晋冀蒙交界地区小震围空图像分析

张素欣，郭　蕾，宫　猛，王亚茹，王　想

(河北省地震局，石家庄　050021)



晋冀蒙交界地区小震围空图像分析

张素欣，郭蕾，宫猛，王亚茹，王想

(河北省地震局，石家庄050021)

摘要：通过对晋冀蒙交界地区小震动态图像扫描识别，发现该区存在3个相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空区。通过对该区的构造背景、空区特性、演化过程以及震例进行分析，来综合判定空区的危险性。结果表明，ML2.0地震空区分别被打破已经8个月和18个月，表明其已失去对中强地震的短期预测意义，ML3.0空区可能为孕震空区，对晋冀蒙交界地区的中强地震具有一定的预测意义。

关键词：晋冀蒙；小震围空；预测意义

0引言

Fedotov等[1]研究日本—千岛群岛—勘察加弧一带M≥4浅源地震震源区的空间分布特征，发现这些强(大)震震源区基本上连续分布，认为强(大)震震源区之间的间隙是未来强震最可能发震的区域，并将这种间隙称为地震空区。之后，地震空区便成为预报大地震的一种有效方法。早期，地震空区理论在板块边缘地震带上，尤其是在环太平洋地震带上得到了广泛应用，随后该方法逐渐扩展到大陆地区(板内区)。自70年代开始，我国一些研究者分别对华北、西北和西南等地区的强震分布特征进行分析，并应用地震空区方法从事中长期地震预测，积累了一系列的研究成果[2-4]。Mogi[5]将地震空区划分为2类：一类是地震带上大地震震源区分布的空段；另一类是地震活动区带上震级较小的空区[6]。我国大陆出现的地震空区基本都属于第二类空区，多数强震的震例总结表明强震前往往出现地震空区现象[6-9]。

晋冀蒙交界地区位于京西北盆岭活动构造区的北部，是山西断陷地震带和张家口—渤海地震带的交汇部位(图1)，近年来一直被中国地震局划定为危险区进行重点震情跟踪。该区自1998年1月10日张北M6.2地震以来，没有发生过M6以上地震；且自1999年3月11日张北M5.6地震以来，没有发生过5级以上地震。河北及京津地区自2004年之后地震活动进入相对平静阶段，2006年文安地震的发生没能改变整体平静的格局。2013年1月1日至2014年9月5日河北及京津地区出现ML3.6地震相对平静现象，在此期间只有唐山老震区发生1次ML3.6以上地震。河北及京津地区ML3.6地震相对平静20多个月后，于2014年9月6日河北涿鹿发生ML4.8地震，之后又持续平静。在地震异常平静背景下，晋冀蒙交界地区出现了3个相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空区现象，这些空区的出现对地震预测有何指示意义？本文将结合区域的构造背景、地震空区特性、演化过程以及震例分析结果，来综合判定晋冀蒙交界地区地震空区的预测意义。

1地震围空区的构造和空区概述

1.1　晋冀蒙交界地区构造与历史地震

晋冀蒙交界地区地质构造复杂，浅部存在活动断层，深部存在大断裂，中下地壳低速体有起伏，居里等温面呈现隆起现象，具有孕育强震的深浅部构造环境，存在发生强震的构造背景和历史地震破裂空段[10-11]。该区存在多条晚更新世以来的活动断层，表1给出了图1所示河北省范围内几条主要活动断层的性质及断层周边的中强地震活动。其中，1673年6.5级和1981年M5.6地震发生在口泉断裂，1484年M6.8、1337年M6.5和1720年M6地震，以及1957年M5.4和1338年M5.0地震发生在延怀盆地的边缘断裂[12-14]。

表1　研究区河北省范围内活动断裂性质及历史地震

注：数字1～6表示具有代表性的活断层；蓝色实心圆圈为有记录以来6级以上地震震中位置图1　晋冀蒙交界区地貌、断层展布和历史震中分布图

1.2　空区概述

自2010年以来，在晋冀蒙交界地区形成3个相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空区(图2)，图中，蓝色的长轴约200 km的横向扁圆为2级地震空区，其围空地震颜色为蓝色的圈，围空的第一个地震为2010年10月9日ML2.7地震，空区被2014年5月8日ML2.0地震打破，1980年以来空区内曾发生过4级多地震(图3a)；红色的圆圈为ML3.0地震空区，围空地震颜色为红色圈，空区长轴约200 km，围空的第1个地震为2009年6月14日内蒙古和林格尔县ML3.0地震，空区内至今仍然没有3级以上地震发生(图3b)，空区边缘曾发生过1998年1月10日张北M6.2地震；黑色的圆形表示ML2.0地震空区，其围空地震为黑色圈，直径约180 km(图3c)，围空的第一个地震为2014年4月5日内蒙丰镇ML2.4地震，空区被2015年4月13日河北宣化ML3.2地震打破。

图2　 ML2级、ML3级地震空区

2空区性质分析

为方便讨论，我们约定蓝色的横向扁圆型ML2.0地震空区为第1个空区，红色的NE向的ML3.0地震空区为第2个空区，黑色的圆形ML2.0地震空区为第3个空区。

图3　3个地震空区1980年以来的M-T图

第1个ML2.0地震空区的围空地震共有10个，该空区共持续805天。如图3a所示，空区内自1980年以来小震活动活跃，特别是1996—2001年强度较大，最大达到ML4.0。空区被2014年5月8日2.0级地震打破后，于2014年11月19日在内蒙古和林格尔发生ML2.4地震。自2014年5月18日2.0级地震以来，已经过去1年多，空区及其附近地区没有发生5级以上地震，参考该空区内历史地震强度水平，分析认为该空区已经失去对中强地震的预测意义。

第2个ML3.0地震空区的围空地震共有12个，到目前为止空区持续发展，历时已近6年多。如图3b所示，空区内自1980年以来小震活动持续，1998年张北地震前的1994—1995年，ML3.0地震平静时间大约2年多，1996—1997年小震增多，1998年发生了张北M6.2地震。利用Mapsis提供的判定空区是否为孕震空区的方法，计算了该空区与邻近区域的地震应变及空区外部与内部频次比(图4)，图中空区外内频数(黑色曲线)显示，与1985年前后2年的外内频数比值相比较，该空区形成前(1996—2000年)的值高约2.5倍。从空区外围累积应变能(粉色曲线)显示，2000年之后出现一个加速现象，结合图3b给出的地震时间分布信息，综合分析认为该空区对中强地震具有一定的预测意义。

图4　空区外内频数比及外围累计应变能

第3个ML2.0级地震空区边缘的围空地震共有10个，空区持续1年72天后被2014年5月8日ML2.0地震打破。如图3c所示，空区内自1980年以来小震活动活跃，特别是该空区包括张北M6.2老震区。本次空区内的平静时段是1980年以来最长的一段，在该空区被打破后的7个月内已发生4次2级以上地震，到目前为止仍没有发生5级以上地震。因此认为，该空区对中强地震的预测意义不大。

图5　1978年5月1日到1981年7月31日3级地震分布图

3空区的预测意义

孕震空区内地震平静是由主震破裂之前出现的短时间内的地震活动性降低所造成的。近年来，我国学者[15-16]通过研究一些地震震例后指出，多数震例中的区域地震活动性增强并不延续到主震发生时刻，在震前会出现一段明显的地震平静时段，这是一种短期或中期向短期过渡的预报指标；同时，震例分析表明，从活动性增强到主震发生大致有2种地震活动方式:一种是活动性增强─平静─主震发生；另一种是活动性增强─平静─前震活动─主震发生。

郁曙君[17]研究了1970—1995年山西地震段北段(38°～41°N，111°～114°E°)5级以上地震，发现研究区5级以上地震发生前， 震区地震活动均出现减弱现象，并勾画出50 km范围内ML2.0以上地震年频度小于4的空区。 其中，1974年在和林格尔震中附近呈现空区现象，1975年空区地震活动水平突然升高，1976年4月6日和林格尔发生M6.2地震。

为了分析空区的预测效能，我们扫描了1981年8月13日内蒙古丰镇M5.8地震前震中附近ML3.0以上地震空间分布图像，发现在丰镇M6.1地震前，震中区域自1978年6月1日到1981年7月31日之间形成了长轴长度约220 km的ML3.0地震空区，围空边缘的地震主要有10个(图5)。从该空区的M-T图(图6)可发现，1970年以来空区内除1972年外，每年都有ML3.0以上地震发生。从1978年4月24日山西左云县ML3.0到1981年8月13日内蒙丰镇5.8级地震，空区ML3地震平静了3年多，之后空区直接被丰镇5.8级地震打破。

图6　1970年以来空区内ML3级地震M-T图

第1个2级地震空区持续了2年多后，被2014年5月8日山西右玉ML2.0地震打破，自空区被打破至今已经有1年多的时间，在空区附近及邻区仍没有发生中强地震；第2个3级地震空区异常持续，边缘最近的一次地震是2015年5月20日山西天镇ML3.1地震，距离现在已经过去5个多月，按照丰镇地震和张北地震前的空区现象，认为该空区对空区及邻区的中强地震仍具有一定的预测意义；第3个2级地震空区持续1年72天后，被2015年4月13日河北宣化ML3.2地震打破，自空区被打破至今的7个月内已发生了4次2级以上地震。郁曙君[17]的研究区域位于晋冀蒙交界地区，其震例的研究成果与本文识别的空区具有较强的可对比性。从时间上来看，如果空区周围小震增多，那么1年内空区附近发生强震的可能性增大；从空区范围大小比较，本文识别的空区长轴在180～200 km，如果再考虑第2 个空区所涉及的范围，那么其空区范围与丰镇M5.8地震前的空区大小基本相当。因此，分析认为晋冀蒙交界地区空区存在孕育中强地震的可能。目前ML3地震空区已经平静了7年多，鉴于丰镇地震前震区的空区没有被小震打破，而是在空区平静了3年多后直接发生了M5.8地震，因此晋冀蒙交界地区存在发生强震的危险性。

4结论

晋冀蒙交界地区位于山西地震带与张家口—渤海地震带的交汇部位，历史上是强震的高发地带，具有孕育强震的构造环境。该地区自2010年以来形成了3个相互交叉的ML2和ML3级地震空区，依据以往本区地震活动特征以及震例研究结果，分析认为这两个ML2地震空区对空区及其邻区中强地震的预测意义不大，ML3地震空区对空区及其附近地区的中强地震具有一定的预测意义，应结合其他手段和预测技术加强空区及其邻区的震情跟踪。

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Seismic Gaps Formed by Small Earthquakes in the Joint Area of

Shanxi, Hebei, and Inner Mongolia

ZHANG Su-xin, GUO Lei, GONG Meng, WANG Ya-ru, WANG Xiang

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 250021, China)

Abstract:Using dynamic image scanning recognition on small earthquakes in the joint area of Shanxi, Hebei, and Inner Mongolia, we find 3 seismic gaps including 2 ML2.0 seismic gaps and 1 ML3.0 seismic gap which crosses each other. The structural background, characteristic, evolutionary process, and the earthquake cases are analyzed to judge moderate and strong earthquake risk in the gap in the future. The result shows that the two ML2 seismic gaps had been broken for 8 months and 18 months respectively which indicate that they have no significance to moderate and strong earthquake forecasting, while the ML3 seismic gap may be an earthquake preparation gap that has certain significance to moderate and strong earthquake forecasting in the area.

Key words:the joint area of Shanxi, Hebei, and Inner Mongolia; seismic gap formed by small earthquakes; forecasting significance

作者简介：刘其寿(1973—)，男，福建三明人，高级工程师，主要从事地震监测预报工作.E-mail:lylqs@163.com

收稿日期:2015-05-19

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2015.04.010

中图分类号:P315.62

文献标志码:A

文章编号:1003-1375(2015)04-0054-05