華北北山地震烈度的地震預(yù)測(cè)

華北北山地震烈度的地震預(yù)測(cè)

0地震正演預(yù)測(cè)模型通過在擾動(dòng)兩側(cè)附近配置一個(gè)草圖，可以得到擾動(dòng)的垂直變化。跨斷層測(cè)線一般長度為幾十米至1km,重復(fù)觀測(cè)間隔時(shí)間為1至數(shù)月。自20世紀(jì)60年代末期起,在華北地區(qū)主要活動(dòng)斷裂帶上,陸續(xù)建立了一些斷層形變測(cè)點(diǎn)。在20世紀(jì)80年代,對(duì)部分測(cè)量場(chǎng)地進(jìn)行過改造。本文選用1985年測(cè)量場(chǎng)地改造后的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行研究。用大地形變測(cè)量方法獲得的斷層變化,直觀明了,物理意義明確,在地球動(dòng)力學(xué)、活動(dòng)構(gòu)造和地震預(yù)測(cè)研究中得到廣泛應(yīng)用。斷層形變觀測(cè),為研究現(xiàn)今斷裂構(gòu)造活動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。依據(jù)斷層形變進(jìn)行地震預(yù)測(cè),是我國現(xiàn)在地震預(yù)報(bào)的主要方法之一。20世紀(jì)70年代中期以來,中國大陸發(fā)生的一些大地震,在震前相關(guān)斷層出現(xiàn)了不同程度的異常。一些專家在大震研究中,指出了斷層形變曲線在震前一定時(shí)期出現(xiàn)明顯的上升或下降,或突跳變化,顯示出與地震孕育相關(guān)斷層變化速率增大,成為與地震孕育發(fā)生相伴的“前兆”變化。應(yīng)用斷層形變資料提取地震前兆信息有多種方法,例如根據(jù)跨斷層測(cè)點(diǎn)垂直形變或水平形變曲線形態(tài)直接識(shí)別、低通濾波、速率差,信息流合成、斷層年變率、概率合成等。這些方法在分析預(yù)測(cè)中發(fā)揮了一定的作用。本文主要計(jì)算斷層速率和基于斷層速率得出的斷層形變異常強(qiáng)度,研究它與較強(qiáng)地震的關(guān)系。1斷層變形異常強(qiáng)度根據(jù)斷層形變觀測(cè)資料計(jì)算歷年的斷層垂直變化速率。并以平均速率為基值,用不同時(shí)間的速率與平均速率值之比,解算斷層形變異常強(qiáng)度值。其數(shù)學(xué)模型為vi=?y?t,r=vi1n∑i=1nvi,(1)vi=?y?t,r=vi1n∑i=1nvi,(1)式中:r為斷層形變異常強(qiáng)度,是某一時(shí)刻的速率除以整個(gè)時(shí)間序列的速率均值得到的結(jié)果,為無量綱值;vi為斷層形變速率值,是觀測(cè)值變量與時(shí)間變量的導(dǎo)數(shù);y為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值;t為觀測(cè)時(shí)間。在本文中將異常強(qiáng)度r值進(jìn)一步“e”化處理,使異常強(qiáng)度值變化在0～1區(qū)間內(nèi),異常強(qiáng)度值為0時(shí)無異常,為1時(shí),異常最強(qiáng)烈。計(jì)算的結(jié)果以異常強(qiáng)度值>0.6為相對(duì)顯著異常。斷層形變異常的強(qiáng)弱,取決于由觀測(cè)值得到的斷層活動(dòng)速率的大小,斷層速率越大,異常越強(qiáng)烈,斷層速率越小,異常越弱。斷層形變異常強(qiáng)度大,說明斷層活動(dòng)性增強(qiáng),在其中某些地段應(yīng)力積累也快,有可能孕育形成地震。用上述方法,對(duì)華北地區(qū)跨斷層形變測(cè)點(diǎn)較多的山西斷陷帶、首都圈和遼寧地區(qū)的資料進(jìn)行整理計(jì)算,得到斷層形變速率和異常強(qiáng)度值,繪制出平面等值線圖和區(qū)域性異常變化的時(shí)序曲線圖,結(jié)合本地區(qū)的中、強(qiáng)地震,研究斷層形變異常與地震的關(guān)系。2文安地震地質(zhì)特點(diǎn)華北北部地區(qū)在1985～2006年期間發(fā)生多次中、強(qiáng)地震,包括1989年在山西斷陷帶北部的大同-陽原盆地,發(fā)生的6次5級(jí)以上地震(文中震級(jí)均為ML震級(jí)),最大震級(jí)為6.1級(jí)(1989-10-19,39.95°N,113.82°E),1991年在大同盆地和忻代盆地,再次發(fā)生的6.1級(jí)地震(1991-03-26,39.97°N,113.85°E)和5.5級(jí)地震(1991-01-29,38.47°N,112.53°E),1998年1月10日,發(fā)生的張北6.2級(jí)地震(41.10°N,114.31°E),2006年7月4日發(fā)生在東部的平原地區(qū)的文安5.5級(jí)地震(38.90°N,116.28°E)等。張北地震位于山西斷陷帶東北段的外延部位,該地段也屬于張家口-渤海北西向隱伏活動(dòng)構(gòu)造帶發(fā)育地帶西北地段。文安地震位于河北平原地震構(gòu)造帶上。這些中、強(qiáng)地震與形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在的構(gòu)造帶為在同一構(gòu)造,或者相互關(guān)聯(lián)的構(gòu)造帶,在位置上為同一地區(qū),或者相鄰近地區(qū)。將跨斷層形變的異常強(qiáng)度與地震結(jié)合分析,以研究地震孕育發(fā)生過程中伴生的異常特征。本文以強(qiáng)震事件的時(shí)間為序,分階段分地區(qū)研究斷層形變異常強(qiáng)度的變化與地震發(fā)生的關(guān)系。2.1異常強(qiáng)度及分布1989年10月19日發(fā)生的大同6.1級(jí)地震,位于山西斷陷帶的大同盆地東南部的六棱山山前斷裂上。震前1986～1988年,山西斷陷帶的斷層形變異常強(qiáng)度圖顯示,在忻代盆地和大同盆地的異常強(qiáng)度值>0.6(圖1,圖2,圖3),比較顯著,強(qiáng)異常持續(xù)發(fā)展。而山西斷陷帶的中、南段異常強(qiáng)度較弱,異常強(qiáng)度值一般在0.6以下,局部雖然有時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)異常,但持續(xù)時(shí)間較短暫(如臨汾盆地1987年的異常強(qiáng)度值也>0.6)。大同6.1級(jí)地震發(fā)生在強(qiáng)異常區(qū)的邊緣。大同地震的當(dāng)年(1989年)山西斷陷帶的異常強(qiáng)度變?nèi)?沒有出現(xiàn)0.6以上的強(qiáng)異常區(qū)(圖4)。大同地震也在陰山-燕山南緣構(gòu)造帶上(與山西斷陷帶交匯區(qū)),而北京跨斷層測(cè)點(diǎn)分布區(qū),在總體上也受該構(gòu)造帶控制。在大同地震前,1988年北京地區(qū)的斷層形變異常強(qiáng)度>0.6的范圍比1985～1987年各年份的分布范圍廣闊。1988年異常強(qiáng)度>0.6的區(qū)域,主要在北京地區(qū)的西部和東北部,約占北京測(cè)點(diǎn)覆蓋區(qū)面積的12%,最大異常強(qiáng)度值為0.73(圖5)。<0.6的區(qū)域,有北京地區(qū)中部和東南部?？傮w上,北京地區(qū)1988年的異常強(qiáng)度較1985～1987年各年的異常強(qiáng)烈(圖6),增強(qiáng)明顯。2.2地區(qū)的對(duì)比分析。對(duì)于第一階段,北京市1998年1月10日發(fā)生的張北6.2級(jí)地震,位于北京地區(qū)跨斷層測(cè)點(diǎn)分布區(qū)的西北外部鄰近地帶。該地震在山西斷陷帶東北段的外延部位,位于張家口-渤海北西向隱伏活動(dòng)構(gòu)造帶的西北段。張北地震前的1997年,在北京地區(qū)中西部的懷來—南孟,出現(xiàn)一條較寬的強(qiáng)異常帶,異常強(qiáng)度值為0.6～0.7,北京地區(qū)北部的古北口局部異常強(qiáng)度值也在0.6～0.7,異常強(qiáng)度值>0.6的強(qiáng)異常區(qū)約占29%,而在北京地區(qū)的西南部和東部地帶,異常強(qiáng)度值在0.2～0.4,為弱異常區(qū)(圖7)。1997年的強(qiáng)異常區(qū)在1996年的基礎(chǔ)上有所增強(qiáng)(圖8),無論強(qiáng)異常區(qū)還是異常強(qiáng)度值,都顯示出比其前1～2年大,成為異常較強(qiáng)的年份。1998年北京地區(qū)的強(qiáng)異常區(qū)明顯縮小。1998年張北6.2級(jí)地震前,山西斷陷帶的斷層形變異常強(qiáng)度也具有顯著增強(qiáng)。1995～1997年,山西斷陷帶北段的強(qiáng)異常持續(xù)發(fā)展,異常強(qiáng)度值不斷增大,強(qiáng)異常分布區(qū)域不斷擴(kuò)展,1997年的強(qiáng)異常區(qū)分布范圍相對(duì)最大(圖9～圖11)。2.3異常強(qiáng)度值分布2006年7月4日發(fā)生的文安5.5級(jí)地震,位于北京跨斷層監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布區(qū)南部外圍的鄰近地區(qū)。文安震前2004年異常強(qiáng)度值>0.6的地區(qū),分布在北京南北兩側(cè)的中部(圖12),南北相呼應(yīng),中間被異常強(qiáng)度值為0.5的地帶分隔。異常強(qiáng)度值>0.6的強(qiáng)異常區(qū)約占10%。北京地區(qū)的東部和西部異常強(qiáng)度值為0.3～0.5,為弱異常區(qū)。2005年北京地區(qū)的異常強(qiáng)度值>0.6的分布區(qū)約占北京地區(qū)面積的29%,比2004年強(qiáng)異常區(qū)顯著擴(kuò)大,主要分布于北京地區(qū)的西南部,最大異常強(qiáng)度值在0.8以上(圖13),成為強(qiáng)異常時(shí)段。2006年強(qiáng)異常區(qū)縮小。3強(qiáng)震前一年異常特征根據(jù)北京地區(qū)斷層形變異常強(qiáng)度值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。第6列值是由第2列異常強(qiáng)度值的年度變化,負(fù)數(shù)表示異常強(qiáng)度比上一年減弱,正數(shù)表示比上一年增強(qiáng)。表1揭示出在測(cè)點(diǎn)分布區(qū)附近或相關(guān)構(gòu)造帶上,發(fā)生中、強(qiáng)地震前一年,有異常的測(cè)段數(shù)量相對(duì)較多。如1988、1997和2005年的異常數(shù)量比值都相對(duì)較大,其后本區(qū)附近或同一構(gòu)造帶上發(fā)生了較強(qiáng)地震。由第6列值可知,地震發(fā)生在異常強(qiáng)度增加的年代,強(qiáng)震常常發(fā)生在2年或多年異常強(qiáng)度連續(xù)增加的后期,或者之后。如1987年和1988年異常增強(qiáng),1989年發(fā)生大同地震;1993年和1994年異常增強(qiáng),1995年發(fā)生了唐山5級(jí)地震;1996年和1997年異常增強(qiáng),1998年發(fā)生了張北6.2級(jí)地震;2005年異常增強(qiáng),2006年發(fā)生了文安5.5級(jí)地震。中、強(qiáng)地震多數(shù)發(fā)生在異常強(qiáng)度增加的時(shí)段后,這一變化規(guī)律為判斷未來不太長時(shí)間的地震危險(xiǎn)性提供了依據(jù)。4跨斷層變形異常強(qiáng)度的季節(jié)動(dòng)態(tài)將一個(gè)地區(qū)同一時(shí)間的各測(cè)段異常強(qiáng)度值取均值,繪制的異常強(qiáng)度時(shí)序曲線,反映了整個(gè)地區(qū)的異常強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況。圖14是山西斷陷帶北段的斷層形變異常強(qiáng)度的時(shí)序曲線,上部標(biāo)注著山西斷陷帶及鄰近地區(qū)同時(shí)期的中、強(qiáng)地震。由圖14可見,中、強(qiáng)地震主要發(fā)生在異常強(qiáng)度值大于臨界值的時(shí)段,其余時(shí)間段中、強(qiáng)地震較少發(fā)生。例如,1989年大同6級(jí)地震前,山西斷陷帶北段的跨斷層形變異常強(qiáng)度從1986～1989年連續(xù)近3年超過臨界值,呈現(xiàn)明顯的強(qiáng)異常時(shí)段。1996年包頭6.4級(jí)地震前,1995年初異常強(qiáng)度曲線明顯高于臨界值。1998年張北6.2級(jí)地震前1996～1997年兩年異常強(qiáng)度值都在臨界線之上,而且更為顯著,形成強(qiáng)異常時(shí)段。北京地區(qū)的斷層形變異常強(qiáng)度的時(shí)序曲線也具有類似的變化(圖15)。在1995年,唐山5級(jí)地震前和1998年張北6.2級(jí)地震前1-2年,異常強(qiáng)度值都超過臨界值,形成較明顯的異常強(qiáng)烈時(shí)段。2006年7月4日文安5.4級(jí)地震前的2005年,北京地區(qū)的異常強(qiáng)度也超過了臨界值。1989年的大同6.1級(jí)地震前不十分顯著,可能與跨斷層測(cè)點(diǎn)分布區(qū)離地震區(qū)較遠(yuǎn),地震孕育的影響較小有關(guān)。上述表明,當(dāng)某地區(qū)的斷層形變異常強(qiáng)度時(shí)序曲線,顯著超過臨界值時(shí),其后在本區(qū)或者相關(guān)聯(lián)的構(gòu)造帶上一般都有中、強(qiáng)地震發(fā)生。強(qiáng)異常時(shí)間段是斷層活動(dòng)增強(qiáng)的時(shí)期,強(qiáng)烈的斷裂構(gòu)造活動(dòng),是某些地段應(yīng)變應(yīng)力積累加快、孕震體加速發(fā)展的表現(xiàn)。伴隨著強(qiáng)異常時(shí)間段常有較大的地震,或者有一組中、強(qiáng)地震孕育發(fā)生。多數(shù)中、強(qiáng)地震發(fā)生在強(qiáng)異常出現(xiàn)之后,或者強(qiáng)異常持續(xù)發(fā)展期,或者強(qiáng)異常的末期。5斷層變形異常強(qiáng)度與其他地震的對(duì)比(1)斷層形變異常強(qiáng)度與本地區(qū)的中、強(qiáng)地震的孕育發(fā)生有明顯的關(guān)系。1985年以來在華北北部斷層形變觀測(cè)點(diǎn)分布區(qū)及鄰近地區(qū),發(fā)生過大同6.1級(jí)地震、張北6.2級(jí)地震和文安5.4級(jí)地震等。在這些地震前異常強(qiáng)度值都明顯增大,強(qiáng)異常區(qū)域范圍也相對(duì)較大。不同地區(qū)的斷層形變異常強(qiáng)度對(duì)不同地區(qū)的地震反映有所差別,一般對(duì)較近地區(qū)的地震反映顯著,異常相對(duì)強(qiáng)烈,對(duì)距離較遠(yuǎn)的地震反映較差。(2)根據(jù)斷層形變觀測(cè)資料計(jì)算得到的斷層形變異常強(qiáng)度,與當(dāng)?shù)丶班徑貐^(qū)的中、強(qiáng)地震對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下,在地震前1年左右或者稍長時(shí)間出現(xiàn)較強(qiáng)異常。表現(xiàn)形式為異常強(qiáng)度等值線覆蓋面積較大,異常強(qiáng)度值也較大。在時(shí)序曲線上異常強(qiáng)度值超