武敏捷，朱紅彬，岳曉媛，林向東，李 紅

（北京市地震局，北京 100080）

0 引言

強震與大地震往往發(fā)生在活動斷裂帶上的相對高應(yīng)力積累區(qū)或閉鎖段上［1］?；谝詁值為主的地震活動性參數(shù)的空間分布，結(jié)合歷史及現(xiàn)今地震活動背景，分析斷裂帶的現(xiàn)今活動習性，進而綜合判定處于相對高應(yīng)力和閉鎖狀態(tài)的斷裂段，是近年來國際上中－長期地震危險性研究的重要方面之一。Wiemer等［2］及Wyss等［3］利用震級－頻度關(guān)系中a、b值等地震活動性參數(shù)的空間分布，去分析和判定活動斷裂帶現(xiàn)今相對應(yīng)力水平的空間分布，從中區(qū)分出正處于相對高應(yīng)力積累的段落或者凹凸體段落，為強震和大地震的長期、中－長期危險地段判定提供依據(jù)。易桂喜等［4－6］利用多地震活動參數(shù)分析了龍門山－岷山斷裂帶、安寧河－則木河斷裂帶等斷裂帶的現(xiàn)今活動習性與強震危險性。黃元敏等［7］利用該方法研究了粵閩交界及其近海地區(qū)的強震危險性［8］。

首都圈地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟和文化的中心，也是地震災(zāi)害多發(fā)地區(qū)。自公元前780年至今，該區(qū)域共發(fā)生MS≥6.0地震26次，其中6.0～6.9地震21次，7.0～7.9 地 震4 次，8.0～8.9 地 震1 次，1679年三河M8.0地震和1976年唐山M7.8大地震均發(fā)生在該區(qū)域。從構(gòu)造上來看，它位于華北亞板塊北部地區(qū)，具有明顯的新構(gòu)造運動分區(qū)特征，主要包括燕山－陰山隆起區(qū)、太行－五臺斷塊隆起區(qū)和華北平原區(qū)等3個新構(gòu)造單元。張家口－蓬萊斷裂帶從西至東貫穿該區(qū)，是該區(qū)比較活躍的構(gòu)造帶，三大構(gòu)造單元與一個地震活動帶形成了該區(qū)比較復雜的地質(zhì)構(gòu)造背景［9］。

本文擬運用區(qū)域臺網(wǎng)地震資料，利用b值空間分布及斷裂帶分段的多地震活動參數(shù)值組合分析方法，結(jié)合首都圈歷史及現(xiàn)今地震活動背景［10］，分析首都圈現(xiàn)今活動習性，綜合判定處于相對高應(yīng)力和閉鎖狀態(tài)的斷裂段。

1 地震資料

歷史及近代地震資料來源于《中國歷史強震目錄》［11］、《中國近代地震目錄》［12］以及中國地震局月報地震目錄。為了避免1976年7月28日唐山7.8級強震群的影響，選用1980年1月至2011年10月約32年的地震資料。在計算地震活動性參數(shù)前采用reasenberg方法對地震資料進行去余震處理。

2 研究方法

G－R 關(guān)系是統(tǒng)計地震學中最基本的定律之一，表明了地震震級和頻次之間的關(guān)系。該關(guān)系可用如下數(shù)學公式表示［13］：

式中：M為震級，N為震級大于等于M的地震累計頻度，a和b為經(jīng)驗參數(shù)。

由于應(yīng)力的高低與b值成反比［14－15］、低b值區(qū)具有更高應(yīng)力積累，大地震通常發(fā)生在斷裂帶的低b值區(qū)域［16］。聞學澤等［17－18］運用該方法開展了許多研究工作，并且發(fā)展了多地震活動參數(shù)組合分析方法，解決了b值計算所需一定樣本量的問題。該方法通過計算各段落的4個地震活動性參數(shù)值，即：（斷裂段在研究時段的總體b值）（斷裂段在研究時段的總體a／b值）、（斷裂段單位面積的應(yīng)變能年釋放率）、n（斷裂段單位面積的地震年頻度），更好地分析不同斷裂部位的現(xiàn)今活動習性。

不同的地震活動參數(shù)具有不同的物理意義，多個地震活動參數(shù)的值及其組合比單個參數(shù)值能更好地反映斷裂運動的物理狀態(tài)，若同一斷裂帶不同段落的多參數(shù)值計算中，具有低值（反映高應(yīng)力）、低n值和值（反映低應(yīng)變釋放率）以及較高值（反映具有偏高的最大期望震級）這樣一種參數(shù)值組合的斷裂段，應(yīng)處于較高應(yīng)力背景下的相對閉鎖狀態(tài)，即高應(yīng)力閉鎖或趨于閉鎖的斷裂段；而具有高值和n值、中等或中偏高的值，以及中偏低值組合的斷裂段，應(yīng)具有以頻繁小震滑動為主，無高應(yīng)力積累的現(xiàn)今活動習性。

3 計算結(jié)果及分析

對研究區(qū)域ML≥1.0級地震進行震級－頻度擬合，采用擬合效果測試法［16］確定出研究區(qū)域的最小完整性震級，并以此震級作為研究區(qū)域b值空間掃描計算的起始震級，網(wǎng)格間距為0.1°×0.1°，統(tǒng)計單元的半徑為20km，最小地震個數(shù)為20個。

利用以上地震資料和研究方法，分別計算并繪制了首都圈地區(qū)（38.5°～41.5°N，113°～120°E）、山西地震帶（以下簡稱“山西帶”）和張渤地震帶（以下簡稱“張渤帶”）陸地段的b值和a／b值的空間分布圖像，并應(yīng)用多地震活動性參數(shù)方法研究了山西帶、張渤帶陸地段的現(xiàn)今活動狀態(tài)。

（1）首都圈

首都圈計算所得最小完整性震級為ML1.6。由b值和a／b值的空間掃描圖像（圖1）可以看出，首都圈地區(qū)低b值和高a／b值的異常區(qū)域主要分布在山西帶北段、京津唐一帶及文安地區(qū)。結(jié)合首都圈地區(qū)1980年以來MS≥5.0級地震的震中分布圖（圖2），發(fā)現(xiàn)山西帶北段異常較為顯著的張家口、大同地區(qū)均曾發(fā)生過MS≥5.0級地震，唐山及鄰區(qū)存在的顯著異常主要受1976年唐山強震群的影響，文安地區(qū)的異常圖像與2006年文安5.1級地震有一定的對應(yīng)，但是京津地區(qū)存在的低b值及高a／b值異常并無MS5.0級以上地震相對應(yīng)，分析認為，京津地區(qū)存在的異?？赡軐窈蟮牡卣鸹顒于厔菥哂幸欢ǖ念A測意義。

（2）山西帶

山西帶計算所得的最小完整性震級為ML1.8。對山西帶b值進行空間掃描計算，由圖3可以看出，低b值和高a／b值異常區(qū)域主要分布在延懷盆地、張家口、大同、忻州等地。結(jié)合山西帶現(xiàn)今地震活動分布（圖4），低b值和高a／b值的異常區(qū)域也與山西帶MS5.0級以上地震有較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖1 首都圈地區(qū)b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時段：1980.01—2011.10，最小完整性震級：ML1.6）

圖2 首都圈地區(qū)1980年以來MS≥5.0級地震震中分布圖

圖3 山西帶b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時段：1980.01—2011.10，最小完整性震級：ML1.8）

為了更清晰地了解山西帶的現(xiàn)今活動習性，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件、b值圖像和現(xiàn)代地震活動空間分布特征，將山西帶劃分為赤城－張家口、張家口－大同、大同－忻州、忻州－太原和太原－臨汾5個段落，采用多地震活動參數(shù)組合的方法綜合判定各段落的現(xiàn)今活動狀態(tài)，計算結(jié)果見表1和圖5。

由表1和圖5可以看出，各段落4個地震活動性參數(shù)值偏差不是很大，表明山西帶地震活動較均勻，各段落地震活動差異不大。赤城－張家口段存在較低值、低應(yīng)變能年釋放率、低值，反映該段處于較高應(yīng)力水平下的相對閉鎖狀態(tài)；忻州－太原段值和應(yīng)變能年釋放率最高，該段以頻繁中小地震活動為主；張家口－大同段目前存在低值、較高值，相對應(yīng)力水平高，該段1980年以來發(fā)生MS≥5.0級地震11次，中等地震相對活躍，仍應(yīng)注意該段今后發(fā)生中強地震的危險。

圖4 山西帶MS≥5.0級地震震中分布圖（實心圓為1980年以來地震，空心圓為歷史地震）

表1 山西帶分段多地震活動參數(shù)值組合與現(xiàn)今活動習性判定

圖5 山西帶分段多地震活動參數(shù)值組合圖像

（3）張渤帶陸地段

張渤帶陸地段計算所得的最小完整性震級為ML1.5。對張渤帶陸地段b 值進行空間掃描計算（圖6），顯著的低b值和高a／b值異常區(qū)域主要分布在張北和唐山地區(qū)，張渤帶北京段存在一定的弱異常。結(jié)合張渤帶陸地段MS≥5.0級地震震中分布（圖7），張北曾在1998年、1999年發(fā)生過MS6.2、MS5.6級地震，唐山地區(qū)存在的異常主要受1976年唐山強震群的影響。北京段1970年以來未發(fā)生過MS≥5.0級地震，但歷史上該段地震頻度高，有歷史記錄以來共發(fā)生MS≥5.0級地震21次，1679年三河8.0級地震就發(fā)生在該段。

對張渤帶陸地段同樣采用多地震活動性參數(shù)組合的方法研究其現(xiàn)今活動習性，將其劃分為尚義－張家口、涿鹿－延慶、延慶－懷柔、三河－玉田、玉田－唐山5個段落，計算結(jié)果見表2和圖8。

圖6 張渤帶陸地段b值、a／b值空間分布等值線圖（資料時段：1980.01—2011.10，最小完整性震級：ML1.5）

表2 張渤帶陸地段分段多地震活動性參數(shù)值組合與現(xiàn)今活動習性判定

圖7 張渤帶陸地段MS≥5.0級地震震中分布圖（實心圓為1980年以來地震，空心圓為歷史地震）

圖8 張渤帶陸地段分段多地震活動性參數(shù)值組合圖像

由表2和圖8可以看出，尚義－張家口段具有最低值和較高值，表明該段所處的應(yīng)力水平高；涿鹿－延慶段具有較低值、較低值、高n值和中等值的參數(shù)值組合，反映該段地震活動主要以小震活動為主；延慶－懷柔段具有較低值、低值、低n值，中等值，反映該段應(yīng)處于較高應(yīng)力下的相對閉鎖狀態(tài)；三河－玉田段具有高值、中等值、較高n值和低值的參數(shù)組合，反映該段相對應(yīng)力水平低，該段地震活動以頻繁小震為主；玉田—唐山段具有較高值、高值、較高n值和高值的參數(shù)組合，反映該段相對應(yīng)力水平較低，地震活動以中等頻度中小地震活動為主。

4 結(jié)論與討論

本文利用現(xiàn)代小震目錄對首都圈地區(qū)進行b值空間掃描計算，研究發(fā)現(xiàn)首都圈地區(qū)目前存在低b值和高a／b值的異常區(qū)域主要分布在山西帶北段、京津唐一帶及文安地區(qū)。采用多地震活動參數(shù)組合方法進一步研究張渤帶陸地段和山西帶各段落的地震活動習性，研究表明張渤帶陸地段各段落的總體值均低于山西帶各段落的值，反映張渤帶陸地段總體應(yīng)力水平高于山西帶，根據(jù)、n、和四個參數(shù)值的組合特征，結(jié)合各段落歷史強震活動背景，綜合分析認為今后應(yīng)注意延懷盆地發(fā)生中強地震的危險。

［1］ Aki K.Asperities，barriers，characteristic earthquakes and strong motion perdiction［J］.J.Geophys.Res.，1984，89（B7）：5867－5872.

［2］ Wiemer S，Wyss M.Mapping the frequency－magnitude distribution in asperities：An improved technique to calculate recurrence times？［J］.J.Geophys.Res.，1997，102（B7）：15115－15128.

［3］ Wyss M，Schorlemmer D，Wiemer S.Mapping asperities by minima of local recurrence time：San Jacinto－Elsinore fault zones［J］.J.Geophys.Res.，2000，105（B4）：7829－7844.

［4］ 易桂喜，聞學澤，徐錫偉.由地震活動參數(shù)分析安寧河—則木河斷裂帶的現(xiàn)今活動習性及地震危險性［J］.地震學報，2004a，26（3）：294－303.

［5］ 易桂喜，聞學澤，王思維，等，由地震活動參數(shù)分析龍門山—岷山斷裂帶的現(xiàn)今活動習性與強震危險性［J］.中國地震，2006，22（2）：117－125.

［6］ 易桂喜，聞學澤.多地震活動性參數(shù)在斷裂帶現(xiàn)今活動習性與地震危險性評價中的應(yīng)用與問題［J］.地震地質(zhì)，2007，29（2）：254－268.

［7］ 黃元敏，楊馬陵，葉秀薇.多地震活動性參數(shù)在粵閩交界及其近海地區(qū)的應(yīng)用［J］.華南地震，2011，31（2）：71－78.

［8］ M7專項工作組.中國大陸大地震中－長期危險性研究［M］.北京：地震出版社，2012：1－336.

［9］ 徐錫偉，吳衛(wèi)民，張先康.首都圈地區(qū)地殼最新構(gòu)造變動與地震［M］.北京：科學出版社，2002.

［10］ 岳曉媛，張紅旗，武安緒.首都圈地區(qū)MS5.0級以上地震前地震活動圖像［J］.華北地震科學，2011，（2）：45－48.

［11］ 國家地震局震害防御司.中國歷史強震目錄［M］.北京：地震出版社，1995.

［12］ 中國地震局震害防御司.中國近代地震目錄［M］.北京：中國科學技術(shù)出版社，1999.

［13］ Gutenberg R C，Richter F.Frequency of earthquakes in California［J］.Bull Seism Soc Am，1944，34：185－188.

［14］ Scholz C H.The frequency－magnitude relation to microfracturing in rock and its relation to earthquakes［J］.Bull Seism Soc Am，1968，58，399－415.

［15］ Urbancic T I，Trifu C I，Long J M，et al..Space－time correlation of b value spatial with stress release［J］.Pure Appl.Geophys，1992，139，449－462.

［16］ Wiemer S，Wyss M.Minimum magnitude of complete reporting in earthquake catalogs：Examples from Alaska，the Western United States，and Japan［J］.Bull Seism Soc Am，2000，90：859－869.

［17］ 聞學澤，胡先明.根據(jù)地震活動參數(shù)分析石棉—巧家斷裂帶的現(xiàn)今活動性［J］.地震研究，1984，7（2）：164－170.

［18］ 聞學澤.從地震活動參數(shù)估計鮮水河斷裂帶的近期活動［J］.地震學報，1986，8（2）：146－155.