2014年9月6日河北涿鹿4.3级地震分析

2015-11-27张杰卿刘双庆孙路强

华北地震科学 2015年2期

张杰卿，刘双庆，孙路强，李赫

（天津市地震局，天津 300201）

0 引言

2014年9月6日河北省涿鹿县发生4.3级地震，虽然震级不大，但影响范围较大，北京、天津、河北等地均有震感。据河北省地震台网测定，震中位于40.28°N，115.43°E。涿鹿地震发生在北京西北的延怀盆地中，发震构造正好位于延庆－矾山盆地北缘断裂的2条分支的交汇处（图1）。1995年此处曾发生过3.6 级地震，9 个月后，内蒙古包头发生6.4级地震。此次地震值得我们深入研究的原因：一是因为涿鹿4.3级地震打破了延怀盆地及其周边（39.8°～41.0°N，114.1°～116.1°E）自2005年8月31日河北蔚县3.4级地震后长达9年的ML≥4.0地震平静；二是因为该研究区域的中强地震可能对后续华北地区中强地震具有一定的指示意义。

1 地震地质背景

延怀盆地位于华北地区的北部，在地质构造上，该盆地位于山西裂谷系北端晋冀蒙盆岭构造区的最东端，由延矾（延庆—矾山）和怀涿（怀来—涿鹿）2个次级断陷盆地组成。依地震构造而论，本区位于NW－NWW 向燕山—渤海（张家口—蓬莱）地震构造带和NE－NNE向山西地震构造带交汇部位，区内的延（庆）—怀（来）盆地既是这2条重要地震构造带的交汇构造，也同时具有2条地震构造带的构造属性。盆地内历史上记录了4次6级以上强烈地震，分别为公元294年延庆东6级地震、1484年延庆东级地震、1337年怀来级地震和1720年怀来级地震［1］。可以说，延怀盆地是一个地震多发的“敏感地带”。

1970年以来，研究区域（39.8°～41.0°N，114.1°～116.1°E）内的中等地震活动一直持续不断（表1），尤其是1980—2000年这段时间，该区域内的中等地震活动较为活跃。前人的研究表明，延怀盆地4级以上的地震在空间上大都发生于盆地差异运动强烈的地段和新活动断裂或多组断裂的交汇处，显示出NE向断裂对该区地震的控制作用；中、小地震活动经常以震群形式出现，且大部分呈NE方向分布。这一地区地震震源深度一般较浅，多位于上、中地壳内，以5～15km 深度范围内居多［2］。图1给出了该区域1970年以来ML≥4.0地震的震中分布图。

表1 1970年以来研究区域内ML4.0以上地震

图1 1970年以来研究区域内ML≥4.0地震分布图

2 地震序列

至2014年10月6日，河北省数字测震台网共记录到ML≥0.0余震15次（图2），余震次数较少，余震序列各级地震频次如下：ML1.0 地震11 次，ML1.0～1.9地震1次，ML2.0～2.9地震2次，最大余震为发生在2014年9月18日的ML2.8级地震。9月6日4.3级主震释放能量占全序列能量的99.9% ，主震与次大地震震级差ΔM＝2.0，该地震序列属主震—余震型。

图2 涿鹿4.3级地震M－t图

3 震源机制与视应力

研究表明，一个地区的活动构造和区域应力场特性决定了该区的断层活动方式，进而影响其构造地震活动性；构造地震的震源机制解包含了发震断层面解、发震应力场P、T、N 轴等参数，可反映研究区域构造应力场和构造运动特征，是进一步探讨断层和块体的运动特性、构造变动样式和动力来源的重要资料。根据天津地震台网提供的地震波形数据，利用P波初动符号方法［3］得出涿鹿4.3级地震的震源机制解（图3），震源机制解的各项参数见表3。从表3和图3可以看出，这次地震的主压应力方向为近EW 向，主压应力轴P 轴的倾角较小，为25°，2个节面的走向分别为NW 和NE 向，其中节面Ⅱ的走向与延庆－矾山盆地北缘断裂带的走向大致吻合，节面Ⅱ的倾角较大，为69°。涿鹿4.3级地震的断层错动方式以走滑为主，与华北地区整体压应力场方向基本一致［4］。

表3 2014年9月6日涿鹿4.3级地震震源机制解（°）

图3 涿鹿4.3级地震震源机制解

视应力是平均应力下限值的一个估计［5］，定义为：

式中，μ为震源区介质剪切模量，通常取μ＝3.0×104MPa；ES和M0分别为地震波辐射能量和标量地震矩。ES与M0之比表示单位地震矩辐射出的地震波能量。σapp值越高，震源区应力水平越高。但是，已有研究表明，视应力与震级呈正相关［6］。因此，扣除震级影响才能还原真实的应力水平。我们通过基于经验模型给出的多台联合计算方法［7］得到涿鹿4.3级地震的视应力为1.7 MPa，消除震级的影响因素后，最终结果为其视应力水平较低。

4 地震活动异常分析

2014年9月6日河北涿鹿4.3 级地震打破了研究区域自2005年8月31日河北蔚县3.4级地震后长达9年的ML≥4.0地震平静［8－9］。

涿鹿4.3级地震发生在2011年12月24日至2013年11月27日晋冀交界形成的ML≥2.7中短期空区的边缘（图4），其震级水平与同期小震平均震级2.5左右相比要高出2.3级，符合显著地震的异常定义［10］。

图4 晋冀交界ML≥2.7中短期空区以及涿鹿4.3级地震震中

从震例回溯情况看，我们统计了1970年以来研究区域内ML≥4.0地震与后续华北地区MS≥5.5对应地点以晋冀蒙交界和冀鲁豫交界2个区域为主（图6）。统计结果还表明，对应的后续华北地区MS≥5.5中强地震如果分布在冀鲁豫交界这个优势区域，则两者发震的时间间隔比较短，在2～3个月左右；如果对应的后续华北地区MS≥5.5中强地震分布在晋冀蒙交界这个优势区域，则两者发震的时间中强地震的对应情况（表4）。结果发现，两者在2000年以前对应关系比较好（图5）。研究区域内ML≥4.0地震对应的后续华北地区MS≥5.5中强地震发震时间间隔最短为2个月，最长为23个月；间隔稍长一些，在7～9个月左右，这个区域对应的地震是最多的。两者发震时间间隔最长的是20～23个月，这2次对应的后续华北地区MS≥5.5中强地震，一次发生在江苏溧水，离延怀盆地ML≥4.0地震震中距离比较远，另一次发生在山西阳高，强度比较大，为双震。

表4 1970年以来研究区中等地震与后续华北地区中强地震的对应关系

图5 研究区中等地震与后续华北地区中强地震时间对应关系图

2000年以后，研究区域内也发生过3次ML≥4.0地震，但后续华北地区都没有发生MS≥5.5中强地震，这可能与2000年至今华北地区地震活动整体水平不高有一定的关系。尽管如此，2003年8月16日内蒙古巴林左旗发生了5.9级地震，该地震位于华北地区的外缘，与2002年8月31日河北怀来3.9级地震相对应，两者时间间隔为1a；2006年7月4日河北文安发生了5.1级地震，与2005年8月31日河北蔚县3.4级地震相对应，两者时间间隔也是1a。这2次对应的中强地震虽然一次是在华北地区外缘，另一次震级水平没有超过5.5级，但与研究区域内ML≥4.0地震的发震时间间隔都为1a。