1989年10月19日山西省大同-阳高6.1级地震
山西省地震局 赵新平 刘 巍 王秀文 安卫平 张淑亮①
①参加这项工作的还有: 啜永清、郭跃宏和安维光
摘要 | 前言 | 测震台网及基本参数 | 地震地质背景 | 烈度分布及震害 | 地震序列 | 震源机制解和主破裂面
观测台网及前兆异常 | #前兆异常及特征分析 | 总结与讨论 | 参考文献和参考资料
摘 要
1989年10月19日在山西省大同和阳高县交界处发生6.1级地震,宏观震中位于大同县西册田乡的新堡村一带,震中烈度Ⅷ度。这次地震发生在山西断陷带北部大同盆地的册田凹陷内北东向的大王村断裂和北西西向的团堡断裂交汇处,这次地震造成山西省大同、阳高、浑源、广灵,河北省阳原和内蒙古自治区丰镇等市县16万余间房屋受损,部分水利设施及工矿企业的厂房、车间受到不同程度的破坏,死亡15人,伤145人。总经济损失约3.65亿元人民币。
这次地震序列为震群型,主震前两小时发生1次5.7级地震,主震后又发生4次5.1~5.6级强余震。1991年3月26日又发生了5.8级晚期强余震。本文研究结果认为,6.1级地震序列具有地震频度高、余震强度大、持续时间长、衰减逐步加快,以及4级以上地震空间分布范围小、余震分布相对密集等特点。余震区整体分布呈扇形,优势方向为北东向。根据震源机制解、烈度等震线、地震构造及地质环境等推断,这组地震受华北区域应力场控制,是在北东东向主应力作用下,北北东向断裂发生右旋走滑错动、北西西向断裂发生左旋走滑错动的结果,为明显的共轭剪切破裂。北东东走向的六棱山山前断裂是这组地震的控震构造,北东向的大王村断裂和北西向的团堡断裂是两条主要的发震断层。
前兆异常主要集中在分布200~300 km范围内,中、短期异常丰富,种类及数量较多,长期异常不明显。
前 言
1989年10月18日22时57分,山西省大同市和阳高县交界处发生5.7级地震,两小时后,于19日01时01分又发生6.1级地震。大同-阳高6.1级地震是1976年唐山7.8级地震后在华北地区发生的最大地震,是1815年平陆6.75 级地震以来,山西省境内发生的最大地震,也是公元1000年以来,大同盆地发生的第4个6级以上地震。这次地震使山西省大同、阳高、浑源、广灵以及河北省阳原和内蒙古丰镇等市、县遭到不同程度的破坏。造成15人死亡、74人重伤、71人轻伤;窑洞、房屋整体倒塌10 185间、墙体倒塌、开裂等严重破坏难以修复的窑、房37 134间;墙体或拱顶裂缝或局部破坏、适当修复方能使用的中等破坏窑洞、房屋45 937间,损坏70 462间;部分民用或农用水井井壁变形,有的已无法使用;水渠渡槽错位、裂缝,册田水库等中、小型水库坝体发生裂缝,使水利工程受损;个别厂房、车间墙体开裂影响生产。总的经济损失约3.65亿元人民币[1,2]。
这次地震前有较好的中期预测。山西省1989年度地震趋势会商报告提出,京西北至晋冀蒙交界区有可能发生5级左右或5~6级地震2,3)。国家地震局分析预报中心、河北省地震局、地球物理研究所等单位震前曾提出相应的预测意见,1989年度全国地震趋势会商会,将京西北至晋冀蒙交界列为全国地震重点监视防御区[3]。这次地震未能作出短临预报。但震前很多单位都做了一定的工作,部分短临异常有所觉察,并采取了相应措施进行震情监视[4] 。
地震发生后,山西、河北、内蒙古、陕西省地震局、国家地震局分析预报中心、地球物理研究所、地质研究所、地壳应力研究所、工程力学研究所等十多个单位派出专业人员进入地震现场,开展地震现场监测预报、宏观烈度及地震地质考察、地震灾害评估和地震社会影响调查等工作,雁北行署和大同市地震局的人员也参加了地震现场工作。这些工作对政府的抗震救灾决策、消除地震对社会政治经济生活的影响,有着重要意义。
震后许多单位的有关专家对此次地震进行了研究,发表了很多文章和研究报告。作者系统整理和研究了与这次地震有关的资料和研究成果,编写出本研究报告。
测震台网及地震基本参数
山西省北部和与其相邻的京西北至晋冀蒙交界地区是我国测震台网密度较高的地区。1989年大同-阳高6.1级地震前距震中300 km范围内有测震台站25个,其中属于全国Ⅰ、Ⅱ类台站5个,全国区域台站20个。此外,还有北京传输台网和大同无线遥测地震台网。北京传输台网有子台53个,其中架设在京西北至河北山西交界的子台18个;大同无线遥测台网有子台6个。这两个台网连同遍布全区的地震台站(图1)增强了本地区的地震监测能力。资料表明[5],京西北至张家口地区的地震监测能力为大于等于2.0级,北京地区的监测能力为1.0级,山西中北部太原盆地、忻定盆地监测能力分别为1.5和1.8级,大同盆地的监测能力为大于等于1.5级。 |
|
图1 大同-阳高6.1级地震(前)测震台站(a)及大同遥测台网子台(b)分布图
Fig. 1 (a) Distribution of the seismometric stations before the
M6.1 Datong-Yanggao earthquake
(b)Distribution of the seismoetric substations of the
Datong telemetry network
|
根据山西省和全国测震台网资料得到的,大同-阳高地震的基本参数列于表1。
表1 地震基本参数
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 |
|
|
1 |
1989 10 19 |
01 01 33.6 |
39°56.5′ |
113°50.6′ |
6.1 |
14.0 |
大同市新堡村 |
(4) |
2 |
1989 10 19 |
01 01 00 |
39°58′ |
113°50′ |
5.8 |
10.2 |
大同市新堡村 |
[42] |
|
地震地质背景[6]
大同-阳高6.1级地震发生在山西断陷带北部的大同盆地内,地质构造条件较为复杂(图2)。山西断陷带位于鄂尔多斯断块东侧,北为阴山燕山隆起带,东为华北平原拗陷带。山西断陷带在鄂尔多斯周缘断陷带中形成最晚,由十余个走向北东至北东东呈右行斜列的地堑组成。南起临汾盆地的侯马河津凹陷,经太原忻定、大同等盆地北达延怀盆地。大同盆地位于山西断陷带北部,盆地东南为恒山、六棱山隆起;西为七峰山、洪涛山及管涔山隆起;北属阴山― 燕山隆起;东隔石匣里通怀来盆地。盆地内部结构复杂,由4个次一级凹陷及3个凸起组成。凹陷是盆地的基本构造单元,沉降深而新,活动强烈。马营凹陷位于盆地的最南部,走向北东,新生代断陷达3 500 m,第四纪断陷达900 m,是大同盆地断陷最深的部位;怀仁凹陷位于盆地西部的七峰山、洪涛山的东麓,走向北东,新生代断陷深达2 000多米,第四纪断陷深600 m;阳高凹陷位于盆地的东北部,走向北东东,新生代断陷1 000 m;册田凹陷位于盆地东部,走向北东,新生代断陷1 500 m,断陷中心在徐疃至贵仁村一带。凹陷间的凸起断陷浅甚至基岩出露,活动弱。凹陷�是盆地�?级以上地震的主要活动场所,大同-阳高6.1级地震就是发生在册田凹陷内,震中堡村位于凹陷的中心地带。
大同盆地的主要活动断裂有北东,北东东和北西向三组。北东和北东东组断裂是盆地的主干断裂,控制了盆地的边界、盆地的形成与发育及盆地的新构造格局。北西向断裂斜切盆地,与前两组断裂将盆地分割成更小的块体。恒山北麓断裂走向北50°~70°东,长116 km,控制盆地的南界,垂直差异运动幅度3 500~4 000 m,口泉断裂走向北35°~45°东,长71 km,控制怀仁凹陷,是盆地的西边界、断裂两盘垂直差异升降运动的最大幅度2 500多米;阳高-天镇断裂,走向北东东,长70 km,控制阳高凹陷,是盆地的北界。六棱山前断裂走向北东,全长120 km,控制册田凹陷,与北东向的大王村断裂共同构成了大同-阳高6.1级地震的控震断裂。
大同盆地是山西断陷带晚新生代火山和玄武岩活动的主要地区,分布在盆地内部及盆地边缘地区。在盆地北部天镇、阳原一带500 km2范围内分布有20多处玄武岩或玄武岩流形成的低山丘陵。盆地西部镇川堡玄武岩与内蒙玄武岩连为一体,地貌上为玄武岩台地,个别为孤丘。庙山玄武岩分布在怀仁凹陷东的六棱山基岩山岭上,形成一圆形孤丘。黄花岭玄武岩分布在怀仁凹陷与马营凹陷之间的黄花岭凸起上,形成20×4 km2、走向北东、高100 m的垅岗。大同玄武岩分布于册田凹陷,是盆地内玄武岩活动最普遍的地区。活动时代主要为第四纪中期,少数为第四纪晚期。 |
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图2 大同及邻区地质构造与历史地震震中分布图
①阳高-天镇断裂;②口泉断裂;③大王村断裂;④六棱山前断裂;
⑤恒山南山前断裂;⑥五台山山前断裂;⑦系舟山山前断裂
Fig. 2 Geological structure and epicentral distribution
of historical earthquakes in the Datong and its
adjacent area
|
大同盆地历史上共记到6次5级以上的地震,包括3次6.5 级地震震中全部位凹陷内,其中怀仁凹陷3次、阳高凹陷1次、马营凹陷1次、册田凹陷1次。怀仁凹陷不仅频度高、强度也高,发生了1022年怀仁的6.5 级地震和1305年大同-怀仁间的6.5 级地震。大同-阳高6.1级地震发生在册田凹陷,再次证明深大断裂控制的凹陷沉降区是强震活动的主要场所,这是山西断陷带内强震活动分布的一个普遍特征。 |
烈度分布及震害
1. 烈度
据宏观烈度考察结果[6],大同-阳高6.1级地震的宏观震中在大同县西册田乡的新堡村(39°58′N,113°50′E)(图3)。震中烈度Ⅷ度,呈椭圆型,长轴为北北东方向,长1.6 km,短轴走向北西西,长0.9 km,面积为1.3 km2。区内破坏较重,80%的土拱窑坍塌、17%严重破坏、3%中等破坏。许多窑洞仅剩下窗架支撑的前脸,少数未倒塌者也全 都震裂不能使用。砖木结构的房屋墙体外倾,墙角开裂,有的达10 cm。一间教室房顶震落 。 |
|
图3 大同-阳高6.1级地震等震线图
Fig. 3 Isoseismal map of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
|
Ⅶ度区西至大王窑、东到东团堡、南抵大王村,北达讲理村,形状近椭圆,长轴长9.8 km、短轴8.6 km,面积为47 km2,方向北北东。区内民宅多为土窑,倒塌约占32%,严重破坏占41%,中等破坏占14%。砖房和土房数量虽少,墙体也多有裂缝,个别裂缝最宽有2~3 cm。册田水库坝体出现3组裂缝,最长达380 m,宽一般在1~3 mm。该水库大坝附近一砖砌烟囱,高34 m,震后上部三分之一处出现贯通的横向裂缝,且向西位移。册田村南一水塔出现“X”节理。区内有两条喷砂冒水带,一条在旧堡村西的河床上,约200 m范围内展布着81个喷砂锥体,沿北10°~20°东方向排列。另一条在讲理村水库下游的河漫滩上,100多平方米范围内,断断续续排列着41个喷砂孔,走向345°。喷砂锥体的直径一般为4~15 cm、高1~2 cm,个别直径40~50 cm,高5~7 cm。此外,桑干河沿岸岩体或黄土崩塌也较严重,距堡村西北1 500 m的一处规模较大。崩塌的玄武岩块堆积在河道上形成堰塞湖。崩塌体长40 m、宽15 m、高4 m,堆积土石超过2 400 m3,河道水位抬升1 m。
Ⅵ度区的西界在路板沟与小王村之间,东界在册田与东团堡一带,北在神泉寺、神泉堡,南在大王村以南约2 km处,走向北东,长轴18 km、短轴12 km、面积为120 km2,方向为北东东向。该区3%的土拱窑倒塌,24%严重破坏,余者也多有裂缝。有些砖木结构的房屋亦出现裂缝、有的缝宽1~2 cm。区内多处出现黄土崩塌、石块震落等现象,尤其在六棱山前及大王村至杨庄的公路上更为普遍,致使个别路段堵塞。
Ⅴ度区长轴64 km、短轴50 km,面积为2 192 km2,长轴方向为北东向。区内窑洞倒塌2%,严重破坏11%,中等破坏和损坏约占24%。砖木结构房屋大约3%受损。Ⅴ度区内有一Ⅵ度异常区。Ⅵ度异常区位于浑源县的杨庄乡及沙圪坨乡的尹庄、甘沟、银半沟、赤泥泉等村,面积为14 km2,区内窑洞倒塌比例较大,如赤泥泉土窑倒塌约60%,砖房墙体裂缝。并伴有黄土崩塌和地表裂缝等破坏。
这次地震的有感范围北可达内蒙古化德县,南到山西屯留,西至内蒙古东胜,东抵天津市,面积约20万 km2。
2. 震害评估
大同-阳高地震发生在农村,震区工业设施不发达,地震造成的破坏主要集中在农村的民用住宅方面。山西省地震局对这次地震的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度区进行了震害评估。
根据当地的建筑物特点,民用住宅主要分为两类:土坯拱窑、土坯房;砖房。现场评估采用抽样方法对这两类房屋的破坏程度进行了调查。抽样率Ⅷ、Ⅶ度区均为100%,Ⅵ度区为31.2%,Ⅴ度区为4.79%。根据调查结果计算出各烈度区房屋的破坏比和室内财产损失,再据各烈度区房屋总数进一步计算得到房屋倒塌10 185间,严重破坏37 134间,中等破坏45 937间。此外,灾区农田水利设施及国营、乡镇企业厂房也遭受不同程度破坏。总经济损失为3.65亿元人民币。 |
地 震 序 列
大同无线遥测地震台网1988年7月投入正式观测,截止到大同-阳高地震前已有天镇、阳原、山自皂、恒山、应县和右玉6个子台运转(图1(b)),大同台网基本上可以监测盆地内ML ≥1.5级的小震[5]。6.1级地震后,国家地震局地球物理研究所又在上庄、大峪口和马蹄山等地架设流动遥测子台3个,平均震中距不足10 km。山自皂子台距震中最远也只有17 km。因此,大同-阳高地震发生后,0.5级以上地震记录基本完整。 |
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图4 大同-阳高6.1级地震序列M-t图
Fig. 4 M-t diagram of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake sequence
|
据大同台网记录,1989年10月18日至1990年12月31日,震区共发生地震8 442次,其中6.1级地震1次,ML 5~5.9地震5次,ML 4~4.9地震12次,ML 3~3.9地震64次,ML 2~2.9地震345次,2级以下的弱震8 000余次。
大同-阳高地震具有地震频度高、余震活动较强、持续时间长等特点。由图4、图5和表2可以看出,10月18~23日为序列活动的高潮时段,频度高而强度大,最高日频度达到1 203次(包括零级左右或0~0.4级地震),序列中全部的5级以上地震和三分之二的4级地震都发生在这段时间。其后,地震序列开始有起伏的衰减,频度和强度明显减弱,起伏的强度一般在3.5~4.0级左右。1989年12月底以后,4级地震停止活动,ML ≥3.0地震频度逐渐降低,衰减趋向正常。大同-阳高地震前无小震活动。主震之前先发生5.7级地震,两个小时后发生6.1级地震,序列中最大地震和次大地震的级差为0.4级,主震能量占地震总能量的61%,小于80%,序列95%的能量是通过6次M≥5的地震释放的(图6),上述特征表明大同-阳高地震序列属震群型。从序列中还可以看出,较大余震之前不仅有明显的密集― 平静现象,而且还伴有震级“爬坡”过程,特别是在序列的前段,这一现象尤为明显。这一现象对强余震的预报起到了积极作用。序列的b值和P值见图7和图8 。 |
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图5 大同-阳高6.1级地震序列频度曲线
Fig. 5 Frequency curve of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
sequence
|
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图6 大同-阳高6.1级地震序列应变释放曲线
Fig. 6 Strain release curve of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
sequence
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表2 大同-阳高6.1级地震序列目录(ML ≥4.0)
Table 2 The catalogue of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake sequence
编号 |
发震日期 |
发震时刻 |
震 中 位 置 |
震级 |
震源深度
/km |
震中
地名 |
结果
来源 |
年 月 日 |
时 分 秒 |
|
|
Ml |
Ms |
1 |
1989 10 18 |
22 57 23 |
39°57′ |
113°50′ |
|
5.7 |
12 |
大同-阳高 |
见参考4 |
2 |
1989 10 18 |
23 29 59 |
39°57′ |
113°50′ |
4.2 |
|
12 |
3 |
1989 10 19 |
00 52 55 |
39°57′ |
113°48′ |
4.2 |
|
16 |
4 |
1989 10 19 |
01 01 33.6 |
39°56′ |
113°51′ |
|
6.1 |
14 |
5 |
1989 10 19 |
01 09 43 |
39°54′ |
113°46′ |
4.0 |
|
|
6 |
1989 10 19 |
01 11 17 |
39°58′ |
113°49′ |
|
5.1 |
15 |
7 |
1989 10 19 |
01 26 26 |
40°00′ |
113°51′ |
4.4 |
|
18 |
8 |
1989 10 19 |
02 20 46 |
39°59′ |
113°52′ |
|
5.6 |
12 |
9 |
1989 10 19 |
05 02 03 |
39°55′ |
113°49′ |
4.4 |
|
12 |
10 |
1989 10 19 |
18 29 03 |
39°58′ |
113°50′ |
|
5.1 |
13 |
11 |
1989 10 20 |
01 56 48 |
39°56′ |
113°48′ |
4.1 |
|
18 |
12 |
1989 10 20 |
19 41 41 |
39°59′ |
113°54′ |
4.1 |
|
14 |
13 |
1989 10 23 |
16 22 39 |
39°57′ |
113°53′ |
4.0 |
|
16 |
14 |
1989 10 23 |
21 19 32 |
39°55′ |
113°49′ |
|
5.2 |
20 |
15 |
1989 10 29 |
10 22 43 |
39°56′ |
113°49′ |
4.1 |
|
15 |
16 |
1989 12 09 |
07 04 51 |
39°53′ |
113°49′ |
4.2 |
|
14 |
17 |
7989 12 13 |
09 10 11 |
39°56′ |
113°53′ |
4.1 |
|
13 |
18 |
1989 12 31 |
16 24 48 |
39°58′ |
113°51′ |
4.0 |
|
14 |
|
|
图7 大同-阳高6.1级地震序列b值曲线
Fig. 7 b-values of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake sequence
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图8 大同-阳高6.1级地震序列P值曲线
Fig. 8 P-values curve of the M6.1Datong-Yanggao earthquake
sequence
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大同台网的定位精度较高,统计表明,误差小于5 km的占87%,小于4 km的占64%。图9(a)为1989年10月18日至12月5日ML ≥1.0余震震中分布图,余震主要分布在大同市的册田乡和阳高县友宰乡,总体呈扇状,优势方向为北东向,长轴20 km,短轴12 km,分布面积约250 km2。4级以上地震分布区域很小,活动范围不到36 km2。从地震深度剖面图(图9(b))可以看出:震源深度最深为24 km、最浅只有3 km[7],3级以上地震则大部分位于12~16 km深处。 |
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图9 大同-阳高地震余震震中分布(a)及其深度剖面图(1989.10.18~12.5)
Fig. 9 (a)Epicentral distribution of the aftershocks of the
Datong-Yanggao earthquake
(b)Profiles of the focal depth of the events in the
Datong-Yanggao earthquake sequence
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震源机制解和地震主破裂面
根据全国地震台网资料确定了大同-阳高5次M≥5地震的震源机制解结果(表3)和其相应的上半球投影(图10)[8],其主压应力的优势方向为北东东,主张应力的优势方向为北西西,两个主应力轴都是近水平的,与华北现代应力场的基本特征一致。
表3 大同-阳高地震群震源机制解
Table 3 Focal mechanism solution of the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
编号 |
节面Ⅰ |
节面Ⅱ |
P轴 |
T轴 |
B轴 |
X轴 |
Y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 |
33 |
SE |
85 |
121 |
NE |
75 |
77 |
15 |
346 |
7 |
230 |
74 |
32 |
16 |
122 |
5 |
见参考8 |
2 |
24 |
SEE |
74 |
112 |
NNE |
81 |
67 |
17 |
158 |
4 |
263 |
73 |
22 |
9 |
113 |
15 |
3 |
23 |
NEE |
78 |
109 |
SSW |
70 |
247 |
24 |
155 |
6 |
53 |
62 |
199 |
20 |
293 |
12 |
4 |
23 |
NWW |
77 |
109 |
SSW |
70 |
247 |
25 |
155 |
3 |
53 |
63 |
198 |
20 |
294 |
16 |
5 |
23 |
NWW |
79 |
110 |
SSW |
75 |
247 |
19 |
155 |
3 |
59 |
72 |
199 |
15 |
292 |
12 |
注:①1989年10月18日22时57分5.7级地震,矛盾符号比14%;②1989年10月19日01时01分6.1级地震,矛盾符号比19.3%;③1989年10月19日02时02分5.6级地震,矛盾符号比22.8%;④1989年10月19日18时29分5.2级地震,矛盾符号比25%;⑤1989年10月23日21时19分5.3级地震,矛盾符号比16.7%。 |
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图10 大同-阳高地震序列MS ≥5.0地震震源机制解
(a)1989年10月18日5.7级地震震源机制解;
(b)1989年10月19日6.1级地震震源机制解;
(c)1989年10月19日5.6级地震震源机制解;
(d)1989年10月19日5.2级地震震源机制解;
(e)1989年10月23日5.3级地震震源机制解
Fig. 10 Focal mechanism solution of the MS ≥5.0 earthquakes
in Datong-Yanggao earthquake sequence
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另据大同地震遥测台网ML ≥1.0地震所作的多台小震综合断面解结果[9],在大同-阳高地震期间,小震综合断面解与几次5级以上地震的P波初动解结果基本一致,主压应力轴优势方位为北东东,主张应力轴优势方位为北北西,P轴平均方位为73°左右,T轴平均方位为340°左右,且都是水平的。
大同-阳高5级以上地震的分布及震后数小时余震分布所显示的活动条带,显示余震分布一条为北北东向,另两条分别为北西西和北西向。北北东向的余震活动分布相对稳定,5.7、6.1、5.2级地震都发生在该带内;北西西和北西向余震活动分布交替出现,5.6级和5.3级地震发生在这两条带内。这次地震的余震优势分布方向近北东向,4级以上地震的优势分布方向也为北东向,且与震区主要活动构造一致。
大同-阳高地震的等震线是几次5级以上地震震害叠加的结果[10],极震区长轴走向为北东向,Ⅶ度区长轴近北东向,短轴近东西向。震害调查结果显示,北东向构造在这次地震中占主导地位,北西向构造次之。
大同-阳高地区的地震地质环境与地震构造表明[3],北东东走向的六棱山北麓断裂是控制盆地形成与发展的主导性大断裂,北东向的大王村断裂和北西向的团堡断裂是册田凹陷内的主要活动断裂。大同-阳高地震发生在上述3组断裂交汇部位,六棱山断裂是此次地震的控震构造,大王村断裂是主要发震断裂,团堡断裂是另一组可能的发震断裂。
据对5次5级以上地震的余震活动图像分析[11],大同-阳高地震的主破裂格架表现为北北东和北西西向交叉断裂图像。5.7级、6.1级和5.2级地震的破裂面为北北东向,3次地震破裂面的叠加长度约18 km,为右旋走滑为主的高角度正断层;5.6级和5.3级地震的破裂面为北西西向,叠加破裂长度为7 km,是以左旋走滑为主的正断层。由此推断大同-阳高地震的破裂特征为一组共轭断裂组合。
综上所述,大同-阳高地震可能是在华北区域应力场的作用之下,北北东向断裂发生右旋走滑、北西西向断裂发生左旋走滑的结果,破裂特征为共轭剪切破裂;北东东走向的六棱山断裂是其控震构造,近北东向的大王村断裂和近北西向的团堡断裂是两条主要的发震断层。 |
观测台网及前兆异常
大同-阳高6.1级地震发生在前兆台网高度密集的首都圈重点监视区内,距震中300 km范围内共有定点前兆观测126台项,其分布见图11,它们分属国家基本台网、区域台网和地方台网,其中属于Ⅰ类观测资料的有33台项、Ⅱ类观测资料93台项。台网西疏东密分布很不均匀。100 km内只有16台项,101~200 km范围有39台项,201~300 km范围有71台项。此外,还有流动重力、流动地磁和流动形变观测网,这些台站分属于11个国家地震局直属研究所、队、分析中心和省(自治区)、市地震局管理。
多学科高密度的前兆观测台网,多年连续稳定可靠的观测资料,为大同-阳高地震研究提供了必要的条件和充分的保证。大同-阳高地震以后,各个单位不同学科的专家和人员,对其进行了深入的研究与探索,多层次多角度地对前兆异常进行剖析。文献[12]研究了首都圈范围内52处断层测量资料,包括19处水准测点、22处短边测距网和11处基线水准共同测点,文献[13]研究了京西至晋冀蒙交界区19条断裂上的31个断层位移测量台和流动形变观测点的资料,指出了断层位移在震前的多种异常形态,以及断层形变异常在发展过程中的阶段性、同步性特点;文献[16,21]分别研究了距震中300 km范围内23口深井水位和20口井的异常动态资料,发现这次地震的震级虽然不大,但水动态异常却十分丰富,为我国以往震例所罕见。文献[22]研究了京津至晋冀蒙交界,分别为国家基本台网、国家区域台网、地方及实验观测网点的32个水化站资料,发现震前有14个站点出现15项氡、氢、汞等前兆异常,其中大部分为短临异常。文献[25~28,32,33]等研究了地磁、流磁、重力、地电等资料的变化,给出了磁、电、重力在空间和时间上的前兆特征和异常形态。文献[17,39,43,54~56]等研究了震前的地震活动图像,验证了京西北至晋冀蒙交界地区作为地震重点监视防御区所存在的各类活动性异常,以及这类异常的发展过程。文献[19,39,44,57]等对各类异常做了综合研究,给出了地震活动与前兆观测两类异常的关联,中期、短期、临震阶段的时间划分,以及各阶段异常发生与发展的可能机制。文献[45~48、59]对大同-阳高地震的孕震过程和前兆机理进行了理论探索和实验研究,它有助于深化对前兆异常的认识和“场”兆、“源”兆的分析。这些工作不仅对观测资料进行了全面的分析研究,而且对前兆异常的时、空、强特征进行了综合的分析研究;不仅很好地利用了国家台网、区域台网的观测资料,而且适当处理了地方实验观测项目的资料。既有单学科、单方法的对比研究,又有多学科、多种方法的综合研究;既有孕震过程、发震机制以及“源”、“场”关系的探索,又有数字模拟及实验理论研究的探索;既有从大同-阳高地震本身去认识和分析各类前兆的演变过程和变化情况的,又有从首都圈、华北乃至全国的地震活动规律、活动图像去研究和探索大同-阳高地震发生的背景条件和动力成因的[43,47,49,54]。在随后开展的深入攻关中,很多人用各自的方法对大同-阳高6.1级地震前兆进行了深入研究,得出了有益的结果[49~53]。 |
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图11 大同-阳高6.1级地震前定点前兆观测台站分布图
Fig. 11 Distribution of the precursor monitoring stations
on the fixed observation points before the M6.1
Datong-Yanggao earthquake
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这些研究内容和研究成果丰富了对大同-阳高地震的认识,检验了由“场”及“源”和长中短临逐次逼进的预报科学思路,同时,也带来了许多值得进一步探索的问题和启示。在本次震例研究过程中,按照规范核实了有关资料,对各类前兆异常进行了再分析、再研究,删除了观测时间较短、干扰背景较大、动态不清楚的资料,选择动态比较稳定、数据资料较为可靠并被专家所认定的异常列于表4。表4中共列出73条异常。其中,地震活动性异常9条,其他前兆异常64条。定点前兆异常的空间分布见图12,各项异常详见表4和图13~67。 |
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图12 大同-阳高6.1级地震前定点前兆异常分布图
Fig. 12 Distribution of the precursory anomalies of the
fixed observation points before the M6.1 Datong-
Yanggao earthquake
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表
4 前兆异常情况登记表
Table 4 Summary table of precursory anomalies
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图13 大同-阳高6.1级地震前京西北-晋冀蒙交界地区震中分布图
(39°~42°N,111°~116°E,1985.1~1989.9,ML ≥2.7)
Fig.13 Epicentral distribution of the events in the
northwest area of Beijing-border land of Shanxi
province,Hebei province and Inner Mongolia before
the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图14 大同-阳高6.1级地震前震中附近地区M≥2.0地震频度图
(38°~41°N,110°~115°E)
Fig. 14 Frequency curve of the M≥2.0 earthquakes around
the epicentral area before the M6.1 Datong-Yanggao
earthquake
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图15 大同-阳高6.1级地震前后京西北-晋冀蒙交界地区地震b值图
(38°~42°N,111°~116°E,ML ≥2.0)
Fig. 15 Curve of the accumulated b-values of the
events in the northwest area of Beijing-
border land of Shanxi province,Hebei
province and Inner Mongolia
before and
after the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图16 大同-阳高6.1级地震前晋北地区波速比随时间变化曲线
(38°20′~40°45′N,112°15′~114°20′E)
Fig. 16 Variation of velocity ratio in the north of Shanxi
province before the M6.1 Datong-Yanggao
earthquake
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图17 大同及附近地区地震活动熵值变化曲线
(38°~42°N,112°~116°E,ML ≥2.5)
Fig. 17 Variation of entropy value of seismicity in the
Datong and its adjacent area
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图18 京西北地区小震应力降时间变化曲线
(39°~41°N,114°~117°E)
Fig. 18 Variation of stress drop in the northwest area of
Beijing
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图19 大同-阳高6.1级地震前大同及附近地区地震震中分布图
(38°~42°N,112°~116°E,1987.10~1989.10,ML ≥2.5)
Fig. 19 Epicentral distribution of earthquakes in Datong
adjacent area before the M6.1 Datong-Yanggao
earthquake
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图20 京西北至晋冀蒙交界地区应变释放曲线(39°~41°N,114°~117°E)
Fig. 20 Curve of strain release in the northwest area of
Beijing-border land of Shanxi province,Hebei
province and Inner Mongolia
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图21 小磨流动水准观测曲线图
Fig. 21 Curve of mobile leveling measurement in Xiaomo
area
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图22 大同-阳高地震前(后)京西北-晋冀蒙交界地区断层位移测量中期异常曲线
注:⊥L― 垂直基线曲线,向上表示长度缩短,断层为压性活
动,反之为张性活动;
∠L― 斜交基线曲线,向上表示断层为反扭错动,向下为顺扭错动;
⊥H和∠H分别表示垂直水准和斜交水准。
曲线向上表示上盘上升,向下表示上盘下降。
Fig. 22 Curves of fault displacement mid-term anomalies in
the northwest area of Beijing-border land of
Shanxi province,Hebei province and InnerMongolia
before and after the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图23 大同-阳高地震前(后)京西北-晋冀蒙交界地区断层位移测量短期异常曲线
注:⊥L― 垂直基线曲线,向上表示长度缩短,断层为压性活
动,反之为张性活动;
∠L― 斜交基线曲线,向上表示断层为反扭错动,向下为顺扭错动;
⊥H和∠H分别表示垂直水准和斜交水准,曲线向上表示
上盘上升,向下表示上盘下降
Fig. 23 Curves of fault displacement short-term anomalies
in the northwest area of Beijing-border land of
Shanxi province,Hebei province and Inner Mongolia
before and after the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图24 茶房口流动水准观测值曲线
Fig. 24 Curve of mobile leveling measurement in Chafangkou
area
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图25 大同-阳高地震前地形变前兆异常时序图
Fig. 25 Time series curves of precursory deformation
before the Datong-Yanggao earthquake
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图26 顺义水准观测值曲线
Fig. 26 Curve of leveling measurement in Shunyi
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图27 晓幼营测距测值曲线
注:实线为扭动量,向上为反扭,向下为顺扭;虚线为张压量,向上为
压缩,向下为引张
Fig. 27 Curves of ranging measurement value in Xiaoyouying
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图28 易县、阳原地倾斜γ值变化曲线
Fig. 28 Variation of tilt γ value at Yixian and Yangyuan
stations
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图29 大同-阳高6.1级地震前易县台地倾斜瞬时值图
Fig. 29 Instantaneous value curve of tilt at Yixian
station before the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图30 易县台水管倾斜月均值图
Fig. 30 Curves of monthly mean value of tilt using
watertube tiltmeter at Yixian station
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图31 太原台水管NS月均值(a)与月距平图(b)
Fig. 31(a) Curve of monthly mean value of tilt using
watertube tiltmeter(NS) at Taiyuan station;
(b) Curve of monthly departure values of tilt using
watertube tiltmeter(NS) at Taiyuan station
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图32 大同-阳高6.1级地震前后镇川堡井水位变化
Fig. 32 Variation of water level in Zhenchuanbao well
before and after the M6.1 Datong-Yanggao
earthquake
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图33 内蒙古乌盟前旗三号地(CK2)井水位日均曲线
Fig. 33 Curve of daily mean value of water level in
Sanhaodi(CK2)well at Wumengqian Qi,Inner Mongolia
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图34 大同6.1级地震前河北万全井水位变化
Fig. 34 Variation of water level in Wanquan well,Hebei
province before the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图35 大同-阳高6.1级地震前定襄上汤头井水位变化
Fig. 35 Variation of water level in Shangtangtou well of
Dingxiang before the M6.1 Datong-Yanggao
earthquake
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图36 延庆五里营井地下水位日均值
Fig. 36 Variation of daily mean value of water lebel in
Wuliying well of Yanqing
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图37 内蒙古呼和浩特市东古楼井水位日均值曲线
Fig. 37 Curve of daily mean value of water level in
Donggulou well of Hohhot
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图38 北京丰台井水位旬均值曲线
Fig. 38 Curves of 10-day mean value ofwater level in
Fengtai well of Beijing
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图39 北京市塔院井水位旬均值曲线
Fig. 39 Curves of 10 day mean value ofwater level in
Tayuan well of Beijing
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图40 北京黄村水位日均值曲线
Fig. 40 Curves of daily mean value of water level in
Huangcun well of Beijing
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图41 静乐井水位月均值曲线
Fig. 41 Curve of monthly mean value of water level in
Jingle well
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图42 板桥井水位旬均值曲线
Fig. 42 Curves of 10-day mean value of water level in
Banqiao well
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图43 河北霸县26号井水位月均值曲线(注:该井1990年后断流)
Fig. 43 Curve of monthly mean value of water level in
Baxian No.26 well of Hebei province
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图44 太原台水位月均值余差曲线
Fig. 44 Residual curve of monthly mean value of water
level in Taiyuan station
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图45 北京通县马头井水位旬均值曲线
Fig. 45 Curves of 10-day mean value of water level in
Matou well of Tongxian,Beijing
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图46 天津武清县高村井水位日均值曲线
Fig. 46 Curve of daily mean value of water level in Gaocun
well of Wuqing,Tianjin
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图47 天津河西务井水位旬均值曲线
Fig. 47 Curves of 10-day mean value of water level in
Hexiwu well of Tianjin
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图48 天津塘19号井井压日均值曲线
Fig. 48 Curves of daily mean value of well pressure in
Tanggu No.19 well of Tianjin
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图49 河北怀来3号井水氡五日均值曲线
Fig. 49 Curve of 5-day mean value of radon content in
ground water in Huailai No.3 well,Hebei province
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图50 河北怀来4号井水中汞含量变化曲线
Fig. 50 Variation of Hg content in ground water in Huailai
No.4 well,Hebei province
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图51 河北怀来4号井逸出氢气含量变化曲线
Fig. 51 Variation of escaping H2 content in Huailai No.4
well,Hebei province
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图52 山西定襄台水氡月均值曲线
Fig. 52 Curve of monthly mean value of radon content in
ground water at Dingxiang station,Shanxi province
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图53 北京延庆松山泉水中汞含量变化曲线
Fig. 53 Variation Hg content in ground water in Songshan
spring of Yanqing,Beijing
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图54 北京延庆五里营水中汞含量变化曲线
Fig. 54 Variation Hg content in ground water in Wuliying
well of Yanqing,Beijing
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图55 北京管庄水中汞含量日均值图
Fig. 55 Curve of daily mean value of Hg content in ground
water in Guangzhuang,Beijing
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图56 北京小汤山井逸出氢气含量变化曲线
Fig. 56 Varuation of escaping H2 content in Xiaotangshan
well of Beijing
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图57 北京国棉二厂逸出氢气日均值曲线
Fig. 57 Curve of daily mean value of escaping H2 content in
the well of National No.2 cotton mill in Beijing
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图58 大同-阳高6.1 级地震前后阳原、大同等地电台站的ρs 月差曲线
Fig. 58 Curves of monthly deference value of ρs at
Yangyuan,Datong and other stations before and
after the M6.1 Datong-Yanggao earthquake
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图59 内蒙古宝昌台地电阻率日均值曲线
Fig. 59 Curves of daily mean value of apparent resistivity
at Baochang station,Inner Momggol
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图60 北京马坊台地电阻率日均值曲线
(a)1988~1989年地电率差值图;(b)地电阻率日均值
Fig. 60 Curves of daily mean value of apparent resistivity
at Mafang station,Beijing
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图61 河北兴济台地电阻率日均值曲线
Fig. 61 Curves of daily mean value of apparent resistivity
at Xingji station,Hebei province
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图62 晋冀蒙交界地区流动地磁观测值曲线
Fig. 62 Curves of mobile observation value of geomagnetism
in border land of Shanxi province,Hebei province
and Inner Mongolia
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图63 地磁场ΔF空间变化图(1988.12~1989.9)
Fig. 63 Diagram of spatial variation of geomagnetic field
intensity (ΔF)
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图64 1989年9月4日地磁低点位移异常分布图
Fig. 64 Anomaly distribution of geomagnetic low-point
displacement on September 4,1989
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图65 1976~1990年逐期重力段差值变化图
注:横坐标数字相同年份表示该年复测2次
Fig. 65 Variation of segment difference of gravity value
at stated periods in 1976~1990
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图66 大同-阳高地震前后三马坊测点地温观测结果
―― 为原始观测曲线;…… 为三次多项式拟合曲线;
― ・― ・― 为拟合残差曲线
Fig. 66 Curves of ground temperature value at Sanmafang
observation point before and after the M6.1
Datong-Yanggao earthquake
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图67 体应变变化与地震关系图
Fig. 67 Correlation between variation of volumetric strain
and earthquakes
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前兆异常及特征分析
综合上节内容可以看出,大同-阳高6.1级地震的前兆异常有如下4个特征:
1. 前兆异常丰富、分布范围广、形态多样
前兆异常丰富,其一表现为异常数量多;其二是异常种类多。据表4,1985年小震空区形成以来,截止到震前,距震中300 km范围内共发现前兆异常73条,异常数量大大超过华北地区强度相近地震异常平均21项次的水平,甚至超过华北地区7级地震的异常数。前兆的种类较多、学科齐全。前兆异常分属地震活动性、地形变、地磁、地电、应力应变、地热、水位、水化、重力等9个学科的10个类别,这是过去震例中不多见的。异常的分布范围广,最远为长治台电感地应力,距震中420 km,远大于震例中所观测到的异常范围[53]。
前兆异常形态多样性。以数量最多的断层形变和地下流体为例,在孕震过程中断层形变既有主应力方位的扰动异常,又有水平垂直活动异常,既有顺扭、反扭异常,又有张性、压性异常,表现繁多异常突出;地下流体也是如此,既有多年的趋势异常,又有年动态改变、固体潮畸变和阶变异常,这种情况在以往的震例中较为少见。
2. 中短期异常相互配套,具有明显的阶段性
本次地震前兆异常的发展过程显示出中早期、中期、短期和临震4个阶段。
中早期阶段是指1987年前,主要有两项异常。一是形变异常,1984年和1987年两次精密水准测量,发现大同― 阳原一带存在着一个突出的形变沉降带,平均年变速率在9 mm以上,超出该地区正常年变的2~3倍[14];二是孕震空区,1985年以来大同地区存在着一个ML ≥2.7地震的空区,空区长轴长200 km,短轴长100 km,长轴走向为近东西向。
中期阶段从1987年5月至1989年3月,此期间出现波速比、低b值、小震应力降升高和介休前兆震群(距离震中324 km,1987~1988年3次活动据其各项指标判定为前兆震群)(表5)等地震活动性异常。同时,还出现了形变、水位、地电等前兆异常,其中形变异常17项、水位6项、地电5项。前兆的中期异常具有准同步性,其中跨断层水准和基线最明显。14项中期异常中有9项出现在1987年5~8月,其余出现在1988年下半年到1989年初,地电异常则集中出现在1988年底前后。
表5 前兆震群
Table 5 The catalogue of precursory swarm
震群地点 |
时 间 |
N总 |
MLmax |
b |
h |
k |
u |
性 质 |
备 注 |
介 休 |
1987 01 09 |
59 |
1.9 |
0.86 |
0.57 |
0.74 |
0.75 |
前兆震群 |
文献[60] |
介 休 |
1987 08 01 |
42 |
1.8 |
0.67 |
0.16 |
0.72 |
0.59 |
前兆震群 |
文献[60] |
介 休 |
1988 11 21 |
43 |
1.7 |
1.0 |
<0.1 |
0.85 |
0.60 |
前兆震群 |
文献[60] |
北戴河 |
1989 08 25 |
156 |
2.3 |
0.81 |
<0.3 |
0.97 |
0.69 |
前兆震群 |
文献[39] |
卢 龙 |
1989 09 21 |
21 |
2.6 |
0.29 |
0.3 |
0.86 |
0.88 |
前兆震群 |
文献[39] |
*因这些前兆震群已超出统计范围(6级地震,300 km内),故未列入表4。
短期阶段从1989年4~9月。主要为水位和水化异常,同时也出现了少量的形变和地电等异常。水位异常从3、4月开始发展,逐步增多,8、9月达到高潮。水氡、汞、氢等水化异常,主要以短期临震异常为主,异常时间从震前32天到半年左右。短期异常占水化异常总数的56%。其间,河北发生北戴河和卢龙震群,��它们至大同地震震中距超过400 km,但位于阴山、燕山构造的延伸线上,它们的发生,对大同地震而言可能具有前兆意义。
临震阶段,从1989年9月下旬开始。表4中列出的10项临震异常,多数为水位和水化异常,它们占此类异常的70%。其中北京延庆松山水汞震前28天出现异常,大同镇川堡井水位,震前32分钟大幅度下降,异常变化较为突出。
此外,地磁日变观测,9月4日和21日出现两次大范围低点位移,用其推算的发震时间恰在10月18日前后,表明地磁低点位移为6.1级地震的发生,提供了有利的外空条件。大同地区位于低点位移的分界线上。
前兆异常的阶段性特点,与相应的学科联系密切。表4中给出的前兆异常(不包括地震活动性异常)中,中期异常31项,短期异常23项,临震异常10项,中期、短期、临震异常量分别占异常总数的48%、36%和16%。中期异常主要表现在地形变与地电两个学科。包括倾斜、连通管、断层位移测量在内的形变学科出现17项中期异常,其次是地电学科(5项),这两类异常占中期异常的71%。短临异常以水位、水化学科为主,水位出现短期异常7项,临震异常4项,水化出现短期异常5项,临震异常3项,总共19项,占这类异常的58%。地磁、流动地磁异常出现在短期临震阶段、重力异常显示了中期特点,不同阶段的异常与所属的学科有一定关系。
3. 前兆异常主要分布在震源区外围沿构造带展布
据图14,前兆异常大部分位于震中的东面和南面,并形成北北东和北西西两个条带,显示了前兆异常沿构造带展布趋势。对异常空间分布的研究表明,各类异常的空间分布显示明显的区域优势。按等效圆统计,(流动地磁、流动重力、地磁低点位移等未计入内)在100 km内有6项异常,占异常总数9.4%;在101~200 km范围内,有25项异常,占39.7%;在201~300 km范围内有28项异常,占44.4%。异常主要集中在100~300 km区间,分布于震源区外围。流动地磁异常则主要分布在距震中35~150 km的震源区附近。震中的异常少而出现晚,外围区的异常多且出现早,说明区域应力场增强时,外围的断裂活动增强,出现大量的中短期异常,震中区,由于应力高度集中,断裂处于闭锁状态,异常反而较少。大同地区小震应力降升高和大同台水准1986年后年变速率减小就是例证[12]]。地震后,大同台水准开始加速下降[36]。
4. 前兆现象相互关联,显示出较完整的孕震过程
分析表4中各项异常,发现地震活动性异常之间以及地震活动性异常与前兆异常之间和前兆异常之间的相互关联,显示应力场增强到发震的全过程。
孕震早期,在震源区附近形成孕震空区,大同地区出现幅度为30 mm的沉降区,时间至少始于1984年。孕震中期,从1987年开始,地震活动性异常逐步显示出来,主要有b值下降、应变加速、波速比异常、应力降升高和介休前兆震群活动等,前兆异常则表现为断层活动速率增大。除震群外,地震活动性异常表现为“源”兆的性质。前兆异常显示了“场”兆的特征。随着应力场的进一步增强,断层位移异常逐步增多并出现定点形变、地电、水位等中期异常。异常分布亦有自外围向震中逼近的现象。孕震晚期,水位水化等短期异常开始出现,部分形变异常转折或结束,异常数量由“线性增长变为指数增长”[39]。短临异常在震中和外围都较活跃。各类异常在时空域内的演化过程,与岩体力学实验所显示的物理和化学过程相似,一定程度上反映了本次地震的孕育过程。
总结与讨论
大同-阳高6.1级地震发生在地震和前兆台网分布较密、监测能力较强的首都圈地区,要对这次地震有个较全面的认识,有必要从以下4个方面对震例作些讨论和补充。
1. 晋冀蒙交界区地震活动增强趋势早有察觉
京西北至晋冀蒙交界处于山西构造带与阴山-燕山构造带的交汇部位,具有发生强震的构造条件。唐山地震后,这一地区地震活动起伏增强问题,早已被很多人所关注。自1977年以来京西北至晋冀蒙地区连续被国家地震局列为全国地震重点监视防御区或值得注意的地区,其中1977年、1980年、1982~1989年被列为重点监视区,1978年、1979年和?981年被列为值得注意的地区。这一事实表明,京西北至晋冀蒙交界地震活动增强的趋势以及该区域的地震危险性问题早已有所觉察。
考察1984年以来列为重点监视防御区的主要依据发现,这一地区的主要问题,一是地震活动起伏增强,活动性异常此起彼落,表现为地震空区、b值下降、地震活动增强、应变释放加速等;二是前兆异常时起时落,表现在形变、重力、水位、流磁、地电等观测项目上。地震活动性异常平均每年3~4项,前兆异常每年4~5台项。异常数量虽少,但集中分布在山西北部、延怀盆地以及张家口渤海带的北段。表明唐山地震后,华北区域应力场正逐步在北京以西地区增强并集中于构造交汇、断裂发育的晋冀蒙交界地区。
2. 大同-阳高6.1级地震前做出了较好的中期预测
1989年全国地震趋势会商会,根据地震活动和前兆异常(表6)的分析,再次将京西北至晋冀蒙交界列为全国重点监视防御区,预测强度为5级左右。比较表4和表6可以看出,震前分析与震后研究对异常的认定差别较大。其中地震活动性异常在表4得到验证和肯定。前兆异常相差较大。分析其原因,一是客观原因资料较短。年度会商,前兆资料一般截止到上年9月底。大同-阳高地震的短期异常是1989?月以后才出现,中期异常很多也是在1988年底至1989年初开始变化的,年度研究报告未能触及。即使看到资料的变化,也因变化时间太短而难以定论;二是主观原因认识偏差。分析研究过程中对前兆资料的认识有两种倾向:震前,对发现的异常容易用干扰加以否定;震后,对以往资料的变化容易用异常加以肯定。表4与表6的差异表明,即使在台网较密、分析力量较强的地区,震前发现的异常数量都不可能很多。同时,可以肯定,年度会商中对地震活动和前兆异常的研究分析是中期预测科学可靠的基本依据。震例研究既要重视总结出的前兆图像,更要重视震前发现的各类异常。
表6 1989年度全国会商京西北至晋冀蒙区重点异常表
Table 6 Main anomalies in the northeast area of Beijing-border land of Shanxi province,Hebei province and Inner Mongolia,identfied on the National Annual consultation Meeting of 1989
前兆种类 |
全国会商会汇总依据[3],1) |
有关单位报告提到的主要异常[2,5,8~11] |
地震活动 |
地震空区,低b值、应变加速、高应力降、地震活动增强 |
略 |
前兆异常 |
怀3水氡,五里营、高村水位,东圆至营城子流动重力 |
南口、芦家井、紫荆关、大灰厂、万全水准 |
其 他 |
旱震关系 |
|
3. 短临异常的分散性、短暂性是未能做出短临预报的可能原因之一
虽然对大同-阳高6.1级地震未能做出有效的短期和临震预报,但是震前的一些前兆信息还是被有关单位和人员发现并引起注意。河北省地震局在1989年9月25、28日的周、月会商时,根据地磁日变低点位移和北戴河震群活动等异常,曾提出10月底前北京、张家口地区有4.5级地震的预报意见[27];内蒙古自治区地震局在10月13日的周会商会中,根据宝昌地电异常变化提出“应引起注意”[33]]山西省地震局在1989年10月13日提交的流磁成果分析与震情估计报告中指出:晋北测区以恒山为界,北三省重点监视区内有中强地震发生的背景,震级约为5~6级。另外,国家地震局分析预报中心根据全国地磁低点位移资料于震前做出一定的预测预报[27]。直到10月18日上午,山西省地震局还召开紧急会商,研究太原台水位和倾斜的异常变化。虽经上述努力,但最终仍未能作出临震预报。
未能作出临震预报的原因是多方面的,其中短临异常的短暂性和分散性是可能的原因之一。短临异常的分散性表现在:
(1)空间分布的分散性
表4列出的23项短期异常、10项临震异常,分布在距震中300 km,约7.1万km2范围内,平均每万平方公里不到5项,总体上数量较多、分布上较为离散。
(2)时间域内的分散性
有的异常从开始到结束时间很短,有的异常从恢复到发震间隔很长,半年时间此起彼落断断续续,截止到震前1个月,临震异常只有两项,其中大同镇川堡水位是震前半小时才出现,表现为时间域内的分散性与短暂性。
(3)观测项目的分散性
10项临震异常,除地磁低点位移外,剩余的9项分属水位、水化、倾斜和地热4种观测项目,异常项目较为分散。
(4)异常归属的分散性
33项短期和临震异常分别被首都圈的十多个单位掌握和处理,平均每个单位只有2~3项,总体上较多,但各单位掌握的异常却很少,更何况对有的异常认识也不一致,客观上难以形成整体的认识,更难以做出较为准确的短临预报。
4. 这次地震的前兆异常与1991年5.8级地震的关系
大同-阳高6.1级地震发生1年零5个月后,1991年3月26日又在当地发生5.8级地震。对表4中各项异常按4种情况分类,即震前异常震后继续平稳发展;震前异常震后幅度增大;震前异常结束,震后又出现新异常;震前异常震后恢复正常,结果见表7。由表7得出,震后恢复正常的有45项,占总数的70%;震后平稳发展的有9项,占14%,另有5项震后异常幅度增大,4项又出现新异常。这个结果表明,①震后大部分异常恢复正常,地震前后区域应力场的变化是十分明显的;②形变异常,包括水准、基线、测距、倾斜、体应变等震后继续发展,恢复较慢,其中只有2项结束后又出现新异常,被认为与5.8级地震有关;③表4列出的异常中,有9项在5.8级地震前又出现程度不同的异常反应,仅占这批异常的14%,异常台项重复的此例很小。文献[42]认为两次大同-阳高地震的强度是等同的。在同一个震源区,两个大小同等的地震,被同一批前兆台网所观测,却表现了不同的异常图像(包括异常的台项、数量,异常的空间分布和时间进程,异常的阶段性等)。它既说明了异常的复杂性与不唯一性,又提出了深入研究两次大同-阳高地震前兆关连的必要性和科学性。
表7 前兆异常震后变化情况统计表
Table 7 Statistics of the precursory anomalies made after the earthquake
项 目 |
变 化 情 况 |
震前异常震后
继续平稳发展 |
震前异常震
后幅度增大 |
震前异常结束
震后出现新异常 |
震前异常震
后恢复正常 |
水 准 |
1 |
1 |
1 |
7 |
基 线 |
3 |
|
|
4 |
测 距 |
|
1 |
|
|
倾 斜 |
|
|
1 |
|
水 位 |
2 |
|
|
14 |
井 压 |
|
|
|
1 |
水 化 |
1 |
|
|
8 |
地 电 |
|
1 |
2 |
|
地 磁 |
|
|
|
2 |
重 力 |
|
1 |
|
|
体应变 |
2 |
1 |
|
|
地 热 |
|
|
|
1 |
合 计 |
9 |
5 |
4 |
45 |
参 考 文 献
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3)山西省地震局,山西省一九八九年度地震趋势会商意见,打印本。
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5)河北省地震局,河北省一九八九年年度地震趋势研究报告,打印本。
6)贾化周、秦清娟、张昭栋等,地下水动态前兆标志体系与预报方法研究,
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7)兰秀英、刘允清、董守玉等,大同5.8级震群地下水动态异常特征,地震地下水学科
“八五”深入攻关研究成果汇编,打印本。
8)内蒙古自治区地震局,内蒙古自治区1989年度震情分析报告,1988年11月,打印本。
9)国家地震局测量队,一九八九年度华北及全国地震趋势研究报告,1988年12月,
打印本。
10)国家地震局综合测量队,一九八八年形变测量资料分析报告,1988年11月,打印本。
11)国家地震局地壳应力研究所,断层力学研究室,对一九八九年我国地震趋势的分析,1988年12月,打印本。 ......
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