地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (1): 85-90   PDF    
引用本文
朱红彬, 李红, 岳晓媛, 武敏捷. 基于地震序列类型和构造特征的首都圈地区震型分区[J]. 地球物理学进展, 2015, 30(1): 85-90, doi: 10.6038/pg20150113  
ZHU Hong-bin, LI Hong, YUE Xiao-yuan, WU Min-jie. Earthquake types partition in capital area of China based on earthquake sequence types and tectonic characteristics. Progress in Geophysics, 2015, 30(1): 85-90, doi: 10.6038/pg20150113   
基于地震序列类型和构造特征的首都圈地区震型分区
朱红彬, 李红, 岳晓媛, 武敏捷    
北京市地震局, 北京 100080
收稿日期: 2014-09-09 修回日期: 2014-11-11 .
基金项目：北京市地震局科技专项(JZX-201202)和中国地震局震情跟踪定向课题(2015020106)共同资助.
作者简介：朱红彬, 男, 1965年生, 北京市地震监测预报中心高级工程师, 主要从事强震活动规律、地震危险性研究及震情跟踪预测工作.(E-mail:zhb@bjseis.gov.cn)
摘要：本研究利用首都圈及邻近地区有史以来MS≥3(1/2)历史及现代地震目录, 开展MS≥4地震序列类型判定, 结合地震序列类型分布特征和构造分布特征尤其是地震带分段成果, 将研究区划分出阳曲—代县、繁峙—怀安、尚义—延庆、三河—涞水、献县—武清、宝坻—青龙、渤海等7个震型分区, 为首都圈地区震后趋势判定提供参考依据, 在利用历史有感地震开展地震序列类型和利用地震带分段开展震型分区研究方面进行了有益探索.
关键词： 首都圈地区     历史地震序列     地震序列类型     地震带分段     震型分区     震后趋势判定    
Earthquake types partition in capital area of China based on earthquake sequence types and tectonic characteristics
ZHU Hong-bin, LI Hong, YUE Xiao-yuan, WU Min-jie    
Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100080, China
Abstract: We judge the MS≥4 earthquake sequence types using the historical and modern MS≥3(1/2) earthquake catalogue and divide the research area into seven shock type partitions: Yangqu-Daixian、Fanshi-Huai'an、Shangyi-Yanqing、Sanhe-Laishui、Xianxian-Wuqing、Baodi-Qinglong and Bohai, combined with distribution characteristics of earthquake sequence type and structure, especially the seismic belt segmentation result. This work provide a reference for the tendency judgment after shock in the capital area. We also do some beneficial discussion in the research of earthquake sequence types using historical felt earthquakes and earthquake type partition using seismic belt segmentation.
Key words: capital area     historical earthquake sequence     earthquake sequence types     seismic belt segmentation     earthquake types partition     tendency judgment after shock    
0 引 言

地震序列类型及其分区特征研究，是震后趋势判定工作的重要基础.周惠兰等(1980)、吴开统等(1990)、郭大庆等(1998)、蒋海昆等(2006a)先后开展地震序列类型特征研究，将地震序列类型主要分为孤立型、主余型(包括前主余型)和震群型(包括双震型)，其中孤立型和主余型地震序列表明主震后地震能量迅速衰减，而震群型地震序列表明主震后仍可能发生相当震级地震甚至更大地震，因而研究地震序列及其分布特征对震后趋势判定意义重大.针对地震序列的分区特征，秦保燕和刘武英(1992)研究了地震序列类型与弧形、平直形、拐折形、共轭形、破碎形等构造的关系；王华林等(1997)、蒋海昆等(2006b)研究了中国大陆地区中强地震序列类型的空间分布特征；基于GIS的地震分析预报系统(陆远忠等，2002)和首都圈奥运保障项目(2008，本人参与了部分工作)也开展了有关首都圈震型分区的研究，但由于主要考虑现代地震序列分布特征，部分震型分区存在样本数较少的问题.目前，地震序列类型及其分布特征研究主要还是利用现代地震序列目录，由于仪器记录地震的数量在历史长河中只占很小的比例，其分布特征及统计特征尚难以反映研究区的地震活动规律，尤其象北京这样有现代地震记录以来未发生中强地震的地区，只能用更大范围的平均统计数据来代替，用于震后趋势判定难免出现错判现象，需要结合历史地震序列开展相关研究工作.刁守中等(2002)曾尝试利用历史有感地震资料对山东地区历史地震序列类型开展研究，提出将历史地震序列分为“安全类”和“危险类”，为我们进一步研究提供了重要参考.此外，刘正荣(1984)、刘正荣和孔昭麟(1986)、陈立德等(1992)、陈荣华等(1994)、郭大庆等(1998)还对震后趋势早期判定开展了大量研究工作.这些研究工作都为本文利用历史、现代地震序列特征和构造特征，开展首都圈地区震型分区研究提供了借鉴和参考.

本研究主要在构造特征、尤其是华北地区主要地震带分段研究(朱红彬等，2010)的基础上，结合地震序列类型的分布特征，开展首都圈地区震型分区工作.研究中所用MS≥3 1/2 地震目录采用中国历史强震目录(国家地震局震害防御司，1995)、中国近代地震目录(汪素云，1999)、中国历史有感地震目录(刁守中和晁洪太，2008)，以及中国地震台网中心整编的1970年以来全国小震目录.黄玮琼等(1994)研究认为，1484年以来华北地区(除黄海及边远地区)MS≥4 3/4 地震基本完整；刁守中等(2012)研究认为华北地区陆域MS≥3 1/2 历史有感地震的保存率近60%，震级结构基本合理，与MS≥5地震震级衔接较好.因此，可以利用历史MS≥3 1/2 地震目录，开展历史地震活动性分析工作.

本文所指的首都圈地区为北纬38°~42°、东经112°~120°的区域，比传统的首都圈地区(北纬38.5°~41°、东经113°~120°)稍大；除非特别标注，本文所言震级标度皆为MS震级. 1 地震序列类型划分方案

对于有仪器记录以来的现代地震序列，其类型主要依据主震所释放能量占全序列所释放总能量的比例RE来进行划分，一般约定RE≥99.99％为孤立型，RE＜90%为震群型或双震型，90％≤RE＜99.99% 为主余型(周惠兰等，1980).由于序列活动完全结束之前全序列所释放的总能量难于计算，因而更简单的方法是利用序列最大地震与次大地震的震级差ΔM(郭大庆等，1998；蒋海昆等，2006a)：ΔM≥2.5且余震次数较少为孤立型地震，0.6≤ΔM≤2.4为主余型地震，ΔM≤0.5为多震型地震，并参考h值、b值、k值等进行现代地震序列类型判定.

由于地震史料记载基本为定性描述，即使定量记载也未必准确，且记载不完整，因此无法按现代地震序列的划分标准对历史地震序列进行分类.考虑到孤立型和主余型地震序列的区分界线是最大、次大震级差ΔM 2.5，主余型和震群型或双震型地震序列的区分界线是ΔM 0.5，因此以前的MS≥4 3/4 历史地震目录(国家地震局震害防御司，1995；汪素云，1999)已无法满足利用历史地震资料研究历史地震序列特征的需要，需要利用MS≥3 1/2 历史有感地震目录(刁守中和晁洪太，2008)对华北地区(尤其是北京及邻近地区)开展进一步的研究.刁守中等(2002)利用历史有感地震对历史地震序列开展研究，划分为包含孤立型和主余型的“安全类”和包含双震型和震群型的“危险类”两种序列类型.吴开统等(1990)也曾将余震序列划分为主余型、前主余型、多震型三类.考虑到历史地震资料年代越久、震级越小漏记现象越严重，尤其中小地震记录严重不全，对主余型和孤立型地震难以分辨；而且主余型和孤立型地震都表明主震后地震能量迅速衰减，其严格区分对震后趋势判定意义不大，基于震后趋势判定的特定任务，本文参考现代地震序列类型的划分标准，并充分考虑到历史地震震级精度较差的特点，对地震序列类型划分标准进行了调整，将地震序列类型大体分为“主震型”和“多震型”两类.

(1)主震型：以ΔM＞0.5作为主震型序列.包括现代地震序列划分的孤立型序列和(前)主余型序列，表明主震后短期内原震区发生的地震要明显小于已经发生的地震，为相对安全的地震序列.此外，对主震后3个月内未发生中等地震的序列，作为主震型看待.

(2)多震型：以ΔM≤0.5作为多震型序列.包括现代地震序列划分的双震型序列和震群型序列，表明主震后原震区短期内仍有可能发生相当震级或稍大震级地震，为相对危险的地震序列.

研究考察主震发生后3个月内、主震震中50公里范围内的中等地震(MS≥3 1/2)；此外，还对主震发生前数月(一般3个月内)发生的中等地震进行考察，研究可能具有前震意义的中等以上地震序列及其分布特点. 2 地震序列类型分布、构造特征分布与震型分区 2.1 地震序列类型判定与分布特征

首都圈地区有史以来(公元前231年-2012年12月)记载或记录4级以上地震700多次.删除余震后余下332个地震序列，其中4~4.9级236个，5~5.9级63个，6~6.9级25个，7~7.9级7个，8级以上1个.对这332个4级以上地震序列按照上述主震型和多震型划分方案进行序列类型分析、判定，并作地震序列类型分布(图 1).可以看出如下分布特点.

图 1 首都圈地区MS≥4地震序列类型分布(-231-2012年)与震型分区Fig. 1 Distribution of MS≥4 earthquake sequence types and earthquake types partition in capital area

(1)在主震型序列广泛分布的基础上，多震型序列主要分布在河北平原地震带和渤海地区，尤其在河北平原地震带北端(大致相当于1976年唐山7.8级地震主震区)出现优势分布，可能与上述地区为张渤地震带与河北平原地震带和郯庐地震带交汇处、北西向和北东向共轭断裂较为发育有关.

(2)相对于汾渭地震带北部1950年以来出现较多的多震型地震序列，该地区历史上并未出现显著的多震型地震序列，可能既与该地区历史上相对偏僻、中等地震记载缺失较多有关，也反映了该区历史上并非多震型地震序列的优势分布地区.

(3)北京地区1996年12月发生顺义4.0级震群，其历史上有22个3~3.5级多震型地震序列记载(刁守中和晁洪太，2008)，但未发现4级以上多震型地震序列记载，虽然不排除受中等有感地震缺记因素影响，分析认为北京地区历史上也非4级以上多震型地震序列优势分布地区.2.2 地震带分段与构造特征

朱红彬等(2010)依据断裂方向、性质及与相邻构造带关系等构造特征的差异性和地震活动空间、时序特点的差异性，对汾渭、河北平原、郯庐等华北构造区主要地震带进行分段研究.其中与首都圈地区相关的主要有汾渭地震带延庆—代县段和原平—襄汾段、河北平原地震带三河—涞水段和唐山—邢台段、郯庐地震带渤海段.

(1)原平—襄汾段断裂主要呈北北东向，断裂性质为右旋正走滑，在首都圈地区范围内主要包括忻定盆地南部.

(2)延庆—代县段受阴山—燕山构造带影响，段内除大同盆地西边界口泉断裂和盆地内部六棱山西麓断裂为北北东向右旋正走滑断裂外，断裂主要呈北东—北东东向，断裂性质为张性倾滑，范围主要包括延怀盆地、大同盆地和忻定盆地北部.

(3)三河—涞水段和唐山—邢台段位于河北平原构造带，主要受北北东向和北东向断裂控制，强震等烈度线的长 轴都为北北东向和北东向，断裂力学性质都为右旋走滑，受张渤构造带北西向断裂影响，但不同构造位置的影响有所不同.

(4)渤海段位于郯庐构造带，断裂总体呈北北东向，但受到北西向张家口—渤海断裂带北西向断裂切割，北东向的黄河口—庙西北新生地震构造带增加了该段的复杂性.

由于地震带分段反映了地震带不同区段构造特征和地震活动特点的差异性，并结合了构造分区的特点，可以为震型分区提供参考和借鉴，拟在此基础上结合地震序列类型分布特征进行细化和调整. 2.3 首都圈地区震型分区

结合地震带分段等构造特征，以及有史以来4级以上主震型和多震型地震序列分布特征，对首都圈地区开展震型分区研究.

分区原则和方法为：以首都圈范围内的原平—襄汾段、延庆—代县段、三河—涞水段、唐山—邢台段、渤海段等5个地震段划分为基础，依据该地区有史以来4级以上地震序列类型分布特征进行调整，将构造特征和震型分布特征相一致的地区作为一个震型分区，并对面积较大且包含不同特征序列类型的如延庆—代县段和唐山—邢台段进行细分，最后结合4级以上地震序列分布对各震型分区边界进行微调.

据此，将首都圈地区划分成阳曲—原平(Ⅰ)、代县—怀安(Ⅱ)、尚义—延庆(Ⅲ)、三河—涞水(Ⅳ)、献县—武清(Ⅴ)、宝坻—青龙(Ⅵ)、渤海(Ⅶ)等7个震型分区(图 1). 3 首都圈震型分区特征

表 1统计了各分区序列特征(区分4~4.9级和5级以上2个震级分档，并区分历史和现代地震序列).考虑到1484年以前的历史地震记载可能有更多缺失，研究主要统计1484年(第三活动期)以来4级以上地震序列类型.

表 1 首都圈地区各震型分区地震序列类型统计表 Table 1 Statistics of the seismic sequence types of earthquake types partition in capital area
3.1 阳曲—代县震型分区

该区位于汾渭地震带原平—襄汾段北部，主要包括忻定盆地，受张渤构造带影响较少，其断裂主要有近南北向的云中山山前断裂、五台山西麓断裂、系舟山北麓断裂和北东向的系舟山山前断裂，断裂性质主要为右旋正走滑.

该区1950年以来记录4级以上地震序列4个，都为主震型；1484-1949年记载4级以上地震序列13个，皆为主震型. 3.2 繁峙—怀安震型分区

该区位于汾渭地震带延庆—代县段西南部，包括大同盆地、天镇—阳高盆地、浑源盆地、阳原盆地、蔚广盆地、灵丘盆地以及忻定盆地的东北部，属于典型的盆岭构造区，该区受阴山构造带牵引作用影响，断裂和盆地主要呈北东—北东东向雁列，除西部口泉、六棱山西麓断裂为北北东向右旋正走滑断裂外，主要发育有六棱山北麓、恒山北麓、阳原盆地北缘、天镇—阳高盆地北缘、蔚县盆地南缘等一系列北东—北东东向张性倾滑断裂.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列13个，其中多震型3个，主震型10个；1484-1949年记载4级以上地震序列24个，都为主震型，未发现多震型序列. 3.3 尚义—延庆震型分区

该区位于汾渭地震带延庆—代县段东北部，主要包括怀安—万全盆地、张家口—宣化盆地、怀来—涿鹿盆地、延庆—矾山盆地等；该区位于汾渭断陷带和张渤构造带交汇地区，除怀安—万全盆地北缘、怀涿盆地北缘、延矾盆地北缘、南口山前等北东向断裂外，还发育有张家口、桑干河、新保安—沙城、施庄等北西向或近东西向断裂.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列9个，都为主震型；1484-1949年记载4级以上地震序列40个，也都为主震型，未发现多震型序列.但考虑到该区发育北东向和北西向断裂，而且1981年9月怀来3.9级和2002年8月沙城3.9级地震皆为多震型地震，震级都接近4级，因此认为该区不排除发生多震型序列可能. 3.4 三河—涞水震型分区

该区位于河北平原地震带三河—涞水段，主要包括北京坳陷和大兴隆起，该区主要发育北北东向的小汤山—东北旺断裂、黄庄—高丽营断裂、顺义—良乡断裂、大兴—通县断裂、夏垫断裂、香河断裂和北西向的南口—孙河断裂、永定河断裂、北东东向的宝坻断裂.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列11个，其中多震型1个，主震型10个(都为4~4.9级)；1484-1949年记载4级以上地震序列35个，都为主震型，未发现多震型序列，反映该区历史上并非多震型地震序列的优势分布地区. 3.5 献县—武清震型分区

该区位于河北平原地震带唐山—邢台段中部，主要包括冀中坳陷和沧县隆起，受张渤构造带影响相对较小，主要发育有北东向的沧东断裂、大陈东断裂等正断层.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列5个，都为主震型；1484-1949年记载4级以上地震序列24个，23个为主震型，1个为多震型序列. 3.6 宝坻—青龙震型分区

该区位于河北平原地震带唐山—邢台段北部，主体属于燕山隆起区，也为1976年唐山7.8级地震老震区，为张渤构造带和河北平原地震带交汇区，主要发育有北东向藩庄西断裂、丰台—野鸡坨断裂、唐山断裂、宁河—昌黎断裂，近东西向宝坻断裂，北西向蓟运河断裂、滦县—乐亭断裂等断裂.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列28个，其中多震型9个(占32%)，主震型19个(占68%)；1484-1949年记载4级以上地震序列47个，其中多震型9个(都为4~4.9级，占19%)，主震型38个(占81%)，为多震型序列优势分布地区. 3.7 渤海震型分区

该区位于郯庐地震带渤海段，主要包括渤中坳陷和埕宁隆起，为北西向张渤构造带和北北东向郯庐构造带交汇区，北东向的黄河口—庙西北新生地震构造带增加了该段的复杂性.

该区1950年以来记录到4级以上地震序列10个，其中多震型3个(都为4~4.9级)占30%，主震型7个(占70%)；1484-1949年记载4级以上地震序列3个(都为5级以上)，其中多震型1个，主震型2个.该区主要位于海域，历史中等地震缺失严重，为5级以上多震型地震序列优势分布地区. 4 有关问题讨论 4.1 历史地震序列和现代地震序列对比分析

统计显示，1484-1950年194个4级以上地震序列中，主震型181个，占93%，多震型13个，占7%；1950年以后97个4级以上地震序列中，主震型81个，占84%，多震型16个，占16%.总之，1950年以前多震型序列的比例偏少，或者说缺失了部分多震型序列.考虑到历史有感地震目录的完整性和精度相对现代地震目录都存在一定差距，且中低端3.0~3.5级地震缺失较多，有关4级历史地震地震序列的震型判定结果，主要作为震型分区依据，在震型统计中只作为定性分析的参考依据，不参与震后趋势判定的定量统计. 4.2 利用历史有感地震目录进行地震序列类型研究的可靠性讨论

与仪器记录的现代地震序列相比，历史地震序列由于记载的完整性和精度都存在差距，难以按现代地震序列的依据作精确划分，但可以利用主震型和多震型的简单划分方法判定历史地震序列类型.两类地震序列最直接的区别是主震后是否继续发生相当震级的地震，如对1621年5月河北怀来4.0级主震型序列的描述为“天启元年四月壬午，山西怀、延二卫地震”，且其附近主震前后短期内都无相当震级地震记载；对1622年3月河北遵化4.0级多震型序列的描述为“天启二年二月初二日起至二十七日止，遵化地屡震无时，大震有七次”，强调多次发生震级相当的有感地震(刁守中和晁洪太，2008)，虽然划分的科学性有所不足，却更符合人们震时的实际感受，用于震后趋势判定时具有一定的可靠性.4.3 震型分区范围与震级下限

牵涉序列样本数问题，震型分区的范围需要结合震级下限进行考量.如对于4级以上地震序列(尤其是5级以上地震序列)，震型分区不益太细，分区范围不益太小.一方面，需要充分考虑构造分区特点(如地震带分段)并作为主要划分依据；另一方面，如果范围小则序列类型统计样本也少，缺少统计意义.但对于如北京这样现代以中小地震为主、且3级多地震就可能产生较大社会影响的地区，可以考虑在4级以上震型分区的基础上，结合4级以下地震序列类型分布和局部构造特点，作进一步的震型分区研究.一方面，可以满足上述地区震情保障工作的特殊需要；另一方面，由于震级下限降低，也可以满足统计样本的需要. 4.4 部分震型分区的其它地震序列特征

除主震型和多震型序列统计特征外，部分震型分区地震序列还具有以下特征：

(1)繁峙—怀安震型分区5级以上地震具有成组、成对发生特点.1580-1583年3年多时间内，该区及相邻地区相继发生1580年9月朔州5.8级、1581年5月蔚县5.8级、1582年3月大同5.0级、1583年5月广灵5.5级4个中强地震，沿着汾渭地震带北部北东向断陷盆地西—东来回跳动，具有成组地震特点；1626年6月灵丘7.0级和1628年10月天镇6.5级地震，从盆岭构造区断陷盆地西南侧迁移到盆地北侧，也具有成对地震特点(朱红彬等，2014).

(2)尚义—延庆震型分区4级以上显著地震有可能具有信号震意义.该区294年9月延庆东6.0级地震前5个月怀来发生4.0级地震；1484年延庆6.8级前10个月宣化发生4.8级地震、震前6个月发生张家口3.5级震群；1720年怀来6.8级地震前9个月怀来发生4.5级地震；1998年张北6.2级地震前6个月张家口发生4.2级地震，都具有信号震意义.京西北地区中等地震长期平静被打破后数月发生中强以上地震可以概括为“中等地震长期平静—打破平静(信号震)—主震”演化模式(朱红彬等，2014).

(3)宝坻—青龙、献县—武清、尚义—延庆等震型分区中强地震前数天至3个月内，震中附近发生的3.5级以上显著地震，有可能具有前震意义.如：宝坻—青龙震型分区1481年7月6日卢龙5.0级地震前6天发生4.0级地震，1485年6月5日遵化5.0级地震前1天和3个月分别发生3.5级地震，1805年8月5日昌黎5.5级地震前11天发生3.5级地震，1880年9月6日滦县5.0级地震前19天发生3.5级地震；尚义—延庆震型分区1323年1月7日宣化5.0级地震 前12天发生3.5级地震；献县—武清震型分区1624年7月19日保定5.5级地震前5天发生3.5级地震，1511年12月11日霸县5.5级地震前2.5月发生3.5级地震，上述3.5级以上地震可能具有前震意义，需要在震后趋势判定工作中给予注意. 4.5 地震序列类型早期判定参考意见

结合各震型分区地震序列类型特征，以及部分震型分区历史上存在成组(对)地震、信号震、前震等因素，假设发生4.0~4.9级或5.0级以上地震两种情形，表 2列出了各震型分区地震序列类型早期判定参考意见，可以为震后趋势早期判定提供参考依据.

致 谢 对审稿专家提出的有益意见致以由衷的感谢.
表 2 首都圈各震型分区地震序列类型早期判定参考意见 Table 2 Preliminary judgment reference of seismic sequence types of earthquake types partition in capital area
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