大同盆地与晋冀蒙三省交界地区在区域中强地震前b值时间变化特征浅析

张登科

(山西大同市地震局，山西 大同 037008)



大同盆地与晋冀蒙三省交界地区在区域中强地震前b值时间变化特征浅析

张登科

(山西大同市地震局，山西 大同 037008)

利用晋冀蒙三省交界地区1972—2000年地震资料 ，用最小二乘法进行b值时间扫描计算 ，研究得出晋冀蒙三省交界区b值背景值在0.263～0.861之间，平均值为0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之间，平均值为0.493。区域发生的中强地震与2个研究区的b值时序曲线异常有4种对应关系。在研究时段内的几个震例中，地震与b值的时间关系以先高值异常，异常结束后发震为主要特征。

晋冀蒙三省交界地区；b值；时间扫描

0 引言

b值是震级和频度关系式中的比例系数，代表一定区域内不同大小地震频数的比例关系。近年来，随着对b值研究的深入和应用范围的扩大，b值在地震预测方面的作用逐渐显现出来。如陈学忠等[1]研究认为，中国大陆地震活跃期的b值比地震平静期的b值明显低；蔡静观等[2]讨论了b值作为地震学的常规方法，认为某些地区低b值异常对应地震较好，而有些地区却是高b值异常对应较好。该文将晋冀蒙三省交界地区1972—2000年的地震资料进行整理，分成大同盆地与晋冀蒙三省交界区2个研究区进行b值时间扫描，将扫描结果与区域内发生中强地震间的关系进行探讨分析，得出中强地震前2个研究区的b值变化规律。

1 研究区地震活动概况

晋冀蒙三省交界区(38°～42°，110°～116°)位于山西构造带与阴山—燕山构造带的交汇部位，受两大地震带的双重作用，具有发生强震的构造条件，历史上中强地震活跃。大同盆地(39°～41°，112°～114.5°)总面积约120 km2，在上个世纪八九十年代中强地震活跃，是晋冀蒙三省交界区(以下简称三省交界区)的应力敏感区。

上世纪七十年代到世纪末，三省交界区的地震活动具有显著的活跃与平静交替的时间特征。活跃时段为5级以上地震最大时间间隔在两年之内，平静时段以连续3年未发生5级以上地震，按此标准，划分为四个相对活跃时段和四个相对平静时段，各时段内的地震活动情况如表1所示。

表1 晋冀蒙三省交界区地震活动活跃时段和平静时段划分

2 数据与研究方法

b值是由地震目录用统计方法计算的，与目录资料的完整性、可靠性、样本的起始震级等都有一定的关系。在统计计算b值前，采用K-K法[3]对三省交界区1972-2000年ML≥5.0地震进行删除余震处理。采用“震级—序号法”[4]得到研究区目录的最小完整性震级。

2.1 地震目录的最小完整性震级确定

采用“震级—序号法”，按地震发生的先后排序，考察不同震级的地震数密度分布来定性分析MC，地震数密度较大的位置对应的震级即是最小完整性震级。使用地震序号而不是地震发生时间，可避免“丛集事件”的影响[5]。选取三省交界区1972-2000年地震事件，采用K-K法删除余震后，用“震级—序号法”计算出该地区的最小完整性。由图1可知，1970-1989年主要集中在2.0～2.4级之间；1990-2000年，M≤2.0地震明显增多，主要集中在1.1～2.0级之间，1970-2000年，三省交界区目录的最小完整性震级MC可以选为2.0级，与该区域的地震监测水平基本相符。

图1 1970-2000年晋冀蒙三省交界区地震事件的震级一序号图Fig.1 Magnitude-Number chart of earthquake events in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1970 to 2000

2.2 b值时间扫描

G—R关系是统计地震学中最基本的定律之一，表明地震震级和频次之间的关系。古登堡发现在一定的震级区间，其频度N与震级M有如下关系：

LogN=a-bM。

在这个经验公式中，a和b是2个参数，可根据一定地区、时期的地震目录用统计方法计算。文中b值时间扫描采用线性最小二乘法，考虑以下几点影响因素：一是台网地震监测能力；二是研究区最小完整性震级的确定；三是所采用的地震目录时间尺度；四为合理的时间窗、空间窗及相应扫描步长的确定。

3 b值背景

把研究区不同时段的b值均值作为当时该区的b值背景值，对1972-2000年三省交界区、大同盆地b值时间扫描得出，三省交界区b值背景值在0.263～0.861之间，平均值为0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之间，平均值为0.493。地震活跃时段的b值比平静时段的要相对高些，大同盆地b值背景值高于三省交界区的(见图2、图3)。

图2 晋冀蒙三省交界区1972-2000年b值时序曲线Fig.2 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1972 to 2000

图3 “大同窗口”1972-2000年b值时序曲线Fig.3 Time-sequence curve of b value in “Datong Window” from 1972 to 2000

4 大同盆地与晋冀蒙三省交界区b值时序曲线分析

(1) 1976年4月6日内蒙古和林格尔6.3级地震。

1972-1976年，大同盆地 b值均值高于三省交界区的(见第13页图4、图5)，二者b值时序曲线有相对一致的时段(1972年-1974年11月)，此时段三省交界区处于1970年以来的第一平静时段，无5级以上地震发生。二者b值相对一致性较高，1972年都出现高值异常，持续时间为1～1.5个月；1973、1974年的前4个月，b值都位于相对高值，后8个月都位于均值线下的相对低值。1974年12月至震时为b值时序曲线形态完全不同的时段。三省交界区b值的时间变化过程是“高值—低值—高值—低值发震”，大同盆地则是“低值—高值—低值—高值发震”，二者的变化过程截然相反。和林格尔6.3级地震前，三省交界区b值异常主要表现为震前4个月出现持续几天异常高值，高值结束3个月发震。大同盆地则为震前1年内出现2次异常高值，各持续约2个月，在第二次异常高值处发震。

图4 内蒙古和林格尔6.3级地震前晋冀蒙三省交界区b值时序曲线Fig.4 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Helingeer 6.3 earthquake in Inner Mongolia

图5 内蒙古和林格尔6.3级地震前大同盆地b值时序曲线Fig.5 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Helingeer 6.3 earthquake in Inner Mongolia

(2) 1981年8月13日内蒙古丰镇5.8级地震。

1981-1983年的第二活跃时段，三省交界区发生内蒙古丰镇5.8级地震，图6、图7为地震前2个区域的b值时间变化过程。大同盆地的b值均值更低些。1980年11月即震前9个月，二者的b值都从均值线处快速升到异常高值，三省交界区的异常高值持续2个半月，大同盆地的持续3个月，之后迅速下降，到均值线以下时发震。内蒙古丰镇5.8级地震前，2个区域b值异常主要表现为震前9个月出现持续约2～3个月的b值高值异常后，快速降到相对低值，在低值处发震。

(3) 1989-1991年大同—阳高地震。

内蒙古丰镇5.8级地震后7年，三省交界区中强地震相对平静。在第三活跃时段，大同—阳高一带发生一系列5级以上地震(统称为大同—阳高地震)。三省交界区与大同盆地b值时序曲线具有准同步特征(见图8、第14页图9)，整个变化过程都经历2次高值异常，1989年大同—阳高地震时都处于相对低值异常。1991年大同—阳高地震前，2个区域的b值经历一次高值异常变化过程，震时b值又同处于均值线以上。三省交界区b值高值异常出现在震前12个月，持续1个月；大同盆地的则在震前9个月，持续1个半月。此变化过程说明了二者处于相似的应力状态。

图6 内蒙古丰镇5.8级地震前晋冀蒙三省交界b值时序曲线Fig.6 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Fengzhen 5.8 earthquake in Inner Mongolia

图7 内蒙古丰镇5.8级地震前大同盆地b值时序曲线Fig.7 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Fengzhen 5.8 earthquake in Inner Mongolia

图8 1989年、1991年大同—阳高地震前晋冀蒙三省交界b值时序曲线Fig.8 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Datong-Yanggao earthquakes in 1989 and 1991

图9 1989年、1991年大同—阳高地震前大同盆地b值时序曲线Fig.9 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Datong-Yanggao earthquakes in 1989 and 1991

(4) 1998年1月10日河北尚义6.2级地震。

1998年河北尚义6.2级地震前，2个区域的b值时序曲线如图10、图11所示。1996年，b值同时出现异常高值，三省交界区的于震前18个月出现并持续3个月，结束后的14个月发震，发震时b值正常；大同盆地则于震前15个月出现先高值后低值的异常变化过程，高值异常持续几天，低值异常持续1个月，异常结束后10个月发震，地震时b值正常。

图10 河北尚义6.2级地震前晋冀蒙三省交界b值时序曲线Fig.10 Time scanning curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Shangyi 6.2 earthquake in Hebei

图11 河北尚义6.2级地震前大同盆地b值时序曲线Fig.11 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Shangyi 6.2 earthquake in Hebei

(5) 1999年3月11日河北张北5.6级地震。

1998年河北尚义6.2级地震后14个月，三省交界区再次发生1999年河北张北5.6级地震。 1996-1997年，b值受1998年6.2级地震的影响不再作分析。1998年3月至震时，三省交界区与大同盆地b值时序变化都经历一次高值异常。三省交界区的异常出现在震前7个月，持续1个半月，地震时，b值略低于高值异常标准线的相对高位；大同盆地高值异常出现在震前近4个月，持续3个月，地震时，b值略低于高值异常标准线的相对高位(见图11、图12)。

(6) 1999年11月1日大同—阳高5.6级地震。

1999年11月1日大同—阳高5.6级地震前，三省交界区与大同盆地b值时序曲线表现形态基本相似(见图12、图13)。地震前半年，b值均处于均值线下的相对低值，震前2个月，迅速下滑，在出现低值异常时发震。

图12 河北张北5.6级、大同—阳高5.6级地震前晋冀蒙三省交界b值时间扫描曲线Fig.12 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Zhangbei 5.6 earthquake in Hebei and Datong-Yanggao 5.6 earthquake

图13 河北张北5.6级、大同—阳高5.6级地震前大同盆地b值时序曲线Fig.13 Time variation characteristics of b value variation in Datong Basin before Zhangbei 5.6 earthquake in Hebei and Datong-Yanggao 5.6 earthquake

5 结语

由上述分析得出：

(1) 1972年以来，三省交界区b值背景值在0.263～0.861之间，平均值为0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之间，平均值为0.493；大同盆地b值背景值高于三省交界区的；地震活跃时段的b值比平静时段的要高。

(2) 区域发生的中强地震与2个研究区的b值时序曲线异常有4种关系：高值异常时发震；先高值异常，异常结束后发震；先高值异常，后低值异常，异常结束后发震；震前无异常，低值异常出现同时发震。在研究时段内的震例，地震与b值的关系主要以先高值异常，异常结束后发震为主。

(3) 研究时段内，三省交界b值异常多出现在震前4～18个月，大同盆地多出现在震前4～15个月。同一地震前，2个研究区b值时序曲线出现异常的起始时间较为接近，相差多在3个月以内。

(4) 研究时段内发生的多次大同—阳高地震前，2个研究区的b值异常形态较一致。

山西省地震局王霞工程师为本文提供了计算程序，在此深表感谢！

[1] 陈学忠，吕晓健，王慧敏.中国大陆地震活跃期和平静期的b值与地震趋势研究[J].地震,2001,21(1):59-62.

[2] 蔡静观，许昭永.b值空间扫描图像场源关系初探[J].华南地震,1999,19(1):16-21.

[3] Keilis-Borok V I,Knopoff L.Bursts of aftershock of strong earthquakes[J].Nature，1980，283(P5744)：259-263.

[4] 王 霞，宋美琴，李 丽，等.山西地区不同时段地震目录最小完整性震级研究[J].山西地震，2014(2)：82-87.

Time variation characteristics of b Value before Regional Medium Strong Earthquakes in Datong Basin and Juncture Area of Shanxi,Hebei and Inner Mongolia

ZHANG Deng-ke

(Earthquake Administration of Datong City, Datong, Shanxi 037008, China)

By using the earthquake data in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1972 to 2000, time scanning of b value is calculated by least square method. The study shows that the b value of background value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces is between 0.263-0.861, the average value is 0.429. And the b value of background value in Datong Basin is between 0.229-0.931, the average value is 0.493. Regional medium strong earthquakes and time-sequence curve anomalies of b value in the two regions have 4 corresponding relations. Several examples in the study period indicate that the relationship of earthquake and the b value is high value anomaly before earthquake.

Juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia; b value; Time scanning

1000-6265(2016)04-0011-05

2016-03-19；

2016-08-17

张登科(1976— )，女，山西大同市人。2005年毕业于南开大学，工程师。

P315.6

A