楊 銳，王曉山，王 想，湯蘭榮，劉 麗，邊慶凱，王莉嬋，李冬圣，蔡玲玲

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

2013年河北贊皇小震群活動特征及其指示意義

楊 銳1，王曉山1，王 想1，湯蘭榮2，劉 麗1，邊慶凱1，王莉嬋1，李冬圣1，蔡玲玲1

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

河北省數(shù)字地震臺網(wǎng)在2013年5月19日至7月15日記錄到河北贊皇縣發(fā)生震群活動，ML-0.9級以上地震229次。震群附近30 km之內之前沒有發(fā)生過5級以上地震，1966年邢臺7.2級地震區(qū)呈北北東向分布，在其南部存在北西向分支，抵達贊皇附近，發(fā)生過少量ML1～2級小震。與較為平靜的地震活動背景相比，贊皇震群尤為突出。通過分析震級—頻度關系，震群呈現(xiàn)低b值特征；利用振幅比法反演震群ML2級以上11個基本一致的震源機制解，并進一步反演震源區(qū)應力場，結果與華北構造應力場完全吻合。結果顯示，震群呈北北東方向分布，震源機制也有相應的節(jié)面對應，大多數(shù)傾向北西西，表明震群為右旋走向滑動。同時，低b值和震源機制一致屬于震兆現(xiàn)象，應注意加強贊皇附近區(qū)域的震情跟蹤研究。

贊皇震群；地震參數(shù)；震源機制解

0 引言

河北省贊皇縣是太行山東麓的一個山區(qū)縣，地處石家莊市西南，位于東經114°01′至114°30′，北緯37°26′至37°46′，全縣面積835.56 km2。贊皇縣歷史上沒有發(fā)生過破壞性地震。自2013年5月19日起，河北省數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄到該縣一系列小震活動，截止7月15日，共發(fā)生ML-0.9級以上地震229次，最大地震ML3.2級。贊皇震群持續(xù)兩個月，震區(qū)震感明顯。由于震群發(fā)生在人口密度大的河北省會附近地區(qū)，對社會和公眾造成一定程度的影響，也引起各級政府的關注。震群位于河北省數(shù)字地震臺網(wǎng)之內，充分利用其產出的波形數(shù)據(jù)和震相到時，詳細分析贊皇震群的構造背景、震群特征，利用數(shù)字地震波形反演震源機制，進一步反演應力場與華北構造應力場比較，進一步探討未來中強地震的指示意義。

1 贊皇附近歷史地震活動分析

贊皇震群位于河北平原和太行山交界處，歷史文化發(fā)達，地震資料豐富，最早記錄的地震是公元777年的寧晉地震，最近的記錄是1956年9月3日山西平定東北5.0級地震。表1提供了5級以上歷史地震目錄，對應歷史地震震中分布如圖1所示，盡管贊皇附近1000多年來發(fā)生了15次5～6級地震，但是30 km內卻沒有破壞性地震發(fā)生，表明贊皇屬于少震弱震區(qū)。1966年邢臺發(fā)生7.2級地震之后，有一系列5級余震，一直持續(xù)到1985年，全部集中在贊皇的東南方向[1]。贊皇附近超過30 km有1528年發(fā)生的欒城5級地震，在將近40 km有1956年井陘西發(fā)生的5級地震。此后直到1966年發(fā)生邢臺7級地震序列，5級地震持續(xù)近20年。同期其它地方沒有5級地震發(fā)生。數(shù)十年來，除了邢臺震區(qū)，其它地方是平靜的。

圖1 公元777—1956年(紅色實心圓), 1966—1985年(藍色實心圓)震中區(qū)附近5級以上地震分布圖

表1 有記錄以來贊皇附近發(fā)生的5級以上地震

a 1970—2012年震中分布圖 b 2010—2012年震中分布圖

圖2a呈現(xiàn)了1970年以來贊皇附近1級以上小震分布。可見，其中的密集帶為邢臺地震序列，呈北北東方向的邢臺余震區(qū)存在北西向分支，抵達贊皇附近。圖2b呈現(xiàn)的2010—2012年1級以上震中附近地震分布，顯示贊皇周圍只有零星1級小震，但是邢臺震區(qū)北北東方向的地震分布清晰可見，表明近年贊皇附近地震活動微弱。

2 贊皇震群活動特征

河北省贊皇縣自2013年5月19日開始，震群活動截止7月15日08時這56天共發(fā)生ML-0.9級以上地震229次(表2)，其中0級以下地震100次，0.1～1.0級地震89次，1.1～2.0級地震29次， 2.1～3.0級地震10次。最大的一次地震是6月3日12時02分的ML3.2級地震，7月15日之后，贊皇地震趨于平靜，只有少數(shù)零級左右地震發(fā)生。由圖3時間-震級分布圖可見，贊皇震群雖然最大震級不高，活動持續(xù)的時間卻不短；震級存在增長到高值之后逐漸衰減的過程，能量衰減較慢。

表2 贊皇震群震級-頻次統(tǒng)計

圖3 贊皇震群震級-時間分布圖

圖4 震級-頻度關系圖

由最小二乘方法擬合震級—頻度關系見圖4，結果顯示相關系數(shù)為0.9984，比較高。累積頻度計算的b值為0.49，偏低，與一般小震群的高值差異比較大，屬于顯著的異常震兆現(xiàn)象。

由圖5a給出的地震臺站和震群分布可見，震群西側的L1303和L1301為流動臺，其它為固定臺。臺站總體呈南北向分布，能夠較好地控制緯向震源定位精度，但對于經向控制震源定位精度不利。在震群西側增加2個流動臺后，近場臺站能夠更好控制測定震源位置。我們使用較近的臺站到時，修訂了部分2級以上地震的位置，地震震中整體保持北東方向的優(yōu)勢分布(圖5b)，北東方向長軸長4.5 km，北西方向短軸寬2.5 km。

a 贊皇震群震中和臺站分布圖 b震中密集區(qū)放大分布圖

3 震源機制解和應力場

地下深處的應力狀態(tài)難以直接獲得，通?？捎烧鹪礄C制解來確定。本文采用層狀介質點源位錯模型，利用河北省數(shù)字地震臺網(wǎng)的波形資料，取垂直向記錄直達Pg、Sg波的最大振幅，以觀測資料與理論地震圖擬合反演震源機制的方法[2]，得到11個地震的震源機制(表3、圖6)。11個震源機制都屬于走向滑動斷層，P、T軸近于水平，B軸近于直立。P軸方位集中在NEE-SWW方向，T軸方位集中在NNW-SSE方向。NE走向的節(jié)面傾斜，傾向NW，呈右旋走向滑動；NW走向的節(jié)面直立，呈左旋走向滑動。

表3 11個震源機制的各個參數(shù)

圖6 11個地震震源機制投影圖(最后一個為ML3.2級地震震源機制投影圖)

選用Gephart和Forsyth的應力場參數(shù)網(wǎng)格搜索的震源機制應力反演(簡稱FMSI)程序[2]確定應力場的主應力軸方位。震源機制應力反演程序有3個基本假定[3-4]：①斷層面上的滑動方向和計算的剪切應力方向一致；②研究區(qū)域內的應力場方向一致；③地震是剪切位錯并且可以發(fā)生在先前已經存在的斷層上。震源機制應力反演程序使用的是網(wǎng)格搜索法，即在應力場參數(shù)的模型空間中找到應力模型與實際地震數(shù)據(jù)間平均殘差最小的最佳應力模型。在震源機制應力反演程序中，每個地震與應力模型間的殘差定義為使應力模型和觀測到的滑動角方向相一致的關于任意方位旋轉軸的最小旋轉角。該方法可以獲得最佳應力模型3個主應力軸σ1，σ2和σ3(σ1≥σ2≥σ3)的方位角和傾角，同時還可以得到相對應力大小值R，R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1)(0≤R≤1)，R 值有助于我們區(qū)分應力場的類型。

利用11個小地震的震源機制反演得到應力場主軸投影(圖7a)以及應力場參數(shù)為：最大壓應力主軸方位82.39°、傾伏角29.50°；中等壓應力主軸方位310.00°、傾伏角50.00°；最小壓應力主軸方位187.27°、傾伏角24.40°，擬合殘差角1.79°，應力比0.30，擬合殘差角非常小，表明這些震源機制相當一致，從圖6也可看出11個小震震源機制的一致性較好。

由應力場參數(shù)推算最易于滑動的斷層空間取向為：走向226.52°、傾角50.18°、滑動角-175.81°。這與震中分布的北東走向長軸吻合，震源機制的北東節(jié)面多數(shù)是傾斜(傾向NW)的，且右旋走向滑動性質相同。

取34°～42°N、105°～125°E范圍的矩張量解，反演得到華北區(qū)域應力場投影(圖7b)，以及華北區(qū)域應力場參數(shù)為：最大壓應力主軸方位83°、傾伏角32°；中等壓應力主軸方位244°、傾伏角57°；最小壓應力主軸方位347°、傾伏角9°，擬合殘差角4.73°，應力比0.4。贊皇震群震源機制反演的應力場與華北區(qū)域應力場非常接近，最大壓應力軸基本一致，而最小壓應力主軸稍稍翹起。表明贊皇附近受到了大尺度應力場比較嚴格的控制。

a贊皇震群震源機制反演的應力場應力主軸投影 b華北區(qū)域應力場投影 圖7 應力場投影圖

根據(jù)相關一些研究，陳颙(1980)指出1975年遼寧海城7.3級地震的前震存在震源機制一致性[5]，王俊國等[6]和萬永革[7]給出三維空間更嚴格的定義，展示千島群島大震和美國Landers 地震和Hector Mine 地震的震例；王曉山等[8]詳細分析2006年河北文安5.1級地震震源機制一致性參數(shù)的空間演化圖像，劉芳等[9]繪制內蒙古中西部地區(qū)的震源機制解一致性參數(shù)圖像得到低值區(qū)，表明震源機制一致性參數(shù)的震兆意義；而贊皇震群顯示的震源機制一致性可能也是中等強度地震前的現(xiàn)象。

4 結論

(1)河北省數(shù)字地震臺網(wǎng)在2013年5月19日—7月15日的河北贊皇縣震群活動中，共記錄到ML-0.9級以上地震229次。校核部分2級地震之后，震群集中呈北北東方向的帶狀分布。

(2)歷史上贊皇附近30 km之內沒有發(fā)生過5級以上地震。相鄰的1966年邢臺7.2級地震區(qū)呈北北東向分布，在其南部存在北西向分支，抵達贊皇附近，發(fā)生過少量1～2級小震。1986年以來贊皇附近150 km沒有發(fā)生5級以上地震，存在大范圍的平靜。小地震活動也是平靜的背景，贊皇震群的發(fā)生就顯得更加突出。

(3)利用振幅比法反演震群2級以上地震的11個基本一致的震源機制解，進一步反演震源區(qū)應力場，其與華北構造應力場非常吻合；震群呈NNE方向分布，震源機制也有相應的節(jié)面對應，大多數(shù)向NWW傾，表明震群以右旋走向滑動為主。

(4)贊皇震群的震級—頻度關系b值低，連同震源機制一致和地震平靜都屬于震兆現(xiàn)象，應加強贊皇附近區(qū)域的震情跟蹤研究。

致謝：本文得到刁桂苓老師的耐心指導和大力幫助，在此致以最誠摯的謝意！

[1]呂國軍，馬帥琦，李皓，等. 邢臺地震對石家莊地區(qū)的震害特征研究[J]. 華北地震科學，2012，30(4): 19-24.

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[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]陳颙. 用震源機制一致性作為描述地震活動性的新參數(shù)[J]．地球物理學報，1980，2(3) : 39-47.

[6]王俊國，刁桂苓. 千島島弧地震前哈佛大學矩心矩張量(CMT)解一致性的預測意義[J]． 地震學報，2005，27(2) : 178-183.

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[8]王曉山，刁桂苓，馮向東，等. 2006 年文安地震孕育、發(fā)生的應力場動態(tài)圖像[J].地震研究，2011，34(3)：266-270.

[9]劉芳，王曉山，楊雅瓊.內蒙古中西部地區(qū)小震震源機制解分析[J].大地測量與地球動力學，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計劃項目 “河北臺網(wǎng)近震震相特征分析與典型震例庫的建立” (項目編號：DZ20140712045)

楊銳(1983—)，女(漢族)，工程師，主要從事地震監(jiān)測和地震速報工作.E-mail：yangrui9811@eyou.com.

P315.332

A

1003-1375(2014)04-0017-06