河北省地震灾害分布特征

郭秋娜，周月玲，温 超

（河北省地震局，河北 石家庄 050021）

0 引言

河北省地处地震活动比较强烈的华北平原地震带，人口密度集中，历史上曾多次发生中强地震，如1679年三河-平谷8级大地震、1830年磁县级地震和1976年唐山7.8级大地震的灾难更为惨重。随着经济的发展，地震造成的损失影响会越来越大。

中国具有丰富的历史地震史料记载。20世纪50年代，国内历史学家和地震学家密切合作，查阅了8 000余种历史文献，于1956年编成《中国地震资料年表》[1]；70年代对历史地震资料做更为广泛地收集整理，编辑出版了《中国地震历史资料汇编》[2]；20世纪90年代，河北省地震局组织编写《河北省地震资料汇编》[3]。历史地震资料的整理出版为研究地震的发生与预防提供了丰富的基础资料，但只是以搜集和整理文献资料为主。近年来，有些学者对河北平原地震带的现今地震从b值时空变化角度[4-5]、时空演化图像角度[6]、震源参数角度[7]进行了研究，王巍[8]对清代华北地区地震时空分布特征进行了分析，对河北省有历史地震记录以来的地震灾害分布特征关注较少。本文对河北省历史地震目录及灾害资料进行整理，基于ArcGIS软件通过数理统计的方法对河北省地震地质灾害分布特征进行分析，以期为河北省的地震灾害评估、应急救援提供一定的科学依据，在一定程度上能够减轻地震灾害的影响。

1 数据来源与处理

本文数据主要是通过对河北省境内历史地震目录、破坏性地震烈度及地震地质灾害相关记载资料[9-16]进行收集、整理。基于ArcGIS软件对历史强震、破坏性地震进行整理分析，得到河北省地震灾害分布特征。其中，强震目录跨度从公元777年至今，级以上地震在公元1500年以后才有可能有较完整的记录[17]，1500年以前震级较小的地震（M≤）可能会有缺失。一般情况下，历史地震在对当地社会经济有一定程度的影响时才会有记载。本文重点研究的是地震灾害的空间分布特征，目录的完整性影响并不大，因此并未去除公元1500年以前的地震目录。

2 地震灾害分布特征分析

2.1 地震灾害空间分布特征

自有历史地震记录以来，河北地区中强地震较为频繁且强烈。河北省隶属华北平原地震带，发生的地震一般都属于浅源地震。通过整理河北省历史地震目录（公元777年至今，震级），参照国家地震应急预案（2012年8月28日修订）[12]，对地震灾害情况（考虑震级、死亡人数、经济损失等因素）进行灾害级别划分，可分为一般地震灾害MS＜5.0）、较大地震灾害（5.0≤MS＜6.0）、重大地震灾害（6.0≤MS＜7.0）、特别重大地震灾害（MS≥7.0）4类，地震分布在空间上统计结果如图1所示。结果显示：河北省历史上记录和统计的地震灾害中一般地震灾害75次、较大地震灾害95次、重大地震灾害18次、特别重大地震灾害5次，这些地震分布在河北省的11个市区，其中8.0级以上地震1次，即1679年三河平谷8级地震。

图1 河北省地震灾害分级分布图（777年至今）

将收集到的地震震中数据与数字高程数据进行空间叠加，得到各次地震灾害发生位置的海拔高度分布范围为1～1 684 m。其中，特别重大地震灾害分布的海拔高度范围为8～136 m，重大地震灾害分布的海拔高度范围为27～1 505 m，较大地震灾害分布的海拔高度范围为1～1 684 m，一般地震灾害分布的海拔高度范围为1～1 416 m。总体上看（表1），河北省的地震灾害主要分布在海拔0～100 m范围内，也就是说主要分布在河北的平原地区。

表1 河北省地震灾害海拔高度分布表

对河北省地震灾害地市分布的统计结果见表2。省内地震灾害分布范围比较广，除承德地区无地震灾害外，其他10个市均有分布。地震主要集中在河北的中南部，北部偏少。11个地市中地震次数比例较高的是邢台市26.42%，其次是唐山市24.87%，再次为张家口市16.58%，其他市地震均较少。按从多到少的顺序依次为石家庄市、沧州市、衡水市、秦皇岛市、邯郸市、廊坊市、保定市、承德市，地震灾害高发区主要集中在唐山、张家口、邢台3个地区，占河北省内地震灾害的58.09%。从统计结果来看，河北省地震灾害分布各市区具有明显的差异性，同时具有丛集性的特点。

表2 河北省地震灾害分地市统计次数

表2 河北省地震灾害分地市统计次数

市名一般地震灾害 较大地震灾害 重大地震灾害 特别重大地震灾害 合计次数 比例/% 次数 比例/% 次数 比例/% 次数 比例/% 次数 比例/%张家口市 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秦皇岛市 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石家庄市 4 5.33 8 8.42 2 11.11 0 0 14 7.25沧州市 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邢台市 20 26.67 27 28.42 3 16.67 1 20 51 26.42邯郸市 1 1.33 4 4.21 1 5.56 1 20 7 3.63合计 75 100 95 100 18 100 5 100 193 100

一般来说，重大地震灾害和特别重大地震灾害在历史文献记载中记录比较全且能真实反映当时的灾害特征。在重大地震灾害的类别中，张家口市占据比例最高27.78%，沧州市占据16.67%，唐山市和邢台市各占11.11%，其余各市均为0。在特别重大地震灾害类别中唐山市占据比例最高40%，廊坊、邢台、邯郸各占20%，其他7市均为0。

2.2 地震烈度分布与地震地质灾害

本文共收集到具有烈度分布或伤亡人数记载的较大地震灾害事件18 次，特别重大地震灾害5 次。以这些破坏性地震等震线为样本，通过ArcGIS软件进行配准和数字化，生成地震影响范围的矢量文件，并分别计算出各烈度区面积。由于历史地震记载的局限性，有关人员伤亡损失记录不全[18]，且1144年8月16日河间6级地震、1314年涉县6级地震、1658年涞水6级地震没有相关地震烈度图。另外，由于主余震的关系，1966年邢台7.2级地震前后的6.7级、6级地震并没有地震烈度的记录（表3～4）。

从表3中可以看出，重大地震主要发生在河北平原地带，山地地区只发生过2次，即1618年蔚县级地震和1628年怀安西洋河堡级地震。重大地震中6.0～6.5级涉及的最大地震烈度为Ⅷ度，个别为Ⅶ度（如1967年河间、大城6.3级地震）。由于历史记载原因部分极震区面积不能量化，文中采用郁曙君[19]拟合出的中国东部地区烈度衰减关系公式计算出了极震区面积，Ⅷ度极震区烈度面积为1～3 255 km2；6.6～7.0级地震涉及到的最大地震烈度为Ⅸ度，极震区烈度区面积为265～981 km2。重大地震中伤亡人数大部分不详，但从统计的近几年6级左右地震来看，死亡人数一般在数十人左右。

表3 河北省重大地震（6.0≤MS＜7.0）

从表4中可以看出，特别重大地震灾害中7.0～7.5级地震的最大地震烈度为X度（1976年滦县7.1级地震除外），由于滦县7.1级地震的发生在唐山7.8级地震之后且距离时间比较短，所以极震区烈度可能有部分误差。7.0～7.5级地震极震区范围为139～226 km2，死亡人数为7 477～8 067 人，差距不大。特别重大地震灾害中7.6～8.0级地震的最大地震烈度为XI度，极震区范围为78～830 km2，死亡人数13 162～242 000 人，死亡人数差异大小可能与地震发生的时间、人口密度和当地的建筑抗震性能有关。

表4 河北省特别重大地震（MS≥7.0）

地震地质灾害是指在地震的作用下以地面变形为主要特征的地质灾害现象[20]，是孕灾条件（地形地貌、地层岩性、地质构造等）与致灾因子（地震、人为活动等）共同作用的结果。河北省境内主要发生的地质灾害有喷砂冒水、地裂缝和崩塌，有地质灾害记载的地震共20次。其中，产生喷砂冒水现象的16次，有地裂缝的19次，崩塌、滚石的5次。1900年以来，以1966年邢台7.2级地震和1978年唐山7.8级地震产生的地震灾害现象分布最为广泛，灾情最为严重（表5）。

表5 特别重大地震灾害事例简表（1900年以来MS≥7.0）

结合收集到的地震烈度以及灾害资料绘制了河北省地震地质灾害及综合等震线图（图2）。从图中可以看出，喷砂冒水和地裂缝主要分布在河北唐山冲积平原和滨海平原区、邢台和邯郸的山前冲积平原地区，喷砂冒水与地裂缝具有共生现象，在Ⅵ度以上地区均有出现，以河流两侧冲积砂体广泛分布的地区最为发育，冲积砂体控制着地裂缝、喷水冒砂的分布[22]。地震时，由于瞬间突然受到巨大地震力的强烈作用，砂土层中的空隙水来不及排出，空隙压突然升高致使砂土层突然呈现出液态的物理状态，导致地基承载力大大下降，地面建筑物在形成的流砂中下沉，产生极大的破坏。一般认为，地震时的喷砂冒水现象，也是埋在地下的砂土层产生液化的结果。砂土液化主要分布在大面积的地面沉降区与地面喷砂冒水区域基本一致，往往地面强烈喷砂冒水亦是地面垂直运动幅度相对较大地区，而地面完整地区垂直变形幅度也相对应较小[22-23]。地裂缝的数量、深度和宽度一般与烈度呈正相关，烈度越高，地裂现象越严重，在河北平原地带的河流两侧的河岸、河滩以及古河道附近尤为显著。地裂缝走向主要沿着断裂带走向，排列格式有平行状、线状等[24]。研究表明，河北地裂缝与强震活动相伴相生，都是在同一应力场作用下产生的构造活动现象[25]。崩塌、滚石主要分布在邢台和石家庄西部山区以及张家口等高山地区。河北省所受的最大地震影响烈度为Ⅺ，全省168个县区有165个遭受过Ⅵ以上破坏，约占98%。其中，103个县区遭遇过Ⅶ度破坏，60个县区遭遇过Ⅷ度破坏，21个县区遭遇过Ⅸ度破坏，7个县区遭遇过X度破坏，3个县区遭遇过Ⅺ度破坏。限于篇幅，本文仅列出各市区最大影响烈度来源（表6）。

图2 河北省主要地震地质灾害及综合等震线分布图

表6 河北省各地市地震最大影响烈度

3 结论

通过对河北省历史地震目录、重大地震灾害及特别重大地震灾害地震烈度和人员伤亡等资料进行了收集整理和统计分析。基于ArcGIS软件对地震灾害进行分级，并在不同空间尺度上对不同等级的地震灾害分布特征及烈度分布进行了讨论。

1）河北省内历史上发生过破坏性地震193次。其中，一般地震灾害75次、较大地震灾害95次、重大地震灾害18次、特别重大地震灾害5次，这些地震分布在河北省的11个市区。其中，8.0级以上地震1 次，即1679年三河-平谷8级地震。

2）河北省内地震灾害的发生位置的海拔高度分布范围为1～1 684 m，特别重大地震灾害分布范围为8～136 m，重大地震灾害分布范围为27～1 505 m，较大地震灾害分布范围为1～1 684 m，一般地震灾害分布范围为1～1 416 m。总体上看，河北省内的地震灾害主要分布在海拔0～100 m范围内，也就是说主要分布于河北的平原地区。

3）河北省内地震灾害分布范围比较广，除承德地区无地震灾害外，其他10个地市均有分布，地震主要集中在河北的中部和南部，北部偏少。地震灾害高发区主要集中在唐山、张家口、邢台3个地区，占河北省内地震灾害的58.09%。从统计结果来看，河北省地震灾害分布各市区具有明显的差异性，同时具有丛集性的特点。在重大地震灾害的类别中，张家口市占据比例最高占27.78%，在特别重大地震灾害类别中唐山市占据比例最高占40%。

4）重大地震灾害主要发生在河北平原地带，山地地区只发生过2次。重大地震灾害中，6.0～6.5级地震涉及的最大地震烈度为Ⅷ度，个别为Ⅶ度（如1967年河间、大城6.3级地震）；6.6～7.0级地震涉及到的最大地震烈度为Ⅸ度，极震区烈度区面积为265～981 km2；重大地震灾害中伤亡人数大部分不详，但从统计的近几年6级左右地震来看，伤亡人数一般在数十人左右。特别重大地震灾害中7.0～7.5级地震的最大地震烈度为Ⅹ度，7.0～7.5级地震极震区范围为139～226 km2，死亡人数为7 477～8 067 人，差距不大；特别重大地震灾害中7.6～8.0级地震的最大地震烈度为Ⅺ度，极震区范围为78～830 km2，死亡人数13 162～242 000 人，死亡人数差异大小可能与地震发生的时间、人口密度和当地的建筑抗震性能有关。

5）喷砂冒水和地裂缝主要分布在河北唐山冲积平原和滨海平原区、邢台和邯郸的山前冲积平原地区，喷砂冒水与地裂缝具有共生现象。地裂缝的数量、深度和宽度一般与烈度呈正相关，烈度越高，地裂现象越严重，在河北平原地带的河流两侧的河岸、河滩以及古河道附近尤为显著。

6）河北省所受的最大地震影响烈度为Ⅺ，全省168个县区有165个遭受过Ⅵ以上破坏，约占98%。其中，103个县区遭遇过Ⅶ度破坏，60个县区遭遇过Ⅷ度破坏，21个县区遭遇过Ⅸ度破坏，7个县区遭遇过X度破坏，3个县区遭遇过Ⅺ度破坏。