河北省唐山地区小地震目录完整性分析

李冬圣 蔡玲玲 贾 炯 张丛珍 李雪英 赵英萍

（中国石家庄 050021 河北省地震局）

0 引言

地震目录的完整性震级Mc是地震学基础研究内容之一，也是地震观测台网效能评估的关键。随着地震台站建设和仪器升级等因素Mc值理论上会随时间和空间变化，由于台站分布不均匀，造成区域内Mc也不同。很多地震学家对地震目录完整性分析做过一些研究，例如：黄纬琼（1994）分析了中国大陆不同地震区（带）历史地震的平均发生率和震级—频度关系，给出中国大陆不同分区的地震目录完整性事件分布；王海涛等（2006)对新疆历史地震目录进行完整性分析；王琼等（2011）分析了新疆天山南部构造区不同时段小地震目录的完整性；冯建刚等（2012）应用“震级—序号”法、“最大曲率”法(MAXC)、“完整性震级范围”法(EMR)等，研究了甘肃区域地震目录最小完整性震级Mc的时空分布特征。

唐山老震区空间范围（39°—41°N，117.5°—119.5°E）是河北省地震多发区。该区1976年7月28日发生河北唐山7.8级大地震，2010年和2012年先后发生滦县M4.0、丰南M4.1和唐山M4.8地震。老震区范围内现建有地震观测台站21个，分属中国地震局地球物理研究所、北京市地震局、天津市地震局、河北省地震局。1968年建设的昌黎凤凰山地震台是该区建设最早的台站，随着测震台网的不断完善，该区地震监测能力不断提高。结合河北省地震监测发展，对唐山老震区1970年以来小地震目录完整性进行分析，确定小地震目录的不同时间分段，通过分析各时段的G-R关系，评估不同时段的地震目录完整性。

1 河北省地震监测阶段性发展

以1966年2次邢台大地震为转折，河北省地震监测系统历经从无到有，从小到大，从不完善到比较完善的发展阶段。根据《河北省地震监测志》、《石家庄地震遥测中心建设报告集》等资料，发现河北省地震监测经历了5个发展阶段，小地震的记录能力随之提升。

（1）1966—1969年。1966年3月6日邢台5.2级地震发生后，在宁晋县建立了第一个临时地震台，3月8日大地震发生后，不断加强台站建设，先后在新河、巨鹿、任县、红山、衡水等地建设地震台站，到1969年邢台震区形成了内外圈结合的区域微震观测台网。唐山老震区在1968年和1969年分别兴建昌黎凤凰山和陡河地震台，采用熏烟记录地震仪，地震监测能力有限。

（2）1970—1991年，河北省地震台站数量和分布面积增大，对河北省地震监测能力有所提高，其中首都圈（38.8°—41.0°N，113°—120°E）范围可监测ML≥2.0地震，北京市区可监测ML≥1.0地震。1990年唐山遥测地震台网建成，区域地震监测能力提高。该遥测地震台网由唐山记录中心和滦县、迁西、陡河、唐海、宁河等5个子台组成，ML1.5以上地震监测范围为唐山周边5 000 km2地区，对ML2.5以上地震监控范围为10 000 km2地区。

（3）1992—1999年，建成石家庄地震遥测中心，实现华北联网对河北省大部分地区可监测ML≥2.0地震。在这期间，1993年5月对唐山遥测台网进行了完善和提高，实现了完全数字化，为了弥补唐山台网在西北方向的空白架设了玉田子台。

（4）2000—2007年，由于河北省数字遥测地震台网工程的实施，河北省地震台网建设直管台站32个，接收数据台站达117个，唐山地区新建京唐港、唐海和迁西地震台站。

（5）2008年“十五”数字地震观测网络项目投入运行，河北省内国家和区域测震台站达53个，并汇集周边113个台站，能同时接收处理166个台站数据。由图1可见，河北省大部分地区地震监测能力达ML1.5，周边地区及邻近海域地震监测能力达ML2.0。“十五”数字化网络项目中唐山地区仅对某些台站进行升级、改造，对地震监测能力影响不大。

图1 唐山老震区“十五”建设后地震监测能力Fig.1 The monitoring ability of Tangshan area after“the tenth five-year plan” construction

2 研究方法

选取（39°—41°N，117.5°—119.5°E ）范围内 1970—2001 年全国小震目录和 2002—2012年河北省测震台网产出的正式地震目录进行完整性分析。首先对地震目录进行余震删除处理，采用年频度时序分析，通过比较不同震级下限范围地震年频度时间演化特征，寻找小地震目录完整性分析的时间分段（王琼等，2011）；用G—R关系初步确定不同时间段偏离线性关系的震级下限和上限，变化震级上下限，确定拟合标准差的最小范围，确定不同时段的小地震监控能力；比较分析各震级档的年频度变化，具体分析不同时段唐山老震区地震目录的最小完整震级。

3 地震目录完整性分析

随着唐山老震区测震台网的不断完善，地震监测能力不断提高，地震目录的最小完整性震级不断降低。为了使计算地震参数的震级下限不受资料选取的影响，充分使用地震资料，对唐山老震区小震目录进行年频度时序分析和G—R关系分析。

3.1 年频度时序分析

1975年以前唐山地区仅有昌黎凤凰山地震台和陡河地震台，1976年唐山大地震后测震台站建设逐步加强，1987年相继建成迁西等4个遥测子台，与唐山记录中心组成唐山遥测地震台网。经“十五”数字化改造和建设，目前唐山老震区测震台站达21个，其中含天津地区台站8个。根据河北省地震监测发展，结合唐山老震区地震台站建设及小震记录能力，将该区划分4个地震频度时段：1970—1986年、1987—1991年、1992—2001年、2002—2012年。

以ML1.0、ML1.5、ML2.0、ML2.5为震级下限，时间窗为1年，步长为1个月，对唐山老震区1970—2012年地震进行频度时序分析。由图2可见，1987年以来唐山老震区ML>2.5地震频度较为稳定，1991年以来ML>2.0地震频度较为稳定；1970—1986年，各震级年频度起伏变化不大，地震监测能力无明显提高，但由于制度、人为等不确定因素，唐山震区1986年前地震目录存在缺失现象（王想等，2013）；1987—1991年，ML≤1.5地震频度大幅增加，与中国地震监测资料评比标准开始实施，对地震编目提出了较为严格的要求，使得唐山震区小震漏报率降低有关；1991年ML≤1.5地震频度起伏大，与区域小地震活动有关（据目录显示，1991年5月唐山老区发生2次5级地震）；1992—2001年，ML2.0以上地震频度较为稳定；2002—2012年，ML1.5以下地震频度存在起伏波动变化，可能与该区地震监测能力提高有关（首都圈防震减灾示范工程建设中该区新建地震台3个）。

图2 唐山老震区不同震级下限地震频度时序曲线Fig.2 Frequency curves for different magnitude thresholds in Tangshan region

3.2 G—R关系分析

依据唐山老震区年频度时序分析，由震级—频度关系lgN=a－bM，初步确定不同时段偏离线性关系的震级下限和上限，通过同时变化震级上、下限，确定拟合标准差最小的震级下限和上限，从而确定不同时段唐山遥测地震台网的小地震监控能力（图3）。

图3 唐山老震区不同时段震级—频度关系(a)1970—1986年；(b)1987—1991年；(c)1992—2001年；(d)2002—2012年Fig.3 Magnitude-frequency relationships for different periods in Tangshan region

唐山老震区不同时段震级—频度关系见图3，偏离线性关系的震级下限和上限分别为ML2.0和ML5.0、ML1.6和ML5.3、ML1.1和ML4.8、ML1.0和ML5.0。不断调整Mmin和Mmax，由拟合最小标准差，得到唐山老震区小地震监控能力（表1）：①1970—1987年为ML2.0，与焦远碧等(1986)给出的华北地区测震台网监测能力一致；②1987—1991年为ML1.5；③1992—2001年为ML1.2；④2002—2012年为ML0.9。

表 1 唐山老震区不同时段G—R关系拟合b值和标准差Table1 b value and standard deviation fi tted by G-R relation with different magnitude thresholds in the Tangshan region

3.3 震级年频度分析

图4 唐山老震区不同时段各震级档年频度分布Fig.4 Annual frequency distribution map for the different magnitude scales in different periods in Tangshan region

对于某一构造带，若某震级段地震目录自某时段起基本完整，那么该震级段地震的年频度基本接近（黄纬琼等，1994）。对比唐山老震区各时段不同震级年频度分布，由年频度接近的震级段确定不同时段地震目录的最小完整性震级。

由图4可见，1987—1991年1.0≤ML≤2.6地震年频度明显高于1970—1986年的年频度，而两个时段内ML≥2.7年频度变化不大；1987—1991年和 1992—2001年ML≥ 1.8地震年频度变化不大；1970—1986年年频度最大值是ML2.0，1987—1991年年频度最大值是ML1.5。2002—2012年0≤ML≤1.5地震年频度明显高于1992—2001年的年频度，两个时间段内ML≥1.6年频度变化不大；1992—2001年最大年频度对应震级下限为ML1.0，2002—2012年最大年频度对应震级下限为ML1.2。总体来说，1970年以来唐山老震区ML≥2.7地震目录较为完整。

4 结论

对唐山老震区1970—2012年小地震目录完整性分析，发现1970年以来ML≥2.7地震目录较为完整，1970—1986年小地震监控能力为ML2.0，1987—1991年监控能力为ML1.5，1.8级以上地震记录较为完整，1992—2001年监控能力为ML1.2，2002—2012年监控能力为ML0.9。

因为唐山老震区地震活动的不稳定性，由年频度时序分析和地震台网发展划分的小震监测能力时间段具有一定局限性；全国小震目录与河北地震台网产出的地震目录存在差别，尚需对2002年前河北地震台网产出的地震目录进行整理分析。

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