0 引言

世界上90%以上的破坏性地震属于构造地震（夏邦栋，1995）。究其原因是，地壳（或岩石圈）在构造运动中发生变形，超出岩石承受能力后，岩石发生断裂，在构造运动中长期积累的能量迅速释放，造成岩层错动、破裂进而形成地震。

张家口地区是“首都圈”地区地震重点监视防御区和晋冀蒙交界地震重点危险区，测震台网分布密度较大，地震监测能力强。然而，目前有关张家口地区地震活动性与构造关系的研究较少，而且大部分研究开始于1998年1月10日张北—尚义6.2级地震发生之后。

张家口地区6级以上强震和大多数中小地震群集于NW和NE向2组断裂共轭破裂错动的构造交切地段（徐杰等，1998）。利用在怀来附近布设的中—欧合作小孔径数字化地震台网记录资料，从三维空间分析沙城震群的震源位置及震源机制，认为:震源断层是NE向高倾角右旋走滑断层，属于现代地壳应力场作用下浅层断层发育过程中的地震（刁桂苓等，1999）。应用相对定位方法，对张北—尚义地震序列的主震和M≥3.0余震重新精确定位，结果清楚表明，张北—尚义地震的发震构造为近NNE向断层，是在与华北地区构造应力场方向一致﹑近水平的NEE向主压应力作用下发生的右旋—逆断层错动（杨智娴等，2002）。随后，应用双差地震相对定位法，对张北—尚义地震序列的主震和M≥3.0余震进行精确定位，再次表明，张北—尚义6.2级地震的发震构造是NNE向断层（杨智娴等，2004））。电磁波遥感（ERS）探测发现，张北震区存在NEE向、NWW向和NE向3组断裂（蔡华昌等，2002）；利用电磁波遥感（ERS）探测技术，得出与其前期（2002年）有一定差别的结果，震区存在NE向、NNE向和NW向3组第四纪活动断裂，张北6.2级地震发生在3组断裂交汇区（蔡华昌等，2003）。利用在北京西北部地区穿过张家口—渤海地震带北西段地震测深剖面进行的综合解释，分析发现，位于张北南部约20 km深部，有1条近EW向展布、近于直立的地壳深断裂，基本位于近EW向崇礼—赤城断裂下方（赵金仁等，2005）。利用北京地震台网、河北地震台网、华北地区遥测台网中262个台站记录的15 350次地震，采用多事件相对定位方法——双差法，对首都圈地区1980—2004年发生的地震重新进行精定位，对包括张家口地区在内的首都圈地震构造成因进行分析，结果表明，张家口地区几个震源密集区的震源深度分布在5—20 km（李乐等，2007）。运用地质地貌调查、地球物理勘探和年代测定等方法，分析发现，张家口—宣化盆地的张家口断裂、万全断裂、洗马林—水泉断裂和洋河断裂在第四纪持续活动，以脆性变形为特征；盆地内活动断裂总体活动强烈（周江林等，2015）。

综上可见，以往研究主要侧重于张北—尚义6.2级地震的发震断层，而对张家口地区总体地震活动特征与构造关系，特别是地震活动规律性、未来可能发生地震的危险性区域的预测研究较少。

1 张家口地震地质概况

张家口地区位于华北板块二级构造单元，地处内蒙褶皱系南部近EW向、阴山隆起中段南缘近EW向、燕山隆起区西端，与近NE向山西裂谷系盆地北东端的交汇部位。根据河北省、北京市及天津市区域地质志，给出张家口地区大地构造位置，见图 1。华北构造区内部NEE向断裂以右旋正走滑性质为主、NW—NWW向断裂以左旋正走滑为主的活动特征表明，华北构造区处于NEE—SWW向挤压和NNW—SSE向张应力场作用下。构造区内部的2组断裂或断陷盆地，将其切割为多个块体，大地震主要沿这些活动块体边界发生（除华北平原外，块体内部几乎无6级以上地震活动），说明区内构造变形主要沿块体边界断裂带发生（图 2）。了解华北内部构造特征，对张家口地区地震活动性研究具有重要作用。

张家口地区位于NW向张家口—蓬莱断裂北西端和NE向山西断陷盆地带北端、晋冀北张性构造区。张家口—蓬莱断裂带由近20条NW—NWW向断裂组成，是一条具有相当规模的NW向活动构造（徐杰等，1998），沿断裂带曾发生一系列大中小地震，是一条对新生代构造活动起着重要控制作用的地壳构造带，是中国东部控制地震孕育和发生的重要地震构造带（Xu Jie al，2001）。

研究区位于山西断裂带北端，该断裂带由新生代以来形成且不断发展的一系列地堑和横向隆起断裂构成，其主体构造线方向为NNE、NE（祝治平等，1999），特点是:地堑两侧或一侧均有山前大断裂存在；地堑内部存在一系列与盆地边缘大断裂平行、垂直、斜交的隐伏断裂（王帅军等，2005）。

晋冀北张性区是山西断陷盆地带深部右旋剪切运动在其北端所产生的次级张性盆岭构造区，也是华北北部地震高频发区端（徐锡伟等，1998）。山西断陷盆地除与华北平原的分异外，内部分异也很强烈，整个带强烈隆起上升，轴部不断下沉，形成一系列轴向近乎NE的斜列式断陷盆地，且盆地边界被一些沿老的破碎带发育的平移正断层所控制，从而使张家口地区新构造运动差异强烈且显著。各盆地形成时间不同，沉降幅度也不相同，见表 1。

同一个盆地的沉降物厚度一般由一侧向另一侧逐渐加大，反映了断块盆地基底一侧翘起向另一侧倾斜的特点。但不同盆地的倾斜方向不同，怀来—延庆盆地、涿鹿盆地向北倾斜，蔚县盆地、阳原盆地则向南倾斜。

如上所述，在断裂的不同地段，盆地内部不同部分的活动程度和升降幅度也不相同。已有研究（高文学等，1993；Xu Jie et al，1995）表明，华北北部地堑和半地堑断陷盆地在宏观上是破坏性地震的主体活动场所，而控制这些断陷盆地形成的NE—NEE向主干活动断裂以及与主干断裂相互切错、伴生活动的NW向活动断裂，则是其主要发震构造和孕震构造。就区域地质构造背景而言，张家口历史地震主要发生在2个Ⅱ级构造单元的内蒙海西晚期褶皱带内，中侏罗世晚期开始剧烈活动，因结晶基底刚性较强，以断裂变形为主；新生主构造线为NW向和NNE（或NE）向，与本区地震活动展布方向一致。

2 张家口地区地震活动特征 2.1 历史地震活动规律

地震活动时空分布具有复杂性、层次性和继承性（陈时军，2004）。地震活动一般存在于构造破坏或者薄弱地带，容易产生应力集中，在受到应力作用时，岩石能干性弱，产生脆性变形，伴随着应变能释放和构造应力的改变，构造运动的强度和趋势发生微动变化，以至于出现继承性运动，所以在一定构造环境和时期内，地震的时空分布具有相对稳定性，未来本区地震分布在某种程度上也将承袭历史地震的分布特点。

选取张家口地区有历史记载的17次破坏性地震及近20年来发生的地震进行研究。虽然选取的地震时间段较短，得到的研究成果可能存在片面性，但并不影响本文结果，有助于张家口地区未来地震活动趋势的理解和判断。

2.2 历史破坏性地震活动与构造关系

在空间分布上，张家口破坏性地震主要受NW向张家口—蓬莱断裂带、NE向山西断陷盆地带和晋冀北张性区构造的影响。张家口地区有历史记载以来的17次破坏性地震中，6级以上地震6次，最大地震为1720年7月12日沙城6.7级地震（表 2）。

张家口破坏性地震的空间分布具有以下特点:5级以上地震大部分分布在41°N以南的坝下地区，且多呈NW向展布，集中在NW向张家口—蓬莱断裂带与山西断裂交汇区，显示了张家口—蓬莱断裂、山西断裂的控震、孕震作用。1998年以来张北地区发生2次破坏性地震，可能预示着该区破坏性地震有从南逐渐向北迁移的趋势。已有研究表明，1720年沙城6.7级地震和1337年怀来一带6.5级地震是怀涿盆地北缘断裂和延矾盆地北缘断裂活动的结果（朱海生等，2006）；1484年居庸关一带6.7级地震是天镇断裂带和怀安盆地南缘断裂带共同作用的结果（朱海生等，2006）；张北—尚义地震的可能发育断层为NNE向大满—前黑砂土隐伏断层，此断层与NNW向庙东营—大营滩隐伏断裂共同构成该地震的孕震构造，推测该地震的发生可能是张家口—蓬莱断裂带向西北扩展的结果（张国民等，2015）。

2.3 地震活动空间分布特征

研究张家口地区地震活动与构造关系的地震选自河北省地震局台网中心收录的张家口地区地震目录。该目录起止时间为1996年1月1日至2015年12月30日，共有1 748个地震。1944年古登堡和里克特通过研究美国加州地震活动特点（Gutenberg B，1944），提出地震震级频度关系式:lgN = a-bM，是地震的重要性质之一。据此，验证1995—2015年地震目录的完整性并计算b值（图 3）。

以邓起东《中国活动构造图（1:400万）》的“首都圈”范围为底图，利用MAPSIS对所选的1 748个地震进行震中投影，见图 4。

由图 4可见，张家口区域地震活动在空间分布上具有成丛（簇）、条带状特点，具体表现为:①该区地震整体呈NW向、NE向带状交叉展布；②呈NW向展布的成丛（簇）状地震，自NW向ES主要集中在庙东营—大营滩断裂与大满—前黑沙土断裂交汇区、阳原盆地北缘断裂与宣化盆地南缘断裂汇而不交地段，及怀涿盆地北缘断裂与延庆—矾山盆地北缘断裂、桑干河断裂、新保安—沙城断裂构成的菱形断陷区内；③呈NE向展布的成丛（簇）状地震主要集中在蔚广盆地南缘断裂、壶流河断裂与松枝口—右所堡断裂交汇处及怀安盆地南缘和天镇—阳高盆地北缘断裂端点及围合区。这些断裂交汇区的地震活动呈丛（簇）状，总体沿NW向张家口—蓬莱断裂、NE向山西断裂展布，说明该区地震活动主要受张家口—蓬莱断裂与山西断裂控制和影响。

2.4 地震活动时空迁移特征

选择张家口地区1996—2015年地震数据，结合图 3、图 4，分析该区地震活动迁移特征。由图 3、图 4可知，不同时间段内地震分布总体特征相似，主要沿NW向张家口—蓬莱断裂与NE向山西断裂呈带状展布，在2条断层交汇区域呈成丛（簇）状。

由图 3、图 4可知:①1996—2000年，地震分布密集区主要集中在庙东营—大营滩断裂与大满—前黑沙土断裂交汇区的张北地区，地震烈度介于Ⅴ度与Ⅵ—Ⅶ度，发生过2次破坏性地震（1998年M 6.2地震和1999年M 5.6地震），且中小地震活动较频繁；②2000—2015年，张北地震发生频次较之前持续减少，但2011年后出现小幅度上升（图 5）；③地震分布逐年密集地段为阳原盆地北缘断裂与宣化盆地南缘断裂汇而不交地段的宣化地区，为地震烈度Ⅵ—Ⅶ度区，发生过M 5—5.7地震；④怀安盆地南缘断裂NE端点和天镇—阳高盆地北缘断裂NEE端点的怀安地区，为地震烈度Ⅵ—Ⅶ度区，历史上未发生破坏性地震；⑤怀涿盆地北缘断裂与延庆—矾山盆地北缘断裂、桑干河断裂、新保安—沙城断裂构成的菱形块体区内的怀来—涿鹿地区，为地震烈度Ⅷ度区，此地地质构造复杂、多组断裂交汇，发生过多次破坏性地震，如:2014年9月6日张家口逐鹿M 4.3地震，发生在山西断陷带延矾盆地北缘断裂附近，应为延矾盆地北缘断裂全新世活动断裂所致（杨歧焱等，2015）。

不同时间段同一地区地震密集程度不同，说明不同时段断层活动性不同，地震活动强烈程度也不同。近年来，阳原盆地北缘断裂、宣化盆地南缘断裂、怀涿盆地北缘断裂、延庆—矾山盆地北缘断裂、桑干河断裂、新保安—沙城断裂活动性较强，区域内其他断层活动性相对较弱。

2.5 地震活动深度

震源深度研究对于探索地震孕育和发生的深部环境，地震能量集结、释放的活动构造背景，以及地壳内部构造变形及其力学属性等具有重要意义（周江林等，2015）。在对唐山—张家口地区地震进行定位时，采用台偶时差法测定震中，得出震源分布在5—22 km深度范围内，与估算的地壳岩石强度随深度的分布相吻合。从而推断，该区地壳具有上部脆性、下部塑性的特性，其过渡带深度约20 km（Xu Jie et al，2001）。

以往未对张家口地区破坏性地震计算震源深度，从近年来中小地震和1998年1月10日张北—尚义M 6.2地震推测，该区震源深度一般较浅，大多在15 km以内。从物探资料可知，此深度范围的岩石主要为片麻岩、花岗片麻岩等深变质岩和岩浆岩类，属于刚性体（河北省地矿局，1989），容易产生断裂、变形，进而引发地震。

3 结束语

综上所述，张家口地区各构造体系对地震的控制作用不同。NW向张家口—蓬莱断裂带是该区发育较早较不稳定的构造体系，是控制地震孕育和发生的重要地震构造带；NNE、NE向山西断裂带是新生代以来形成和不断发展的，与张家口—蓬莱断裂带的交汇部位，可能成为应力易集中且易发震地区。因此，地震大多发生在下述构造部位:①几组活动断层交汇区，如:怀涿盆地北缘断裂与延庆—矾山盆地北缘断裂、桑干河断裂、新保安—沙城断裂交汇构成的菱形断陷区；②活动断层的两端、拐点、分支、分叉部位，如:怀安盆地南缘断裂和天镇—阳高盆地北缘断裂的端点区；③断陷盆地边界（沉降幅度差较大地区），如:蔚县盆地南侧。

从上述分析可以看出，由于构造体系的分布和复合特点，致使张家口地区历史地震相对集中于某些特定地段。在一定构造环境和时期内，地震的时空分布具有相对稳定性和继承性，由此推断，本区未来可能的地震危险区有:①怀来—涿鹿地区:构造地质条件复杂，有多组断裂交汇，特别是怀涿盆地北缘断裂、延庆—矾山盆地北缘断裂、桑干河断裂、新保安—沙城断裂交汇区，新构造运动活跃，历史上发生7次破坏性地震，最大为1720年沙城6.7级地震，震中烈度达Ⅸ度；②宣化地区:近EW向宣化盆地南缘断裂与NE向阳原盆地北缘断裂通过该区，曾发生一次破坏性地震，震级5.5，地震烈度为Ⅶ度，近年来中小震活动较频繁；③张北地区:发育庙东营—大营滩、大满—前黑沙土2条深大断裂，其交汇区曾发生2次破坏性地震，最大震级6.2，2000年后中小地震活动频率降低，2011年后小幅度上升；④怀安地区:怀安盆地南缘断裂的NE端和天镇—阳高盆地北缘断裂的NEE端在本区发育，未发生过破坏性地震，近年来中小地震活动频繁。