2017年9月4日河北臨城M3.7地震處理分析

楊 銳，趙英萍，常 亮，王 寧，李雪英

（河北省地震局，河北 石家莊 050021）

0 引言

據中國地震臺網中心測定，北京時間2017年9月4日3時5分，在河北邢臺市臨城縣（37.50°N，114.35°E） 發生 M3.7 地震，震源深度約5km。震中距離臨城縣城約10km，距邢臺市城區約50km，距石家莊市約60km，距北京市約320km。震中10km范圍內平均海拔約210m。據了解，邢臺市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區震感明顯，邢臺市、石家莊市部分地區、山西省陽泉市有震感。河北省地震局啟動了Ⅳ級地震應急響應。

此次地震發生在1966年邢臺老震區附近，由于在省會附近有一定震感，產生了一定的影響，自2002年4月22日該地附近發生過M4.8地震后，一直比較平靜，該次地震的發生對邢臺老震區地震的發展應該有一定的指示意義值得分析。

1 地震臺網與地震基本參數

2017年9月4日3時5分，河北邢臺市臨城縣發生的M3.7地震，河北臺網有118個測震臺站記錄到，這些臺站在研究時段內基本可以達到M≥1.0地震不遺漏。表1列出了地震基本參數。

表1 臨城3.7級地震基本參數

2 地震背景

有歷史地震記錄以來，震中100km范圍內發生5.0級以上地震43次，最大的地震是1966年3月22日在河北省寧晉縣發生的7.2級地震，死亡8064人，受傷38451人，經濟損失10.00億元。最近一次5級以上地震是1985年11月30日河北任縣5.3級地震。近些年發生的較大有感地震是2002年4月22日3時34分河北邢臺發生的4.8級地震。此次臨城3.7級地震是自2002年以來河北邢臺附近地區發生的最大的一次地震。

3 地震序列

2017年9月4日河北臨城3.7級地震發生在地震活動相對活躍的背景下，震前有明顯的前震活動，主震前一天該區發生地震13次，最大震級ML2.5。主震后截至2017年9月6日該區共發生地震343次，最大余震震級ML2.7，ML≥1.0以上地震29次，其中ML2.0～2.9級6次；ML1.0～1.9級23次。表2給出了ML≥1.0的地震序列目錄（地震目錄來源河北臺網正式編目結果）。

表2 河北臨城3.7級地震序列目錄（M L≥1.0）

4 震源參數

2017年9月4日河北臨城3.7級地震發生后，截止到9月6日共發生ML2.5以上地震3次，其中03點05分23.4秒的地震波形與主震波形疊加，無法計算震源參數，因此利用Source軟件對主震以及2次余震進行了中小地震震源參數計算，計算過程中三次地震所用臺站包圍嚴密，孔隙角偏小，擬合得較好，計算結果如下。

表3 河北臨城地震震源參數（M L≥2.5）

可以看出應力降隨著震級的增大而增大，與地震大小基本成正相關。在進行地震預報時，精確得到地震震源參數對預報各類型地震具有一定的參考意義，特別是在前-主余型地震的前震發生時，明確前震震源區域的應力變化，對于后續地震的發生具有預報意義[1]。根據研究表明：排除計算因素外，高應力降集中分布的區域也是中強以上地震的潛在震源成核區[2]。

根據河北局張麗曉2018年對晉冀魯豫交界地區震源參數特征的研究，2005—2007年邢臺地區應力降值相對較低，2007年以后應力降值逐年升高，該地區應力降平均值為1.15MPa。2008年12月31日河北寧晉ML3.1地震，應力降為3.1717MPa，2009年1月15日河北隆堯ML2.8地震，應力降值為3.8339MPa，2010年3月1日河北隆堯ML3.2地震，應力降值為4.5661MPa[3]，而該次2017年河北臨城ML4.3地震，應力降為2.299MPa，應力降值略有降低，應力降處于穩定低值狀態，應該沒有升高的趨勢，后續發生較大震級地震的可能性不大。隨著ML的增大，地震矩、應力降及震源尺度相應增大，矩震級與M震級差有相對減小的趨勢。

5 震源機制解

利用SeisCAP震源機制解軟件對2017年9月4日河北臨城3.7級地震進行反演計算，通過震中距在200km范圍內包圍緊密的5個臺站，臺站間最大空隙角均小于180°，臺站分布參數deltaU為0.14，小于0.35，產出了符合要求的震源機制結果（表4）和理論波形與實際觀測波形的對比擬合圖（圖1）。在圖1中，相關系數大于0.8的有13個，達到了50%以上，屬于強度相關。其中，相關系數大于0.9的有10個，在強度相關中超過了76.9%，反演方差為3.928×10-5，反演結果理論地震波形圖與實測地震波形圖吻合得較好。該深度對應的雙力偶解為最佳震源機制解，得到的矩震級為4.0。

反演得到的震源機制結果如表4所示：節面Ⅰ應該是滑動斷層面，走向為18°，傾向為72°，滑動角為-159°，屬于走向滑動斷層，PT軸有些接近于垂直，B軸有些接近于直立。P軸方位集中在NEE向、SWW向，T軸方位集中在NNW向、SSE向。

表4 河北臨城M3.7地震震源機制解

圖1 河北臨城M3.7地震C AP法反演震源機制解理論（細線）與實測波形（粗線）對比Fig.1 Comparison of CAPmethod inversion source mechanism solution theory （thin） and measured waveform （wide） for Lincheng M3.7 earthquake in Hebei Province

將本文使用的CAP方法與初動法進行對比，如表4所示反演結果比較一致，都是以走滑斷層為主。該地震得到的震源機制解基本可靠。

6 震源深度

利用CAP方法求解震源機制解，受震源深度影響較大。為分析不同震源深度對震源機制解的影響，設置步長1km，搜索不同震源深度對應的震源機制解，擬合誤差越小震源深度越佳[4]。從圖2可以看到河北臨城3.7級地震震源機制解隨不同深度變化的取值，震源深度在7.2km處震源機制解的反演方差相對較小，所以最佳震源深度即為7.2km，與國家臺網中心速報的5km震源深度比較接近，與河北局章陽分別利用雙差定位法重定位和sPn-Pn到時差計算得到的震源深度7.01km和6.86km非常接近[5-6]，而且每個深度得到的震源機制解比較相同，反演的結果基本穩定。

圖2 河北臨城M3.7地震深度搜索圖Fig.2 Depth search map of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

7 強震動數據分析

河北強震動臺網共收取8個強震動臺站的加速度記錄，表5列出了這些臺站的基本信息，這8個臺站是測震B通道加的強震計，型號是SYSCOMDE，電壓靈敏度為1.25v/g，和常見的中國地震局工程力學研究所研制的SLJ-100一樣，此次地震中這8個強震臺離震中較近均在120km以內，圖3（a）、（b） 是未經過校正的震中距32.4km的元氏臺和61.0km的井陘臺記錄的強震時程圖，均清晰地記錄了此次河北臨城M3.7地震。

通過對原始數據進行格式統一轉換，得到了8組三分量加速度記錄共24條，在表6中顯示，震中距最近的元氏臺獲得最大地震加速度峰值為12.4cm/s2。由于8個臺震中距相差不大，峰值加速度除了最近的元氏臺大于10cm/s2，其余臺峰值加速度相差不大，均在10cm/s2以內。

表5 臺站參數

圖3 河北臨城M3.7地震加速度時程記錄Fig.3 Acceleration time history record of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

表6 8個強震臺網加速度記錄分析結果

如圖4所示，為加速度反應譜自振周期0.3s，阻尼比5%的單自由度系統絕對加速度反應的反應譜圖，得到了8個臺三分量一共24個分道的單自由度系統的加速度反應譜，橫坐標為自振圓周期，縱坐標為反應譜值，可以看出8個臺的反應譜高頻成分比較豐富，主要分布在0.1～0.5s之間，同時也反應了不同地貌、相同覆蓋層深度，不同震中距的影響對反應譜的細微變化，隨著震中距的加大，三分向反應譜越接近，高頻值反應譜的衰減在減慢。加速度反應譜給出了作用在結構上的地震力，即由地基向結構輸入的力[7]。

圖4 河北臨城M3.7地震反應譜圖Fig.4 Seismic response spectrum of M3.7 in Lincheng，Hebei Province

對河北臺網獲得的8個強震動臺加速度記錄數據進行傅氏譜分析計算，得到圖5傅氏譜分析結果，以震中距最近的兩個臺元氏臺、趙縣臺為例，加速度譜峰值分布在8～25Hz之間，震中距47.1km的趙縣臺和震中距61.0km的井陘臺傅氏譜峰值較小均在0.3cm/s左右，其它6個臺站傅氏譜峰值均在1cm/s左右，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢有所減緩。

由河北臺網8個強震動臺得到的24條傅氏譜，單峰值型傅式譜有6個，雙峰值型傅氏譜有2個，多數是多峰值型傅氏譜有16個，單峰值占25%，雙峰值占8.3%，多峰值所占的比例高達66.7%。應該是由于這些強震臺臺址性質均為土層臺，致使傅氏譜頻率成分比較豐富[8]。

圖5 河北臨城M3.7地震傅氏譜圖Fig.5 Fourier spectrum of M3.7 earthquake in Lincheng，Hebei Province

此次邢臺臨城3.7級地震發生后，河北省地震局立即啟動Ⅳ級地震應急響應，有關人員迅速到崗并召開應急會議，安排應急工作，迅速收集震情災情，密切關注社會輿情，做好謠言防范。據了解，此次地震震中位于邢臺市臨城縣西豎鄉王家莊村附近，邢臺市臨城縣北部、石家莊市贊皇縣南部地區震感明顯，邢臺市、石家莊市部分地區、山西省陽泉市有震感，無人員傷亡和財產損失報告，生命線工程沒有破壞，部分群眾在戶外避震。

利用強震動加速度記錄得出的儀器烈度值，震中距最近的，在32.4km的元氏臺得出的儀器烈度值最大為2.7度，對應啟動應急響應級別比較合理。儀器烈度是由地震動參數和地震烈度回歸關系計算得出，比現場震害宏觀調查得出的地震烈度快速、及時，強震數據的使用能夠為震后救援、指揮等提供服務，但是儀器烈度與實際現場考察烈度會有少許差入，這與地震地質結構、儀器性能、場地響應等有一定關系[9]，目前正在試驗的地震烈度速報系統也能快速的提供地震烈度，正在調試驗證階段，有待更多的數據和地震實例來考證。

8 結論

河北邢臺市臨城縣發生M3.7地震，屬于前震-主余震型地震，應力降為2.299MPa，處于穩定低值狀態，后續發生較大震級地震的可能性不大。該次地震以走滑錯動為主，與華北構造應力場的方向近似，表明受統一性較好的應力場控制，應該是華北地區自身的應力場在起主導作用。得到最佳震源深度為7.2km，與以往速報、編目分析得到的該區震源深度一般在5km左右，具有震源深度相對較淺，有感范圍較大的特點相吻合。獲得的最大地動加速度峰值為12.4cm/s2（震中距32.4km），即其對應的儀器地震烈度約為Ⅳ度區，通過強震數據得到的最大儀器烈度為2.7度，這與河北局現場災害調查烈度比較一致，震后河北省地震局立即啟動Ⅳ級地震應急響應，對應啟動應急響應級別也比較合理。可見強震動加速度記錄為確定地震烈度提供了可供參考的定量依據。8個強震動臺的反應譜高頻成分比較豐富，隨著震中距加大，傅氏譜值衰減趨勢有所減緩，多峰值型傅氏譜占多數，這與土層臺性質有一定關系，受介質各向異性和記錄場地覆蓋層局部條件的影響較大，也會導致同一震中距不同地點得到的加速度峰值不相等。

此次地震是該地2002年發生過4.8級地震后，平靜十多年來發生的較大的一次有感地震，這也是自河北數字地震臺網建設以來，獲得的不可多得的寶貴地震數據，對該次地震的處理分析，體現了現代數字地震臺網數據的積累應用和臺網建設成效，對于地震數據服務產品產出具有一定的促進意義。