呂曉健 聞學(xué)澤

1)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100036

2)四川省地震局，成都 610041

0 引言

地震破裂區(qū)是地震時(shí)沿發(fā)震斷裂帶的同震錯(cuò)動(dòng)面或破裂面在地表的垂直投影區(qū)域。圖1示意了3類(lèi)斷層的地震破裂區(qū)與產(chǎn)生同震錯(cuò)動(dòng)/破裂的斷層面之間的關(guān)系，地震破裂區(qū)指示了地震時(shí)應(yīng)力應(yīng)變釋放的核心區(qū)域在地表的位置，因此，也有將地震破裂區(qū)稱(chēng)為“震源區(qū)”的(Hirata et al.，2003)。確定過(guò)去長(zhǎng)期強(qiáng)震/大地震破裂區(qū)的位置與延伸，一直是研究區(qū)域與活動(dòng)斷裂帶的破裂歷史、建立地震破裂時(shí)-空?qǐng)D像、鑒別尚未破裂的斷裂段或“地震空區(qū)”、進(jìn)而服務(wù)于地震危險(xiǎn)性研究及預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)(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 專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012)。

圖1 3類(lèi)斷層的地震破裂區(qū)與發(fā)震斷層同震破裂面的關(guān)系示意圖Fig.1 Map showing the relation between earthquake rupture zones and coseismic rupture planes of three types of seismogenic faults.

現(xiàn)代強(qiáng)震/大地震的破裂區(qū)可采用多種技術(shù)方法確定，諸如地震波譜反演、同震形變場(chǎng)反演、余震定位與分布、InSAR反演、地表破裂帶地質(zhì)填圖、遙感影像解譯等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/。(黃媛等，2008;徐錫偉等，2008;趙翠萍等，2009;張勇等，2010;劉巧霞等，2012;王未來(lái)等，2012;孫鑫喆等，2012)。對(duì)于現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)建立之前的歷史強(qiáng)震，破裂區(qū)的位置與延伸主要通過(guò)烈度分布、破壞/有感分布、海嘯規(guī)模分布等，結(jié)合震區(qū)構(gòu)造進(jìn)行粗略推斷(Mogi，1979;Nishenko，1991;Berberian et al.，1999;Bilham et al.，2001;Hirata et al.，2003)，一般途徑是先由歷史文獻(xiàn)記載的地震破壞情況或其相應(yīng)的烈度分布確定出“震中區(qū)”或者“重破壞區(qū)”，進(jìn)而近似視為相應(yīng)的破裂區(qū)(Ambraseys，1970;Ambraseys et al.，1998)。由于不同研究者對(duì)于與破裂區(qū)對(duì)應(yīng)的“震中區(qū)”和“重破壞區(qū)”的界定有差別，使得在利用歷史記載或烈度分布等宏觀信息確定歷史地震破裂區(qū)時(shí)，長(zhǎng)期缺少統(tǒng)一的準(zhǔn)則與相應(yīng)方法。針對(duì)此問(wèn)題，Wen等(2008)提出新的思路與方法:由已知烈度及破裂區(qū)分布的現(xiàn)代地震信息建立研究區(qū)的烈度分布-破裂區(qū)延伸的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，進(jìn)而以該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為“準(zhǔn)則”、利用歷史地震烈度分布資料、結(jié)合地震構(gòu)造等信息分析確定歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的位置與延伸。該思路與方法已運(yùn)用于中國(guó)西部部分活動(dòng)構(gòu)造帶(川滇塊體東邊界、甘孜-玉樹(shù)斷裂帶、曲江-石屏斷裂帶等)強(qiáng)震破裂區(qū)的確定以及地震空區(qū)鑒別的研究(M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012)。

華北是中國(guó)東部的主要強(qiáng)震區(qū)，較多強(qiáng)震位于厚第四系覆蓋層區(qū)，厚層松散堆積層對(duì)地震動(dòng)具有顯著的放大作用(王海云，2011)，故華北地區(qū)烈度分布-破裂區(qū)延伸關(guān)系會(huì)與中國(guó)西部活動(dòng)構(gòu)造帶地區(qū)有所不同。為了能將華北地區(qū)長(zhǎng)期豐富的歷史地震資料用于確定歷史強(qiáng)震的破裂區(qū)，為鑒別地震空區(qū)、研究地震危險(xiǎn)性服務(wù)，首先需要建立該區(qū)域適用的、可利用烈度信息確定歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的“準(zhǔn)則”及相應(yīng)方法。為此目的，本文首先集成現(xiàn)代地震的相關(guān)信息，建立華北地區(qū)適用的烈度-破裂區(qū)延伸的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系;然后發(fā)展以該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為“準(zhǔn)則”的、利用烈度分布并結(jié)合地震構(gòu)造及震區(qū)環(huán)境分析的歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的確定方法，應(yīng)用該方法確定了華北5次歷史強(qiáng)震的破裂區(qū)，并就相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論。

1 現(xiàn)代地震的破裂區(qū)-烈度關(guān)系信息

建立區(qū)域性烈度-破裂區(qū)延伸的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，需要較多的、已知可靠烈度分布并且已知破裂區(qū)延伸的現(xiàn)代地震樣本，且這些地震事件應(yīng)具有不同的大小或者最高烈度值。亦即不僅需要選用7級(jí)以上地震的資料，也需要中強(qiáng)震的震例。為第2節(jié)建立破裂區(qū)延伸-烈度分布經(jīng)驗(yàn)關(guān)系提供樣本，系統(tǒng)整理和分析了1966年以來(lái)華北地區(qū)(108°～124°E，32°～42°N)極震區(qū)烈度≥Ⅶ度的現(xiàn)代地震相關(guān)資料與研究成果，包括震區(qū)地表地質(zhì)環(huán)境、發(fā)震構(gòu)造及其運(yùn)動(dòng)方式、烈度分布、破裂過(guò)程反演、余震分布、同震形變等。在此基礎(chǔ)上，確定出其中8次現(xiàn)代地震的破裂區(qū)位置及其延伸的烈度區(qū)間?？紤]到與華北地區(qū)之外的同類(lèi)關(guān)系進(jìn)行比較，同時(shí)也為了彌補(bǔ)華北地區(qū)現(xiàn)代地震樣本的不足，還集成相關(guān)信息，確定了2008年四川汶川8.0級(jí)地震以及2010年青海玉樹(shù)7.1級(jí)地震的破裂區(qū)位置及其延伸的烈度區(qū)間。

1.1 1966年邢臺(tái)6.8級(jí)和7.2級(jí)地震

研究表明，1966年3月8日和22日河北邢臺(tái)6.8級(jí)和7.2級(jí)地震發(fā)生在華北平原的束鹿凹陷之下，極震區(qū)烈度分別為Ⅸ+和Ⅹ;震區(qū)地表覆蓋了厚600～1500m的第四系松散層(圖2a);余震分布及等震線(xiàn)長(zhǎng)軸指示震源機(jī)制解的NNE向節(jié)面為這2次地震的主破裂面，均是右旋走滑斷層錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果(河北省地震局，1986)。研究還認(rèn)為，發(fā)震斷裂是基底的NE向高角度斷裂，而不是淺部控制束鹿凹陷的新河斷裂(徐錫偉等，2000)。重新定位的6.8級(jí)地震的余震主要分布于隆堯、巨鹿至新河以西的艾辛莊之間，指示的破裂長(zhǎng)度約為35km;7.2級(jí)地震的余震分布于隆堯、巨鹿至百尺口附近，指示的破裂長(zhǎng)度約為50km，且與6.8級(jí)地震的破裂有較多的重疊(胡小幸等，1989)。水準(zhǔn)復(fù)測(cè)反映這2次地震時(shí)沿束鹿凹陷形成2個(gè)NNE向的垂直沉降區(qū)，分別展布于邢家灣至東汪以南約10km、以及東汪以北約10km至百尺口以北(陳運(yùn)泰等，1975)。綜合這些信息可以判定1966年邢臺(tái)6.8級(jí)和7.2級(jí)地震的破裂區(qū)分別展布于邢家灣至艾辛莊之間、以及隆堯與巨鹿之間(邢家灣略北)至百尺口以北之間，長(zhǎng)度分別約為35km和55km，沿發(fā)震構(gòu)造分別延伸在烈度Ⅸ+～Ⅷ+之間以及烈度Ⅹ～Ⅸ之間(圖2a)。

1.2 海城1975年7.3級(jí)和1978年5.9級(jí)地震

1975年2月4日遼寧海城7.3級(jí)地震沿NWW向大洋河斷裂發(fā)生，是帶有正斷分量的左旋走滑斷層錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果，沿發(fā)震斷裂可見(jiàn)長(zhǎng)約6km的地表破裂帶;極震區(qū)烈度Ⅸ+;震區(qū)大部為基巖區(qū)，僅西端進(jìn)入遼河平原區(qū)(圖2b)(鄧起東等，1976;王挺梅等，1976;顧浩鼎等，1976)。重新定位的、主震后9天的余震沿發(fā)震斷裂展布于五間房至感王之間，長(zhǎng)約50km(石川有三等，1983)，而主震后1天的余震沿發(fā)震斷層分布于析木(或五間房)—東高坎附近，長(zhǎng)度約53km(趙振等，1996)。這2種結(jié)果均與由P波頻譜分析得到的破裂長(zhǎng)度(54km)(林邦慧等，1979)很接近。綜合這些信息，本研究確定海城7.3級(jí)地震的破裂區(qū)長(zhǎng)約54km，沿發(fā)震斷裂展布于烈度Ⅸ+～Ⅷ的范圍內(nèi)(圖2b)。

1978年5月18日遼寧海城5.9級(jí)地震是1975年海城7.3級(jí)地震的強(qiáng)余震，重新破裂了1975年主震破裂的中偏西段，極震區(qū)烈度Ⅶ+，震源機(jī)制解與主震相似(劉寶恒，1990)，震區(qū)屬基巖-第四紀(jì)平原過(guò)渡區(qū)(圖2b)。震后3天的余震沿發(fā)震斷裂展布于高坎東—牌樓西南之間，長(zhǎng)度約16km(趙振，1981)，與震后13天的余震區(qū)長(zhǎng)度(傅征祥，1981)接近，同時(shí)也與波譜反演得到的15km長(zhǎng)度(林邦慧等，1988)相一致。因此，本研究確定1978年海城5.9級(jí)地震的破裂區(qū)長(zhǎng)約15km，沿發(fā)震斷裂展布于烈度Ⅶ+～Ⅶ-之間(圖2b)。

1.3 1976年唐山7.8級(jí)地震

圖2 華北8次現(xiàn)代地震的烈度分布、震區(qū)構(gòu)造及破裂區(qū)的確定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級(jí)地震沿NE向唐山斷裂帶發(fā)生，是兼有逆沖分量的右旋走滑斷層運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，極震區(qū)烈度Ⅺ度(張肇誠(chéng)等，1990);震區(qū)位于華北平原北緣的基巖山地-平原過(guò)渡區(qū)(圖2c)。對(duì)于這次地震的破裂長(zhǎng)度，利用有限元位移模式的分析結(jié)果為140km(Butler et al.，1979)，但由大地測(cè)量資料反演的結(jié)果為84km(陳運(yùn)泰等，1979);主震后頭15h(至7.1級(jí)余震前)的余震分布長(zhǎng)度為90km左右(石川有三等，1983;龍鋒等，2007)。綜合考慮余震分布與地震構(gòu)造信息，本研究確定1978年唐山7.8級(jí)主震破裂區(qū)的長(zhǎng)度約90km，其沿發(fā)震斷裂大體展布于烈度Ⅺ～Ⅸ的范圍內(nèi)(圖2c)。

1.4 1983年菏澤5.9級(jí)地震

1983年11月7日山東菏澤5.9級(jí)地震發(fā)生在NNE向聊考(或蘭聊)斷裂帶的東側(cè)近旁，極震區(qū)烈度Ⅶ+度;震源機(jī)制解顯示是以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主、兼有正傾滑分量的破裂;余震區(qū)呈NNE向展布，長(zhǎng)約12km(魏光興等，1985);但利用廣義瑞利波方向性函數(shù)得到的破裂長(zhǎng)度僅3km(劉萬(wàn)琴等，1989)。若將主要余震區(qū)作為本次地震的破裂區(qū)，則其沿一條隱伏構(gòu)造展布于烈度Ⅶ+～Ⅶ-之間(圖2d)。

1.5 張北1998年6.2級(jí)和1999年5.5級(jí)地震

1998年1月10日河北張北6.2級(jí)地震發(fā)生在覆蓋了中新世玄武巖的基巖區(qū)，極震區(qū)烈度Ⅷ度(黃保大等，2003)。盡管基于ML≥3.0余震的分布推斷該地震破裂面為NWW向、長(zhǎng)和寬分別為11.5km和9.5km(高景春等，2002)，或基于D-InSAR的分析認(rèn)為同震形變場(chǎng)受NNW向和NNE向2組斷裂的聯(lián)合控制(王超等，2000)，但綜合地質(zhì)考察、等震線(xiàn)長(zhǎng)軸、主震當(dāng)天的余震優(yōu)勢(shì)排列、以及震源機(jī)制解等信息判定的發(fā)震斷層是一條NNE向、帶有逆沖分量的逆-右旋走滑型的隱伏斷裂(徐錫偉等，1998)(圖2e)。采用2種相對(duì)定位法重新定位的余震分布反映主震破裂面走向N10°～20°E、長(zhǎng)15～20km、近于豎直、地面投影寬約6km(楊智嫻等，2002，2004);同時(shí)，本研究已在Google Earth衛(wèi)星影像上發(fā)現(xiàn)極震區(qū)附近的單晶河、大河等地附近存在走向N10°～20°E的線(xiàn)性影像(圖2e)。綜合這些信息，確定1998年張北6.2級(jí)地震的破裂沿NEE向斷裂長(zhǎng)約18km，展布于烈度Ⅷ～Ⅶ-的范圍(圖2e)。

1999年3月11日河北張北5.5級(jí)地震發(fā)生在1998年張北6.2級(jí)地震破裂區(qū)的NE端附近，極震區(qū)烈度Ⅶ度，也是以NNE向斷層右旋走滑錯(cuò)動(dòng)為主的結(jié)果(黃保大等，2003)。由余震分布(高景春等，2002)可大體確定相應(yīng)的破裂區(qū)長(zhǎng)約5km，沿隱伏的NNE向斷裂展布于烈度Ⅶ～Ⅵ+的范圍內(nèi)(圖2e)。

①②同62頁(yè)①②。

1.6 2008年汶川8.0級(jí)地震

2008年5月12日四川汶川8.0級(jí)地震發(fā)生在NE向龍門(mén)山斷裂帶上，2個(gè)極震區(qū)烈度均達(dá)到Ⅺ度(袁一凡，2008)。震區(qū)為基巖山區(qū)(圖3a)，地震時(shí)沿龍門(mén)山中央斷裂中-北段、前山斷裂中段產(chǎn)生的地表破裂帶由都江堰西南延伸至青川西南，總長(zhǎng)約240km(徐錫偉等，2008);同震破裂的南-中段為逆沖-右旋走滑型錯(cuò)動(dòng)，NE段則以右旋走滑錯(cuò)動(dòng)為主(Xu et al.，2009;Zhang et al.，2010)。精定位的余震密集帶沿發(fā)震斷裂展布于都江堰西南至青川東北，全長(zhǎng)約330km(黃媛等，2008);基于地震波譜反演獲得破裂過(guò)程的若干結(jié)果存在差別，但主要反映破裂起始于汶川映秀西南，朝NE方向擴(kuò)展至平武、青川附近或青川以東，長(zhǎng)度為285～340km(趙翠萍等，2009)。綜合這些研究結(jié)果，本文確定汶川8.0級(jí)地震的破裂區(qū)長(zhǎng)約300km，沿發(fā)震斷裂大體展布于烈度Ⅺ～Ⅸ之間(圖3a)。

圖3 華北之外地區(qū)2次地震的震區(qū)構(gòu)造、烈度分布及破裂區(qū)的確定Fig.3 Maps showing seismic intensity distributions，seismotectonics and determined rupture zones of 2 modern earthquakes occurring outside North China.

1.7 2010年玉樹(shù)7.1級(jí)地震

2010年4月14日青海玉樹(shù)7.1級(jí)地震發(fā)生在NW向甘孜-玉樹(shù)斷裂帶NW段上，震區(qū)為基巖山區(qū)，極震區(qū)烈度Ⅸ度(陳鯤等，2011)。沿發(fā)震斷裂在玉樹(shù)至結(jié)隆(隆寶鎮(zhèn))之間產(chǎn)生2段分別長(zhǎng)約15km和31km的地表破裂帶，連同它們之間的地表未破裂部分，全長(zhǎng)約65km(孫鑫喆等，2012);重新定位的余震密集帶沿發(fā)震斷裂帶展布于玉樹(shù)東南至結(jié)隆西北之間，長(zhǎng)97～100km(劉巧霞等，2012;王未來(lái)等，2012);基于地震波譜反演獲得的破裂展布于結(jié)隆東南至玉樹(shù)東南的巴塘附近，長(zhǎng)約96km(張勇等，2010)。綜合這些結(jié)果可確定玉樹(shù)7.1級(jí)地震的破裂區(qū)展布于結(jié)隆西北至玉樹(shù)東南之間，全長(zhǎng)約98km，發(fā)震斷裂帶展布于烈度Ⅸ～Ⅶ+之間(圖3b)。

2 極震區(qū)烈度-破裂區(qū)延伸區(qū)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系及應(yīng)用方法

2.1 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系與準(zhǔn)則的建立

表1匯總了上一節(jié)確定的10次現(xiàn)代地震的烈度分布、破裂區(qū)展布、震區(qū)地表地質(zhì)環(huán)境等信息，其中華北地區(qū)8次，其他地區(qū)2次。分析表1可建立起極震區(qū)烈度I0-破裂區(qū)延伸烈度區(qū)間［Ih，IL］的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，如圖4所示。

圖4中每一個(gè)雙向箭頭的橫軸位置對(duì)應(yīng)地震的極震區(qū)烈度I0，而在縱軸方向覆蓋的范圍對(duì)應(yīng)地震破裂區(qū)沿發(fā)震斷裂延伸的烈度區(qū)間［Ih，IL］;紅、綠、藍(lán)3種顏色的雙向箭頭分別指示華北地區(qū)震區(qū)地表地質(zhì)環(huán)境為基巖區(qū)、厚層松散堆積區(qū)(如華北平原及大型第四紀(jì)盆地)、以及山地-平原/盆地過(guò)渡區(qū)(非厚層松散堆積區(qū))的地震事件，而橙色雙向箭頭代表華北以外的2次基巖區(qū)地震事件。

表1 10次已知烈度分布并確定了破裂區(qū)位置與延伸的現(xiàn)代地震信息Table1 Data of 10 modern earthquakes with known seismic intensity distributions and identified positions and extensions of rupture zones

圖4中，黑色連線(xiàn)Ih代表華北8次現(xiàn)代地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間上限Ih，其等于極震區(qū)烈度I0，即Ih=I0;紅色連線(xiàn)IL1代表華北地表地質(zhì)環(huán)境屬于基巖區(qū)的3次地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間(紅色雙向箭頭)的下限?？勺⒁獾饺A北以外基巖區(qū)的2次地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間(橙色雙向箭頭)也完全落入與華北基巖區(qū)相同的烈度區(qū)間［Ih，IL1］。因此，圖4中由黑色和紅色連線(xiàn)限定的烈度區(qū)間［Ih，IL1］與極震區(qū)烈度I0、震區(qū)環(huán)境之間存在密切的關(guān)系:即震區(qū)為基巖區(qū)時(shí)，當(dāng)極震區(qū)烈度I0從Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間則從［Ih=Ⅷ，IL1=Ⅶ-］線(xiàn)性變化到［Ih=Ⅺ，IL1=Ⅸ］。這一關(guān)系可作為華北地區(qū)震區(qū)環(huán)境為基巖區(qū)時(shí)、根據(jù)烈度分布確定歷史強(qiáng)震破裂區(qū)延伸的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，即圖4的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1，其中的虛線(xiàn)段是現(xiàn)代地震樣本不足的暫時(shí)推測(cè)段。

圖4 地震極震區(qū)烈度I0-破裂區(qū)延伸烈度區(qū)間［Ih，IL］的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系Fig.4 Empirical relation between the highest seismic intensities(I0)and the intensity-spans of rupture zone extensions［Ih，IL］.

從圖4看到，盡管華北震區(qū)地表環(huán)境屬于厚層松散堆積覆蓋區(qū)的現(xiàn)代地震樣本僅有3次(綠色雙向箭頭)，但相應(yīng)破裂區(qū)延伸烈度區(qū)間的下限可用綠色直線(xiàn)IL2很好地進(jìn)行連接，且在縱軸上的位置要明顯高于紅色連線(xiàn)IL1，即IL2＞IL1。這說(shuō)明在華北厚層松散堆積覆蓋區(qū)(如華北平原和大型第四紀(jì)斷陷盆地區(qū))，地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間下限IL2，要高于基巖區(qū)的下限IL1半度至1度的烈度值，原因可能是厚層松散堆積層對(duì)地震動(dòng)具有顯著的放大作用(王海云，2011)，使得地表地震烈度隨距離的衰減明顯偏慢，或者使得各級(jí)烈度區(qū)的面積明顯增大。圖4中由黑色和綠色連線(xiàn)限定的烈度區(qū)間［Ih，，IL2］與極震區(qū)烈度I0、震區(qū)環(huán)境之間存在密切的關(guān)系:即震區(qū)環(huán)境為厚層松散堆積覆蓋區(qū)時(shí)，當(dāng)極震區(qū)烈度I0從Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間則從［Ih=Ⅷ，IL2=Ⅶ+］線(xiàn)性變化到［Ih=Ⅺ，IL2=Ⅹ-］。這一關(guān)系可作為華北地區(qū)震區(qū)環(huán)境為厚層松散堆積覆蓋區(qū)時(shí)、根據(jù)烈度分布確定歷史強(qiáng)震破裂區(qū)延伸的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，即圖4的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2，其中的虛線(xiàn)段是現(xiàn)代地震樣本不足的暫時(shí)推測(cè)段。

華北存在另一類(lèi)震區(qū)環(huán)境，即山地-第四紀(jì)平原/盆地過(guò)渡區(qū)，例如1978年海城5.9級(jí)地震和1976年唐山7.8級(jí)地震的震區(qū)環(huán)境(圖2b，c)。因這類(lèi)環(huán)境的現(xiàn)代地震樣本少(圖4中藍(lán)色的雙向箭頭)，本文未能建立起相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系與準(zhǔn)則。然而，本文3.1節(jié)的第(5)點(diǎn)將通過(guò)例子說(shuō)明可運(yùn)用前述2類(lèi)震區(qū)環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則來(lái)綜合確定發(fā)生在山地-第四紀(jì)平原/盆地過(guò)渡區(qū)的歷史地震破裂區(qū)的延伸。

2.2 由烈度分布確定歷史地震破裂區(qū)的方法

基于圖4建立的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1和2，同時(shí)根據(jù)本文第1節(jié)在確定10次現(xiàn)代地震破裂區(qū)及其烈度分布時(shí)積累的認(rèn)識(shí)，可概括出利用烈度分布等信息確定華北地區(qū)M≥6歷史強(qiáng)震破裂區(qū)位置與延伸的方法與步驟:

(1)集成并分析歷史地震事件的烈度與破壞分布、地震構(gòu)造以及震區(qū)地表地質(zhì)環(huán)境的資料與研究成果，在活動(dòng)構(gòu)造圖上繪出經(jīng)確認(rèn)或修改的烈度分布;分析烈度分布與活動(dòng)構(gòu)造的關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)代震源機(jī)制解與小震分布等判定發(fā)震斷裂帶;

(2)根據(jù)震區(qū)的地表地質(zhì)環(huán)境(基巖區(qū)、厚層松散堆積覆蓋區(qū)、山地-第四紀(jì)平原/盆地過(guò)渡區(qū)之一)，分別運(yùn)用圖4的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1、經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2、以及綜合運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1和2，確定并繪出破裂區(qū)沿發(fā)震斷裂帶延伸的烈度區(qū)間;

(3)震區(qū)環(huán)境為非厚層松散堆積覆蓋區(qū)時(shí)(如第四紀(jì)平原/大型盆地的邊緣、中-小型第四紀(jì)盆地等)，地震破裂區(qū)沿發(fā)震構(gòu)造延伸的烈度區(qū)間下限，可考慮在圖4的IL1和IL2之間進(jìn)行內(nèi)差確定;

(4)歷史地震破裂區(qū)的橫向?qū)挾?，可綜合考慮以下信息進(jìn)行確定:1)破裂區(qū)的寬度應(yīng)朝發(fā)震斷層的傾向偏移，如圖2e;可由相關(guān)地質(zhì)、物探或小震精定位成果判斷發(fā)震斷層的傾向與傾角;2)發(fā)震構(gòu)造為陡傾角的走滑斷裂時(shí)，破裂區(qū)的寬度至少應(yīng)覆蓋由主、次級(jí)活動(dòng)斷層構(gòu)成的斷裂帶寬度，如圖2中的a，b，c;3)參考同一斷裂段最近數(shù)十年小震相對(duì)密集分布的寬度，或參考同一斷裂段和相鄰段現(xiàn)代地震余震區(qū)的分布寬度。

3 華北5次歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的確定

作為應(yīng)用試驗(yàn)，本節(jié)將前面建立的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則以及相應(yīng)方法應(yīng)用于確定華北5次不同大小的歷史強(qiáng)震破裂區(qū)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 5次歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的確定

3.1.1 1303年9月25日山西趙城-洪洞間8級(jí)地震

發(fā)震構(gòu)造主要是NNE向、右旋走滑兼正傾滑的霍山山前斷裂帶;沿該斷裂帶至今仍保存了長(zhǎng)約45km的地震地表破裂帶遺跡(徐錫偉等，1990)。該地震的極震區(qū)烈度Ⅺ度，烈度區(qū)長(zhǎng)軸呈NNE向(山西省地方志編纂委員會(huì)，1991)，且Ⅺ和Ⅹ度區(qū)的全部、Ⅸ度區(qū)的大部均位于霍山山前斷裂帶的西側(cè)，反映該斷裂帶傾向NW西(圖5a)。震區(qū)中部為基巖區(qū)，但南、北兩端分位于厚層、薄層松散堆積的第四紀(jì)斷陷盆地——臨汾盆地與太原盆地。根據(jù)圖5a的烈度分布，分別采用圖4的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2以及經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2和1下限(IL1和IL2)的內(nèi)差確定此次地震破裂區(qū)朝南、北方向延伸的烈度區(qū)間。結(jié)果顯示破裂區(qū)朝南、北方向分別沿發(fā)震斷裂延伸于烈度Ⅺ～Ⅹ-以及烈度Ⅺ～Ⅸ之間，總長(zhǎng)度約為150km(圖5a)。

3.1.2 1502年10月27日河南范縣濮城6?級(jí)地震

盡管從相關(guān)的歷史記載中僅可獲得這次地震的最高烈度為Ⅷ度以及震中北側(cè)的烈度分布(國(guó)家地震局震害防御司，1995)，但仍可由此推斷發(fā)震構(gòu)造是NNE向蘭聊(或聊考)斷裂帶的濮城段。該斷裂帶的基底部分隱伏于華北平原厚層第四系之下，與其相關(guān)的現(xiàn)代地震破裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，兼有正傾滑分量(魏光興等，1985;劉萬(wàn)琴等，1989)。根據(jù)圖4中震區(qū)環(huán)境為厚層松散堆積覆蓋區(qū)的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2，可由圖5b中的等震線(xiàn)確定出1502年地震破裂區(qū)位于濮城及其以北，沿發(fā)震斷裂展布于烈度Ⅷ～Ⅶ+之間，長(zhǎng)度為25～30km。

圖5 華北5次不同大小歷史地震的烈度分布與確定的破裂區(qū)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日山東郯城8?級(jí)地震

極震區(qū)烈度達(dá)Ⅻ度，已發(fā)現(xiàn)的地表破裂遺跡沿NNE向郯廬斷裂帶中段展布于莒縣土嶺至郯城窯上之間，長(zhǎng)約130km(李家靈等，1994)。震區(qū)大部為基巖區(qū)，僅北端存在第四系厚度較小的平原區(qū)(圖5c)。采用關(guān)于這次地震的2種權(quán)威版本的烈度分布(國(guó)家地震局震害防御司，1995;國(guó)家地震局地球物理研究所等，1990)，基于圖4中的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1確定出破裂區(qū)沿發(fā)震斷裂帶展布于烈度Ⅻ～Ⅹ-之間，即南起江蘇宿遷附近，北達(dá)山東安丘以南、諸城以西或者安丘附近，長(zhǎng)度為270～300km(圖5c)。

3.1.4 1683年11月22日山西原平7級(jí)地震

極震區(qū)烈度Ⅸ度，等震線(xiàn)長(zhǎng)軸呈NNW向(山西省地方志編纂委員會(huì)，1991)或者近SN向(國(guó)家地震局地球物理研究所等，1990)。有學(xué)者推測(cè)發(fā)震構(gòu)造為NNW向的隱伏斷裂(武烈，1993)，但考慮到震區(qū)的NNW向斷裂規(guī)模較小，且展布上僅限于系舟山山前斷裂NW側(cè)的定襄及其與忻州之間，那里在此次地震時(shí)并非極震區(qū)，我們認(rèn)為發(fā)震構(gòu)造更可能是忻定盆地的中-北段——近SN向的活動(dòng)斷陷帶(圖5a)。考慮到震區(qū)主要位于第四紀(jì)松散堆積層厚達(dá)700～1800m的忻定盆地和代縣盆地區(qū)(武烈，1993)，根據(jù)圖4中的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2，由圖5a的等震線(xiàn)確定出1683年的破裂區(qū)位于原平及其南、北兩側(cè)，沿近SN向斷陷帶展布于烈度Ⅸ～Ⅷ+之間，長(zhǎng)約50km。

3.1.5 1830年6月12日河北磁縣7?級(jí)地震

極震區(qū)烈度Ⅹ度;高烈度區(qū)等震線(xiàn)長(zhǎng)軸方向與NWW向磁縣斷裂的展布一致。地質(zhì)調(diào)查也已在該斷裂西段發(fā)現(xiàn)了地震地表破裂帶的遺跡，錯(cuò)動(dòng)方式為左旋走滑兼正傾滑，證明磁縣斷裂是這次地震的發(fā)震斷裂(江娃利等，1994)(圖5b)?，F(xiàn)代小震精定位研究也推斷磁縣斷裂為1830年地震的發(fā)震斷裂，且發(fā)現(xiàn)該斷裂的傾角陡立(刁桂苓等，1999)。考慮到1830年地震震區(qū)的東、西兩半部分別位于華北平原和太行山山區(qū)，根據(jù)烈度分布，采用圖4中的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則2和經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則1分別確定破裂區(qū)朝東、西方向延伸的烈度區(qū)間。結(jié)果顯示該地震的破裂區(qū)朝東、西方向分別沿磁縣斷裂延伸于烈度Ⅹ～Ⅸ以及Ⅹ～Ⅷ+之間，總長(zhǎng)度約80km(圖5b)。

3.2 結(jié)果分析

表2列出3.1小節(jié)確定的5次歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的位置與延伸長(zhǎng)度LI并與采用華北地區(qū)適用的震級(jí)MS-破裂長(zhǎng)度L經(jīng)驗(yàn)公式(龍鋒，2007):

由震級(jí)MS估算的破裂長(zhǎng)度L進(jìn)行比較。結(jié)果顯示:由2種方法確定的5次歷史強(qiáng)震破裂區(qū)長(zhǎng)度的結(jié)果中，有2次基本相同，另外3次也很接近，說(shuō)明本文發(fā)展的基于烈度分布方法確定的破裂區(qū)長(zhǎng)度LI在數(shù)值上是可信的?？紤]到采用式(1)估計(jì)的僅僅是破裂長(zhǎng)度L，不能定位，且結(jié)果受歷史地震震級(jí)的不確定性影響很大;而本文發(fā)展的基于烈度分布確定破裂區(qū)的方法不僅可獲得破裂區(qū)的延伸長(zhǎng)度LI，同時(shí)還可獲得破裂區(qū)沿發(fā)震構(gòu)造的位置與延伸方向。因此，本文發(fā)展的方法是震級(jí)MS-破裂長(zhǎng)度L經(jīng)驗(yàn)公式方法不可替代的。

由于1502年M 6?地震的烈度分布不完整，等震線(xiàn)的位置存在不確定性(圖5b)，同時(shí)，由于我們對(duì)1668年M 8?地震采用了2種版本的烈度分布(圖5c)，使得基于烈度分布確定的這2次地震的破裂區(qū)長(zhǎng)度分別是25～30km以及270～300km，不確定性分別為18%和10%。比較本文第1節(jié)第(9)點(diǎn)集成的、采用不同現(xiàn)代技術(shù)方法獲得的2008年汶川8.0級(jí)地震破裂區(qū)長(zhǎng)度的結(jié)果與精度(長(zhǎng)度主要為240～340km，不確定性至少達(dá)到17%)可以看出:本文發(fā)展的方法在烈度/等震線(xiàn)分布信息可靠的情況下，完全適用于華北地區(qū)歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的確定。

4 結(jié)論

本文以華北地區(qū)為例，在集成與分析現(xiàn)代地震相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，探索與發(fā)展了利用烈度/等震線(xiàn)分布資料、結(jié)合地震構(gòu)造與震區(qū)環(huán)境確定歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的途徑與方法，并開(kāi)展了應(yīng)用實(shí)例研究。結(jié)果表明:

(1)以華北地區(qū)為主的10次現(xiàn)代地震的破裂區(qū)沿發(fā)震構(gòu)造延伸的烈度區(qū)間［Ih，IL］與極震區(qū)烈度I0和震區(qū)地表地質(zhì)環(huán)境之間存在密切的相關(guān)性，并已基于這種相關(guān)性建立了2條經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則:1)震區(qū)為基巖區(qū)時(shí)，極震區(qū)烈度I0從Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間從［Ih=Ⅷ，IL1=Ⅶ-］線(xiàn)性變化到［Ih=Ⅺ，IL1=Ⅸ］;2)震區(qū)為厚層松散堆積覆蓋區(qū)時(shí)，極震區(qū)烈度I0從Ⅷ度增加到Ⅺ度，地震破裂區(qū)延伸的烈度區(qū)間從［Ih=Ⅷ，IL2=Ⅶ+］線(xiàn)性變化到［Ih=Ⅺ，IL2=Ⅹ-］。

(2)運(yùn)用以上2條經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，根據(jù)烈度/等震線(xiàn)分布確定華北歷史地震破裂區(qū)的位置與延伸時(shí)，需要區(qū)分震區(qū)的地表地質(zhì)環(huán)境、同時(shí)需要結(jié)合地震構(gòu)造分析進(jìn)行;歷史地震破裂區(qū)的橫向?qū)挾瓤删C合發(fā)震構(gòu)造產(chǎn)狀、現(xiàn)代小震及余震分布等信息輔助確定。

(3)對(duì)5次不同大小歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的確定結(jié)果反映出應(yīng)用本文所建立的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則以及發(fā)展的相應(yīng)方法，在烈度/等震線(xiàn)資料可靠的情況下，可較好地確定出華北地區(qū)歷史強(qiáng)震破裂區(qū)的位置與延伸。

本研究將作為進(jìn)一步確定華北各次歷史強(qiáng)震破裂區(qū)、建立相關(guān)地震構(gòu)造帶以及整個(gè)區(qū)域的強(qiáng)震破裂圖像、進(jìn)而鑒別強(qiáng)震空區(qū)與危險(xiǎn)區(qū)的重要基礎(chǔ)。

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