1303 年以来华北地区 M≥6.5 地震 , 绿线给出地震断层面走向和长度

1. 华北地区700年来地壳应力场演化与地震发生研究华北地区700年来地壳应力场演化与地震发生研究 沈正康1)万永革1,2)甘卫军1)李铁明1)曾跃华3） 1) 中国地震局地质研究所, 北京, 100029 2) 中国地震局防灾技术高等专科学校，北京东燕郊, 101601 3) Seismological Lab, University of Nevada, Reno, NV 89577, USA 1303年以来华北地区M≥6.5 地震, 绿线给出地震断层面走向和长度 参数选取 位置、走向、倾角采用野外地质调查和地震勘探剖面结果。 破裂深度假定2－20公里。 滑动角的确定：假定（1）历史地震发生时应力场方向与现代构造应力场方向一致；（2）历史地震断层错动方向与断层面上剪切应力方向一致；采用现代小震研究结果给出现代构造应力场（许忠淮等，1983；薛宏运等，1984；Xu et al., 1992，由此推断历史地震断层滑动角。 滑动量的确定：根据面波震级Ms确定地震矩Mo， 然后根据地震矩估算滑移量D。地震矩与面波震级关系由华北地区强震的Harvard地震矩和中国地震局面波震级的统计关系得到： Mo=1.498×10Ms+15.628 D＝Mo/(AG) 其中，A:破裂面积，G:剪切模量 由现代仪器记录资料统计地震破裂长度与烈度和震级的统计关系 结论 运用历史地震资料、现代中、小地震得到的现代应力场方向、GPS速度场于粘弹性力学模型获得应力应变场演化初步结果。 与历史地震目录相比较发现~80%历史地震发生在库仑应力增加区；若去除震源区内若干没有去除干净的余震，与库仑应力的符合率增加到~90%。 现代中、小地震82％发生在库仑应力增加区。 当前库仑应力增加区有：渤海断裂带及邻域、西秦岭北缘断裂带、鄂尔多斯北缘地堑带（呼和浩特－张家口等地区）、山西地堑带北部（太原盆地），预示着这些地区地震危险性的增加。 摘要地震的发生源于地壳脆性层内断层面上累积的构造应力场达到极限产生的突然失稳。在断层强度相近的情况下构造应力集聚较高的断层上地震发生的危险性就会增加。因此，寻找构造应力释放缺失地区对于地震危险性估计具有重要的实际意义。本研究给出了华北地区700年来由于长期构造加载及地震断层错动导致的累积库仑破裂应力演化过程。长期构造加载场由GPS观测得到的地壳平均应变率场给出。关于历史地震断层破裂参数估算，根据华北地区有现代仪器记录的大震资料归算地震烈度与断层破裂长度、震级和地震矩的统计关系；根据地质调查得到的地震断层走向、倾角以及本地区的构造应力场方向估计滑动角。考虑粘弹性成层介质地壳模型，计算长期构造加载和地震形变（同震及震后介质粘弹性弛豫变形）造成的累积库仑应力场变化。将累积库仑应力场变化投影到后续地震断层面和滑动方向上得到并研究其对后续地震发生的触发作用。对1303年以来华北地区发生的49个M≥6.5地震研究结果表明：48个后续地震中累积库仑应力变化对39个有触发作用，触发率达到81.3％。应用当今累积库仑应力变化于华北地区1303年~2003年发生的M≥5地震，我们发现触发率达到75.5％，于1976年以来发生的M≥5地震触发率达82.1%。未被“触发”的地震中有些是发生在断层破裂区附近的余震，很可能是由于历史地震破裂参量估计的误差落入影区中，若排除这些影响触发率达到90％。研究表明累积库仑应力变化与后续地震发生有很好的相关性。当前累积库仑应力变化显著上升的地区包括渤海及其邻域地区、西秦岭北缘断裂带、张家口－渤海地震带西端和太原盆地，其地震危险性应引起重视。 参考文献 邓起东、张培震、冉勇康、等. 2002. 中国活动构造基本特征，中国科学（D辑），32(12)：1020~1030 杜兴信、邵辉成. 1999. 由震源机制解反演中国大陆现代构造应力场，地震学报，21(4): 354~360 冯锐、朱介寿、丁韫玉、等. 1981. 利用地震面波研究中国地壳结构，地震学报，3(4): 335~350 李松林、张先康、宋占隆、等. 2001. 多条人工测深剖面联合反演首都圈三维地壳结构，地球物理学报，44(3): 360~368 沈正康、王敏、甘卫军、等. 2003. 中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究，地学前缘，10(增刊): 93~100 孙荀英、刘激扬、王仁. 1994. 1976年唐山地震震时和震后变形的模拟，地球物理学报，37(1): 45~55 王仁，何国琦，殷有泉，蔡永恩. 1980.华北地区地震迁移规律的数学模拟，地震学报，2，32-42 张先康、赵金仁、刘国华、等. 1999. 三河-平谷8.0级大震区震源细结构的深地震反射探测研究，中国地震，18(4): 326~336 张文佑、汪一鹏、李兴唐. 1984. 华北断块区的形成与发展，见张文佑主编《华北断块区的形成与发展》，北京：科学出版社，1~8 中国地震局灾害防御司. 1995. 中国地震目录（公元前23世纪~1911），北京：地震出版社，P514 中国地震局灾害防御司. 1999. 中国地震目录（1912~1990），北京：地震出版社，P637 Luco J E, Apsel R J. 1983. On the Green’s function for a layered half-space, part I. Bull. Seism. Soc. Amer., 73: 909~929 Zeng Y. 2001. Viscoelastic stress-triggering of the 1999 Hector Mine earthquake by the 1992 Landers earthquake. Geophys. Res. Lett., 28: 3007~3010 华北地区历史地震时间序列 1303年洪洞地震后，1305年怀仁地震前 1556年华县地震后，1568年西安地震前 1668年郯城地震后，1668年安丘地震前 力学模型 按地震发生时序计算地壳、上地幔内应力场的演化，长期背景场加载由GPS形变场提供。 对于每一个地震计算其发生前断层面上10 km深度累积库仑应力场变化 Δσf = Δτs+μΔσn Δτs剪应力; Δσn正应力; μ 为摩擦系数。 库仑破裂应力变化 采用反射透射系数矩 阵方法在成层介质中 传播的格林函数方法 计算。 左、下图给出了华北地区700年来应力场的演化；红色表示库仑应力增加区；蓝色表示库仑应力减少区；菱形表示下一个即将发生的地震；五星表示后续阶段发生的M≥6.5地震；圆圈表示后续阶段发生的M≤6.5地震；粗白线表示已发生大地震的断层面。可以看到大部分后续地震发生在库仑应力增加区。 由GPS速度场导出的最大水平应变率场 1679年三河－平谷地震后，1683年原平地震前 1695年临汾地震后，1720年沙城地震前 1739年平罗地震后，1815年平陆地震前 至2003年投影到华北地区典型震源机制（走向40o，倾角90o，滑动角180o）上的库仑破裂应力变化 1830年磁县地震后，1846年黄海地震前 1976年Ms7.8唐山地震后，Ms7.1滦县地震前 华北地区地壳波速结构(冯锐等,1980) 1888年渤海湾地震后，1910年黄海地震前 华北地区地壳粘性结构（孙旬英等，1994）