【doc】1976年7月28日唐山大地震震源区的前兆地震活动...

【doc】1976年7月28日唐山大地震震源区的前兆地震活动... 1976年7月28日唐山大地震震源区的前兆 地震活动... 第7卷第4期 1991年12月 中国地震 EARTHQUAKERESEARCHINCHLNA Vo1.7.?4 Dec.199l 1976年7月28日唐山大地震 震源区的前兆地震活动平静? 傅征祥王晓青粟生平 (国家地震局分析预报中心) 摘要 本文以完整性最小震级Mt一1.7的地震目录(1970年--1976年)作为基础资料,研究对比了 1976年7月唐山大地震前震源区(余震区)及其周目的四十研究分区中.地震话动速率的时间过程. 研究明;(1)在余震区西半的分区中,主震前出现了持续时问为38个月的异常地震话动平静,异 常在置信水平大于0.09上通过统计显着性检验.(2)在余震区外国的两个研究分区中.分别到 l6和34十月的活动建率减小的变化,但是,它们仅在置信水平为0,80和0.8,5上通过声统计显着性 捡验.考虑到唐山主震,两次最强的余震,与它们相关的地震断层和85%的四级上的余震都出现在 余震区的西半部,作者认为余震区西半部在主震前的地震话动平静是中期前兆现象.前兆地震话动 平静区的面积与整个余震区面积之比值为0.7. 一 ,引言 1976年7月28日03时发生的唐山大地震(s一7.8)是本世纪以来我国大陆东部最强的 地震事件.研究其震前地震活动图象的异常变化特征是地震预测研究的重要任务之一. 大地震前地震活动平静是国内外地震界普遍关注的前兆现象之一.日本学者Mogi在 1969年首先注意到主震前震源区地震活动速率减小的现象0].Oh~ke利用地震前兆平静成功 地预报了1978年11月29日的墨西哥Oaxaca7.8级大地震].文献E3]对近年来前兆地震平 静研究的进展作了综合评述. 通常,有两种研究前兆地震平静问题的:(1)地震活动的时同一空同分布图}(2)地震 活动速率随时间的变化曲线.其中,时一空图能直观地指出平静时间和空间范围,但没有对背 景和平静异常状态给予确定的统计评估;而地震活动速率随时间变化的研究方法,可以定量地 对比不同时段速率的差异,并利用统计方法检验异常的显着性.对于后一种研究方法,文献 [3]提出了前兆地震活动平静(precursor)rseismicquiescence)的定义:对同一个被研究的地壳体 内,与背景平均地震活动速率相比,主震前的活动速率在统计上显着减小的现象.在空间上,速 率减小出现在主震震源体的整个或部份区域内;在时间上,速率的减小或持续到主震发生的时 间,或1临近主震有短期的增强.上述定义的着眼点在于揭示震源区尺度的前兆地 震活动性特 征,并为理解震源孕育过程提供观测依据. 有关唐山大地震前兆地震活动平静的研究,主要是涉及比震源区大得多的区域(约距主震 震中450km的范围)上的平静特征.本文通过对地震活动资料和地震活动速率变化的统计 分析,较详细地研究了1976年7月唐山大地震余震区的前兆地震平静特征.研究表明,在余震 区的西半部出现了38个月的前兆地震活动平静异常,它在置信水平大于0.99上通过统计 ?J99O年儿月收翻车文初稿.199'1年2月收到謦改藕 3期傅征祥等:1976年7月28日唐山大地震震源区的前兆地震活动平静13 的显着性检验. 二,研究区和资料 本文目的在于研究唐山大地震震源区的地震活动平静,并与周围地区作比较.因此,研究 区涉及包含震源区的这样一个区域,39.0—40..4N;1]7..4—1]9..5E(图1).根据唐山大地震 前地震活动的时空图象,将研究区划分为四个研究分区:分区?——余震区西半部}分区 ?——余震区东半部;分区?——余震区外围西部;分区?——余震区外围东部.显然,分区? 和?构成余震区(图】).罔1中的余震震中分布(M?.0)是基于三维速度结构模型测定 『.唐山主I(M.:7.8)?羞案蕞(>6.0)o奇震(^,->4.0 璺张… 圈lJ976年7月28日唐山大地震的余震分布和研究区划分(1976t7-261976?6- 31,帆?4.0;1976.9.1--1979.12,肌?4.5) I:唐山断裂I1:卢龙断裂;I:宁河断裂;:滦县一乐亭断裂 Fig.1Thaf耐皇bDckdi$t~ib~tionofthegreatTangshanearthquakeotJuly28?1976f肌? 4.0.1976.7.28—1976.8.31;帆?4.5,1976.91979-12) 中国地震3卷 的.总体上绝大部份余震沿着北东走向的唐山断裂(I)和卢龙断裂(1)及其邻近分布.余震 区约长130km,宽30--60kin.图l还标出主震(实心圆,标记M)和三次6级以上的强余震(实 心圆,标记A,B,c). 在唐山大地震前研究区域内的地震活动资料取自国家地震局分析预报中心编辑的"中国 东部地震目录.通常,地震目录反映的地震活动由独立事件和相关事件(余震,震群)两部份组 成.应用Rea?nberg的别除相关事件的算法,从研究区域的地震目录中提取出独立地震事 件,作为本项研究的基础. 众所周知,地震活动的记录能力是由台站分布密度,方位以及仪器放大倍数和频率特性等 因素决定的.而台站随时间而改建,扩充和撤销是不可避免的,所以,地震活动的记录能力是时 间的函数.文献[8]研究了华北地区台站分布及其记录地震活动能力的时空变化,认为在唐山 及其邻近地区1970年之前地震监测能力较弱,在]970年至]976年间可以完全地记录到M ?l-5—2?0级的地震活动.本文取此间M?1.7为完整性最小震级的目录,去研究唐山大地 震前兆地震活动平静的特征. 圈2唐山大地震前研究区域(39..0—40.4N;117.4119..5E)内的震级一额度关系曲线 (a)1970.1-1一l972-12.16(札?】7);(b)1970.7.6一l975.{.7(?1.7){ (c)1972.12.14--1976.7.13(L?1.7) Fig-2Therelationsbetweenearthquakenumberandmagnitudeinthe8eBregion(39..0 一 dO.-4NtII7..4.i19..5E)beforethegreatTangshanearthquak~ofJuly28.1976 图2(a),(b),(c)分别是研究区中三个时段(1970.1.1一l972.12.16}l970.7.6一l975.4.7 l976.7.13)内的震级一额度关系图(M?1.7),累计频度分别是和1972.12.14-- lO0,1O0和 84.该图表明在?1.7的震级带内,上述关系呈现出较好的线性性质.-_.取帆=1.7作 为完整性最小震级是合理的. 另外,对于整个研究区而言.在1970年1月至唐山大地震之前(1976年7月)期间,地震 活动累计额度(M?1.7)随时间变化的曲线(图3)表明,区域地震活动速率变化在唐山地震 前的六年半时间内,基本上是平稳的,它可能说明人为地震活动性的影响比较小]. 三,研究区地震活动速率随时间变化过程 在本节中,我们将分别考察研究区中四个分区(图1)在唐山大地震前地震活动速率随时 问的变化. 邮 一月一 日70L. .. . 一 样.奇?. . 占 止?w70』.D_錾.古.方衅.l『0__20_'岬??"日一7明.1?.年一.奇,,奇 ?? 3期博征详等:I976年7月18日唐山大地震震源区的前兆地震活动平静15 IIIlIl』IIJ…lllII…IIiII… 图3唐山^地一l仃(I97U.II.域地盎f勒【?,/】7 )地震序列图;(b)累计频度随时间变化曲线 Pig-3eregional洲锄cy(1970.11976.7,ML?1.7)beforethegreatTangshaneanh_ quakeofJuly28.1976 1.唐山大地震余震区西半部(圈1中的?区) 图4(a)和(b)分别给出了研究分区?中,在唐山大地震前(1970.1--1976.7)的地震活动 序列和累计频度曲线(ML?1.7).直观地看,在大地震发生之前三年左右的时间内,分区?出 现了与背景速率相比的低速率变化过程. Matthews和Reasenberg曾指出.包含异常活动速率子区间的地震序列全过程,可以看作是 非齐次泊松过程Do.t1]处于异常状态的子区间可以由异常结束时间(),异常持续时间()和 异常的程度等三个参数去描述.文献[1O]引入统计量fl(t,d)去描述非齐次泊松过程中,子区间 (,)和过程的其余部份之间地震活动速率的差异程度.在本项研究中,对二维空间(,)中所 有可能的增量以两个月的格点,计算其统计量(,)图4(c)是研究分区?的二维空间(.d) 的等值线图.>0和<O分别表示子区间与背景区间相比,地震活动速率增加和减小图 中用十字标出所有?+2.0和?一2.0的位置 由图4(c)可以发现.在1976年初至大地震发生的7月份,存在一个?一4.0的低谷区 其中,(1976年2月,38个月)=一4.45是该图的最小值它意味着唐山大地震余震区西部在 1973年初开始并持续了38个月的低速率活动,在1976年2月结束.并且,它在大于0.99的 置信水平上通过统计的显着性检验.另外,在整个序列过程中的其它区间中(1970.1一 l973.12).再没有出现可以在置信水平为0.80以上的情况下,通过显着性检验的子区间. 2.唐山大地震余震区东半部(圈1中的?区) 图5(a),(b)和(c)分别是研究分区?中,唐山大地震前地震活动序列,累计频度时间曲线 l6中国地震3卷 (a) IIIf『f『Iff.. - [b 厂一 / 1970I97I19721973197419751979(年) 区问结束时阃 图4I975年7Jj28臼唐山夫地旋前tI97UI1975.7,研竞舒区内的地雀活动性 (L?1.7) (a)地震序列(ML~D(b)地震累计频度时间曲线CEN,I),(c)(,)统计量的等 值线分布图 Fig.4TheSe~miciryinthewestpartoftheafter,shockar%(subresion(1))(1970.1一l976.7, L?1.7)beforetheITan擎I-an~arthcluakeofJiffy28,1fl76 3期傅征样等:1976年7月28日唐山大地震震源医的前兆地震活动平静 fjfllll}IIJ】…flI1lIfl4 l(b)厂 ,一 r /厂 区间结束时间 图7i976年7月28日唐山大地震前[】970.1J9767)研究分医?内的地震活动性 (a)地震序列(肌,,);(b)地震累计频度时间曲线(?,);(c)(,,)统计量的等值线分布图 Fig7111c自mjcj【vinthecaStpartoftheannulusarea(sul~'cgion(4))(1970.11976.7;肌>/-17)beforethe greatTangshenearthquake0fJuly28?1976- 增强的地震活动(在置信水平0.99l-~上通过显着性检验). 3.唐山大地震余震区外围西部(图1中的分区?) 同上,不考虑异常子区间比背景区间持续时间长的情况,在唐山大地震余震Ig:kl-围西部 中国地震3卷 (分区?)中,仅在1973年6月至1976年4月出现持续3个月的低速率地震活动,相应的一一 3.09(图6c).统计认为一309在置信水平为0.85时是显着的. '.唐山大地震余震区外围东部(囝1中的分区?) 由图7可知,研究分区?在1974年6月至1975年10Y]问,(1975年10月,16个月)=一2.99是 震前短期内的极小值,它在置信水平为0.80上通过统计的显着性检验. 上述四个研究分区在唐山大地震前的地震活动速率异常变化及其统计检验的显 着性 归纳表示在表1中. 衰l唐山大地震前四个研究分区的地震活动连率异常(M?1.7)及其统计的显着性 ?区:余震区西部?区采震区东部?区:余震区外围西部?医:亲震区外围东部 l即日 J9762—4.4S0.99一J976622+4420.99一J976434—3.O9Jm85l975.】O】6 注:——异常子区间的结束时间(年.月)Id——异常子区闻的持续时间(月)I即——统计显着性的置信水平 四,结语 1.1976年7月28日华北唐山大地震前,在大地震震源区(余震区)及其周围的四个研究分区 中,考察了长达6年半的地震活动序列的速率变化特征,除了震源区东半部(研究分区?)补.其 它三个研究分区都出现程度不等的中期活动速率减小的异常.其中,余震区西半部(分区?)内 的38个月地震活动速率减小是最显着的,它在置信水平大于0.99上通过统计显着性检验(表 1).显着的地震活动平静在1976年2月结束 注意到余震区西半部的整个地震活动速率变化过程中(1970.1l976.7)除去上述的显着 平静阶段外,再没有观测到速率异常减小的子区间,实际上此间该区亦无强震活动,即没有出 现"虚报(faalarm)"异常 同时,唐山大地震的主震(Ms:7.8)和两次强余震(1976.7.28,Ms一7.1;1976.?.15, M一6.9{分别以A和B标识在图1中),与它们有关的地震断层,以及约85的4级以上余震活 动都分布在分区?中(图1),说明余震区西半部是唐山大地震能量积累和孕育的主体地区. 据上述这些分析,有可能认为余震区西部的地震活动性平静是唐山大地震中期前 兆现象 2.文献[3]曾依据全球经过定量统计分析的高质量地震前兆平静震例十七例,给出前兆平 静持续时间(To(月))与主震震级(M)的统计关系: tog一0.00+0.21M 该式预期震级为7.8级唐山大地震的地震前兆平静持续时间将达到43个月考虑到上述关系或 原始资料的离散性,它与实际观测到的本文结果并不矛盾. 3.唐山大地震前的中期前兆地震活动平静出现在大地震破裂带周围的一个有限区域内一 前兆平静区(余震区西半部)的面积约为整个余震区面积的2/3.主破裂发生在前兆平静区内一 其后的动力学扩展和邻近区域的应力调整,是余震区比前兆平静区大的可能原因. 3期傅征祥等:1976年7月28日唐山大地震震源区的前兆地震活动平静2l 参考文献 L1]Mq一K—s锄cf札torfeint耻_吲nkactivityinandarJan(2),Acavitybeforeandaftergtc~tearthquakes,Bu1]. 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PrecursorySeismicQuiescencebeforethe GreatTangshanEarthquakeof28.July,1976inChina FuZhertgxlangWangXlaoqingSuShengplng (CenterforAna1,ysisandPrediction,SSB) Abstraet TheearthquakecatalogwiththeminimumcompletenessmagnitudeofML=1?7duringtheperiod from1970to1976hasb目 Bnusedasbasicdatafortheresearchontimevariationsofseism1,cityratein foursubr~!gjonsinsourcearea(aRershockarea)and'协 surroundingsbeforetheJuly28,l976great TangshanearthquakeinChina.Theresultshowsthat(1)therewasanomalousseismicqu1,e~cencewith adurationof38monthsinthesubregionlocatedinwestpartofaftershockarea,whichjssiSnffieant statl"stieallyatconfidencelevelof0.99andlargerby— test;(2)therewereobserveddecreasesofseis- micityratewithdurationsof16and34monthsrespective1,yintheannulussubregionsaroundthe sourcearearespectivelybeforetheTangsl'mnmainshock?whichansiSnifieantatconf1,dencelevelof 0.80and0.85by口一 test.BecausethattheTangshanmainshoek,thetwos~ongecitaftershocks,andits relatedearthquakefaultsand85percentofaf~rshocks(ML? 4.0)occurredinthewestpartofthe aftershockarea.theauthorsbelievethattheseismicquiescenceinwpartofaftershockareaisanin— termediatetermprecursoryphenomenonofthegreatTangshanearthquake.Theratiooftheprecursory seismicquiescenceareaandtheaftershockareaofthegreatTangahanmainshock.sabout0.7. 嘲??_吕?铷嘲