大同盆地與晉冀蒙三省交界地區在區域中強地震前b值時間變化特征淺析

張登科

(山西大同市地震局，山西 大同 037008)

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大同盆地與晉冀蒙三省交界地區在區域中強地震前b值時間變化特征淺析

張登科

(山西大同市地震局，山西 大同 037008)

利用晉冀蒙三省交界地區1972—2000年地震資料 ，用最小二乘法進行b值時間掃描計算 ，研究得出晉冀蒙三省交界區b值背景值在0.263～0.861之間，平均值為0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之間，平均值為0.493。區域發生的中強地震與2個研究區的b值時序曲線異常有4種對應關系。在研究時段內的幾個震例中，地震與b值的時間關系以先高值異常，異常結束后發震為主要特征。

晉冀蒙三省交界地區；b值；時間掃描

0 引言

b值是震級和頻度關系式中的比例系數，代表一定區域內不同大小地震頻數的比例關系。近年來，隨著對b值研究的深入和應用范圍的擴大，b值在地震預測方面的作用逐漸顯現出來。如陳學忠等[1]研究認為，中國大陸地震活躍期的b值比地震平靜期的b值明顯低；蔡靜觀等[2]討論了b值作為地震學的常規方法，認為某些地區低b值異常對應地震較好，而有些地區卻是高b值異常對應較好。該文將晉冀蒙三省交界地區1972—2000年的地震資料進行整理，分成大同盆地與晉冀蒙三省交界區2個研究區進行b值時間掃描，將掃描結果與區域內發生中強地震間的關系進行探討分析，得出中強地震前2個研究區的b值變化規律。

1 研究區地震活動概況

晉冀蒙三省交界區(38°～42°，110°～116°)位于山西構造帶與陰山—燕山構造帶的交匯部位，受兩大地震帶的雙重作用，具有發生強震的構造條件，歷史上中強地震活躍。大同盆地(39°～41°，112°～114.5°)總面積約120 km2，在上個世紀八九十年代中強地震活躍，是晉冀蒙三省交界區(以下簡稱三省交界區)的應力敏感區。

上世紀七十年代到世紀末，三省交界區的地震活動具有顯著的活躍與平靜交替的時間特征。活躍時段為5級以上地震最大時間間隔在兩年之內，平靜時段以連續3年未發生5級以上地震，按此標準，劃分為四個相對活躍時段和四個相對平靜時段，各時段內的地震活動情況如表1所示。

表1 晉冀蒙三省交界區地震活動活躍時段和平靜時段劃分

2 數據與研究方法

b值是由地震目錄用統計方法計算的，與目錄資料的完整性、可靠性、樣本的起始震級等都有一定的關系。在統計計算b值前，采用K-K法[3]對三省交界區1972-2000年ML≥5.0地震進行刪除余震處理。采用“震級—序號法”[4]得到研究區目錄的最小完整性震級。

2.1 地震目錄的最小完整性震級確定

采用“震級—序號法”，按地震發生的先后排序，考察不同震級的地震數密度分布來定性分析MC，地震數密度較大的位置對應的震級即是最小完整性震級。使用地震序號而不是地震發生時間，可避免“叢集事件”的影響[5]。選取三省交界區1972-2000年地震事件，采用K-K法刪除余震后，用“震級—序號法”計算出該地區的最小完整性。由圖1可知，1970-1989年主要集中在2.0～2.4級之間；1990-2000年，M≤2.0地震明顯增多，主要集中在1.1～2.0級之間，1970-2000年，三省交界區目錄的最小完整性震級MC可以選為2.0級，與該區域的地震監測水平基本相符。

圖1 1970-2000年晉冀蒙三省交界區地震事件的震級一序號圖Fig.1 Magnitude-Number chart of earthquake events in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1970 to 2000

2.2 b值時間掃描

G—R關系是統計地震學中最基本的定律之一，表明地震震級和頻次之間的關系。古登堡發現在一定的震級區間，其頻度N與震級M有如下關系：

LogN=a-bM。

在這個經驗公式中，a和b是2個參數，可根據一定地區、時期的地震目錄用統計方法計算。文中b值時間掃描采用線性最小二乘法，考慮以下幾點影響因素：一是臺網地震監測能力；二是研究區最小完整性震級的確定；三是所采用的地震目錄時間尺度；四為合理的時間窗、空間窗及相應掃描步長的確定。

3 b值背景

把研究區不同時段的b值均值作為當時該區的b值背景值，對1972-2000年三省交界區、大同盆地b值時間掃描得出，三省交界區b值背景值在0.263～0.861之間，平均值為0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之間，平均值為0.493。地震活躍時段的b值比平靜時段的要相對高些，大同盆地b值背景值高于三省交界區的(見圖2、圖3)。

圖2 晉冀蒙三省交界區1972-2000年b值時序曲線Fig.2 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1972 to 2000

圖3 “大同窗口”1972-2000年b值時序曲線Fig.3 Time-sequence curve of b value in “Datong Window” from 1972 to 2000

4 大同盆地與晉冀蒙三省交界區b值時序曲線分析

(1) 1976年4月6日內蒙古和林格爾6.3級地震。

1972-1976年，大同盆地 b值均值高于三省交界區的(見第13頁圖4、圖5)，二者b值時序曲線有相對一致的時段(1972年-1974年11月)，此時段三省交界區處于1970年以來的第一平靜時段，無5級以上地震發生。二者b值相對一致性較高，1972年都出現高值異常，持續時間為1～1.5個月；1973、1974年的前4個月，b值都位于相對高值，后8個月都位于均值線下的相對低值。1974年12月至震時為b值時序曲線形態完全不同的時段。三省交界區b值的時間變化過程是“高值—低值—高值—低值發震”，大同盆地則是“低值—高值—低值—高值發震”，二者的變化過程截然相反。和林格爾6.3級地震前，三省交界區b值異常主要表現為震前4個月出現持續幾天異常高值，高值結束3個月發震。大同盆地則為震前1年內出現2次異常高值，各持續約2個月，在第二次異常高值處發震。

圖4 內蒙古和林格爾6.3級地震前晉冀蒙三省交界區b值時序曲線Fig.4 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Helingeer 6.3 earthquake in Inner Mongolia

圖5 內蒙古和林格爾6.3級地震前大同盆地b值時序曲線Fig.5 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Helingeer 6.3 earthquake in Inner Mongolia

(2) 1981年8月13日內蒙古豐鎮5.8級地震。

1981-1983年的第二活躍時段，三省交界區發生內蒙古豐鎮5.8級地震，圖6、圖7為地震前2個區域的b值時間變化過程。大同盆地的b值均值更低些。1980年11月即震前9個月，二者的b值都從均值線處快速升到異常高值，三省交界區的異常高值持續2個半月，大同盆地的持續3個月，之后迅速下降，到均值線以下時發震。內蒙古豐鎮5.8級地震前，2個區域b值異常主要表現為震前9個月出現持續約2～3個月的b值高值異常后，快速降到相對低值，在低值處發震。

(3) 1989-1991年大同—陽高地震。

內蒙古豐鎮5.8級地震后7年，三省交界區中強地震相對平靜。在第三活躍時段，大同—陽高一帶發生一系列5級以上地震(統稱為大同—陽高地震)。三省交界區與大同盆地b值時序曲線具有準同步特征(見圖8、第14頁圖9)，整個變化過程都經歷2次高值異常，1989年大同—陽高地震時都處于相對低值異常。1991年大同—陽高地震前，2個區域的b值經歷一次高值異常變化過程，震時b值又同處于均值線以上。三省交界區b值高值異常出現在震前12個月，持續1個月；大同盆地的則在震前9個月，持續1個半月。此變化過程說明了二者處于相似的應力狀態。

圖6 內蒙古豐鎮5.8級地震前晉冀蒙三省交界b值時序曲線Fig.6 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Fengzhen 5.8 earthquake in Inner Mongolia

圖7 內蒙古豐鎮5.8級地震前大同盆地b值時序曲線Fig.7 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Fengzhen 5.8 earthquake in Inner Mongolia

圖8 1989年、1991年大同—陽高地震前晉冀蒙三省交界b值時序曲線Fig.8 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Datong-Yanggao earthquakes in 1989 and 1991

圖9 1989年、1991年大同—陽高地震前大同盆地b值時序曲線Fig.9 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Datong-Yanggao earthquakes in 1989 and 1991

(4) 1998年1月10日河北尚義6.2級地震。

1998年河北尚義6.2級地震前，2個區域的b值時序曲線如圖10、圖11所示。1996年，b值同時出現異常高值，三省交界區的于震前18個月出現并持續3個月，結束后的14個月發震，發震時b值正常；大同盆地則于震前15個月出現先高值后低值的異常變化過程，高值異常持續幾天，低值異常持續1個月，異常結束后10個月發震，地震時b值正常。

圖10 河北尚義6.2級地震前晉冀蒙三省交界b值時序曲線Fig.10 Time scanning curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Shangyi 6.2 earthquake in Hebei

圖11 河北尚義6.2級地震前大同盆地b值時序曲線Fig.11 Time-sequence curve of b value in Datong Basin before Shangyi 6.2 earthquake in Hebei

(5) 1999年3月11日河北張北5.6級地震。

1998年河北尚義6.2級地震后14個月，三省交界區再次發生1999年河北張北5.6級地震。 1996-1997年，b值受1998年6.2級地震的影響不再作分析。1998年3月至震時，三省交界區與大同盆地b值時序變化都經歷一次高值異常。三省交界區的異常出現在震前7個月，持續1個半月，地震時，b值略低于高值異常標準線的相對高位；大同盆地高值異常出現在震前近4個月，持續3個月，地震時，b值略低于高值異常標準線的相對高位(見圖11、圖12)。

(6) 1999年11月1日大同—陽高5.6級地震。

1999年11月1日大同—陽高5.6級地震前，三省交界區與大同盆地b值時序曲線表現形態基本相似(見圖12、圖13)。地震前半年，b值均處于均值線下的相對低值，震前2個月，迅速下滑，在出現低值異常時發震。

圖12 河北張北5.6級、大同—陽高5.6級地震前晉冀蒙三省交界b值時間掃描曲線Fig.12 Time-sequence curve of b value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces before Zhangbei 5.6 earthquake in Hebei and Datong-Yanggao 5.6 earthquake

圖13 河北張北5.6級、大同—陽高5.6級地震前大同盆地b值時序曲線Fig.13 Time variation characteristics of b value variation in Datong Basin before Zhangbei 5.6 earthquake in Hebei and Datong-Yanggao 5.6 earthquake

5 結語

由上述分析得出：

(1) 1972年以來，三省交界區b值背景值在0.263～0.861之間，平均值為0.429；大同盆地b值背景值在0.229～0.931之間，平均值為0.493；大同盆地b值背景值高于三省交界區的；地震活躍時段的b值比平靜時段的要高。

(2) 區域發生的中強地震與2個研究區的b值時序曲線異常有4種關系：高值異常時發震；先高值異常，異常結束后發震；先高值異常，后低值異常，異常結束后發震；震前無異常，低值異常出現同時發震。在研究時段內的震例，地震與b值的關系主要以先高值異常，異常結束后發震為主。

(3) 研究時段內，三省交界b值異常多出現在震前4～18個月，大同盆地多出現在震前4～15個月。同一地震前，2個研究區b值時序曲線出現異常的起始時間較為接近，相差多在3個月以內。

(4) 研究時段內發生的多次大同—陽高地震前，2個研究區的b值異常形態較一致。

山西省地震局王霞工程師為本文提供了計算程序，在此深表感謝！

[1] 陳學忠，呂曉健，王慧敏.中國大陸地震活躍期和平靜期的b值與地震趨勢研究[J].地震,2001,21(1):59-62.

[2] 蔡靜觀，許昭永.b值空間掃描圖像場源關系初探[J].華南地震,1999,19(1):16-21.

[3] Keilis-Borok V I,Knopoff L.Bursts of aftershock of strong earthquakes[J].Nature，1980，283(P5744)：259-263.

[4] 王 霞，宋美琴，李 麗，等.山西地區不同時段地震目錄最小完整性震級研究[J].山西地震，2014(2)：82-87.

Time variation characteristics of b Value before Regional Medium Strong Earthquakes in Datong Basin and Juncture Area of Shanxi,Hebei and Inner Mongolia

ZHANG Deng-ke

(Earthquake Administration of Datong City, Datong, Shanxi 037008, China)

By using the earthquake data in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces from 1972 to 2000, time scanning of b value is calculated by least square method. The study shows that the b value of background value in juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia provinces is between 0.263-0.861, the average value is 0.429. And the b value of background value in Datong Basin is between 0.229-0.931, the average value is 0.493. Regional medium strong earthquakes and time-sequence curve anomalies of b value in the two regions have 4 corresponding relations. Several examples in the study period indicate that the relationship of earthquake and the b value is high value anomaly before earthquake.

Juncture area of Shanxi, Hebei and Inner Mongolia; b value; Time scanning

1000-6265(2016)04-0011-05

2016-03-19；

2016-08-17

張登科(1976— )，女，山西大同市人。2005年畢業于南開大學，工程師。

P315.6

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