2019年唐山ML4.9地震与1976年唐山7.8级地震的相关性分析

2021-04-18刘燕翔符泽宇荣伟健杨永旺

地震地磁观测与研究 2021年1期

关键词：滦县宁河发震

刘燕翔王妍李金符泽宇荣伟健杨永旺路彤

（中国河北 063021 唐山地震监测中心台）

0 引言

2019 年12 月5 日8 时2 分，在河北唐山丰南区（39.31°N，118.04°E）发生ML4.9 地震，震源深度10 km，唐山、天津、北京部分地区均有明显震感。

自1976 年唐山7.8 级地震以来，唐山地震老震区余震序列衰减基本正常，余震强度、频度随时间逐渐减弱。此次ML4.9 地震是唐山地震老震区余震序列衰减过程中的又一次显著活动。

1 地震地质背景

2019 年12 月5 日唐山ML4.9 地震震中位于唐山地震老震区的西区，属于中朝准地台（Ⅰ级构造单元）、华北断拗（Ⅱ级构造单元）、黄骅台陷（Ⅲ级构造单元）的东北段，构造上位于燕山沉降带与华北大凹陷接合部位的华北平原沉降带冀中拗陷部位。唐山地震老震区是由NE 向的宁河断裂、丰台—野鸡坨断裂、唐山断裂及NW 向的滦县断裂—乐亭断裂、蓟运河断裂围限的一个菱形块体，且中、新生代活动强烈（张肇诚，1990）。1976 年7 月28 日唐山发生7.8 级地震，震后约3.5 h、15 h，分别在震区西区的蓟运河断裂发生了宁河6.2 级地震，东区的滦县—乐亭断裂发生了滦县7.2 级地震（张素欣等，2017）。此次唐山ML4.9 地震发生在唐山断裂、蓟运河断裂、宁河—昌黎断裂的交汇部位，震中距蓟运河断裂约2 km，距宁河—昌黎断裂约3 km。有历史记录以来该区域共发生3 次5 级以上地震，其中，6 级以上地震2 次，为1976 年7 月28 日、11 月15 日天津宁河6.2 级、6.9 级地震（图1）。

图1 唐山ML4.9 地震震中区域构造Fig.1 Regional tectonic map of Tangshan ML4.9 earthquake

2 发震背景

2.1 唐山地震老震区地震活动规律

自2000 年以来，唐山地震老震区共发生ML≥4.0 地震23 次，其中，ML4.0—4.9地震21 次；ML5.0—5.9 级地震2 次（表1）。采用传统的余震时序分析法对2000 年以来唐山ML≥4.0 地震序列进行强度和发震时间间隔分析（图2）。

表1 2000 年以来唐山地区ML≥4.0 地震Table 1 ML≥4.0 Earthquakes in Tangshan area since 2000

图2 2000—2019 年唐山地震老震区ML≥4.0 地震M—t 图Fig.2 M-t diagram of the ML≥4.0 earthquakes in the old earthquake area of Tangshan

由图2 可见，自2004 年以来，唐山地震老震区ML≥4.0 地震呈现2 年左右的准周期特征，准周期约为22—26 个月，同时兼有双震特征（张跃刚等，2013）。但2015 年9 月14 日河北昌黎ML4.8 地震扰乱了2 年左右的准周期特征，随后2015—2016 年呈现9 个月的发震韵律周期，而此次唐山ML4.9 地震打破了唐山地震老震区ML≥4.0 地震长达3 年多的平静。由此可见，随着时间的推移唐山地震老震区余震活动强度有所起伏，ML≥4.0 地震的发震时间间隔随着时间的推移也有起伏，最大发震时间间隔也逐渐加大。

本文选取2000 年之后的ML≥3.0 地震，按照历史上划分的唐山地震老震区3 个区域，即东、中、西区来分析地震的发震规律（图3）。由图3 可见，唐山地震老震区东—中—西3 个区域中等地震具有一定的同步性，大部分4 级地震前中小地震较活跃，而此次ML4.9 地震前出现了中小地震活跃—平静—发震的过程。

图3 2000—2019 年唐山地震老震区东、中、西区ML≥3.0 地震M—t 图Fig.3 M-t diagrams of ML≥3.0 earthquakes in the east,middle,and west regions

2.2 唐山地震老震区b 值、缺震曲线

在唐山地区（39.167°—40.167°N，117.333°—119.333°E），将b 值高于均值线1 倍均方差作为异常。以往震例显示，在b 值高值回落过程中容易发生中强地震，2017 年10 月以来b 值出现高值回落，此次ML4.9 地震就发生在高值回落中。将缺震曲线低于1 倍均方差作为异常。自1992 年以来，共出现8 次异常，在低值或低值回升过程中发震的对应了7 次（组）ML≥4.3 地震，对应率0.88。缺震曲线出现长趋势性低值变化，2019 年10 月缺震曲线开始加速上升，在上升过程中发生此次ML4.9 地震（图4）。

图4 1992—2020 年唐山地震老震区b 值和缺震曲线（a）最小二乘法b 值；（b）缺震曲线Fig.4 b value and curve of earthquake deficiency in the old earthquake area of Tangshan

3 与1976 年唐山7.8 级地震间的关系

1976 年7 月28 日唐山发生7.8 级地震，震后约3.5h、15h，分别在主震区西南部的宁河发生6.2 级余震，东北部的滦县发生7.1 级余震，震区的西区在同年11 月15 日发生6.9级余震，1977 年5 月12 日再次发生6.2 级余震（张宏志等，2008）。仲秋等（2012）通过对数线性回归和理论计算，从不同角度求取并讨论了1976 年唐山7.8 级大地震的余震持续时间为70—140 a。据此，唐山ML4.9 地震仍为唐山7.8 级地震所触发的余震。

唐山地震老震区存在着明显的差异，可以将其划分为唐山7.8 级主震震中所在的中区、滦县7.1 级余震震中所在的东区和宁河6.2 级余震震中所在的西区，它们分别与马瑾等（1980）给出的唐山、滦县、宁河等3 个应力集中区相对应，此次唐山ML4.9 地震震中位于宁河区。杨雅琼等（2016）采用构造应力场均匀性的分段方法将唐山7.8 级地震序列的发震断层分为宁河、唐山、滦县和卢龙等4 个子段，宁河子段最大主应力呈近EW 向，最佳应力张量与唐山7.8 级主震对唐山断裂两端点所产生的引张应力场的作用方式一致。震源的位置、大小和形态都与区域断裂带的分布有密切的关系，NE 向唐山断裂带被NWW 向、NW 向断裂带所切割，形成了唐山、滦县、宁河等3 组构造断裂闭锁，并沿着相应断裂及其附近逐渐积累应力能（刘蒲雄等，2011）。因此，此次地震活动具有继承性，主要受区域构造应力场和断裂构造的控制。

1976 年唐山7.8 级地震后，应变能大量释放，主震后的余震活动，在空间上往往超过主震断层的破裂尺度，在时间上随着发震断层自身形变的渐趋平缓，断层活动平静时间变长，余震发生率随时间的推移而逐渐下降，唐山地震老震区4 级以上地震越来越少。

余震的孕育过程与断层结构的不均匀性、地壳内部的应力状态等有关，断层孕育区的摩擦和应力松弛及蠕滑等都可能引发余震。余震触发的力学机制一般可归纳为主震后区域“闭锁”断层或主震断层“闭锁”部分进行应力的重新加载，其加载源可以来自同震滑移所造成的局部或区域应力场应力扰动变化，也可以来自断层震后形变和震后松弛的作用（解孟雨等，2018）。

唐山ML4.9 地震打破了唐山地震老震区ML≥4.0 地震长达38 个月的平静。根据河北省地震局地震台网中心收录的2016 年10 月1 日至2019 年12 月5 日唐山地震老震区的地震目录，选取ML≥1.0 的天然地震，共计1 152 次地震，得到震中分布图（图5）。

图5 2016 年10 月1 日—2019 年12 月5 唐山地震老震区ML≥1.0 余震震中分布①卢龙北东带；②滦县7.1 级地震断层面滦县北西带；③唐山7.8 级地震断层面北段唐山—滦县带；④唐山7.8 级地震断层面南段唐山—宁河带；⑤宁河6.9 级地震断层面宁河北西带；括号内为地震次数Fig.5 Epicenter distribution of ML≥1.0 aftershocks in the old Tangshan earthquake area from October 1,2016,to December 5,2019

由图5 可见，余震密集带分布集中、较规则，边界清晰，在图5 中将余震密集带划分为5 个带，即卢龙北东带、滦县7.1 级地震断层面滦县北西带、唐山7.8 级地震断层面北段唐山—滦县带、唐山7.8 级地震断层面南段唐山—宁河带、宁河6.9 级地震断层面宁河北西带。此次唐山ML4.9 地震震中位于唐山7.8 级地震断层面南段唐山—宁河带与宁河6.9 级地震断层面宁河北西带的交汇处，其前震震中主要沿N30°E 向唐山7.8 级地震断层面南段的唐山—宁河带分布，在空间上这些前震震中更靠近较强余震发生的地方，此处可能是构造的闭锁部位。1976 年唐山7.8 级地震发生后，应力急剧调整，岩层平稳蠕滑而发生较强余震。随着应力集中点附近应变能持续释放，在断层的其他部位也可能出现断层蠕滑。当发震断层缓慢滑动时，断层上某些部位出现卡住，这些地方被称为发震断层的闭锁段，直到构造应力的积累足以冲破闭锁部位，发生晚期较强的余震。这可能就是此次ML4.9 地震发生的过程。