华北北山地震烈度的地震预测

华北北山地震烈度的地震预测

0地震正演预测模型通过在扰动两侧附近配置一个草图，可以得到扰动的垂直变化。跨断层测线一般长度为几十米至1km,重复观测间隔时间为1至数月。自20世纪60年代末期起,在华北地区主要活动断裂带上,陆续建立了一些断层形变测点。在20世纪80年代,对部分测量场地进行过改造。本文选用1985年测量场地改造后的观测结果进行研究。用大地形变测量方法获得的断层变化,直观明了,物理意义明确,在地球动力学、活动构造和地震预测研究中得到广泛应用。断层形变观测,为研究现今断裂构造活动奠定了基础。依据断层形变进行地震预测,是我国现在地震预报的主要方法之一。20世纪70年代中期以来,中国大陆发生的一些大地震,在震前相关断层出现了不同程度的异常。一些专家在大震研究中,指出了断层形变曲线在震前一定时期出现明显的上升或下降,或突跳变化,显示出与地震孕育相关断层变化速率增大,成为与地震孕育发生相伴的“前兆”变化。应用断层形变资料提取地震前兆信息有多种方法,例如根据跨断层测点垂直形变或水平形变曲线形态直接识别、低通滤波、速率差,信息流合成、断层年变率、概率合成等。这些方法在分析预测中发挥了一定的作用。本文主要计算断层速率和基于断层速率得出的断层形变异常强度,研究它与较强地震的关系。1断层变形异常强度根据断层形变观测资料计算历年的断层垂直变化速率。并以平均速率为基值,用不同时间的速率与平均速率值之比,解算断层形变异常强度值。其数学模型为vi=∂y∂t,r=vi1n∑i=1nvi,(1)vi=∂y∂t,r=vi1n∑i=1nvi,(1)式中:r为断层形变异常强度,是某一时刻的速率除以整个时间序列的速率均值得到的结果,为无量纲值;vi为断层形变速率值,是观测值变量与时间变量的导数;y为监测点的观测值;t为观测时间。在本文中将异常强度r值进一步“e”化处理,使异常强度值变化在0～1区间内,异常强度值为0时无异常,为1时,异常最强烈。计算的结果以异常强度值>0.6为相对显著异常。断层形变异常的强弱,取决于由观测值得到的断层活动速率的大小,断层速率越大,异常越强烈,断层速率越小,异常越弱。断层形变异常强度大,说明断层活动性增强,在其中某些地段应力积累也快,有可能孕育形成地震。用上述方法,对华北地区跨断层形变测点较多的山西断陷带、首都圈和辽宁地区的资料进行整理计算,得到断层形变速率和异常强度值,绘制出平面等值线图和区域性异常变化的时序曲线图,结合本地区的中、强地震,研究断层形变异常与地震的关系。2文安地震地质特点华北北部地区在1985～2006年期间发生多次中、强地震,包括1989年在山西断陷带北部的大同-阳原盆地,发生的6次5级以上地震(文中震级均为ML震级),最大震级为6.1级(1989-10-19,39.95°N,113.82°E),1991年在大同盆地和忻代盆地,再次发生的6.1级地震(1991-03-26,39.97°N,113.85°E)和5.5级地震(1991-01-29,38.47°N,112.53°E),1998年1月10日,发生的张北6.2级地震(41.10°N,114.31°E),2006年7月4日发生在东部的平原地区的文安5.5级地震(38.90°N,116.28°E)等。张北地震位于山西断陷带东北段的外延部位,该地段也属于张家口-渤海北西向隐伏活动构造带发育地带西北地段。文安地震位于河北平原地震构造带上。这些中、强地震与形变监测点所在的构造带为在同一构造,或者相互关联的构造带,在位置上为同一地区,或者相邻近地区。将跨断层形变的异常强度与地震结合分析,以研究地震孕育发生过程中伴生的异常特征。本文以强震事件的时间为序,分阶段分地区研究断层形变异常强度的变化与地震发生的关系。2.1异常强度及分布1989年10月19日发生的大同6.1级地震,位于山西断陷带的大同盆地东南部的六棱山山前断裂上。震前1986～1988年,山西断陷带的断层形变异常强度图显示,在忻代盆地和大同盆地的异常强度值>0.6(图1,图2,图3),比较显著,强异常持续发展。而山西断陷带的中、南段异常强度较弱,异常强度值一般在0.6以下,局部虽然有时出现强异常,但持续时间较短暂(如临汾盆地1987年的异常强度值也>0.6)。大同6.1级地震发生在强异常区的边缘。大同地震的当年(1989年)山西断陷带的异常强度变弱,没有出现0.6以上的强异常区(图4)。大同地震也在阴山-燕山南缘构造带上(与山西断陷带交汇区),而北京跨断层测点分布区,在总体上也受该构造带控制。在大同地震前,1988年北京地区的断层形变异常强度>0.6的范围比1985～1987年各年份的分布范围广阔。1988年异常强度>0.6的区域,主要在北京地区的西部和东北部,约占北京测点覆盖区面积的12%,最大异常强度值为0.73(图5)。<0.6的区域,有北京地区中部和东南部。总体上,北京地区1988年的异常强度较1985～1987年各年的异常强烈(图6),增强明显。2.2地区的对比分析。对于第一阶段,北京市1998年1月10日发生的张北6.2级地震,位于北京地区跨断层测点分布区的西北外部邻近地带。该地震在山西断陷带东北段的外延部位,位于张家口-渤海北西向隐伏活动构造带的西北段。张北地震前的1997年,在北京地区中西部的怀来—南孟,出现一条较宽的强异常带,异常强度值为0.6～0.7,北京地区北部的古北口局部异常强度值也在0.6～0.7,异常强度值>0.6的强异常区约占29%,而在北京地区的西南部和东部地带,异常强度值在0.2～0.4,为弱异常区(图7)。1997年的强异常区在1996年的基础上有所增强(图8),无论强异常区还是异常强度值,都显示出比其前1～2年大,成为异常较强的年份。1998年北京地区的强异常区明显缩小。1998年张北6.2级地震前,山西断陷带的断层形变异常强度也具有显著增强。1995～1997年,山西断陷带北段的强异常持续发展,异常强度值不断增大,强异常分布区域不断扩展,1997年的强异常区分布范围相对最大(图9～图11)。2.3异常强度值分布2006年7月4日发生的文安5.5级地震,位于北京跨断层监测点分布区南部外围的邻近地区。文安震前2004年异常强度值>0.6的地区,分布在北京南北两侧的中部(图12),南北相呼应,中间被异常强度值为0.5的地带分隔。异常强度值>0.6的强异常区约占10%。北京地区的东部和西部异常强度值为0.3～0.5,为弱异常区。2005年北京地区的异常强度值>0.6的分布区约占北京地区面积的29%,比2004年强异常区显著扩大,主要分布于北京地区的西南部,最大异常强度值在0.8以上(图13),成为强异常时段。2006年强异常区缩小。3强震前一年异常特征根据北京地区断层形变异常强度值统计结果如表1所示。第6列值是由第2列异常强度值的年度变化,负数表示异常强度比上一年减弱,正数表示比上一年增强。表1揭示出在测点分布区附近或相关构造带上,发生中、强地震前一年,有异常的测段数量相对较多。如1988、1997和2005年的异常数量比值都相对较大,其后本区附近或同一构造带上发生了较强地震。由第6列值可知,地震发生在异常强度增加的年代,强震常常发生在2年或多年异常强度连续增加的后期,或者之后。如1987年和1988年异常增强,1989年发生大同地震;1993年和1994年异常增强,1995年发生了唐山5级地震;1996年和1997年异常增强,1998年发生了张北6.2级地震;2005年异常增强,2006年发生了文安5.5级地震。中、强地震多数发生在异常强度增加的时段后,这一变化规律为判断未来不太长时间的地震危险性提供了依据。4跨断层变形异常强度的季节动态将一个地区同一时间的各测段异常强度值取均值,绘制的异常强度时序曲线,反映了整个地区的异常强度随时间的变化情况。图14是山西断陷带北段的断层形变异常强度的时序曲线,上部标注着山西断陷带及邻近地区同时期的中、强地震。由图14可见,中、强地震主要发生在异常强度值大于临界值的时段,其余时间段中、强地震较少发生。例如,1989年大同6级地震前,山西断陷带北段的跨断层形变异常强度从1986～1989年连续近3年超过临界值,呈现明显的强异常时段。1996年包头6.4级地震前,1995年初异常强度曲线明显高于临界值。1998年张北6.2级地震前1996～1997年两年异常强度值都在临界线之上,而且更为显著,形成强异常时段。北京地区的断层形变异常强度的时序曲线也具有类似的变化(图15)。在1995年,唐山5级地震前和1998年张北6.2级地震前1-2年,异常强度值都超过临界值,形成较明显的异常强烈时段。2006年7月4日文安5.4级地震前的2005年,北京地区的异常强度也超过了临界值。1989年的大同6.1级地震前不十分显著,可能与跨断层测点分布区离地震区较远,地震孕育的影响较小有关。上述表明,当某地区的断层形变异常强度时序曲线,显著超过临界值时,其后在本区或者相关联的构造带上一般都有中、强地震发生。强异常时间段是断层活动增强的时期,强烈的断裂构造活动,是某些地段应变应力积累加快、孕震体加速发展的表现。伴随着强异常时间段常有较大的地震,或者有一组中、强地震孕育发生。多数中、强地震发生在强异常出现之后,或者强异常持续发展期,或者强异常的末期。5断层变形异常强度与其他地震的对比(1)断层形变异常强度与本地区的中、强地震的孕育发生有明显的关系。1985年以来在华北北部断层形变观测点分布区及邻近地区,发生过大同6.1级地震、张北6.2级地震和文安5.4级地震等。在这些地震前异常强度值都明显增大,强异常区域范围也相对较大。不同地区的断层形变异常强度对不同地区的地震反映有所差别,一般对较近地区的地震反映显著,异常相对强烈,对距离较远的地震反映较差。(2)根据断层形变观测资料计算得到的断层形变异常强度,与当地及邻近地区的中、强地震对比研究,发现大多数情况下,在地震前1年左右或者稍长时间出现较强异常。表现形式为异常强度等值线覆盖面积较大,异常强度值也较大。在时序曲线上异常强度值超