2023年8月6日山東平原5.5級(jí)地震震源參數(shù)初步分析

張雅茜 戴丹青 楊志高 席楠 張建勇 韓光潔 徐泰然 鄧文澤 孫麗

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心, 北京 100045

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定,北京時(shí)間8月6日2時(shí)33分山東德州市平原縣(37.16°N,116.34°E)發(fā)生5.5級(jí)地震,震源深度10km。本次地震震中距平原縣8km,距德州市31km、距濟(jì)南市82km,震中5km范圍內(nèi)平均海拔約26m。震中附近人口密度較大,5km范圍內(nèi)人口約1.9萬(wàn)人,10km范圍內(nèi)人口約25萬(wàn)人,20km范圍內(nèi)人口約49萬(wàn)人①。截至8月6日16時(shí),地震共造成24人輕傷,213處房屋及墻體受損。由于震中及附近200km范圍內(nèi)沉積層厚度為1～5km(Huang et al,2023),其對(duì)地震波放大作用明顯,因此本次地震波及范圍廣,震中周邊地區(qū)震感較強(qiáng)(張瑋,2013)。

本次地震震中距林南斷裂最短距離約2km,震源機(jī)制解中截面Ⅱ走向?yàn)镹E向(225°/69°/-150°),斷裂走向?yàn)镹EE向,根據(jù)這一關(guān)系,初步推斷發(fā)震斷層為林南斷裂(鄧起東,2007)。該斷裂延伸長(zhǎng)度約25km,走向自西向東具有NEE向、近EW向至NEE向變化的趨勢(shì),斷裂南傾,表現(xiàn)為高角度鏟式正斷層。林南斷裂于古近紀(jì)開(kāi)始活動(dòng),在孔店—沙四沉積期斷層活動(dòng)速率較小,至沙三—沙二沉積期活動(dòng)速率達(dá)到峰值,而后活動(dòng)性逐漸減弱,至第四紀(jì)停止活動(dòng)(吳瓊,2017)。該斷裂附近分布有聊考斷裂、廣齊斷裂等,這些斷裂附近均發(fā)生過(guò)中強(qiáng)地震。聊考斷裂附近曾發(fā)生過(guò)1937年菏澤7.0級(jí)和1983年菏澤5.9級(jí)地震,廣齊斷裂附近曾發(fā)生1346年高青4.8級(jí)和1620年濟(jì)陽(yáng)5.0級(jí)地震。劉濤濤等(2007)研究發(fā)現(xiàn)在高唐、齊河、臨邑、平原、陵縣、禹城一帶存在小震圍空區(qū),認(rèn)為該地區(qū)可能存在應(yīng)力積累,而此次地震正好發(fā)生在該地震空區(qū)內(nèi)(圖1)。

圖1 區(qū)域地震構(gòu)造(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所吳熙彥提供)

1 地震預(yù)警與參數(shù)速報(bào)

自2018年起,中國(guó)地震局開(kāi)展了地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程建設(shè),并于2022年底完成建設(shè)任務(wù),現(xiàn)已進(jìn)入收尾和驗(yàn)收階段。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心部署的預(yù)警試運(yùn)行系統(tǒng)已接入全國(guó)31個(gè)省市的臺(tái)站數(shù)據(jù),目前正在進(jìn)行正式運(yùn)行前的測(cè)試工作。山東省作為預(yù)警重點(diǎn)區(qū),預(yù)警首報(bào)理論時(shí)間為4～8s。對(duì)于此次地震,預(yù)警系統(tǒng)于震后7.5s產(chǎn)出首報(bào)地震預(yù)警信息,預(yù)警震級(jí)6.0級(jí),震級(jí)偏差0.5,震中位置偏差2km,震中50km范圍內(nèi)有預(yù)警臺(tái)站共60個(gè)(圖2),預(yù)警首報(bào)使用19個(gè)臺(tái)站參與定位,8個(gè)臺(tái)站參與震級(jí)的計(jì)算,最早觸發(fā)的臺(tái)站為烈度計(jì)臺(tái)站N0022,震中距5km。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)于震后2min發(fā)布結(jié)果,震中位于山東德州市平原縣(37.18°N,116.34°E),震級(jí)5.5級(jí); 正式速報(bào)信息于震后10min發(fā)布,震中位于山東德州市平原縣(37.16°N,116.34°E),震級(jí)5.5級(jí),震源深度10km。

注: 斷層數(shù)據(jù)來(lái)源于GMT繪圖軟件中的CN-faults。

2 應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出

地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出服務(wù)最早可追溯到2008年(鄒立曄等,2018、2019),截至2023年8月中國(guó)地臺(tái)網(wǎng)中心已完成國(guó)內(nèi)外大震應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出500余次。隨著地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)于應(yīng)急產(chǎn)品時(shí)效性與準(zhǔn)確性的要求也逐步提高,目前中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心已實(shí)現(xiàn)震后各類應(yīng)急產(chǎn)品和圖集的自動(dòng)產(chǎn)出及匯集(戴丹青等,2021; 鄧文澤等,2021; 支明等,2022; 張建勇等,2022; 梁皓等,2022; 徐泰然等,2022),包括地震參數(shù)、區(qū)域構(gòu)造信息、歷史地震分布、區(qū)域臺(tái)站分布、震源機(jī)制、地震烈度、震源破裂過(guò)程等。山東德州市平原縣5.5級(jí)地震發(fā)生后,中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心聯(lián)合中國(guó)地震局地質(zhì)研究所、中國(guó)地震局地球物理研究所、中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所和應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院等多家單位,于震后20min自動(dòng)產(chǎn)出第一版圖集《2023年8月6日山東平原5.5級(jí)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)產(chǎn)品綜合圖集》,隨后不斷更新,于8月6日10時(shí)更新為最終版本。各類應(yīng)急產(chǎn)品為震后趨勢(shì)判定、應(yīng)急救援工作和相關(guān)研究提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。應(yīng)急產(chǎn)品可在震后較短時(shí)間給出地震的實(shí)測(cè)破壞分布,爭(zhēng)取黃金救援時(shí)間,服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)指揮決策、救災(zāi)力量派遣和次生災(zāi)害預(yù)警等,最大限度地減少人民的生命財(cái)產(chǎn)損失。目前,應(yīng)急產(chǎn)品的時(shí)效性有了較大提升,但精準(zhǔn)度還有進(jìn)步空間,例如,在震源參數(shù)的計(jì)算中可使用更為精細(xì)的三維速度模型。

2.1 歷史地震分布

平原5.5級(jí)地震發(fā)生在林南斷層附近,為一次走滑型為主的地震事件。震中500km范圍內(nèi)共有239個(gè)測(cè)震臺(tái)站,距震中最近的測(cè)震臺(tái)為德州臺(tái),震中距為28km(圖3)。根據(jù)1970年以來(lái)歷史地震統(tǒng)計(jì),震中50km范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)3.0級(jí)及以上地震2次,最大地震為本次地震; 震中100km范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)3.0級(jí)及以上地震8次,最大地震為本次地震; 震中200km范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)3.0級(jí)及以上地震145次,5.0級(jí)及以上地震4次,最大為1981年11月9日河北隆堯東5.8級(jí)地震,距本次地震震中約124km。另外據(jù)統(tǒng)計(jì),距離此次地震時(shí)間最近、震級(jí)最大的4.0級(jí)以上地震是2020年2月18日山東濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)4.1級(jí)地震,震中距81km。

震中臺(tái)站數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 震源機(jī)制解

目前,中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心運(yùn)行2套矩張量自動(dòng)反演系統(tǒng),分別為應(yīng)用于國(guó)內(nèi)中強(qiáng)地震(M≥4.0)的區(qū)域全波形反演方法(Herrmann,2013)和應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外強(qiáng)震(M≥6.0)的W-phase方法(Kanamori et al,2008)。本次地震的震源機(jī)制解基于全波形反演方法產(chǎn)出(圖4),震源機(jī)制解顯示平原地震為一次走滑型為主的事件,矩震級(jí)為MW5.5,矩心深度約11km,斷層節(jié)面I的走向、傾角和滑動(dòng)角分別為123°、62°、-24°,斷層節(jié)面Ⅱ的走向、傾角和滑動(dòng)角分別為225°、80°、-150°。本文還收集了中國(guó)地震局及不同國(guó)際機(jī)構(gòu)關(guān)于本次地震的震源機(jī)制解反演結(jié)果,各機(jī)構(gòu)震源機(jī)制解結(jié)果基本一致(表1)。除美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)外,各機(jī)構(gòu)反演得到的各節(jié)面的差異較小,其中走向差異約為5°,傾角和滑動(dòng)角差異約在10°～25°之間,這些差異可能是由于各機(jī)構(gòu)使用的數(shù)據(jù)資料和方法并不完全相同造成的。

表1 不同機(jī)構(gòu)產(chǎn)出的山東平原5.0級(jí)地震震源機(jī)制解

發(fā)震時(shí)刻(北京時(shí)間)經(jīng)度/(°E)緯度/(°N)節(jié)面Ⅰ/(°)節(jié)面Ⅱ/(°)矩震級(jí)質(zhì)心深度/km走向/傾角/滑動(dòng)角走向/傾角/滑動(dòng)角2023-08-06 02:33:59116.3437.16123/62/-24225/69/-150MW5.511

2.3 余震精定位

截至8月7日12時(shí),山東平原5.5級(jí)地震序列共記錄到余震87個(gè)(圖5),其中最大余震為8月6日3時(shí)2分發(fā)生的3.0級(jí)地震,余震主要集中分布在主震北東側(cè)10km范圍內(nèi),大致呈NEE向分布,在EW向、SN向、深度上的定位誤差分別為0.91km、0.85km和1.18km。為進(jìn)一步研究斷層的結(jié)構(gòu)形態(tài),本文沿地震展布方向繪制重定位結(jié)果的深度剖面圖(圖5(b)、5(c)),從圖中可以看出震源深度集中在10～25km之間。

注: 截止2023年8月7日12時(shí)0分,重定位后得到了87個(gè)余震的位置。余震主要呈NEE向分布,震源深度集中在10～25km。

2.4 震源破裂過(guò)程

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心利用迭代反褶積和疊加(Iterative Deconvolution and Stacking,IDS)方法(鄭緒君等,2018;Zhang et al,2014; 戴丹青,2023),使用近場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站數(shù)據(jù)反演平原5.5級(jí)地震的破裂過(guò)程(圖6)。本次反演共使用震中距80km范圍內(nèi)的15個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站的三分量加速度記錄,斷層參數(shù)基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心反演的節(jié)面(225°/69°/-150°),震中位置參照正式速報(bào)結(jié)果,震源深度設(shè)為15km。最終反演得到的矩震級(jí)為MW5.8,整個(gè)地震能量釋放較為集中,破裂過(guò)程持續(xù)約8s。此次地震在水平方向上以單側(cè)破裂為主,主要以震中為起始點(diǎn)向NE向破裂,破裂長(zhǎng)度約為8km。其中最大滑移量為0.025m,位于破裂初始點(diǎn)NE方向5.7km,深度約為13km。在深度方向上,破裂主要集中在10～30km之間。

圖6 山東平原5.5級(jí)地震震源破裂過(guò)程

2.5 地震動(dòng)強(qiáng)度分布

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心烈度速報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收臺(tái)站的波形記錄并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算臺(tái)站地震動(dòng)參數(shù),同時(shí),利用實(shí)測(cè)地震儀器烈度,結(jié)合震源參數(shù)與區(qū)域構(gòu)造快速判斷地震破裂斷層方向和破裂分布,并對(duì)衰減關(guān)系進(jìn)行修正,評(píng)估地震烈度分布,產(chǎn)出地震烈度速報(bào)結(jié)果。山東平原5.5級(jí)地震后,烈度速報(bào)系統(tǒng)在震后5min產(chǎn)出儀器地震烈度圖(圖7),并在震后2h內(nèi)持續(xù)更新,綜合余震分布、震源機(jī)制等結(jié)果對(duì)推測(cè)地震烈度、峰值加速度進(jìn)行修正(圖8、圖9)。

圖7 山東平原5.5級(jí)地震儀器烈度分布圖

圖8 山東平原5.5級(jí)地震推測(cè)烈度分布圖

圖9 山東平原5.5級(jí)地震峰值加速度分布圖

地震發(fā)生后2h內(nèi),中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心收集強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)與烈度計(jì)數(shù)據(jù)共計(jì)1333組,震中距50km范圍內(nèi)有62個(gè)臺(tái)站,震中距100km范圍內(nèi)有271個(gè)臺(tái)站,其中震中距最近的臺(tái)站為位于平原縣思城鎮(zhèn)的烈度計(jì)臺(tái)站N0022,震中距為5km。地震儀器烈度達(dá)到7.0級(jí)及以上的臺(tái)站共12個(gè),儀器烈度最高的臺(tái)站P0028(烈度計(jì)臺(tái))位于梁村鎮(zhèn)(圖10),震中距為24km,儀器烈度達(dá)到8.0級(jí)。臺(tái)站峰值加速度達(dá)到200gal以上的臺(tái)站共10個(gè),峰值加速度最大的臺(tái)站為距震中最近的N0022臺(tái),峰值加速度為618.9gal。根據(jù)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求(中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等,2010),德州市的抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。從推測(cè)烈度分布圖可以看出,本次地震推測(cè)烈度最高達(dá)到Ⅷ度,涉及平原縣的12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、武城縣的武城鎮(zhèn)、郝王莊鎮(zhèn)及德州市德城區(qū)的黃河涯鎮(zhèn),面積約528km2;Ⅶ度區(qū)涉及夏莊鎮(zhèn)、蘇留莊鎮(zhèn)、四女寺鎮(zhèn)、于集鄉(xiāng)、臨齊街道等40個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道,涉及范圍較廣,面積約1694km2。根據(jù)臺(tái)站數(shù)據(jù)記錄,多個(gè)臺(tái)站峰值加速度高于該區(qū)域抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),表明此次地震可能造成震中附近房屋損壞、道路破壞。據(jù)新華社消息,截至8月6日16時(shí)平原5.5級(jí)地震共造成24人輕傷,213處房屋及墻體受損,震區(qū)水、電、通信等基礎(chǔ)設(shè)施已恢復(fù)正常。

圖10 烈度計(jì)臺(tái)站P0028三分量記錄

3 結(jié)語(yǔ)

2023年8月6日山東平原5.5級(jí)地震發(fā)生后,中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心快速、準(zhǔn)確地完成了主震和余震的參數(shù)測(cè)定,并聯(lián)合多家單位完成震后應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出,為震后應(yīng)急救援、震情分析等工作提供資料和參考。綜合各類應(yīng)急產(chǎn)品,并結(jié)合區(qū)域地震構(gòu)造、震源機(jī)制解等結(jié)果,初步得到以下結(jié)論:

(1)本次地震為發(fā)生在華北平原林南斷裂上的走滑型地震事件,破裂方向?yàn)镹E-SW向,主要為單側(cè)破裂,破裂長(zhǎng)度約8km,在深度方向上破裂集中在10～30km。余震展布呈NEE向,與破裂過(guò)程方向和林南斷裂延伸方向較為一致。

(2)烈度速報(bào)結(jié)果顯示,此次地震極震區(qū)推測(cè)烈度達(dá)Ⅷ度,區(qū)域面積約528km2,Ⅶ度區(qū)面積約1694km2。根據(jù)臺(tái)站數(shù)據(jù)記錄,多個(gè)臺(tái)站峰值加速度高于該區(qū)域抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),此次地震造成震中附近部分房屋受損。

致謝：中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心預(yù)警速報(bào)部應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出服務(wù)工作組提供了豐富的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,中國(guó)地震局地質(zhì)研究所、中國(guó)地震局地球物理研究所提供了豐富的圖件和應(yīng)急資料,在此一并表示感謝。