楊 銳，趙英萍，常 亮，王 寧，李雪英

（河北省地震局，河北 石家莊 050021）

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，北京時(shí)間2017年9月4日3時(shí)5分，在河北邢臺(tái)市臨城縣（37.50°N，114.35°E） 發(fā)生 M3.7 地震，震源深度約5km。震中距離臨城縣城約10km，距邢臺(tái)市城區(qū)約50km，距石家莊市約60km，距北京市約320km。震中10km范圍內(nèi)平均海拔約210m。據(jù)了解，邢臺(tái)市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區(qū)震感明顯，邢臺(tái)市、石家莊市部分地區(qū)、山西省陽(yáng)泉市有震感。河北省地震局啟動(dòng)了Ⅳ級(jí)地震應(yīng)急響應(yīng)。

此次地震發(fā)生在1966年邢臺(tái)老震區(qū)附近，由于在省會(huì)附近有一定震感，產(chǎn)生了一定的影響，自2002年4月22日該地附近發(fā)生過(guò)M4.8地震后，一直比較平靜，該次地震的發(fā)生對(duì)邢臺(tái)老震區(qū)地震的發(fā)展應(yīng)該有一定的指示意義值得分析。

1 地震臺(tái)網(wǎng)與地震基本參數(shù)

2017年9月4日3時(shí)5分，河北邢臺(tái)市臨城縣發(fā)生的M3.7地震，河北臺(tái)網(wǎng)有118個(gè)測(cè)震臺(tái)站記錄到，這些臺(tái)站在研究時(shí)段內(nèi)基本可以達(dá)到M≥1.0地震不遺漏。表1列出了地震基本參數(shù)。

表1 臨城3.7級(jí)地震基本參數(shù)

2 地震背景

有歷史地震記錄以來(lái)，震中100km范圍內(nèi)發(fā)生5.0級(jí)以上地震43次，最大的地震是1966年3月22日在河北省寧晉縣發(fā)生的7.2級(jí)地震，死亡8064人，受傷38451人，經(jīng)濟(jì)損失10.00億元。最近一次5級(jí)以上地震是1985年11月30日河北任縣5.3級(jí)地震。近些年發(fā)生的較大有感地震是2002年4月22日3時(shí)34分河北邢臺(tái)發(fā)生的4.8級(jí)地震。此次臨城3.7級(jí)地震是自2002年以來(lái)河北邢臺(tái)附近地區(qū)發(fā)生的最大的一次地震。

3 地震序列

2017年9月4日河北臨城3.7級(jí)地震發(fā)生在地震活動(dòng)相對(duì)活躍的背景下，震前有明顯的前震活動(dòng)，主震前一天該區(qū)發(fā)生地震13次，最大震級(jí)ML2.5。主震后截至2017年9月6日該區(qū)共發(fā)生地震343次，最大余震震級(jí)ML2.7，ML≥1.0以上地震29次，其中ML2.0～2.9級(jí)6次；ML1.0～1.9級(jí)23次。表2給出了ML≥1.0的地震序列目錄（地震目錄來(lái)源河北臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果）。

表2 河北臨城3.7級(jí)地震序列目錄（M L≥1.0）

4 震源參數(shù)

2017年9月4日河北臨城3.7級(jí)地震發(fā)生后，截止到9月6日共發(fā)生ML2.5以上地震3次，其中03點(diǎn)05分23.4秒的地震波形與主震波形疊加，無(wú)法計(jì)算震源參數(shù)，因此利用Source軟件對(duì)主震以及2次余震進(jìn)行了中小地震震源參數(shù)計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中三次地震所用臺(tái)站包圍嚴(yán)密，孔隙角偏小，擬合得較好，計(jì)算結(jié)果如下。

表3 河北臨城地震震源參數(shù)（M L≥2.5）

可以看出應(yīng)力降隨著震級(jí)的增大而增大，與地震大小基本成正相關(guān)。在進(jìn)行地震預(yù)報(bào)時(shí)，精確得到地震震源參數(shù)對(duì)預(yù)報(bào)各類(lèi)型地震具有一定的參考意義，特別是在前-主余型地震的前震發(fā)生時(shí)，明確前震震源區(qū)域的應(yīng)力變化，對(duì)于后續(xù)地震的發(fā)生具有預(yù)報(bào)意義[1]。根據(jù)研究表明：排除計(jì)算因素外，高應(yīng)力降集中分布的區(qū)域也是中強(qiáng)以上地震的潛在震源成核區(qū)[2]。

根據(jù)河北局張麗曉2018年對(duì)晉冀魯豫交界地區(qū)震源參數(shù)特征的研究，2005—2007年邢臺(tái)地區(qū)應(yīng)力降值相對(duì)較低，2007年以后應(yīng)力降值逐年升高，該地區(qū)應(yīng)力降平均值為1.15MPa。2008年12月31日河北寧晉ML3.1地震，應(yīng)力降為3.1717MPa，2009年1月15日河北隆堯ML2.8地震，應(yīng)力降值為3.8339MPa，2010年3月1日河北隆堯ML3.2地震，應(yīng)力降值為4.5661MPa[3]，而該次2017年河北臨城ML4.3地震，應(yīng)力降為2.299MPa，應(yīng)力降值略有降低，應(yīng)力降處于穩(wěn)定低值狀態(tài)，應(yīng)該沒(méi)有升高的趨勢(shì)，后續(xù)發(fā)生較大震級(jí)地震的可能性不大。隨著ML的增大，地震矩、應(yīng)力降及震源尺度相應(yīng)增大，矩震級(jí)與M震級(jí)差有相對(duì)減小的趨勢(shì)。

5 震源機(jī)制解

利用SeisCAP震源機(jī)制解軟件對(duì)2017年9月4日河北臨城3.7級(jí)地震進(jìn)行反演計(jì)算，通過(guò)震中距在200km范圍內(nèi)包圍緊密的5個(gè)臺(tái)站，臺(tái)站間最大空隙角均小于180°，臺(tái)站分布參數(shù)deltaU為0.14，小于0.35，產(chǎn)出了符合要求的震源機(jī)制結(jié)果（表4）和理論波形與實(shí)際觀測(cè)波形的對(duì)比擬合圖（圖1）。在圖1中，相關(guān)系數(shù)大于0.8的有13個(gè)，達(dá)到了50%以上，屬于強(qiáng)度相關(guān)。其中，相關(guān)系數(shù)大于0.9的有10個(gè)，在強(qiáng)度相關(guān)中超過(guò)了76.9%，反演方差為3.928×10-5，反演結(jié)果理論地震波形圖與實(shí)測(cè)地震波形圖吻合得較好。該深度對(duì)應(yīng)的雙力偶解為最佳震源機(jī)制解，得到的矩震級(jí)為4.0。

反演得到的震源機(jī)制結(jié)果如表4所示：節(jié)面Ⅰ應(yīng)該是滑動(dòng)斷層面，走向?yàn)?8°，傾向?yàn)?2°，滑動(dòng)角為-159°，屬于走向滑動(dòng)斷層，PT軸有些接近于垂直，B軸有些接近于直立。P軸方位集中在NEE向、SWW向，T軸方位集中在NNW向、SSE向。

表4 河北臨城M3.7地震震源機(jī)制解

圖1 河北臨城M3.7地震C AP法反演震源機(jī)制解理論（細(xì)線）與實(shí)測(cè)波形（粗線）對(duì)比Fig.1 Comparison of CAPmethod inversion source mechanism solution theory （thin） and measured waveform （wide） for Lincheng M3.7 earthquake in Hebei Province

將本文使用的CAP方法與初動(dòng)法進(jìn)行對(duì)比，如表4所示反演結(jié)果比較一致，都是以走滑斷層為主。該地震得到的震源機(jī)制解基本可靠。

6 震源深度

利用CAP方法求解震源機(jī)制解，受震源深度影響較大。為分析不同震源深度對(duì)震源機(jī)制解的影響，設(shè)置步長(zhǎng)1km，搜索不同震源深度對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解，擬合誤差越小震源深度越佳[4]。從圖2可以看到河北臨城3.7級(jí)地震震源機(jī)制解隨不同深度變化的取值，震源深度在7.2km處震源機(jī)制解的反演方差相對(duì)較小，所以最佳震源深度即為7.2km，與國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心速報(bào)的5km震源深度比較接近，與河北局章陽(yáng)分別利用雙差定位法重定位和sPn-Pn到時(shí)差計(jì)算得到的震源深度7.01km和6.86km非常接近[5-6]，而且每個(gè)深度得到的震源機(jī)制解比較相同，反演的結(jié)果基本穩(wěn)定。

圖2 河北臨城M3.7地震深度搜索圖Fig.2 Depth search map of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

7 強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)分析

河北強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共收取8個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站的加速度記錄，表5列出了這些臺(tái)站的基本信息，這8個(gè)臺(tái)站是測(cè)震B(yǎng)通道加的強(qiáng)震計(jì)，型號(hào)是SYSCOMDE，電壓靈敏度為1.25v/g，和常見(jiàn)的中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所研制的SLJ-100一樣，此次地震中這8個(gè)強(qiáng)震臺(tái)離震中較近均在120km以?xún)?nèi)，圖3（a）、（b） 是未經(jīng)過(guò)校正的震中距32.4km的元氏臺(tái)和61.0km的井陘臺(tái)記錄的強(qiáng)震時(shí)程圖，均清晰地記錄了此次河北臨城M3.7地震。

通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，得到了8組三分量加速度記錄共24條，在表6中顯示，震中距最近的元氏臺(tái)獲得最大地震加速度峰值為12.4cm/s2。由于8個(gè)臺(tái)震中距相差不大，峰值加速度除了最近的元氏臺(tái)大于10cm/s2，其余臺(tái)峰值加速度相差不大，均在10cm/s2以?xún)?nèi)。

表5 臺(tái)站參數(shù)

圖3 河北臨城M3.7地震加速度時(shí)程記錄Fig.3 Acceleration time history record of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

表6 8個(gè)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)加速度記錄分析結(jié)果

如圖4所示，為加速度反應(yīng)譜自振周期0.3s，阻尼比5%的單自由度系統(tǒng)絕對(duì)加速度反應(yīng)的反應(yīng)譜圖，得到了8個(gè)臺(tái)三分量一共24個(gè)分道的單自由度系統(tǒng)的加速度反應(yīng)譜，橫坐標(biāo)為自振圓周期，縱坐標(biāo)為反應(yīng)譜值，可以看出8個(gè)臺(tái)的反應(yīng)譜高頻成分比較豐富，主要分布在0.1～0.5s之間，同時(shí)也反應(yīng)了不同地貌、相同覆蓋層深度，不同震中距的影響對(duì)反應(yīng)譜的細(xì)微變化，隨著震中距的加大，三分向反應(yīng)譜越接近，高頻值反應(yīng)譜的衰減在減慢。加速度反應(yīng)譜給出了作用在結(jié)構(gòu)上的地震力，即由地基向結(jié)構(gòu)輸入的力[7]。

圖4 河北臨城M3.7地震反應(yīng)譜圖Fig.4 Seismic response spectrum of M3.7 in Lincheng，Hebei Province

對(duì)河北臺(tái)網(wǎng)獲得的8個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)加速度記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行傅氏譜分析計(jì)算，得到圖5傅氏譜分析結(jié)果，以震中距最近的兩個(gè)臺(tái)元氏臺(tái)、趙縣臺(tái)為例，加速度譜峰值分布在8～25Hz之間，震中距47.1km的趙縣臺(tái)和震中距61.0km的井陘臺(tái)傅氏譜峰值較小均在0.3cm/s左右，其它6個(gè)臺(tái)站傅氏譜峰值均在1cm/s左右，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢(shì)有所減緩。

由河北臺(tái)網(wǎng)8個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)得到的24條傅氏譜，單峰值型傅式譜有6個(gè)，雙峰值型傅氏譜有2個(gè)，多數(shù)是多峰值型傅氏譜有16個(gè)，單峰值占25%，雙峰值占8.3%，多峰值所占的比例高達(dá)66.7%。應(yīng)該是由于這些強(qiáng)震臺(tái)臺(tái)址性質(zhì)均為土層臺(tái)，致使傅氏譜頻率成分比較豐富[8]。

圖5 河北臨城M3.7地震傅氏譜圖Fig.5 Fourier spectrum of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

此次邢臺(tái)臨城3.7級(jí)地震發(fā)生后，河北省地震局立即啟動(dòng)Ⅳ級(jí)地震應(yīng)急響應(yīng)，有關(guān)人員迅速到崗并召開(kāi)應(yīng)急會(huì)議，安排應(yīng)急工作，迅速收集震情災(zāi)情，密切關(guān)注社會(huì)輿情，做好謠言防范。據(jù)了解，此次地震震中位于邢臺(tái)市臨城縣西豎鄉(xiāng)王家莊村附近，邢臺(tái)市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區(qū)震感明顯，邢臺(tái)市、石家莊市部分地區(qū)、山西省陽(yáng)泉市有震感，無(wú)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失報(bào)告，生命線工程沒(méi)有破壞，部分群眾在戶(hù)外避震。

利用強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄得出的儀器烈度值，震中距最近的，在32.4km的元氏臺(tái)得出的儀器烈度值最大為2.7度，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別比較合理。儀器烈度是由地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度回歸關(guān)系計(jì)算得出，比現(xiàn)場(chǎng)震害宏觀調(diào)查得出的地震烈度快速、及時(shí)，強(qiáng)震數(shù)據(jù)的使用能夠?yàn)檎鸷缶仍?、指揮等提供服務(wù)，但是儀器烈度與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考察烈度會(huì)有少許差入，這與地震地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儀器性能、場(chǎng)地響應(yīng)等有一定關(guān)系[9]，目前正在試驗(yàn)的地震烈度速報(bào)系統(tǒng)也能快速的提供地震烈度，正在調(diào)試驗(yàn)證階段，有待更多的數(shù)據(jù)和地震實(shí)例來(lái)考證。

8 結(jié)論

河北邢臺(tái)市臨城縣發(fā)生M3.7地震，屬于前震-主余震型地震，應(yīng)力降為2.299MPa，處于穩(wěn)定低值狀態(tài)，后續(xù)發(fā)生較大震級(jí)地震的可能性不大。該次地震以走滑錯(cuò)動(dòng)為主，與華北構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向近似，表明受統(tǒng)一性較好的應(yīng)力場(chǎng)控制，應(yīng)該是華北地區(qū)自身的應(yīng)力場(chǎng)在起主導(dǎo)作用。得到最佳震源深度為7.2km，與以往速報(bào)、編目分析得到的該區(qū)震源深度一般在5km左右，具有震源深度相對(duì)較淺，有感范圍較大的特點(diǎn)相吻合。獲得的最大地動(dòng)加速度峰值為12.4cm/s2（震中距32.4km），即其對(duì)應(yīng)的儀器地震烈度約為Ⅳ度區(qū)，通過(guò)強(qiáng)震數(shù)據(jù)得到的最大儀器烈度為2.7度，這與河北局現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害調(diào)查烈度比較一致，震后河北省地震局立即啟動(dòng)Ⅳ級(jí)地震應(yīng)急響應(yīng)，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別也比較合理?？梢?jiàn)強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄為確定地震烈度提供了可供參考的定量依據(jù)。8個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)的反應(yīng)譜高頻成分比較豐富，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢(shì)有所減緩，多峰值型傅氏譜占多數(shù)，這與土層臺(tái)性質(zhì)有一定關(guān)系，受介質(zhì)各向異性和記錄場(chǎng)地覆蓋層局部條件的影響較大，也會(huì)導(dǎo)致同一震中距不同地點(diǎn)得到的加速度峰值不相等。

此次地震是該地2002年發(fā)生過(guò)4.8級(jí)地震后，平靜十多年來(lái)發(fā)生的較大的一次有感地震，這也是自河北數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)以來(lái)，獲得的不可多得的寶貴地震數(shù)據(jù)，對(duì)該次地震的處理分析，體現(xiàn)了現(xiàn)代數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)的積累應(yīng)用和臺(tái)網(wǎng)建設(shè)成效，對(duì)于地震數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品產(chǎn)出具有一定的促進(jìn)意義。