2013年河北赞皇小震群活动特征及其指示意义

杨 锐，王晓山，王 想，汤兰荣，刘 丽，边庆凯，王莉婵，李冬圣，蔡玲玲

(1.河北省地震局，石家庄 050021，2.江西省地震局，南昌 330039)

2013年河北赞皇小震群活动特征及其指示意义

杨 锐1，王晓山1，王 想1，汤兰荣2，刘 丽1，边庆凯1，王莉婵1，李冬圣1，蔡玲玲1

(1.河北省地震局，石家庄 050021，2.江西省地震局，南昌 330039)

河北省数字地震台网在2013年5月19日至7月15日记录到河北赞皇县发生震群活动，ML-0.9级以上地震229次。震群附近30 km之内之前没有发生过5级以上地震，1966年邢台7.2级地震区呈北北东向分布，在其南部存在北西向分支，抵达赞皇附近，发生过少量ML1～2级小震。与较为平静的地震活动背景相比，赞皇震群尤为突出。通过分析震级—频度关系，震群呈现低b值特征；利用振幅比法反演震群ML2级以上11个基本一致的震源机制解，并进一步反演震源区应力场，结果与华北构造应力场完全吻合。结果显示，震群呈北北东方向分布，震源机制也有相应的节面对应，大多数倾向北西西，表明震群为右旋走向滑动。同时，低b值和震源机制一致属于震兆现象，应注意加强赞皇附近区域的震情跟踪研究。

赞皇震群；地震参数；震源机制解

0 引言

河北省赞皇县是太行山东麓的一个山区县，地处石家庄市西南，位于东经114°01′至114°30′，北纬37°26′至37°46′，全县面积835.56 km2。赞皇县历史上没有发生过破坏性地震。自2013年5月19日起，河北省数字地震台网记录到该县一系列小震活动，截止7月15日，共发生ML-0.9级以上地震229次，最大地震ML3.2级。赞皇震群持续两个月，震区震感明显。由于震群发生在人口密度大的河北省会附近地区，对社会和公众造成一定程度的影响，也引起各级政府的关注。震群位于河北省数字地震台网之内，充分利用其产出的波形数据和震相到时，详细分析赞皇震群的构造背景、震群特征，利用数字地震波形反演震源机制，进一步反演应力场与华北构造应力场比较，进一步探讨未来中强地震的指示意义。

1 赞皇附近历史地震活动分析

赞皇震群位于河北平原和太行山交界处，历史文化发达，地震资料丰富，最早记录的地震是公元777年的宁晋地震，最近的记录是1956年9月3日山西平定东北5.0级地震。表1提供了5级以上历史地震目录，对应历史地震震中分布如图1所示，尽管赞皇附近1000多年来发生了15次5～6级地震，但是30 km内却没有破坏性地震发生，表明赞皇属于少震弱震区。1966年邢台发生7.2级地震之后，有一系列5级余震，一直持续到1985年，全部集中在赞皇的东南方向[1]。赞皇附近超过30 km有1528年发生的栾城5级地震，在将近40 km有1956年井陉西发生的5级地震。此后直到1966年发生邢台7级地震序列，5级地震持续近20年。同期其它地方没有5级地震发生。数十年来，除了邢台震区，其它地方是平静的。

图1 公元777—1956年(红色实心圆), 1966—1985年(蓝色实心圆)震中区附近5级以上地震分布图

表1 有记录以来赞皇附近发生的5级以上地震

a 1970—2012年震中分布图 b 2010—2012年震中分布图

图2a呈现了1970年以来赞皇附近1级以上小震分布。可见，其中的密集带为邢台地震序列，呈北北东方向的邢台余震区存在北西向分支，抵达赞皇附近。图2b呈现的2010—2012年1级以上震中附近地震分布，显示赞皇周围只有零星1级小震，但是邢台震区北北东方向的地震分布清晰可见，表明近年赞皇附近地震活动微弱。

2 赞皇震群活动特征

河北省赞皇县自2013年5月19日开始，震群活动截止7月15日08时这56天共发生ML-0.9级以上地震229次(表2)，其中0级以下地震100次，0.1～1.0级地震89次，1.1～2.0级地震29次， 2.1～3.0级地震10次。最大的一次地震是6月3日12时02分的ML3.2级地震，7月15日之后，赞皇地震趋于平静，只有少数零级左右地震发生。由图3时间-震级分布图可见，赞皇震群虽然最大震级不高，活动持续的时间却不短；震级存在增长到高值之后逐渐衰减的过程，能量衰减较慢。

表2 赞皇震群震级-频次统计

图3 赞皇震群震级-时间分布图

图4 震级-频度关系图

由最小二乘方法拟合震级—频度关系见图4，结果显示相关系数为0.9984，比较高。累积频度计算的b值为0.49，偏低，与一般小震群的高值差异比较大，属于显著的异常震兆现象。

由图5a给出的地震台站和震群分布可见，震群西侧的L1303和L1301为流动台，其它为固定台。台站总体呈南北向分布，能够较好地控制纬向震源定位精度，但对于经向控制震源定位精度不利。在震群西侧增加2个流动台后，近场台站能够更好控制测定震源位置。我们使用较近的台站到时，修订了部分2级以上地震的位置，地震震中整体保持北东方向的优势分布(图5b)，北东方向长轴长4.5 km，北西方向短轴宽2.5 km。

a 赞皇震群震中和台站分布图 b震中密集区放大分布图

3 震源机制解和应力场

地下深处的应力状态难以直接获得，通常可由震源机制解来确定。本文采用层状介质点源位错模型，利用河北省数字地震台网的波形资料，取垂直向记录直达Pg、Sg波的最大振幅，以观测资料与理论地震图拟合反演震源机制的方法[2]，得到11个地震的震源机制(表3、图6)。11个震源机制都属于走向滑动断层，P、T轴近于水平，B轴近于直立。P轴方位集中在NEE-SWW方向，T轴方位集中在NNW-SSE方向。NE走向的节面倾斜，倾向NW，呈右旋走向滑动；NW走向的节面直立，呈左旋走向滑动。

表3 11个震源机制的各个参数

图6 11个地震震源机制投影图(最后一个为ML3.2级地震震源机制投影图)

选用Gephart和Forsyth的应力场参数网格搜索的震源机制应力反演(简称FMSI)程序[2]确定应力场的主应力轴方位。震源机制应力反演程序有3个基本假定[3-4]：①断层面上的滑动方向和计算的剪切应力方向一致；②研究区域内的应力场方向一致；③地震是剪切位错并且可以发生在先前已经存在的断层上。震源机制应力反演程序使用的是网格搜索法，即在应力场参数的模型空间中找到应力模型与实际地震数据间平均残差最小的最佳应力模型。在震源机制应力反演程序中，每个地震与应力模型间的残差定义为使应力模型和观测到的滑动角方向相一致的关于任意方位旋转轴的最小旋转角。该方法可以获得最佳应力模型3个主应力轴σ1，σ2和σ3(σ1≥σ2≥σ3)的方位角和倾角，同时还可以得到相对应力大小值R，R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1)(0≤R≤1)，R 值有助于我们区分应力场的类型。

利用11个小地震的震源机制反演得到应力场主轴投影(图7a)以及应力场参数为：最大压应力主轴方位82.39°、倾伏角29.50°；中等压应力主轴方位310.00°、倾伏角50.00°；最小压应力主轴方位187.27°、倾伏角24.40°，拟合残差角1.79°，应力比0.30，拟合残差角非常小，表明这些震源机制相当一致，从图6也可看出11个小震震源机制的一致性较好。

由应力场参数推算最易于滑动的断层空间取向为：走向226.52°、倾角50.18°、滑动角-175.81°。这与震中分布的北东走向长轴吻合，震源机制的北东节面多数是倾斜(倾向NW)的，且右旋走向滑动性质相同。

取34°～42°N、105°～125°E范围的矩张量解，反演得到华北区域应力场投影(图7b)，以及华北区域应力场参数为：最大压应力主轴方位83°、倾伏角32°；中等压应力主轴方位244°、倾伏角57°；最小压应力主轴方位347°、倾伏角9°，拟合残差角4.73°，应力比0.4。赞皇震群震源机制反演的应力场与华北区域应力场非常接近，最大压应力轴基本一致，而最小压应力主轴稍稍翘起。表明赞皇附近受到了大尺度应力场比较严格的控制。

a赞皇震群震源机制反演的应力场应力主轴投影 b华北区域应力场投影 图7 应力场投影图

根据相关一些研究，陈颙(1980)指出1975年辽宁海城7.3级地震的前震存在震源机制一致性[5]，王俊国等[6]和万永革[7]给出三维空间更严格的定义，展示千岛群岛大震和美国Landers 地震和Hector Mine 地震的震例；王晓山等[8]详细分析2006年河北文安5.1级地震震源机制一致性参数的空间演化图像，刘芳等[9]绘制内蒙古中西部地区的震源机制解一致性参数图像得到低值区，表明震源机制一致性参数的震兆意义；而赞皇震群显示的震源机制一致性可能也是中等强度地震前的现象。

4 结论

(1)河北省数字地震台网在2013年5月19日—7月15日的河北赞皇县震群活动中，共记录到ML-0.9级以上地震229次。校核部分2级地震之后，震群集中呈北北东方向的带状分布。

(2)历史上赞皇附近30 km之内没有发生过5级以上地震。相邻的1966年邢台7.2级地震区呈北北东向分布，在其南部存在北西向分支，抵达赞皇附近，发生过少量1～2级小震。1986年以来赞皇附近150 km没有发生5级以上地震，存在大范围的平静。小地震活动也是平静的背景，赞皇震群的发生就显得更加突出。

(3)利用振幅比法反演震群2级以上地震的11个基本一致的震源机制解，进一步反演震源区应力场，其与华北构造应力场非常吻合；震群呈NNE方向分布，震源机制也有相应的节面对应，大多数向NWW倾，表明震群以右旋走向滑动为主。

(4)赞皇震群的震级—频度关系b值低，连同震源机制一致和地震平静都属于震兆现象，应加强赞皇附近区域的震情跟踪研究。

致谢：本文得到刁桂苓老师的耐心指导和大力帮助，在此致以最诚挚的谢意！

[1]吕国军，马帅琦，李皓，等. 邢台地震对石家庄地区的震害特征研究[J]. 华北地震科学，2012，30(4): 19-24.

[2]梁尚鸿，李幼铭，束沛镒，等．利用区域地震台网P、S振幅比资料测定小震震源参数[J]．地球物理学报，1984，27(3)：247-257.

[3]Gephart J W. FMSI: A Fortran program for inverting fault/slickenside and earthquake focal mechanism data to obtain the regional stress tensor[J]. Computers & Geosciences, 1990，16(7): 953-989.

[4]Gephart J W, Forsyth D W. An improved method for determining the region al stress tensor using earthquake focal mechanism data: Application to the San Fernando earthquake sequence [J]. J. Geophys. Res, 1984，89: 9305-9320.

[5]陈颙. 用震源机制一致性作为描述地震活动性的新参数[J]．地球物理学报，1980，2(3) : 39-47.

[6]王俊国，刁桂苓. 千岛岛弧地震前哈佛大学矩心矩张量(CMT)解一致性的预测意义[J]． 地震学报，2005，27(2) : 178-183.

[7]万永革. 美国Landers 地震和Hector Mine 地震前震源机制与主震机制一致性现象的研究[J]． 中国地震，2008，24(3) : 216-225.

[8]王晓山，刁桂苓，冯向东，等. 2006 年文安地震孕育、发生的应力场动态图像[J].地震研究，2011，34(3)：266-270.

[9]刘芳，王晓山，杨雅琼.内蒙古中西部地区小震震源机制解分析[J].大地测量与地球动力学，2010，30(S1)：7-11.

Analysis on Hebei Zanhuang Earthquake Swarm in 2013

YANG Rui1,WANG Xiao-shan1, WANG Xiang1, TANG Lan-rong2, LIU Li1, BIAN Qing-kai1,

WANG Li-chan1, LI Dong-sheng1, CAI Ling-ling1

(1.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China;
2.Earthquake Administration of Jiangxi Province, Nanchang 330039, China)

According to the records of the Hebei digital seismic network, an earthquake swarm including 229ML≥-0.9 earthquakes occurred in Zanhuang County of Hebei Province from May 19th, 2013 to July 15th,2013. Historical records show that there is no earthquake of magnitude 5 occurred within 30 km. The earthquake regions of the 1966 xingtaiM7.2 strong earthquake distributed in direction of NNE, but one NW trending branch in the south of the earthquake regions extended near the Zanhuang County, along which, a small quantity ofML1～2 earthquakes occurred. Compared with the relatively calm background of earthquake activity, the Zanhuang earthquake swarm activity is very outstanding. Analysis of relationship between earthquake magnitude and frequency shows that the b-value of the earthquake swarm is lower than the normal. On the basis of the 11 focal mechanism solutions ofML≥2 earthquakes of the swarm inverted using the wave amplitude ratio method and seismic waveform fitting technique, the stress field in the source area is calculated which is fully consistent with the tectonic stress field of North China Region. It can be proved that the earthquake swarm was triggered by right strike-slip faults through which the earthquake swarm distributed in NNE and was correspond with the nodal planes of the focal mechanism solutions and most of them are NWW-dipped. Owing to the fact that the similar focal mechanism solutions and the low b-value both belong to the phenomenons of earthquake precursor, the research about seismic situation tracing of Zanhuang area should be strengthened.

earthquake sequence; seismic parameter; focal mechanism solutions

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.004

2014-05-07

河北省地震科技星火计划项目 “河北台网近震震相特征分析与典型震例库的建立” (项目编号：DZ20140712045)

杨锐(1983—)，女(汉族)，工程师，主要从事地震监测和地震速报工作.E-mail：yangrui9811@eyou.com.

P315.332

A

1003-1375(2014)04-0017-06