1976年4月6日内蒙古自治区和林格尔6.3级地震

内蒙古自治区地震局 孙加林 曹 刚

 

 

前言 | 地震基本参数 | 地震地质背景 | 烈度分布 | 地震序列 | 震源机制解和主破裂面
地震台网及前兆异常前兆异常特征分析 | 结束语 | 参考文献和参考资料

 

  1976年4月6日在内蒙古自治区和林格尔县新丰和新店子乡一带发生6.3级强烈地震。它是内蒙古地区近几十年来发生在人口较为稠密地区的最大的一次破坏性地震。这次地震使内蒙古自治区和林格尔、清水河、凉城和山西省右玉、平鲁等5个县67个乡遭受了程度不同的破坏和损失。受灾总人数131600人,死亡28人。另外,次生灾害造成14人死亡,865人受伤,3551头(只)牲畜被砸死(其中大牲畜106头),30542间房屋(包括土窑)倒塌,114204间出现裂缝。还有部分水利设施受到了不同程度的破坏。震中离内蒙古自治区首府呼和浩特市74km,震区位于雁北高原及其边坡地带。

    地震发生后,自治区地震队立即派人赶赴震区开展工作。由国家地震局系统内外18个单位的160多名专业技术人员和部分盟市旗县地震办公室工作人员组成了和林格尔地震工作队。在震区周围架设八个临时地震台,迅速投入震情监视、宏观考察和防震抗震等工作。历时一个月完成了和林格尔6.3级地震考察和总结,对地震趋势提出了有科学依据的正确判断。

    和林格尔6.3级地震前曾有中期预测意见。自治区地震队根据地形变资料、中小地震异常增强及地质构造条件,于1975年12月全国地震趋势会商会上提出:“呼和浩特至和林格尔一带,1976年有可能发生5级左右地震”。1976年2月,在自治区首届地震工作会议上再次提出这个意见。北京市地震队根据旱震关系,于1975年1月全国地震趋势会商会上提出:“1975年至1976年在河北西部、山西北部及内蒙古南部地区,有可能发生大于6级的地震”。

地震基本参数

这次地震的基本参数见表1。 

表1  地震基本参数表

Table 1  Basic parameters of the earthquake

编号

发 震 日 期

发 震 时 刻

震 中 位 置

震级

MS

震源深度

(km)

震中地名

结果

来源

年 月 日

时 分 秒

北纬

东经

1

2

1976  4  6

1976  4  6

00 54 37.7

00 54 37.8

40°14'

40.2°

112°12'

112.1°

6.3

6.2

18

18

和林格尔县新丰、新店子

1)

[1]

地震地质背景

  和林格尔地处华北断块区的东西向阴山-燕山断褶带和鄂尔多斯断块拗陷、山西断块隆起的交汇处,它所处的地带是地壳北厚南薄的转折带,是一个地壳介质相对脆弱的地区[2]

    历史上,在震区东南120km的大同盆地,1022和1305年分别发生了两次6.5级地震;1929年在震区西北80km的毕克齐发生了6.0级地震。4-5级地震明显缺记、漏记(图1)。本世纪50年代以来,北京地震台网、包头地震台及以后建立的内蒙古台网对该地区4级地震有较好的控制,1962至1975年,该地区出现4级左右地震的增强活动,共发生ML≥4.0级地震14次(图12)。  

1 和林格尔附近地区活动构造及MS≥4.0级历史地震震中分布图

Fig.1 The active tectonics and the epicentral distribution of the

      MS≥4.0 historical earthquakes around Horinger region

      大青山山前断裂;②尔多斯地台北缘断裂;③和林格尔断裂;

      ④韭菜庄-盆底清-前窑子断裂;⑤岱海盆地北缘断裂;

      ⑥新店子―岱海南缘断裂;⑦张皋断裂;⑧口泉断裂

 

 震区发育有北东、北北东、北西三组构造1),[2],其概况分述如下:      

    1.北东向构造是震区的主要构造,也是较古老的构造。它与震区出露较广的太古界地层和岩体的走向基本一致,它控制和奠定了震区构造的基本轮廓。震区北部,主要表现为一系列北东向紧密线性褶皱;震区南部,主要表现为一系列北东向挤压破碎带和压性断裂带。这些挤压破碎带大致沿北东60°方向延伸,倾向东南,倾角70-90°。这组构造规模较大,挽近以来活动频繁,新第三纪玄武岩沿这组断裂发生过喷溢,整个岱海槽地也是由于这组断裂的强烈活动、地壳下沉而形成的,沉降幅度较大,据钻孔资料,槽地中第四系湖相沉积在400m以上。据有关资料分析认为,这组北东向构造实属东西向阴山构造带,它与阴山带的南边缘隐伏断裂大致相连。在连接处,阴山构造带由东西向转为北东60-70°。有资料证明,这组北东向构造与整个东西向阴山构造带是内蒙古南部地区地震活动的控震构造。        

    2.北北东向构造在震区以断裂为主 。其中有三条规模较大的断裂,它们沿北东20-30°延伸,长30-70km,倾向北西,倾角50-80°,是一组具有顺扭性质的压扭性断裂,其中韭菜庄-盆底清-前窑子断裂与本次地震震源机制解中的I节面,以及极震区等震线长轴方向十分一致。        

    3.北西向构造亦以断裂为主,但规模不大,一般仅延伸几公里,走向为北西20-50°,倾角60-65°。        

    资料证明,震区的北西向,北北东向构造较北东向构造新。第四纪以来,北北东向构造活动比北西向更为强烈,其证据为沿北北东向断裂形成的现代河流均切穿了第三纪喷发的玄武岩体。 

烈度分布

根据对震区300多个自然村的实地考察,确定震中烈度为Ⅶ度强,宏观震中在新店子乡和新丰乡交界的茶坊至下脑亥一带,即北纬40°16',东经112°14',与微观震中相差仅4km,宏观计算震源深度为22km(图2)。震中区造成的地表破坏有喷砂、冒水、地裂缝、滑坡及崩塌等现象。Ⅶ度区:在该区调查了28个自然村(点),其烈度均达Ⅶ度-Ⅶ度强。形状近似椭圆,长轴长约56km,走向北东27°,短轴长19km,面积920km,长短轴之长度比为3:1。宏观、微观震中均在该区的北端。        

 Ⅵ度区:在该区实地考察了60多个居民点,烈度均达Ⅵ度和Ⅵ度强。其长轴长约118km,短轴长约50km,面积约4500km2。其方向、��形状与Ⅶ度区相似。

 Ⅴ度区:该区包括内蒙古的丰镇、卓资、呼和浩特、托克托、准格尔旗;陕西省的府谷和山西省的五寨、朔县及大同以西地区。其长轴长270km,短轴长约160km,形成一个与Ⅵ度区形状大体相同的椭圆形。 

    有感范围:西至五原、银川一线,东至宝坻、香河、石家庄,北到中蒙边界,南至山西省侯马。

    由烈度分布勾划出来的等震线图,清楚地分Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ三个烈度区(图2),它们有如下几个特征:        

   1. 三个烈度区的长轴方向基本一致,呈北东27°。        

2. Ⅴ、Ⅵ度区南北不对称,南阔北窄,微观、宏观震中均在北端。这可能表明地震是在北端Ⅶ度区始发,然后向南错裂。地震波能量沿错裂面向南扩展大,向北扩展小。在地表表现为能量向南衰减慢、向北衰减快的特征,从而使等震线图不对称。

2和林格尔6.3级地震等震线 1)

Fig.2 Isoseismal map of the M6.3 Horinger earthquake

 

 3. 震中区长短轴之长度比为3:1,说明错动面的两盘主要受水平力作用,这与震源机制解中p轴仰角为2°相一致。        

    4. Ⅶ、Ⅵ、Ⅴ度等震线在东西方向,似表现为东密、西疏,这与震源机制解中的节面Ⅰ的倾向为北西相一致,说明地震断层面为逆断层。

    此外,极震区烈度仅为Ⅶ度强,与国内同等强度的地震相比,其烈度偏低。 

地震序列

 

自1976年4月6日和林格尔6.3级地震发生至1977年4月5日止,临时台网和内蒙古中部地震台网共记录余震7000余次。其中、ML≥1.8级775次,ML=2.0-2.9级426次,3.0-3.9级15次,4.0-4.9级5次,最大余震为ML=4.9级,发生在主震后的第10个月(表2)。

表2和林格尔6.3级地震序列目录

Table 2  The catalogue of the M6.3 Horinger earthquake sequence

编号

发 震 日 期

发 震 时 刻

震 中 位 置

震级

MS

震源深度

(Km)

震中地名

结 果

来 源

年 月 日

时 分 秒

北纬

东经

1976 4 6

1976 4 11

1976 10 23

1977 2 2

00 54 37

07 56 35

17 50 29

13 44 07

40°14'

40°11'

40°16'

40°15'

112°12'

112°06'

112°09'

112°12'

6.1

4.0

4.0

4.5

18

11

 

13

和林格尔

和林格尔

和林格尔

和林格尔

内蒙古地震局

内蒙古地震局

内蒙古地震局

内蒙古地震局

    和林格尔6.3级地震是没有前震的主余震型地震,主震释放的地震波能量占全序列能量的99.9%,其应变释放曲线呈指数衰减形态,余震序列值高,值大,主震应力降较大,震源区的残余应力水平较低,序列衰减快。        

    余震震中的空间分布见图3。序列总值较高(1.04), b值曲线见图4。图5给出余震序列逐日应变释放曲线,其拟合结果为

    余震频度衰减一般遵循-P形式,据震区胜利营台记录资料计算得:P=1.00 ( 图6 )。图7为序列的M-t图。        

    以上各参数均据4月6日-4月30日的余震资料取得。

 

 

 

 

 

3  和林格尔6.3级地震余震震中分布图 1)

Fig.3  Epicentral distribution of aftershocks of the M 6.3 Horinger  

       earthquake

       (a)余震震中平面分布;  

       (b)余震沿A-A'深度剖面图;  

       (c)余震沿B-B'深度剖面图

       (A-A'和B-B'分别为震源机制解中节面Ⅰ和节面Ⅱ的走向)

       

 

 

 

 

 

 

4和林格尔6.3级地震序列b值曲线(L≥1.0)

Fig.4 b-value curve for the M 6.3 Horinger earthquake sequence

 

 

 

 

5  和林格尔6.3级地震序列应变释放曲线1)(M L≥1.0 )

Fig.5 Stress release curve for the M 6.3 Horinger earthquake sequence      (M L≥1.0 )

 

 

 

6 和林格尔6.3级地震序列衰减图1)

Fig.6  Attenuation diagram for the M 6. 3 Horinger earthquake sequence

       (a) 余震频度图(M L≥1.5); (b) 余震衰减曲线(M L≥1.5 )

 

 

7 和林格尔6.3级地震序列M-t(M L≥2.0)

Fig.7 M-t diagram for the M 6.3 Horinger earthquake sequence

 

 

 

震源机制解和主破裂面

 根据全国台网中68个P波初动资料,求得和林格尔6.3级地震的震源机制解(图8,表3),符号矛盾比为17.6%。

8  和林格尔6.3级地震震源机制解[3]

Fig.8  Focal mechanism solution for the M6.3 Horinger earthquake

 

3  和林格尔6.3级地震震源机制解

Table 3  Focal mechanism solution for the M 6.3 Horinger earthquake

编号

节面Ⅰ

节面Ⅱ

  轴

  轴

  轴

  轴

  轴

结果来源

走向

倾向

倾角

走向

倾向

倾角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

1

 

2

 

3

NE

26

NE

18

NE

6

NW

 

NW

 

NW

75

 

63

 

68

NW

61

NW

44

NW

 85

NE

 

NE

 

S

72

 

44

 

86

NE

73

NE

80

 

228

2

 

12

 

19

NW

18

NW

25

 

323

24

 

52

 

 

12

 

168

 

 

 

83

 

67

 

 

 

67

NE

30

NE

46

 

17

 

44

NW

66

NW

72

 

18

 

25

[3]

 

1)

 

[4]

    由前四、五节分析,地震烈度等震线长轴方向和余震展布方向均为北北东向,这与震源机制解中的Ⅰ节面相一致。通过野外地质考察证明,通过震区的韭菜庄-盆底清-前窑子断裂恰为北北东向,并为最新活动断层,其走向北东20-30°,倾向北西,倾角50-80°。

    由上述四方面资料,认为震源机制解中的Ⅰ节面为地震主破裂面,北北东向的韭菜庄-盆底清-前窑子断裂为地震发震构造。它是在北东东向主压应力和北北西向主张应力场的作用下发生右旋走滑为主的逆断错动。

地震台网及前兆异常

1976年4月6日和林格尔6.3级地震发生时,在其周围300km范围内共有地震台17个。内蒙古境内有测震台4个,加上山西省、河北省台站,共有测震台16个,晋、冀、内蒙古三省共有其他前兆观测22台项( 图9 )。该台网可监测和林格尔地区L≥2.3级地震;1970年以前,北京台网和包头地震台可监测该区L≥4.0级地震。

9  和林格尔6.3级地震前周围观测台站分布图

Fig.9  Distribution of observational stations in the

       surrounding area of the M 6.3 Horinger earthquake

 

    和林格尔地震前3年至前1年,在其周围地区出现地震活动异常有9项,其他定点前兆台站的异常分布见图10。临震前,在震区附近还出现部分地下水、动物习性变化等宏观异常,详见表4和图11-30。

表4  前兆异常情况登记表

Table4  Abnormal situations

 

10  和林格尔地震前异常分布图

Fig.10  Distribution of precursory anomalies before the Horinger   

        earthquake

 

 

 

11  6.3级地震前和林格尔地区中、小地震的增强活动

Fig.11  Activity enhancement of moderate small earthquakes in      

        Horinger region before the M6.3 Horinger earthquake

        范围:北纬39.5-41.5°,东经110-114°。(a) 应变释放曲线;

        (b)M-t图(ML≥4.0) 

 

 

12  和林格尔6.3级地震前ML≥4.0级地震震中分布图

Fig.12  Epicentral distribution of ML≥4.0 earthquakes before the         M6.3 Horinger earthquake

 

 

 

13  和林格尔6.3级地震前ML≥3.5级地震震中分布

Fig.13  Epicentral distribution of ML≥3.5 earthquakes before the         M6.3 Horinger earthquake

 

 

 

 

 

 

 

 

14  和林格尔6.3级地震前ML≥2级地震丛集迁移活动图象

Fig.14  Swarm migration of ML≥2 earthquakes before the M6.3

        Horinger earthquake

        (a)1970-1972;

        (b)1973-1974;

        (c)1975-1976.4.5

 

 

 

 

 

 

 

15  和林格尔地区缺震曲线2)

Fig.15  Curve for seismic gap in Horinger region

        范围:北纬39-41.5°,东经111-115°; 时间∶1970-1983年,

        每月取一个最大震级,五个月平均,一月滑动

 

 

 

16  和林格尔地震前后b值空间扫描图4)

Fig.16  Space scanning of b-value before and after the M6.3

        Horinger earthquake

        (a)震前3年b值扫描图; (b)震后4年b值扫描图

 

 

 

17  和林格尔地震前阴山带小震月频度图(MS≥1.0)

Fig.17  Monthly frequency of small earthquakes in Yinshan belt         before the M6.3 Horinger earthquake

         北纬39°00′-41°30′,东经105°-108°;

         范围:北纬40°00′-41°30′,

         东经108°-115;磴口震群、凉城震群、乌加河震群均未计入

 

 

 

18  和林格尔6.3级地震与其4.4级前兆震震源机制解的比较[7]

Fig.18  Comparison of focal mechanism solution between the M6.3         Horinger earthquake and its foreshock of M4.4 “precursory         earthquake”

 

 

 

19  乌拉特前旗-包头的小震活动与阴山地震带上地震的关系

Fig.19  Relation between the activity of small earthquakes in Urad         Qianqi-Baotou and the earthquakes in Yinshan belt

        范围:北纬40-41°,东经109-110°;(a)M-t图[5],2)  

        (MS≥2.0);(b)月N-t图2) (MS≥1.0;Δ=100km)

 

 

 

20  蔚县台(Δ=205km)和太原台(Δ=260km)电感地应力旬均值曲线[8]

Fig.20  Curves for ten-day mean values of crustal stress by

        electro-magnetic element in Yuxian station(Δ=205km)

        and Taiyuan station (Δ=260km)

 

 

 

 

21  昔阳台(Δ=360km)电感地应力旬均值曲线[8]

Fig.21  Curves for ten-day mean values of crustal stress by

        electro-magnetic element in Xiyang station (Δ=360km)

 

 

 

22  北京西拔子台(Δ=330km)电感地应力日均值曲线(据河北省地震局)

Fig.22  Curves for daily mean values of crustal stress by electro-

        magnetic element in Xibozi station, Beijing (Δ=330km)

 

 

 

23  呼和浩特台(Δ=84km)视电阻率月均值曲线[9]

Fig.23  Curves for monthly mean values of apparent resistivity in         Hohhot station(Δ=84km)

 

 

 

 

 

24   太原台(Δ=261km)视电阻率日均值曲线(据山西省地震局)

Fig.24  Curve for daily mean values of apparent resistivity in         Taiyuan station (Δ=260km)

 

 

 

25  呼和浩特台(Δ=84km)视电阻率曲线[9]

Fig.25  Curve for apparent resistivity in Hohhot station (Δ=84km)

 

 

 

26  太原台(Δ=261km)地倾斜日均值矢量图(据山西省地震局)

Fig.26  Vector diagram for daily mean values of ground tilting in         Taiyuan station (Δ=261km)

 

 

 

27  1976年3月8日地磁垂直分量日变低点位移分布图[8]

Fig.27  Displacement distribution of day range low point of

        geomagnetic vertical component on Mar.8, 1976

 

 

 

 

 

28 凉城三苏木水文站井孔水位、降雨量、岱海海平面多年变化曲线5)

    (Δ=60km )

Fig.28  Variation curves for well water level, rainfall in Sansumu         hydrologic station, Liangcheng and lake level of Daihai    

        lake for long years (Δ=60km)

 

 

 

29  和林格尔6.3级地震前2年震区外围的旱区分布图[10]

Fig.29  Sketch of large arid zone in the surrounding of seismic         region 2 years before the M6.3 Horinger earthquake

        (a) 1974年华北北部旱区;

 

 

 

        (b) 1954-1974年包头-呼和浩特-河曲地区年平均降雨量图

 

 

 

 

30  和林格尔6.3级地震前地下水变化平面分布图1)

Fig.30  Plain distribution of the change of ground water before the         M6.3 Horinger earthquake

 

前兆异常特征分析

和林格尔6.3级地震前,其周围前兆台网很稀疏,获得的前兆异常信息不太多,但把时间尺度倒推十几年,系统地分析研究震中周围地区的中小地震活动和震前一年及几个月的前兆变化,发现和林格尔6.3级地震前前兆异常有如下特征:

    1.在震前十几年至震前3年,震区外围(Δ=100-150km)出现中等地震(ML≥4)增强活动,共发生L≥4级地震14次。这些地震形成较完整的地震围空区,同时还出现了通过震中区的L≥3.5级北西向地震条带,它们是和林格尔地震重要的前兆特征之一。此阶段,中小地震和前兆场观测均无明显异常显示,这可能是和林格尔6.3级地震孕育的初期阶段。

    2.在震前3年到震前1年,震区外围(Δ=50-150km)出现中小地震活动异常,如小震频度增高,中小地震由外围向震中区迁移,Δ≤50km的震中区小震活动较为平静等,但台站前兆手段仍无明显异常变化。        

    3.和林格尔地震前1年内,  除震中区内出现中小地震、阴山带小震月频度异常及发生前兆地震外,部分台站前兆手段出现了异常变化。

    4.和林格尔地震前,由于前兆台网稀疏,且多数台站观测质量较差,故难以分析中强地震前前兆手段空间异常分布特征,也难以准确统计中强地震前前兆手段异常数量占总观测手段数的合理比例。但从和林格尔6.3级地震前取得的有限前兆资料,有如下分析和认识:

    1.对6.3级地震,前兆手段出现异常最早的是地应力,时间大约于震前一年左右。地应力出现异常的台站有蔚县台、太原台、昔阳台。它们的异常分别出现于1975年2月或4月至1975年10月或12月。呼和浩特台视电阻率从1976年1月1日正式开始观测,以后几年的资料证明,该手段一开始观测就处于趋势性下降的异常过程中,异常何时开始难以估计。这些前兆手段的趋势性异常变化反应了中强地震孕育过程,在震中区附近或远离震中区的一些特殊地质构造部位上,岩石介质可能会发生加速微破裂或断层活动。

    2.1975年12月底至1976年2月,在震中区之外一批前兆手段又出现较短时间的趋势性变化,如太原台的地倾斜和视电阻率异常。这些异常可能反应和林格尔地震孕育到了短期阶段,但也可能反应大华北地区及唐山7.8级地震孕育过程中应力场的一种复杂变化,它与和林格尔6.3级地震的孕育可能会有直接关系。此时段,震中区气象变化出现短期异常迹象1)。        

    3.1976年3月上中旬至4月5日,呼和浩特台视电阻率明显下降,华北地区地磁场垂直分量出现低点位移,呼和浩特台地倾斜矢量图打结以及呼和浩特台视电阻率于震前一天突降,这些前兆手段的异常变化表明6.3级地震已处于短临阶段。这在时间上与震区气象的临震异常相一致1)。        

    4.和林格尔地震前3个月,震中区的小震活动又趋于平静,除2月1日在距震中35km的和林格尔胜利营发生1次1.2级地震外,直到主震发生也未记录到一次6.3级地震的直接前震  

结束语

  1.和林格尔6.3级地震的孕育和发生与唐山7.8级地震可能存在某种联系,因此其前兆异常变化比较复杂,有些前兆变化可能反应大范围应力场的变化,而有些前兆变化可能是唐山地震孕育过程中的反应。

    2.和林格尔6.3级地震的预报实践表明,要监视预报一个6级左右地震,必须在以震中为中心、半径为150km的范围内有十几项较好的前兆观测资料。因此,在地震危险区建立有一定密度和较高观测质量的前兆台网是开展地震预报,尤其短临预报的关键。

3.中强地震的孕育存在阶段性,但其前兆异常较微弱。在目前前兆观测台网条件下,欲求对中强地震的孕育和发生作出有效的监视和预报,必须把震前十几年到震前3年、震前3年到震前1年的地震活动图象和测震学指标的变化与震前1年内可能出现的前兆异常有机地结合起来,分阶段地进行综合分析、综合判定,从物理意义上寻找其前兆的总体特征和阶段差异。这可能是在目前水平下较有效的预报思路和方法。 

参考文献

 

[1]顾功叙等,中国地震目录(公元1970-1979年),地震出版社,1983。

[2]徐杰等,和林格尔地震地质特征的初步分析,地质科学,No.2,1978。

[3]孙加林,内蒙古地区震源机制与区域应力场,地震科学研究,No.1,1979。

[4]李钦祖等,华北地区的震源机制与地壳应力场,地震学报,Vol.4,No.1,1982。

[5]孙加林,中强地震前兆的综合判定及预报,地震,No.5,1985。

[6]曹宗普、刘素英,晋冀蒙交界地区中强地震前地震活动特征,华北地��震科学,No.4,

      1986。

[7]孙加林、李炜、闫海滨,p轴转向是前兆地震的一种可能判据,地震科学研究,No.1,

      1983。

[8]国家地震局分析预报中心一室,中国地震前兆资料图集,地震出版社,1984。

[9]刘斌,内蒙古地区地震前后视电阻率变化的分析研究,华北地震科学,No.1,1985。

10]耿庆国,中国旱震关系研究,海洋出版社,1985。

 

参考资料 

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    1976.6。

2)内蒙古自治区地震局,内蒙古自治区地震综合预报清理研究总报告,1985。

3)武慧聪,内蒙古MS≥6级地震前中等地震活动图象变化特征,内蒙古地震(专辑),1985。

4)耿洪、章爱娣,中强地震前b值时空扫描(原稿),1981。

5)姚鸿翥,华北地区强震前后三苏木地下水的变化,内蒙古地震,1,1980。