根据烈度分布确定华北历史地震破裂区的经验准则及其应用

吕晓健 闻学泽

1)中国地震局地震预测研究所，地震预测重点实验室，北京 100036

2)四川省地震局，成都 610041

0 引言

地震破裂区是地震时沿发震断裂带的同震错动面或破裂面在地表的垂直投影区域。图1示意了3类断层的地震破裂区与产生同震错动/破裂的断层面之间的关系，地震破裂区指示了地震时应力应变释放的核心区域在地表的位置，因此，也有将地震破裂区称为“震源区”的(Hirata et al.，2003)。确定过去长期强震/大地震破裂区的位置与延伸，一直是研究区域与活动断裂带的破裂历史、建立地震破裂时-空图像、鉴别尚未破裂的断裂段或“地震空区”、进而服务于地震危险性研究及预测的重要基础(Ambraseys，1970;Ando，1975;Sykes，1979;Mogi，1979;Nishenko，1991;Ambraseys et al.，1998;Berberian et al.，1999;Bilham et al.，2001;Wen et al.，2008;M7 专项工作组，2012)。

图1 3类断层的地震破裂区与发震断层同震破裂面的关系示意图Fig.1 Map showing the relation between earthquake rupture zones and coseismic rupture planes of three types of seismogenic faults.

现代强震/大地震的破裂区可采用多种技术方法确定，诸如地震波谱反演、同震形变场反演、余震定位与分布、InSAR反演、地表破裂带地质填图、遥感影像解译等①Ji C，Hayes G.Preliminary result of the May 12，2008 MW7.9 eastern Sichuan，China earthquake.http:∥earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2008/us2008ryan/finite_fault.php。②Nishimura N，Yagi Y.Rupture process for May 12，2008 Sichuan earthquake(preliminary result).http:∥www.geol.tsukuba.ac.jp/～nisimura/20080512/。(黄媛等，2008;徐锡伟等，2008;赵翠萍等，2009;张勇等，2010;刘巧霞等，2012;王未来等，2012;孙鑫喆等，2012)。对于现代地震台网建立之前的历史强震，破裂区的位置与延伸主要通过烈度分布、破坏/有感分布、海啸规模分布等，结合震区构造进行粗略推断(Mogi，1979;Nishenko，1991;Berberian et al.，1999;Bilham et al.，2001;Hirata et al.，2003)，一般途径是先由历史文献记载的地震破坏情况或其相应的烈度分布确定出“震中区”或者“重破坏区”，进而近似视为相应的破裂区(Ambraseys，1970;Ambraseys et al.，1998)。由于不同研究者对于与破裂区对应的“震中区”和“重破坏区”的界定有差别，使得在利用历史记载或烈度分布等宏观信息确定历史地震破裂区时，长期缺少统一的准则与相应方法。针对此问题，Wen等(2008)提出新的思路与方法:由已知烈度及破裂区分布的现代地震信息建立研究区的烈度分布-破裂区延伸的经验关系，进而以该经验关系为“准则”、利用历史地震烈度分布资料、结合地震构造等信息分析确定历史强震破裂区的位置与延伸。该思路与方法已运用于中国西部部分活动构造带(川滇块体东边界、甘孜-玉树断裂带、曲江-石屏断裂带等)强震破裂区的确定以及地震空区鉴别的研究(M7专项工作组，2012)。

华北是中国东部的主要强震区，较多强震位于厚第四系覆盖层区，厚层松散堆积层对地震动具有显著的放大作用(王海云，2011)，故华北地区烈度分布-破裂区延伸关系会与中国西部活动构造带地区有所不同。为了能将华北地区长期丰富的历史地震资料用于确定历史强震的破裂区，为鉴别地震空区、研究地震危险性服务，首先需要建立该区域适用的、可利用烈度信息确定历史强震破裂区的“准则”及相应方法。为此目的，本文首先集成现代地震的相关信息，建立华北地区适用的烈度-破裂区延伸的经验关系;然后发展以该经验关系为“准则”的、利用烈度分布并结合地震构造及震区环境分析的历史强震破裂区的确定方法，应用该方法确定了华北5次历史强震的破裂区，并就相关问题进行分析和讨论。

1 现代地震的破裂区-烈度关系信息

建立区域性烈度-破裂区延伸的经验关系，需要较多的、已知可靠烈度分布并且已知破裂区延伸的现代地震样本，且这些地震事件应具有不同的大小或者最高烈度值。亦即不仅需要选用7级以上地震的资料，也需要中强震的震例。为第2节建立破裂区延伸-烈度分布经验关系提供样本，系统整理和分析了1966年以来华北地区(108°～124°E，32°～42°N)极震区烈度≥Ⅶ度的现代地震相关资料与研究成果，包括震区地表地质环境、发震构造及其运动方式、烈度分布、破裂过程反演、余震分布、同震形变等。在此基础上，确定出其中8次现代地震的破裂区位置及其延伸的烈度区间。考虑到与华北地区之外的同类关系进行比较，同时也为了弥补华北地区现代地震样本的不足，还集成相关信息，确定了2008年四川汶川8.0级地震以及2010年青海玉树7.1级地震的破裂区位置及其延伸的烈度区间。

1.1 1966年邢台6.8级和7.2级地震

研究表明，1966年3月8日和22日河北邢台6.8级和7.2级地震发生在华北平原的束鹿凹陷之下，极震区烈度分别为Ⅸ+和Ⅹ;震区地表覆盖了厚600～1500m的第四系松散层(图2a);余震分布及等震线长轴指示震源机制解的NNE向节面为这2次地震的主破裂面，均是右旋走滑断层错动的结果(河北省地震局，1986)。研究还认为，发震断裂是基底的NE向高角度断裂，而不是浅部控制束鹿凹陷的新河断裂(徐锡伟等，2000)。重新定位的6.8级地震的余震主要分布于隆尧、巨鹿至新河以西的艾辛庄之间，指示的破裂长度约为35km;7.2级地震的余震分布于隆尧、巨鹿至百尺口附近，指示的破裂长度约为50km，且与6.8级地震的破裂有较多的重叠(胡小幸等，1989)。水准复测反映这2次地震时沿束鹿凹陷形成2个NNE向的垂直沉降区，分别展布于邢家湾至东汪以南约10km、以及东汪以北约10km至百尺口以北(陈运泰等，1975)。综合这些信息可以判定1966年邢台6.8级和7.2级地震的破裂区分别展布于邢家湾至艾辛庄之间、以及隆尧与巨鹿之间(邢家湾略北)至百尺口以北之间，长度分别约为35km和55km，沿发震构造分别延伸在烈度Ⅸ+～Ⅷ+之间以及烈度Ⅹ～Ⅸ之间(图2a)。

1.2 海城1975年7.3级和1978年5.9级地震

1975年2月4日辽宁海城7.3级地震沿NWW向大洋河断裂发生，是带有正断分量的左旋走滑断层错动的结果，沿发震断裂可见长约6km的地表破裂带;极震区烈度Ⅸ+;震区大部为基岩区，仅西端进入辽河平原区(图2b)(邓起东等，1976;王挺梅等，1976;顾浩鼎等，1976)。重新定位的、主震后9天的余震沿发震断裂展布于五间房至感王之间，长约50km(石川有三等，1983)，而主震后1天的余震沿发震断层分布于析木(或五间房)—东高坎附近，长度约53km(赵振等，1996)。这2种结果均与由P波频谱分析得到的破裂长度(54km)(林邦慧等，1979)很接近。综合这些信息，本研究确定海城7.3级地震的破裂区长约54km，沿发震断裂展布于烈度Ⅸ+～Ⅷ的范围内(图2b)。

1978年5月18日辽宁海城5.9级地震是1975年海城7.3级地震的强余震，重新破裂了1975年主震破裂的中偏西段，极震区烈度Ⅶ+，震源机制解与主震相似(刘宝恒，1990)，震区属基岩-第四纪平原过渡区(图2b)。震后3天的余震沿发震断裂展布于高坎东—牌楼西南之间，长度约16km(赵振，1981)，与震后13天的余震区长度(傅征祥，1981)接近，同时也与波谱反演得到的15km长度(林邦慧等，1988)相一致。因此，本研究确定1978年海城5.9级地震的破裂区长约15km，沿发震断裂展布于烈度Ⅶ+～Ⅶ-之间(图2b)。

1.3 1976年唐山7.8级地震

图2 华北8次现代地震的烈度分布、震区构造及破裂区的确定Fig.2 Maps showing seismic intensity distributions，the seismotectonics and the determinations of rupture zones of 8 modern earthquakes in North China.

1976年7月28日河北唐山7.8级地震沿NE向唐山断裂带发生，是兼有逆冲分量的右旋走滑断层运动的结果，极震区烈度Ⅺ度(张肇诚等，1990);震区位于华北平原北缘的基岩山地-平原过渡区(图2c)。对于这次地震的破裂长度，利用有限元位移模式的分析结果为140km(Butler et al.，1979)，但由大地测量资料反演的结果为84km(陈运泰等，1979);主震后头15h(至7.1级余震前)的余震分布长度为90km左右(石川有三等，1983;龙锋等，2007)。综合考虑余震分布与地震构造信息，本研究确定1978年唐山7.8级主震破裂区的长度约90km，其沿发震断裂大体展布于烈度Ⅺ～Ⅸ的范围内(图2c)。

1.4 1983年菏泽5.9级地震

1983年11月7日山东菏泽5.9级地震发生在NNE向聊考(或兰聊)断裂带的东侧近旁，极震区烈度Ⅶ+度;震源机制解显示是以右旋走滑运动为主、兼有正倾滑分量的破裂;余震区呈NNE向展布，长约12km(魏光兴等，1985);但利用广义瑞利波方向性函数得到的破裂长度仅3km(刘万琴等，1989)。若将主要余震区作为本次地震的破裂区，则其沿一条隐伏构造展布于烈度Ⅶ+～Ⅶ-之间(图2d)。

1.5 张北1998年6.2级和1999年5.5级地震

1998年1月10日河北张北6.2级地震发生在覆盖了中新世玄武岩的基岩区，极震区烈度Ⅷ度(黄保大等，2003)。尽管基于ML≥3.0余震的分布推断该地震破裂面为NWW向、长和宽分别为11.5km和9.5km(高景春等，2002)，或基于D-InSAR的分析认为同震形变场受NNW向和NNE向2组断裂的联合控制(王超等，2000)，但综合地质考察、等震线长轴、主震当天的余震优势排列、以及震源机制解等信息判定的发震断层是一条NNE向、带有逆冲分量的逆-右旋走滑型的隐伏断裂(徐锡伟等，1998)(图2e)。采用2种相对定位法重新定位的余震分布反映主震破裂面走向N10°～20°E、长15～20km、近于竖直、地面投影宽约6km(杨智娴等，2002，2004);同时，本研究已在Google Earth卫星影像上发现极震区附近的单晶河、大河等地附近存在走向N10°～20°E的线性影像(图2e)。综合这些信息，确定1998年张北6.2级地震的破裂沿NEE向断裂长约18km，展布于烈度Ⅷ～Ⅶ-的范围(图2e)。

1999年3月11日河北张北5.5级地震发生在1998年张北6.2级地震破裂区的NE端附近，极震区烈度Ⅶ度，也是以NNE向断层右旋走滑错动为主的结果(黄保大等，2003)。由余震分布(高景春等，2002)可大体确定相应的破裂区长约5km，沿隐伏的NNE向断裂展布于烈度Ⅶ～Ⅵ+的范围内(图2e)。

①②同62页①②。

1.6 2008年汶川8.0级地震

2008年5月12日四川汶川8.0级地震发生在NE向龙门山断裂带上，2个极震区烈度均达到Ⅺ度(袁一凡，2008)。震区为基岩山区(图3a)，地震时沿龙门山中央断裂中-北段、前山断裂中段产生的地表破裂带由都江堰西南延伸至青川西南，总长约240km(徐锡伟等，2008);同震破裂的南-中段为逆冲-右旋走滑型错动，NE段则以右旋走滑错动为主(Xu et al.，2009;Zhang et al.，2010)。精定位的余震密集带沿发震断裂展布于都江堰西南至青川东北，全长约330km(黄媛等，2008);基于地震波谱反演获得破裂过程的若干结果存在差别，但主要反映破裂起始于汶川映秀西南，朝NE方向扩展至平武、青川附近或青川以东，长度为285～340km(赵翠萍等，2009)。综合这些研究结果，本文确定汶川8.0级地震的破裂区长约300km，沿发震断裂大体展布于烈度Ⅺ～Ⅸ之间(图3a)。

图3 华北之外地区2次地震的震区构造、烈度分布及破裂区的确定Fig.3 Maps showing seismic intensity distributions，seismotectonics and determined rupture zones of 2 modern earthquakes occurring outside North China.

1.7 2010年玉树7.1级地震

2010年4月14日青海玉树7.1级地震发生在NW向甘孜-玉树断裂带NW段上，震区为基岩山区，极震区烈度Ⅸ度(陈鲲等，2011)。沿发震断裂在玉树至结隆(隆宝镇)之间产生2段分别长约15km和31km的地表破裂带，连同它们之间的地表未破裂部分，全长约65km(孙鑫喆等，2012);重新定位的余震密集带沿发震断裂带展布于玉树东南至结隆西北之间，长97～100km(刘巧霞等，2012;王未来等，2012);基于地震波谱反演获得的破裂展布于结隆东南至玉树东南的巴塘附近，长约96km(张勇等，2010)。综合这些结果可确定玉树7.1级地震的破裂区展布于结隆西北至玉树东南之间，全长约98km，发震断裂带展布于烈度Ⅸ～Ⅶ+之间(图3b)。

2 极震区烈度-破裂区延伸区间的经验关系及应用方法

2.1 经验关系与准则的建立

表1汇总了上一节确定的10次现代地震的烈度分布、破裂区展布、震区地表地质环境等信息，其中华北地区8次，其他地区2次。分析表1可建立起极震区烈度I0-破裂区延伸烈度区间［Ih，IL］的经验关系，如图4所示。

图4中每一个双向箭头的横轴位置对应地震的极震区烈度I0，而在纵轴方向覆盖的范围对应地震破裂区沿发震断裂延伸的烈度区间［Ih，IL］;红、绿、蓝3种颜色的双向箭头分别指示华北地区震区地表地质环境为基岩区、厚层松散堆积区(如华北平原及大型第四纪盆地)、以及山地-平原/盆地过渡区(非厚层松散堆积区)的地震事件，而橙色双向箭头代表华北以外的2次基岩区地震事件。

表1 10次已知烈度分布并确定了破裂区位置与延伸的现代地震信息Table1 Data of 10 modern earthquakes with known seismic intensity distributions and identified positions and extensions of rupture zones

图4中，黑色连线Ih代表华北8次现代地震破裂区延伸的烈度区间上限Ih，其等于极震区烈度I0，即Ih=I0;红色连线IL1代表华北地表地质环境属于基岩区的3次地震破裂区延伸的烈度区间(红色双向箭头)的下限。可注意到华北以外基岩区的2次地震破裂区延伸的烈度区间(橙色双向箭头)也完全落入与华北基岩区相同的烈度区间［Ih，IL1］。因此，图4中由黑色和红色连线限定的烈度区间［Ih，IL1］与极震区烈度I0、震区环境之间存在密切的关系:即震区为基岩区时，当极震区烈度I0从Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂区延伸的烈度区间则从［Ih=Ⅷ，IL1=Ⅶ-］线性变化到［Ih=Ⅺ，IL1=Ⅸ］。这一关系可作为华北地区震区环境为基岩区时、根据烈度分布确定历史强震破裂区延伸的经验准则，即图4的经验准则1，其中的虚线段是现代地震样本不足的暂时推测段。

图4 地震极震区烈度I0-破裂区延伸烈度区间［Ih，IL］的经验关系Fig.4 Empirical relation between the highest seismic intensities(I0)and the intensity-spans of rupture zone extensions［Ih，IL］.

从图4看到，尽管华北震区地表环境属于厚层松散堆积覆盖区的现代地震样本仅有3次(绿色双向箭头)，但相应破裂区延伸烈度区间的下限可用绿色直线IL2很好地进行连接，且在纵轴上的位置要明显高于红色连线IL1，即IL2＞IL1。这说明在华北厚层松散堆积覆盖区(如华北平原和大型第四纪断陷盆地区)，地震破裂区延伸的烈度区间下限IL2，要高于基岩区的下限IL1半度至1度的烈度值，原因可能是厚层松散堆积层对地震动具有显著的放大作用(王海云，2011)，使得地表地震烈度随距离的衰减明显偏慢，或者使得各级烈度区的面积明显增大。图4中由黑色和绿色连线限定的烈度区间［Ih，，IL2］与极震区烈度I0、震区环境之间存在密切的关系:即震区环境为厚层松散堆积覆盖区时，当极震区烈度I0从Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂区延伸的烈度区间则从［Ih=Ⅷ，IL2=Ⅶ+］线性变化到［Ih=Ⅺ，IL2=Ⅹ-］。这一关系可作为华北地区震区环境为厚层松散堆积覆盖区时、根据烈度分布确定历史强震破裂区延伸的经验准则，即图4的经验准则2，其中的虚线段是现代地震样本不足的暂时推测段。

华北存在另一类震区环境，即山地-第四纪平原/盆地过渡区，例如1978年海城5.9级地震和1976年唐山7.8级地震的震区环境(图2b，c)。因这类环境的现代地震样本少(图4中蓝色的双向箭头)，本文未能建立起相应的经验关系与准则。然而，本文3.1节的第(5)点将通过例子说明可运用前述2类震区环境的经验准则来综合确定发生在山地-第四纪平原/盆地过渡区的历史地震破裂区的延伸。

2.2 由烈度分布确定历史地震破裂区的方法

基于图4建立的经验准则1和2，同时根据本文第1节在确定10次现代地震破裂区及其烈度分布时积累的认识，可概括出利用烈度分布等信息确定华北地区M≥6历史强震破裂区位置与延伸的方法与步骤:

(1)集成并分析历史地震事件的烈度与破坏分布、地震构造以及震区地表地质环境的资料与研究成果，在活动构造图上绘出经确认或修改的烈度分布;分析烈度分布与活动构造的关系，结合现代震源机制解与小震分布等判定发震断裂带;

(2)根据震区的地表地质环境(基岩区、厚层松散堆积覆盖区、山地-第四纪平原/盆地过渡区之一)，分别运用图4的经验准则1、经验准则2、以及综合运用经验准则1和2，确定并绘出破裂区沿发震断裂带延伸的烈度区间;

(3)震区环境为非厚层松散堆积覆盖区时(如第四纪平原/大型盆地的边缘、中-小型第四纪盆地等)，地震破裂区沿发震构造延伸的烈度区间下限，可考虑在图4的IL1和IL2之间进行内差确定;

(4)历史地震破裂区的横向宽度，可综合考虑以下信息进行确定:1)破裂区的宽度应朝发震断层的倾向偏移，如图2e;可由相关地质、物探或小震精定位成果判断发震断层的倾向与倾角;2)发震构造为陡倾角的走滑断裂时，破裂区的宽度至少应覆盖由主、次级活动断层构成的断裂带宽度，如图2中的a，b，c;3)参考同一断裂段最近数十年小震相对密集分布的宽度，或参考同一断裂段和相邻段现代地震余震区的分布宽度。

3 华北5次历史强震破裂区的确定

作为应用试验，本节将前面建立的经验准则以及相应方法应用于确定华北5次不同大小的历史强震破裂区，并对结果进行分析。

3.1 5次历史强震破裂区的确定

3.1.1 1303年9月25日山西赵城-洪洞间8级地震

发震构造主要是NNE向、右旋走滑兼正倾滑的霍山山前断裂带;沿该断裂带至今仍保存了长约45km的地震地表破裂带遗迹(徐锡伟等，1990)。该地震的极震区烈度Ⅺ度，烈度区长轴呈NNE向(山西省地方志编纂委员会，1991)，且Ⅺ和Ⅹ度区的全部、Ⅸ度区的大部均位于霍山山前断裂带的西侧，反映该断裂带倾向NW西(图5a)。震区中部为基岩区，但南、北两端分位于厚层、薄层松散堆积的第四纪断陷盆地——临汾盆地与太原盆地。根据图5a的烈度分布，分别采用图4的经验准则2以及经验准则2和1下限(IL1和IL2)的内差确定此次地震破裂区朝南、北方向延伸的烈度区间。结果显示破裂区朝南、北方向分别沿发震断裂延伸于烈度Ⅺ～Ⅹ-以及烈度Ⅺ～Ⅸ之间，总长度约为150km(图5a)。

3.1.2 1502年10月27日河南范县濮城6½级地震

尽管从相关的历史记载中仅可获得这次地震的最高烈度为Ⅷ度以及震中北侧的烈度分布(国家地震局震害防御司，1995)，但仍可由此推断发震构造是NNE向兰聊(或聊考)断裂带的濮城段。该断裂带的基底部分隐伏于华北平原厚层第四系之下，与其相关的现代地震破裂以右旋走滑运动为主，兼有正倾滑分量(魏光兴等，1985;刘万琴等，1989)。根据图4中震区环境为厚层松散堆积覆盖区的经验准则2，可由图5b中的等震线确定出1502年地震破裂区位于濮城及其以北，沿发震断裂展布于烈度Ⅷ～Ⅶ+之间，长度为25～30km。

图5 华北5次不同大小历史地震的烈度分布与确定的破裂区位置及延伸Fig.5 Maps showing seismic intensity distributions and identified positions and extensions of rupture zones of 5 different size historical earthquakes in North China.

3.1.3 1668年7月25日山东郯城8½级地震

极震区烈度达Ⅻ度，已发现的地表破裂遗迹沿NNE向郯庐断裂带中段展布于莒县土岭至郯城窑上之间，长约130km(李家灵等，1994)。震区大部为基岩区，仅北端存在第四系厚度较小的平原区(图5c)。采用关于这次地震的2种权威版本的烈度分布(国家地震局震害防御司，1995;国家地震局地球物理研究所等，1990)，基于图4中的经验准则1确定出破裂区沿发震断裂带展布于烈度Ⅻ～Ⅹ-之间，即南起江苏宿迁附近，北达山东安丘以南、诸城以西或者安丘附近，长度为270～300km(图5c)。

3.1.4 1683年11月22日山西原平7级地震

极震区烈度Ⅸ度，等震线长轴呈NNW向(山西省地方志编纂委员会，1991)或者近SN向(国家地震局地球物理研究所等，1990)。有学者推测发震构造为NNW向的隐伏断裂(武烈，1993)，但考虑到震区的NNW向断裂规模较小，且展布上仅限于系舟山山前断裂NW侧的定襄及其与忻州之间，那里在此次地震时并非极震区，我们认为发震构造更可能是忻定盆地的中-北段——近SN向的活动断陷带(图5a)。考虑到震区主要位于第四纪松散堆积层厚达700～1800m的忻定盆地和代县盆地区(武烈，1993)，根据图4中的经验准则2，由图5a的等震线确定出1683年的破裂区位于原平及其南、北两侧，沿近SN向断陷带展布于烈度Ⅸ～Ⅷ+之间，长约50km。

3.1.5 1830年6月12日河北磁县7½级地震

极震区烈度Ⅹ度;高烈度区等震线长轴方向与NWW向磁县断裂的展布一致。地质调查也已在该断裂西段发现了地震地表破裂带的遗迹，错动方式为左旋走滑兼正倾滑，证明磁县断裂是这次地震的发震断裂(江娃利等，1994)(图5b)。现代小震精定位研究也推断磁县断裂为1830年地震的发震断裂，且发现该断裂的倾角陡立(刁桂苓等，1999)。考虑到1830年地震震区的东、西两半部分别位于华北平原和太行山山区，根据烈度分布，采用图4中的经验准则2和经验准则1分别确定破裂区朝东、西方向延伸的烈度区间。结果显示该地震的破裂区朝东、西方向分别沿磁县断裂延伸于烈度Ⅹ～Ⅸ以及Ⅹ～Ⅷ+之间，总长度约80km(图5b)。

3.2 结果分析

表2列出3.1小节确定的5次历史强震破裂区的位置与延伸长度LI并与采用华北地区适用的震级MS-破裂长度L经验公式(龙锋，2007):

由震级MS估算的破裂长度L进行比较。结果显示:由2种方法确定的5次历史强震破裂区长度的结果中，有2次基本相同，另外3次也很接近，说明本文发展的基于烈度分布方法确定的破裂区长度LI在数值上是可信的。考虑到采用式(1)估计的仅仅是破裂长度L，不能定位，且结果受历史地震震级的不确定性影响很大;而本文发展的基于烈度分布确定破裂区的方法不仅可获得破裂区的延伸长度LI，同时还可获得破裂区沿发震构造的位置与延伸方向。因此，本文发展的方法是震级MS-破裂长度L经验公式方法不可替代的。

由于1502年M 6½地震的烈度分布不完整，等震线的位置存在不确定性(图5b)，同时，由于我们对1668年M 8½地震采用了2种版本的烈度分布(图5c)，使得基于烈度分布确定的这2次地震的破裂区长度分别是25～30km以及270～300km，不确定性分别为18%和10%。比较本文第1节第(9)点集成的、采用不同现代技术方法获得的2008年汶川8.0级地震破裂区长度的结果与精度(长度主要为240～340km，不确定性至少达到17%)可以看出:本文发展的方法在烈度/等震线分布信息可靠的情况下，完全适用于华北地区历史强震破裂区的确定。

4 结论

本文以华北地区为例，在集成与分析现代地震相关信息的基础上，探索与发展了利用烈度/等震线分布资料、结合地震构造与震区环境确定历史强震破裂区的途径与方法，并开展了应用实例研究。结果表明:

(1)以华北地区为主的10次现代地震的破裂区沿发震构造延伸的烈度区间［Ih，IL］与极震区烈度I0和震区地表地质环境之间存在密切的相关性，并已基于这种相关性建立了2条经验准则:1)震区为基岩区时，极震区烈度I0从Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂区延伸的烈度区间从［Ih=Ⅷ，IL1=Ⅶ-］线性变化到［Ih=Ⅺ，IL1=Ⅸ］;2)震区为厚层松散堆积覆盖区时，极震区烈度I0从Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂区延伸的烈度区间从［Ih=Ⅷ，IL2=Ⅶ+］线性变化到［Ih=Ⅺ，IL2=Ⅹ-］。

(2)运用以上2条经验准则，根据烈度/等震线分布确定华北历史地震破裂区的位置与延伸时，需要区分震区的地表地质环境、同时需要结合地震构造分析进行;历史地震破裂区的横向宽度可综合发震构造产状、现代小震及余震分布等信息辅助确定。

(3)对5次不同大小历史强震破裂区的确定结果反映出应用本文所建立的经验准则以及发展的相应方法，在烈度/等震线资料可靠的情况下，可较好地确定出华北地区历史强震破裂区的位置与延伸。

本研究将作为进一步确定华北各次历史强震破裂区、建立相关地震构造带以及整个区域的强震破裂图像、进而鉴别强震空区与危险区的重要基础。

陈鲲，俞言祥，高孟潭，等.2011.考虑震源破裂过程的青海玉树地震震动图研究［J］.中国地震，27(1):56—64.

CHEN Kun，YU Yan-xiang，GAO Meng-tan，et al.2011.Research on shakemap for Yushu earthquake in Qinghai based on source process［J］.Earthquake Research in China，27(1):56—64(in Chinese).

陈运泰，黄立人，林邦慧，等.1979.用大地测量资料反演得到1976年唐山地震的位错模式［J］.地球物理学报，22(3):201—217.

CHEN Yun-tai，HUANG Li-ren，LIN Bang-hui，et al.1979.A dislocation model of the Tangshan earthquake of 1976 from the inversion of geodetic data［J］.Acta Geophysica Sinica，22(3):201—217(in Chinese).

陈运泰，林邦慧，林中洋，等.1975.根据地面形变的观测研究1966年邢台地震的震源过程［J］.地球物理学报，18(3):164—182.

CHEN Yun-tai，LIN Bang-hui，LIN Zhong-yang，et al.1975.The focal mechanism of the 1966 Xingtai earthquake as inferred from the ground deformation observations［J］.Acta Geophysica Sinica，18(3):164—182(in Chinese).

邓起东，王挺梅，李建国，等.1976.关于海城地震震源模式的讨论［J］.地质科学，19:195—204.

DENG Qi-dong，WANG Ting-mei，LI Jian-guo，et al.1976.A discussion on source model of Haicheng earthquake［J］.Scientia Geologica Sinica，19:195—204(in Chinese).

刁桂苓，张四昌，赵军，等.1999.用现代小地震研究历史强震的震源断层:以1830年河北磁县7½级地震为例［J］.地震地质，21(2):121—126.

DIAO Gui-ling，ZHANG Si-chang，ZHAO Jun，et al.1999.The focal faults of historical great earthquakes inferred based on current small shocks:Taking an example of 1830 Cixian，Hebei，M 7½ earthquake ［J］.Seismology and Geology，21(2):121—126(in Chinese).

傅征祥.1981.1978年5月18日海城6级地震前地震活动的某些特征［J］.地震学报，3(2):118—125.

FU Zheng-xiang.1981.Certain characteristics of the seismic activity preceding the Haicheng earthquake of May 18，1978 of magnitude MS=6.0［J］.Acta Seismologica Sinica，3(2):118—125(in Chinese).

顾浩鼎，陈运泰，高祥林.1976.1975年2月4日辽宁省海城地震的震源机制解［J］.地球物理学报，19(4):270—285.

GU Hao-ding，CHEN Yun-tai，GAO Xiang-lin.1976.Focal mechanism of Haicheng，Liaoning Province，earthquake of February 4，1975［J］.Acta Geophysica Sinica，19(4):270—285(in Chinese).

国家地震局地球物理研究所，复旦大学历史地理研究所.1990.中国历史地震图集(清时期)［M］.北京:中国地图出版社.

Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Institute of Historic Geography，Fudan University.1990.The Atlas of Historic Earthquakes of China(Book for Qing Dynasty)［M］.China Cartographic Publishing House，Beijing(in Chinese).

国家地震局震害防御司(编).1995.中国历史强震目录［M］.北京:地震出版社.

Department of Earthquake Disaster Prevention，China Earthquake Administration.1995.The Catalogue of Chinese Historical Strong Earthquake［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

高景春，刁桂苓，张四昌，等.2002.以震源精确定位结果分析张北地震序列的破裂特征［J］.地震地质，24(1):81—90.

GAO Jing-chun，DIAO Gui-ling，ZHANG Si-chang，et al.2002.Rupture characteristics of the Zhangbei earthquake sequence analyzed by exact focal location［J］.Seismology and Geology，24(1):81—90(in Chinese).

河北省地震局.1986.一九六六年邢台地震［M］.北京:地震出版社.

Earthquake Administration of Heibei Province.1986.The 1966 Xingtai Earthquake［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

胡小幸，林邦慧.1989.邢台地震空间分布随时间变化的立体图像与地震发生过程［J］.地震学报，11(1):1—11.

HU Xiao-xing，LIN Bang-hui.1989.Stereoscopic figures of the time-variation in the space distribution of foci of the Xingtai earthquakes and their occurrence procedure［J］.Acta Seismologica Sinica，11(1):1—11(in Chinese).

黄保大，张子广，边庆凯，等.2003.1998年1月10日和1999年3月11日河北省张北6.2级和5.5级地震［A］.见陈棋福主编.中国震例(1997—1999).北京:地震出版社.146—171.

HUANG Bao-da，ZHANG Zi-guang，BIAN Qing-kai，et al.2003.Zhangbei earthquake of MS6.2 and MS5.5 on Jan.10，1998 and Mar.11，1999 in Hebei Province［A］.In:Chen Qi-fu(ed).Earthquake Cases in China(1997-1999).Seismological Press，Beijing.146—171(in Chinese).

黄媛，吴建平，张天中，等.2008.汶川8.0级大地震及其余震序列重定位研究［J］.中国科学(D辑)，38(10):1242—1249.

HUANG Yuan，WU Jian-ping，ZHANG Tian-zhong，et al.2008.Relocation of the M8.0 Wenchuan earthquake and its aftershock sequence［J］.Science in China(Ser D)，38(10):1242—1249(in Chinese).

江娃利，张英礼，侯志华.1994.河北磁县西部山区最新地表破裂带的发现与1830年磁县地震的关系［J］.中国地震，10(4):357—362.

JIANG Wa-li，ZHANG Ying-li，HOU Zhi-hua.1994.The discovery of the freshest surface fracture zone in the west mountain of Cixian County of Hebei Province related to the 1830 Cixian earthquake of M7.5［J］.Earthquake Research in China，10(4):357—362(in Chinese).

李家灵，晁洪太，崔昭文，等.1994.1668年郯城8½级地震断层及其破裂机制［J］.地震地质，16(3):229—237.

LI Jia-ling，CHAO Hong-tai，CUI Zhao-wen，et al.1994.Seismic fault of the 1668 Tancheng earthquake(M=8½)and its fracture mechanism［J］.Seismology and Geology，16(3):229—237(in Chinese).

林邦慧，陈运泰，魏富胜，等.1979.不对称双侧破裂过程的研究及其在海城地震的应用［J］.地震学报，1(2):133—149.

LIN Bang-hui，CHEN Yun-tai，WEI Fu-sheng，et al.1979.A study of asymmetrically bilateral rupture process with application to the Haicheng earthquake［J］.Acta Seismologica Sinica，1(2):133—149(in Chinese).

林邦慧，胡小幸.1988.1975年2月4日海城地震的破裂过程与地震序列空间分布的图像［J］.中国地震，4(2):49—58.

LIN Bang-hui，HU Xiao-xing.1988.Rupture process of the Haicheng earthquake on Feb.4，1975 and spatial distributions of Haicheng seismic series［J］.Earthquake Research in China，4(2):49—58(in Chinese).

刘万琴，魏光兴，周翠英.1989.1983年11月7日菏泽5.9级地震震源过程研究［J］.地震学报，11(3):282—290.

LIU Wan-qin，WEI Guang-xing，ZHOU Cui-ying.1989.A study of the focal process of Heze earthquake(MS=5.9)，Shangdong Province of November 7，1983［J］.Acta Seismologica Sinica，11(3):282—290(in Chinese).

刘宝恒.1990.1978年5月18日辽宁营口5.9级地震［A］.见张肇诚主编.中国震例(1976—1980).北京:地震出版社.235—250.

LIU Bao-heng.1990.The Yingkou，Liaoning Province，earthquake of M 5.9 of May 19，1978［A］.In:ZHANG Zhaocheng(ed).Earthquake Cases in China(1976-1980).Seismological Press，Beijing.235—250(in Chinese).

刘巧霞，杨卓欣，莘海亮.2012.玉树MS7.1地震部分余震重新定位及发震构造分析［J］.地球物理学报，55(1):146—154.

LIU Qiao-xia，YANG Zhuo-xin，XIN Hai-liang，et al.2012.Relocation of Yushu MS7.1 earthquake aftershocks and discussion on seismogenic structure［J］.Chinese J Geophys，55(1):146—154(in Chinese).

龙锋，闻学泽，徐锡伟.2007.华北地区活断层的震级-破裂长度、破裂面积的经验关系［J］.地震地质，28(4):511—535.

LONG Feng，WEN Xue-ze，XU Xi-wei.2007.Empirical relationships between magnitude and rupture length，and rupture area，for seismogenic active faults in North China［J］.Seismology and Geology，28(4):511—535(in Chinese).

M7专项工作组.2012.中国大陆大地震中-长期危险性研究［M］.北京:地震出版社.

Working Group of M7.2012.Study on the Mid-to Long-Term Potential of Large Earthquakes on the Chinese Continent［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

山西省地方志编纂委员会.1991.山西通志(第五卷).地震志［M］.中华书局.

Compiling Committee of Local Chronicles of Shanxi Province.1991.Local Chronicles of Shanxi Province(Volume Five):Earthquake Chronicles［M］.Zhonghua Book Company(in Chinese).

石川有三，朱传镇，曹天清.1983.唐山、海城、盐源-宁蒗地震强余震特征［J］.地震学报，5(1):15—30.

ISHIKAWA Yuzo，ZHU Chuan-zhen，CAO Tian-qing.1983.On some characteristics of strong aftershocks of the 1976 Tangshan，1975 Haicheng and 1976 Yanyuan-Ninglang earthquakes［J］.Acta Seismologica Sinica，5(1):15—30(in Chinese).

孙鑫喆，徐锡伟，陈立春，等.2012.2010年玉树地震地表破裂带典型破裂样式及其构造意义［J］.地球物理学报，55(1):155—170.

SUN Xin-zhe，XU Xi-wei，CHEN Li-chun，et al.2012.Surface rupture features of the 2010 Yushu earthquake and its tectonic implication［J］.Chinese J Geophys，55(1):155—170(in Chinese).

王超，刘智，张红，等.2000.张北-尚义地震同震形变场雷达差分干涉测量［J］.科学通报，45(23):2549—2554.

WANG Chao，LIU Zhi，ZHANG Hong，et al.2000.The coseismic displacement field of the Zhangbei-Shangyi earthquake mapped by differential radar interferometry［J］.Chinese Science Bulletin，45(23):2549—2554(in Chinese).

王海云.2011.渭河盆地中土层场地对地震动的放大作用［J］.地球物理学报，54(1):137—150.

WANG Hai-yun.2011.Amplification effects of soil sites on ground motion in the Weihe Basin ［J］.Chinese J Geophys，54(1):137—150(in Chinese).

王挺梅，向宏发，方仲景，等.1976.海城地震地质构造背景与发震构造的探讨［J］.地质科学，11(3):205—214.

WANG Ting-mei，XIANG Hong-fa，FANG Zhong-jing，et al.1976.A study of the geotectonic background and seismogenic structures of Haicheng earthquake［J］.Scientia Geologica Sinica，11(3):205—214(in Chinese).

王未来，吴建平，房立华，等.2012.2010年玉树MS7.1地震及其余震的双差定位研究［J］.中国科学(D辑)，42(7):1037—1046.

WANG Wei-lai，WU Jian-ping，FANG Li-hua，et al.2012.Relocation of the Yushu MS7.1 earthquake and its aftershocks in 2010 from HypoDD［J］.Science in China(Ser D)，42(7):1037—1046(in Chinese).

魏光兴，周翠英，许坤福.1985.1983年菏泽5.9级地震［J］.地震学报，7(1):118—123.

WEI Guang-xing，ZHOU Cui-ying，XU Kun-fu.1985.The 1983 Heze earthquake of magnitude 5.9 ［J］.Acta Seismologica Sinica，7(1):118—123(in Chinese).

武烈.1993.忻定盆地的地震活动［J］.华北地震科学，11(2):54—59.

WU Lie.1993.Seismicity at Xinzhou-Dingxiang Basin ［J］.North China Earthquake Sciences，11(2):54—59(in Chinese).

徐锡伟，邓起东.1990.山西霍山山前断裂晚第四纪活动特征和1303年洪洞8级地震［J］.地震地质，12(1):21—31.

XU Xi-wei，DENG Qi-dong.1990.The features of late Quaternary activity of the piedmont fault of Mt.Huoshan，Shanxi Province and 1303 Hongdong earthquake(MS=8)［J］.Seismology and Geology，12(1):21—31(in Chinese).

徐锡伟，冉勇康，周本刚，等.1998.张北-尚义地震的地震构造环境与宏观破坏特征［J］.地震地质，20(2):135—145.

XU Xi-wei，RAN Yong-kang，ZHOU Ben-gang，et al.2008.Seismotectonics and macrodamage features of the Zhangbei-Shangyi earthquake［J］.Seismology and Geology，20(2):135—145(in Chinese).

徐锡伟，闻学泽，叶建青，等.2008.汶川MS8.0地震地表破裂带及其发震构造［J］.地震地质，30(3):597—629.

XU Xi-wei，WEN Xue-ze，YE Jian-qing，et al.2008.The MS8.0 Wenchuan earthquake surface ruptures and its seismogenic structure［J］.Seismology and Geology，30(3):597—629(in Chinese).

徐锡伟，于贵华，王峰，等.2000.1966年邢台地震群的发震构造模型:新生断层形成先存活断层摩擦粘滑［J］.中国地震，16(3):364—378.

XU Xi-wei，YU Gui-hua，WANG Feng，et al.2000.Seismogenic model for the 1966 Xingtai earthquakes:Nucleation of new-born fault or strike-slip of pre-existing fault［J］.Earthquake Research in China，16(3):364—378(in Chinese).

杨智娴，陈运泰.2004.用双差地震定位法再次精确测定1998年张北-尚义地震序列的震源参数［J］.地震学报，26(2):115—120.

YANG Zhi-xian，CHEN Yun-tai.2004.Relocation of the 1998 Zhangbei-Shangyi earthquake sequence using the double difference earthquake location algorithm［J］.Acta Seismologica Sinica，26(2):115—120(in Chinese).

杨智娴，陈运泰，张宏志.2002.张北-尚义地震序列的重新定位和发震构造［J］.地震学报，24(4):366—377.

YANG Zhi-xian，CHEN Yun-tai，ZHANG Hong-zhi.2002.Relocation and seismogenic structure of the 1998 Zhangbei-Shangyi earthquake sequence［J］.Acta Seismologica Sinica，24(4):366—377(in Chinese).

袁一凡.2008.四川汶川8.0级地震损失评估［J］.地震工程与工程振动，28(5):10—19.

YUAN Yi-fan.2008.Loss assessment of Wenchuan earthquake ［J］.Earthquake Engineering and Engineering Vibration，28(5):10—19(in Chinese).

张勇，许力生，陈运泰.2010.2010年青海玉树地震震源过程［J］.中国科学(D辑)，40(7):819—821.

ZHANG Yong，XU Li-sheng，CHEN Yun-tai.2010.Source process of the 2010 Yushu，Qinghai，earthquake ［J］.Science in China(Ser D)，40(7):819—821(in Chinese).

张肇诚，罗咏生，郑大林.1990.1976年7月28日河北省唐山7.8级地震［A］.见张肇诚主编.中国震例(1976—1980).北京:地震出版社.30—59.

ZHANG Zhao-cheng，LUO Yong-sheng，ZHENG Da-lin.1990.The Tangshan，Hebei Province，earthquake of M7.8 of July 28，1976［A］.In:ZHANG Zhao-cheng(ed).Earthquake Cases in China(1976-1980).Seismological Press，Beijing.30—59(in Chinese).

赵振.1981.1978年海城6.0级地震的破裂过程和某些参数的估计［J］.西北地震学报，3(4):56—61.

ZHAO Zhen.1981.Fracture process of the earthquake(MS=6.0)in Haicheng，Liaoning Province on May 18，1978 and estimate of some source parameter［J］.Northwestern Seismological Journal，3(4):56—61(in Chinese).

赵振，谷光裕.1996.海城地震余震活动的再研究［J］.东北地震，12(1):1—7.

ZHAO Zhen，GU Guang-yu.1996.Restudies on aftershock activity of Haicheng earthquake，M=7.3 ［J］.Seismological Research of Northeast China，12(1):1—7(in Chinese).

赵翠萍，陈章立，周连庆，等.2009.汶川8.0级地震震源破裂过程研究:分段特征［J］.科学通报，54(22):3475—3482.

ZHAO Cui-ping，CHEN Zhang-li，ZHOU Lian-qing，et al.2009.Rupture process of the M8.0 Wenchuan earthquake of Sichuan，China:The segmentation feature［J］.Chinese Science Bulletin，54(22):3475—3482(in Chinese).

Ambraseys N N.1970.Some characteristic features of the North Anatolian Fault zone ［J］.Tectonophysics，9(2):143—165.

Ambraseys N N，Jackson J.1998.Faulting associated with historical and recent earthquakes in the Eastern Mediterranean ［J］.Geophys J Int，133(2):390—406.

Ando M.1975.Source mechanisms and tectonic significance of historical earthquakes along the Nankai Trough，Japan［J］.Tectonophysics，27(2):119—140.

Berberian M，Yeats R S.1999.Patterns of historical earthquake rupture in Iranian Plateau［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，89(1):120—139.

Bilham R，Gaur V K，Monlar P.2001.Himalayan seismic hazard［J］.Science，293(5534):1442—1444.

Butler R，Stewart G S，Kanamori H.1979.The July 27，1976 Tangshan，China earthquake:A complex sequence of intraplate events［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，69(1):207—220.

Hirata K，Geist E L，Satake K，et al.2003.Slip distribution of the 1952 Tokachi-Oki earthquake(M8.1)along the Kuril trench deduced from tsunami waveform inversion ［J］.J Geophys Res，108(B4):2196.

Mogi K.1979.Two kinds of seismic gaps［J］.Pure Appl Geophys，117(6):1172—1186.

Nishenko S P.1991.Circum-Pacific seismic potential:1989-1999［J］.Pure Appl Geophys，135(2):169—259.

Sykes L.1979.Aftershock zones of great seismicity gaps，and earthquake prediction for Alaska and the Aleutians［J］.J Geophys Res，76(32):8021—8041.

Wen X Z，Ma S L，Xu X W，et al.2008.Historical pattern and behavior of earthquake ruptures along the easternboundary of the Sichuan-Yunnan faulted-block，southwestern China ［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，168:16—36.

Xu X W，Wen X Z，Yu G H，et al.2009.Coseismic reverse-and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake，China［J］.Geology，37(6):515—518.

Zhang P Z，Wen X Z，Shen Z K，et al.2010.Oblique，high-angle，listric-reverse faulting and associated development of strain:The Wenchuan earthquake of May 12，2008，Sichuan，China ［J］.Annual Review of Earth and Planetary Sciences，38:353—382.