張素欣，郭　蕾，宮　猛，王亞茹，王　想

(河北省地震局，石家莊　050021)

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晉冀蒙交界地區(qū)小震圍空圖像分析

張素欣，郭蕾，宮猛，王亞茹，王想

(河北省地震局，石家莊050021)

摘要：通過對晉冀蒙交界地區(qū)小震動態(tài)圖像掃描識別，發(fā)現(xiàn)該區(qū)存在3個相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空區(qū)。通過對該區(qū)的構(gòu)造背景、空區(qū)特性、演化過程以及震例進(jìn)行分析，來綜合判定空區(qū)的危險性。結(jié)果表明，ML2.0地震空區(qū)分別被打破已經(jīng)8個月和18個月，表明其已失去對中強地震的短期預(yù)測意義，ML3.0空區(qū)可能為孕震空區(qū)，對晉冀蒙交界地區(qū)的中強地震具有一定的預(yù)測意義。

關(guān)鍵詞：晉冀蒙；小震圍空；預(yù)測意義

0引言

Fedotov等[1]研究日本—千島群島—勘察加弧一帶M≥4淺源地震震源區(qū)的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)這些強(大)震震源區(qū)基本上連續(xù)分布，認(rèn)為強(大)震震源區(qū)之間的間隙是未來強震最可能發(fā)震的區(qū)域，并將這種間隙稱為地震空區(qū)。之后，地震空區(qū)便成為預(yù)報大地震的一種有效方法。早期，地震空區(qū)理論在板塊邊緣地震帶上，尤其是在環(huán)太平洋地震帶上得到了廣泛應(yīng)用，隨后該方法逐漸擴展到大陸地區(qū)(板內(nèi)區(qū))。自70年代開始，我國一些研究者分別對華北、西北和西南等地區(qū)的強震分布特征進(jìn)行分析，并應(yīng)用地震空區(qū)方法從事中長期地震預(yù)測，積累了一系列的研究成果[2-4]。Mogi[5]將地震空區(qū)劃分為2類：一類是地震帶上大地震震源區(qū)分布的空段；另一類是地震活動區(qū)帶上震級較小的空區(qū)[6]。我國大陸出現(xiàn)的地震空區(qū)基本都屬于第二類空區(qū)，多數(shù)強震的震例總結(jié)表明強震前往往出現(xiàn)地震空區(qū)現(xiàn)象[6-9]。

晉冀蒙交界地區(qū)位于京西北盆嶺活動構(gòu)造區(qū)的北部，是山西斷陷地震帶和張家口—渤海地震帶的交匯部位(圖1)，近年來一直被中國地震局劃定為危險區(qū)進(jìn)行重點震情跟蹤。該區(qū)自1998年1月10日張北M6.2地震以來，沒有發(fā)生過M6以上地震；且自1999年3月11日張北M5.6地震以來，沒有發(fā)生過5級以上地震。河北及京津地區(qū)自2004年之后地震活動進(jìn)入相對平靜階段，2006年文安地震的發(fā)生沒能改變整體平靜的格局。2013年1月1日至2014年9月5日河北及京津地區(qū)出現(xiàn)ML3.6地震相對平靜現(xiàn)象，在此期間只有唐山老震區(qū)發(fā)生1次ML3.6以上地震。河北及京津地區(qū)ML3.6地震相對平靜20多個月后，于2014年9月6日河北涿鹿發(fā)生ML4.8地震，之后又持續(xù)平靜。在地震異常平靜背景下，晉冀蒙交界地區(qū)出現(xiàn)了3個相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空區(qū)現(xiàn)象，這些空區(qū)的出現(xiàn)對地震預(yù)測有何指示意義？本文將結(jié)合區(qū)域的構(gòu)造背景、地震空區(qū)特性、演化過程以及震例分析結(jié)果，來綜合判定晉冀蒙交界地區(qū)地震空區(qū)的預(yù)測意義。

1地震圍空區(qū)的構(gòu)造和空區(qū)概述

1.1　晉冀蒙交界地區(qū)構(gòu)造與歷史地震

晉冀蒙交界地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，淺部存在活動斷層，深部存在大斷裂，中下地殼低速體有起伏，居里等溫面呈現(xiàn)隆起現(xiàn)象，具有孕育強震的深淺部構(gòu)造環(huán)境，存在發(fā)生強震的構(gòu)造背景和歷史地震破裂空段[10-11]。該區(qū)存在多條晚更新世以來的活動斷層，表1給出了圖1所示河北省范圍內(nèi)幾條主要活動斷層的性質(zhì)及斷層周邊的中強地震活動。其中，1673年6.5級和1981年M5.6地震發(fā)生在口泉斷裂，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地震發(fā)生在延懷盆地的邊緣斷裂[12-14]。

表1　研究區(qū)河北省范圍內(nèi)活動斷裂性質(zhì)及歷史地震

注：數(shù)字1～6表示具有代表性的活斷層；藍(lán)色實心圓圈為有記錄以來6級以上地震震中位置圖1　晉冀蒙交界區(qū)地貌、斷層展布和歷史震中分布圖

1.2　空區(qū)概述

自2010年以來，在晉冀蒙交界地區(qū)形成3個相互交叉的ML2.0和ML3.0地震空區(qū)(圖2)，圖中，藍(lán)色的長軸約200 km的橫向扁圓為2級地震空區(qū)，其圍空地震顏色為藍(lán)色的圈，圍空的第一個地震為2010年10月9日ML2.7地震，空區(qū)被2014年5月8日ML2.0地震打破，1980年以來空區(qū)內(nèi)曾發(fā)生過4級多地震(圖3a)；紅色的圓圈為ML3.0地震空區(qū)，圍空地震顏色為紅色圈，空區(qū)長軸約200 km，圍空的第1個地震為2009年6月14日內(nèi)蒙古和林格爾縣ML3.0地震，空區(qū)內(nèi)至今仍然沒有3級以上地震發(fā)生(圖3b)，空區(qū)邊緣曾發(fā)生過1998年1月10日張北M6.2地震；黑色的圓形表示ML2.0地震空區(qū)，其圍空地震為黑色圈，直徑約180 km(圖3c)，圍空的第一個地震為2014年4月5日內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)ML2.4地震，空區(qū)被2015年4月13日河北宣化ML3.2地震打破。

圖2　 ML2級、ML3級地震空區(qū)

2空區(qū)性質(zhì)分析

為方便討論，我們約定藍(lán)色的橫向扁圓型ML2.0地震空區(qū)為第1個空區(qū)，紅色的NE向的ML3.0地震空區(qū)為第2個空區(qū)，黑色的圓形ML2.0地震空區(qū)為第3個空區(qū)。

圖3　3個地震空區(qū)1980年以來的M-T圖

第1個ML2.0地震空區(qū)的圍空地震共有10個，該空區(qū)共持續(xù)805天。如圖3a所示，空區(qū)內(nèi)自1980年以來小震活動活躍，特別是1996—2001年強度較大，最大達(dá)到ML4.0。空區(qū)被2014年5月8日2.0級地震打破后，于2014年11月19日在內(nèi)蒙古和林格爾發(fā)生ML2.4地震。自2014年5月18日2.0級地震以來，已經(jīng)過去1年多，空區(qū)及其附近地區(qū)沒有發(fā)生5級以上地震，參考該空區(qū)內(nèi)歷史地震強度水平，分析認(rèn)為該空區(qū)已經(jīng)失去對中強地震的預(yù)測意義。

第2個ML3.0地震空區(qū)的圍空地震共有12個，到目前為止空區(qū)持續(xù)發(fā)展，歷時已近6年多。如圖3b所示，空區(qū)內(nèi)自1980年以來小震活動持續(xù)，1998年張北地震前的1994—1995年，ML3.0地震平靜時間大約2年多，1996—1997年小震增多，1998年發(fā)生了張北M6.2地震。利用Mapsis提供的判定空區(qū)是否為孕震空區(qū)的方法，計算了該空區(qū)與鄰近區(qū)域的地震應(yīng)變及空區(qū)外部與內(nèi)部頻次比(圖4)，圖中空區(qū)外內(nèi)頻數(shù)(黑色曲線)顯示，與1985年前后2年的外內(nèi)頻數(shù)比值相比較，該空區(qū)形成前(1996—2000年)的值高約2.5倍。從空區(qū)外圍累積應(yīng)變能(粉色曲線)顯示，2000年之后出現(xiàn)一個加速現(xiàn)象，結(jié)合圖3b給出的地震時間分布信息，綜合分析認(rèn)為該空區(qū)對中強地震具有一定的預(yù)測意義。

圖4　空區(qū)外內(nèi)頻數(shù)比及外圍累計應(yīng)變能

第3個ML2.0級地震空區(qū)邊緣的圍空地震共有10個，空區(qū)持續(xù)1年72天后被2014年5月8日ML2.0地震打破。如圖3c所示，空區(qū)內(nèi)自1980年以來小震活動活躍，特別是該空區(qū)包括張北M6.2老震區(qū)。本次空區(qū)內(nèi)的平靜時段是1980年以來最長的一段，在該空區(qū)被打破后的7個月內(nèi)已發(fā)生4次2級以上地震，到目前為止仍沒有發(fā)生5級以上地震。因此認(rèn)為，該空區(qū)對中強地震的預(yù)測意義不大。

圖5　1978年5月1日到1981年7月31日3級地震分布圖

3空區(qū)的預(yù)測意義

孕震空區(qū)內(nèi)地震平靜是由主震破裂之前出現(xiàn)的短時間內(nèi)的地震活動性降低所造成的。近年來，我國學(xué)者[15-16]通過研究一些地震震例后指出，多數(shù)震例中的區(qū)域地震活動性增強并不延續(xù)到主震發(fā)生時刻，在震前會出現(xiàn)一段明顯的地震平靜時段，這是一種短期或中期向短期過渡的預(yù)報指標(biāo)；同時，震例分析表明，從活動性增強到主震發(fā)生大致有2種地震活動方式:一種是活動性增強─平靜─主震發(fā)生；另一種是活動性增強─平靜─前震活動─主震發(fā)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級以上地震，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)5級以上地震發(fā)生前， 震區(qū)地震活動均出現(xiàn)減弱現(xiàn)象，并勾畫出50 km范圍內(nèi)ML2.0以上地震年頻度小于4的空區(qū)。 其中，1974年在和林格爾震中附近呈現(xiàn)空區(qū)現(xiàn)象，1975年空區(qū)地震活動水平突然升高，1976年4月6日和林格爾發(fā)生M6.2地震。

為了分析空區(qū)的預(yù)測效能，我們掃描了1981年8月13日內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)M5.8地震前震中附近ML3.0以上地震空間分布圖像，發(fā)現(xiàn)在豐鎮(zhèn)M6.1地震前，震中區(qū)域自1978年6月1日到1981年7月31日之間形成了長軸長度約220 km的ML3.0地震空區(qū)，圍空邊緣的地震主要有10個(圖5)。從該空區(qū)的M-T圖(圖6)可發(fā)現(xiàn)，1970年以來空區(qū)內(nèi)除1972年外，每年都有ML3.0以上地震發(fā)生。從1978年4月24日山西左云縣ML3.0到1981年8月13日內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)5.8級地震，空區(qū)ML3地震平靜了3年多，之后空區(qū)直接被豐鎮(zhèn)5.8級地震打破。

圖6　1970年以來空區(qū)內(nèi)ML3級地震M-T圖

第1個2級地震空區(qū)持續(xù)了2年多后，被2014年5月8日山西右玉ML2.0地震打破，自空區(qū)被打破至今已經(jīng)有1年多的時間，在空區(qū)附近及鄰區(qū)仍沒有發(fā)生中強地震；第2個3級地震空區(qū)異常持續(xù)，邊緣最近的一次地震是2015年5月20日山西天鎮(zhèn)ML3.1地震，距離現(xiàn)在已經(jīng)過去5個多月，按照豐鎮(zhèn)地震和張北地震前的空區(qū)現(xiàn)象，認(rèn)為該空區(qū)對空區(qū)及鄰區(qū)的中強地震仍具有一定的預(yù)測意義；第3個2級地震空區(qū)持續(xù)1年72天后，被2015年4月13日河北宣化ML3.2地震打破，自空區(qū)被打破至今的7個月內(nèi)已發(fā)生了4次2級以上地震。郁曙君[17]的研究區(qū)域位于晉冀蒙交界地區(qū)，其震例的研究成果與本文識別的空區(qū)具有較強的可對比性。從時間上來看，如果空區(qū)周圍小震增多，那么1年內(nèi)空區(qū)附近發(fā)生強震的可能性增大；從空區(qū)范圍大小比較，本文識別的空區(qū)長軸在180～200 km，如果再考慮第2 個空區(qū)所涉及的范圍，那么其空區(qū)范圍與豐鎮(zhèn)M5.8地震前的空區(qū)大小基本相當(dāng)。因此，分析認(rèn)為晉冀蒙交界地區(qū)空區(qū)存在孕育中強地震的可能。目前ML3地震空區(qū)已經(jīng)平靜了7年多，鑒于豐鎮(zhèn)地震前震區(qū)的空區(qū)沒有被小震打破，而是在空區(qū)平靜了3年多后直接發(fā)生了M5.8地震，因此晉冀蒙交界地區(qū)存在發(fā)生強震的危險性。

4結(jié)論

晉冀蒙交界地區(qū)位于山西地震帶與張家口—渤海地震帶的交匯部位，歷史上是強震的高發(fā)地帶，具有孕育強震的構(gòu)造環(huán)境。該地區(qū)自2010年以來形成了3個相互交叉的ML2和ML3級地震空區(qū)，依據(jù)以往本區(qū)地震活動特征以及震例研究結(jié)果，分析認(rèn)為這兩個ML2地震空區(qū)對空區(qū)及其鄰區(qū)中強地震的預(yù)測意義不大，ML3地震空區(qū)對空區(qū)及其附近地區(qū)的中強地震具有一定的預(yù)測意義，應(yīng)結(jié)合其他手段和預(yù)測技術(shù)加強空區(qū)及其鄰區(qū)的震情跟蹤。

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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

作者簡介：劉其壽(1973—)，男，福建三明人，高級工程師，主要從事地震監(jiān)測預(yù)報工作.E-mail:lylqs@163.com

收稿日期:2015-05-19

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2015.04.010

中圖分類號:P315.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1003-1375(2015)04-0054-05