震数据得到的最大仪器烈度为2.7度，这与河北局现场灾害调查烈度比较一致，震后河北省地震局立即启动Ⅳ级地震应急响应，对应启动应急响应级别也比较合理。可见强震动加速度记录为确定地震烈度提供了可供参考的定量依据。8个强震动台的反应谱高频成分比较丰富，随着震中距加大，傅氏谱值衰减趋势有所减缓，多峰值型傅氏谱占多数，这与土层台性质有一定关系，受介质各向异性和记录场地覆盖层局部条件的影响较大，也会导致同一震中距不同地点得到的加速度峰值不相等。

此次地震是该地2002年发生过4.8级地震后，平静十多年来发生的较大的一次有感地震，这也是自河北数字地震台网建设以来，获得的不可多得的宝贵地震数据，对该次地震的处理分析，体现了现代数字地震台网数据的积累应用和台网建设成效，对于地震数据服务产品产出具有一定的促进意义。