唐山老震区40年地震时空演化特征分析

张素欣， 王晓山， 陈 婷， 宫 猛， 单连君

(河北省地震局，河北 石家庄 050021)

唐山老震区40年地震时空演化特征分析

张素欣， 王晓山， 陈 婷， 宫 猛， 单连君

(河北省地震局，河北 石家庄 050021)

基于唐山老震区40年的小震目录，利用传统的余震时序分析法，分析了余震序列的时间演化特征；依据强度分级原则，分析了不同强度的地震空间图像的时间演化特征。基于小震目录，分析了1996年以来的小震密集图像特征。参考多年来唐山地震的研究成果，对余震时空演化特征与构造关系进行了深入分析。结果表明：1976年唐山7.8级地震的余震序列，随着时间推移，其地震强度逐步减弱，地震频度逐渐降低；余震强度的起伏明显，主震发生后36年仍有5.0级地震发生；地震空间分布图像在1996年前后具有明显的差异分布特征。

唐山大震；余震序列；时空演化

0 引言

唐山老震区的地震活动自1976年7.8级地震以来已经持续了40年。纵观40年来小震活动在时间序列和空间分布的图像，唐山余震序列衰减基本正常，余震强度随时间逐渐减弱，频度也逐渐降低，地震序列在主震发生后2年内快速衰减，强度衰减到ML5.0级以下。但序列衰减持续时间长，强度起伏大，5.0级平静持续10多年后，于1991年和1995年分别发生强度较大的5.6级和5.4级地震；之后又平静了10多年，于2012年5月28日发生ML5.2地震，该现象是大震衰减40年少有的情况。1976年唐山7.8级地震以来，老震区共发生ML4.0以上余震963次，其中5.0级以上97次，5.0级以上地震绝大部分发生在1984年1月7日之前，1984年1月8日以来的32年间共发生ML5.1以上地震4次。1991年5月29日ML5.2、5月30日ML5.6和1995年10月6日ML5.4，这3次地震均发生在7.8级地震震中附近，而相隔10多年的2012年5月28日ML5.2地震则发生在唐山—古冶断裂的东北端部，且震源深度较深。ML4.0以上地震空间分布随时间演化图像显示，地震空间分布图像在1996年前后具有明显的差异分布特征，主要表现为：①唐山7.8级地震震中附近20年以来没有发生4.0级以上地震；②唐山—古冶断裂东北端呈现4.0级地震密集图像；③1976年滦县7.1级地震震中南部也呈现相对密集现象。

按照唐山主震和其触发的滦县和宁河地震[1]以及余震的分布情况，唐山老震区基本上覆盖唐山7.8级、滦县7.1级和宁河6.9级地震的小震密集区，1976—1995年余震在唐山老震区广泛分布，1996年以来小震活动存在向东转移的迹象，主要集中在唐山—古冶断裂的东北端部。这种现象对未来地震危险地点和强度是否具有指示意义？本文基于不同震级分档的地震空间图像的时间演化特征进行分析，并参考多年来有关唐山地震的研究成果，对余震时空演化特征与区域构造特征相结合，分析该地区未来的地震危险性。

1 唐山7.8级地震及其序列概况

1976年7月28日唐山7.8级大地震发生在近EW向阴山—燕山南缘活动构造带与NNE向华北平原活动构造带交汇处菱形块体内部的NE向唐山断裂带上[2-3](唐山断裂带包括陡河断裂、唐山—巍山—长山南坡断裂和唐山—古冶断裂)，其为倾向NW的逆右旋走滑断层[4]。唐山主震破裂面是N30°E的震源机制解节面[5]。主震造成的破裂很快触发了相邻断裂段上的3次强震[2]，主震后约3.5小时和15小时，分别在蓟运河断裂和滦县—乐亭断裂上发生了宁河6.2级和滦县7.1级地震(图1)，滦县7.1级地震的破裂面为N25°E的节面。1976年11月15日，即主震后大约3.5个月，在主震破裂的南西延伸断裂部位发生了天津宁河 6.9 级地震[1]， 它们与主震破裂共同构成了一次复杂的板内地震破裂序列[6-9]。大量余震发生在主破裂面附近，尤其集中在主破裂端部，在端部形成与主破裂面偏离80°左右的2个扩展分支，即蓟运河断裂和滦县—乐亭断裂[10]。

39 香河—宝坻断裂；56 卢龙断裂；57 滦县—乐亭断裂；58 榛子镇断裂；59 陡河断裂；60 唐山—巍山—长山南坡断裂；62 宁河—昌黎断裂；63 蓟运河断裂；65 沧东断裂；66 柏各庄断裂图1 唐山地震余震分布范围示意图

图1为1976年7月28日—1977年12月31日期间ML4.0以上的地震分布图，红色实心圆从上向下分别为1976年滦县7.1级、1976年唐山7.8级、1976年宁河6.2级和6.9级地震，地震的空间分布范围基本厘定了余震的范围，小震活动在空间上沿唐山7.8级地震的发震断裂——唐山—古冶断裂、滦县7.1级地震的发震断裂——滦县—乐亭断裂和宁河6.9级地震的发震断裂——蓟运河断裂分布。唐山7.8级地震余震丰富，40年以来，其余震序列衰减基本正常，其强度逐渐减弱，频度呈现逐渐减小的趋势，但地震强度衰减较慢且存在起伏，1991年和1995年发生了唐山7.8级地震快速衰减后10多年来强度最大的地震，2012年5月28日又发生了ML5.2地震。

2 老震区小震图像时空演化特征分析

2.1 余震时间序列分析

1976年7月28日唐山7.8级地震以来共发生ML4.0～4.9地震884次，5.0级以上地震97次。利用传统的余震时序分析法对唐山地震序列进行余震强度和发震时间间隔分析(图2)。

图2 唐山老震区ML 4.0以上余震时序和发震时间间隔图

图2a显示，主震初期余震衰减很快，2年内基本衰减到5.0级以下，属于正常的衰减过程。随着时间的推移，余震强度逐渐降低，但衰减速率较慢，1991年以来强度起伏较大，老震区在5.0级地震平静5年半的背景下，1991年5月29日和30日分别发生了5.2级和5.6级地震。之后又平静了4年多，于1995年10月6日发生了5.4级地震。在唐山地震发生36年后的2012年5月25日又发生了ML5.2地震。余震强度衰减较慢的现象在板缘地震中几乎是不存在的，在板内地震也是很少见的；而唐山地震属于板内地震，存在余震强度衰减较慢的少见现象。图2b显示，4.0级以上的余震发震时间间隔随时间的推移起伏较大，最大发震时间间隔也逐渐加大。

2.2 4.0级以上余震图像演化

依据板内地震的衰减规律，其强度逐渐降低，发震时间间隔随时间推移在不断加长，需要反复作图对比分析。本文选取不同的震级(ML4.0、1.5和5.0)通过逐月作图，分析小震空间活动图像，经过反复调整窗长，对比频度、强度综合分析，确定了作图的时间窗长(图3)。所得图像具有一定的可对比性和代表性，能够反映图像随时间的演化特征。主震发生后到1977年12月31日的早期图像显示，余震丰富，活动强烈，空间分布广泛，几乎覆盖了菱形块体内的唐山断裂(图3a)。1978年1月1日至1980年12月31日3年的余震活动图像，总体上看余震分布在唐山7.8级、滦县7.1级和宁河6.9级3个不同震源区的较小范围内，频度明显大幅降低，但主震7.8级震中以南的附近区域基本没有4.0级以上地震(图3b)。1981年1月1日至1985年12月31日5年的地震图像与其之前的3年图像相比，地震活动明显减弱，频度降低，但空间分布仍位于3个地震的附近区域，滦县地震震中附近地震活动明显高于宁河地震震中附近区域(图3c)，这种地震分布图像格局到1995年大约持续了15年(图3d)。1996年1月1日至2015年12月31日的余震图像与之前的图像比较，发生了明显的空间变化，20年间的地震活动虽然衰减明显，但空间上主要集中在老震区东部的2个区域，一个是滦县7.1级地震附近，另一个位于7.8级地震发震断裂的东部端点，且呈线性有序排列(图3e)。2012年5月28日的ML5.2地震就发生在该区域，与序列强度衰减趋势相比震级明显偏高，是在老震区5.0级地震平静17年背景下发生的。综上所述，唐山7.8级地震发震断裂的东部端点区域新形成的小震有序分布，加之2010年的4.8级地震、2012年5.2级地震均发生于此，表明该局部区域地壳应力水平较高。

注：图e中的绿色实心圆从下向上分别表示宁河6.9、唐山7.8和滦县7.1级地震

2.3 小震图像

1996年1月1日—2015年12月31日1.5级以上小震的震中分布图显示(图4)，在唐山断裂东部端点存在NE向密集带，经实地考察得知该处存在一条NE向的徐家楼—王喜庄断裂，这与刘亢等的研究结果——“小震时空分布特征揭示出古冶东侧新出现一个近NNE向的小震密集带，2000年以后逐渐密集成带”是一致的[11]。

对唐山断裂东部端点NE向1.5级以上地震密集部分(图5c选中部分)进行时间尺度的定量分析，所用数据资料从1981年至2016年。1992年之前受7.8级主震的影响，4.0级以上地震年平均1次/年(图5a)，ML3.0以上地震年平均约7次/年(图5b)；1993—1997年4.0级以上地震活动较弱，5年发生2次4.0级以上地震；2002年以来地震强度存在增强的趋势，其中最大为2012年发生的ML5.2地震，而在2016年ML3.0以上地震则达到12次。

图4 1996—2015年唐山震区1.5级以上地震震中分布图

a ML 4.0以上地震M-t图和频度图 b ML 3.0以上地震M-t图和频度图 c 小震分布示意图 图5 唐山老震区ML 4.0(a)、3.0(b)以上地震M-t图和年频度图和小震分布示意图(c)

总之，1996年以来4.0级以上地震多发生在唐山断裂东段的密集带及其附近，3.0级以上地震增多，与唐山地震序列强度衰减特征对比，近年发生的地震强度较高，仍存在发生中强地震的危险。

唐山老震区1996年以来ML2.5以上地震的M-t图及其深度分布图显示(图6)，发生在唐山断裂东端的2012年5.2级地震的震源深度较深，约25 km。而2009年以来，震源深度10～15 km之间很少有2.5级以上地震，在此深度上属于小震稀疏段。

3 余震时空演化图像解释

图3b显示，余震大体分布在唐山7.8级、滦县7.1级和宁河6.9级3个不同震源区的较小范围内，但主震7.8级震中以南的附近区域1996年以来基本没有4.0级以上地震。分析认为产生这种现象的主要原因，一是主震南边近EW向的丰南断裂起到吸纳能量和阻隔能量传播的作用；二是主震附近区域地壳介质较破碎，应力不易积累到较高水平。

余震活动主要集中在滦县、卢龙地区及宁河一带是主破裂发展到这2个地区后，被滦县—乐亭断裂及蓟运河断裂阻挡的结果。表明主震发生后，主破裂面周围及其两端是应力集中部位，尤其是两端的扩展分支更为明显，所以大量余震都发生在其上或其附近[10]。图3a清楚地呈现了余震活动受东西两支大断裂的控制图像，图3b～3e的余震分布虽然仍在余震区范围内，但图3e的震中分布明显具有在唐山断裂东端丛集活动的局部特征。图3随时间演化的不同时段的震中分布图像显示了地震向东迁移的特征， 图4显示了在唐山断裂东端NE向小震密集区图像。虽然在唐山地震初期，唐山断裂带北东端存在一条近NS向的小震条带[5]，但唐山地震后的40年与地震初期的应力状态不同，这种图像应属于在区域应力场作用下以及唐山大震破裂调整作用在局部区域的表现，地震密集则反映出该构造部位应力水平较高的特点。

图6 唐山老震区1996—2015年2.5级以上地震M-t图和震源深度分布图

4 结论

通过以上分析，得到如下初步认识：

1)唐山老震区的余震大体分布在唐山7.8级、滦县7.1级和宁河6.9级3个不同震源区的较小范围内，但主震7.8级震中附近区域1996年以来没有4级以上地震；1996年以来ML2.5以上地震主要发生在唐山断裂的东端，且强度较高，2012年的5.2级地震就发生于此，说明该区域应力状态较高，存在发生中强地震的危险。

2)1996年之前地震在余震区分布较均匀，1996年以来余震在唐山—古冶断裂的东北端点附近较集中，地震强度较大，震源深度较深，可能与徐家楼—王喜庄基岩断层存在一定的关系。1976年滦县7.1级地震震中的南部也呈现相对密集现象，推测存在深部断层持续活动[12]。该新生地震带与煤层分布一致，并与煤矿徐家楼—王喜庄基岩断层吻合[11]。

3)鉴于唐山—古冶断裂的东部端点频繁发生中等强度地震，建议重点监测该区域，并对徐家楼—王喜庄断层开展地质、地球物理、地球化学等不同手段探测，做好震害防御工作。

[1] 闻学泽，马胜利. 唐山大地震对相邻断裂段地震复发的影响[J]．自然科学进展，2006，16(10)：1346-1350．

[2] 国家地震局《九七六年唐山地震》编辑组．一九七六年唐山地震[M]．北京：地震出版社，1982：4-23．

[3] 陈运泰，黄立人，林邦慧，等．用大地测量结果反演唐山7.8 级主震位错模型[J]．地球物理学报，1979，22( 2 )：201-217．

[4] 尤惠川，徐锡伟，吴建平，等．唐山地震深浅构造关系研究[J]．地震地质， 2002，24(4)：571-582．

[5] 张之立，李钦祖，谷继成，等．唐山地展的破裂过程及其力学分析[J]．地震学报，1980，2(2)：111-129．

[6] Butler R，Stewart G S，Kanamori H．The July 27，1976 Tangshan，China earthquake-a complex sequence of intraplate events[J]．Bull Seism Soc Am，1979，69(1)：207-220．

[7] 刘桂萍，傅征样．1976年7月28日唐山7.8级地震触发的区域地震活动和静应力场变化[J]．地震学报，2000，22(1)：17-26．

[8] 万永革，沈正康，曾跃华，等．唐山地震序列应力场触发的粘弹性力学模型研究[J]．地震学报，2008，30(6)：581-593．

[9] Robinson R，Zhou S Y．Stress interactions within the Tangshan, China, earthquake sequence of 1976[J]．Bull Seism Soc Am，2005，95(6)：2501-2505.

[10] 刘蒲雄，吕晓健．唐山地震序列空间分布复杂性原因研究[J]．地震，2011，31(4)：1-13．

[11] 刘亢，曲国胜，房立华，等．唐山古冶、滦县地区中小地震活动与构造关系研究[J]．地震，2015，35(2)：111-120．

[12] 杨雅琼，王晓山，万永革，等．由震源机制解推断唐山地震序列发震断层的分段特征[J]．地震学报，2016 (4)：632-643，658．

Seismic Space-time Evolution Characteristics in Tangshan old Seismic Region During the Past 40 Years

ZHANG Su-xin, WANG Xiao-shan, CHEN Ting, GONG Meng, SHAN Lian-jun

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

On basis of small earthquake catalog in Tanshan old seismic region during the past 40 years, using classic aftershock sequence analysis method, we analyze the time evolution characteristics of the Tanshan great earthquake aftershock sequence, and then, based on the principles of intensity scale, we analyze the time evolution characteristics of earthquake space image with different intensity of earthquake. On basis of accurate relocated small earthquake catalog, we study the small earthquakes intensive image characteristics since 1996. Referring to the research results of the Tangshan earthquake during the past 40 years, we thoroughly analyze the relationship between the aftershocks space-time evolution characteristics and tectonic. The results indicate that the activity of 1976 TangshanM7.8 great earthquake aftershock sequence become weaker as time goes by, its intensity gradually diminished and its frequency is gradually lower, but the intensity fluctuation is obvious. There is still M5.0 earthquake occurred 36 years after the main shock, spatial distribution of seismic images have significant different characteristic before and after 1996.

Tanshan great earthquake; aftershock sequence; space-time evolution

张素欣，王晓山，陈婷，等．唐山老震区40年地震时空演化特征分析[J]．华北地震科学，2017，35(1):32-37.

2016-10-10

中国地震局2016年华北首都圈地区震情跟踪工作任务资助(2017020104)

张素欣(1965—)，女，河北元氏人，研究员，主要从事地震活动性综合分析等研究.E-mail:zsx@eq-he.ac.cn

P315.2

A

1003-1375(2017)01-0032-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.01.005