2020年古冶M_(S)5.1地震序列微震检测及活动性研究

2020年7月12日河北省古冶(39.78°N,118.44°E)发生M_(S)5.1地震,震源深度10 km.本文通过对其周边500 km范围内的84个固定台站连续观测地震数据,采用基于图形处理器的模板匹配定位识别技术(GPU-M&L)对地震前后(2020年6月1日至2020年8月31日)共三个月的连续数据进行了微震检测和地震活动性分析.我们首先从台网目录的362个古冶地震序列事件中挑选了信噪比较高的118个地震作为模板,通过模板扫描和检测,获得共1017个地震,约为台网目录的2.8倍,然后运用双差定位方法(hypoDD)对669个地震事件进行了重定位.最后我们对古冶地震的事件序列进行时空分布、震源机制解以及b值空间分布等分析.结果显示古冶M_(S)5.1地震前,震中区周边地震活动性显著,地震前后地震序列分布优势方向为NE向,震源深度方向近直立分布;发震断裂为唐山—古冶断裂或其延伸部分,与1976年唐山M_(S)7.8地震同为唐山断裂带,发震断层走向基本一致.据此,我们推测古冶M_(S)5.1地震是1976年唐山M_(S)7.8地震后余震区应力调整所触发.

2020年7月12日唐山古冶M_(S)5.1地震前延庆地电场变化

采用日均值曲线形态、日均值一阶差分及优势方位角法,对2020年7月12日唐山古冶M_(S)5.1地震前北京延庆地震台地电场异常变化进行分析。该台2套地电场日均值具有较为清晰、稳定的年变,存在季节性变化,自2020年5月开始出现年变畸变或年变幅改变,表明在地震孕育过程中台站所在区域地下构造活动由平稳到逐渐加剧。地电场日均值一阶差分在震前1-3个月呈高频突跳或丛集异常变化,震后逐渐平稳。日均值一阶差分可反映日均值突跳、阶跃和快速明显的趋势变化,对缓慢渐变过程反映弱。方位角背景值中间值约为70°,与延庆台所在区域主压应力轴平均值74.45°相当,代表了该区域的主要裂隙方向。方位角的改变,可以反映地震孕育过程中一定范围内地下应力应变活动。方位角自2020年5月跳变范围收窄,变化幅度约为45°,异常开始至发震约3个月。应用方位角法,可以提取台站周边300 km范围内M_(S)5左右地震地电场短期异常变化。

2020年唐山古冶5.1级地震前后岩石圈磁场异常变化分析

基于唐山及周边地区2019年9月-2021年4月连续4期流动地磁观测资料,获得唐山地区岩石圈磁场异常变化模型,以此分析2020年7月12日唐山古冶5.1级地震前后半年期岩石圈磁场的时空变化特征。结果表明:(1)岩石圈磁场变化的水平矢量在地震前出现明显的方向转向和幅值弱化的现象,地震前后经历了“由震中向周边分散→由周边向震中汇聚发震→方向反转”的时空演化过程;(2)震中附近各测点岩石圈磁场总强度值在地震前后具有规律性时序变化,均呈现“震前缓慢减小→同震时期急剧增大→震后急剧减小”的特征;(3)基于压磁效应和断层亚失稳模型分析,地震前后岩石圈磁场异常的时空变化特征或许是由震中附近主要断裂地应力的积累和释放所致。

文安和古冶2次M_(S)5.1地震活动特征对比

对2006年文安M_(S)5.1地震和2020年古冶M_(S)5.1地震前的异常平静图像、区域-时间-长度(RTL)曲线、地震图像信息(PI)热点进行了对比分析。研究结果表明:①2次M_(S)5.1地震前存在不同程度的时空平静异常图像;②RTL方法显示,文安地震前半年存在显著平静异常,古冶地震前半年内未出现平静异常;③PI方法显示,在3年预测窗长和0.1°×0.1°网格尺度下,2次地震的震中附近皆存在热点,文安地震的有效热点相比于古冶地震对地点指示意义更好,发震风险性更高。该研究对华北地区M_(S)5.0以上地震活动特征总结和地震危险性评估具有一定的参考意义。

2020年古冶M_(S)5.1地震前后岩石圈磁场变化特征

总结归纳河北及邻近地区2014年以来4级以上中强地震震兆异常特征位置,结合2020年古冶M_(S)5.1地震发生前后岩石圈磁场H矢量、D、F总场3个要素地磁异常变化图像,分析发震前后岩石圈磁场震兆异常变化特征。结果表明:①河北及邻近地区7个M≥4地震均发生在岩石圈磁场各地磁要素0值线附近的高梯级带、0值线附近及矢量方向转向等特征部位;②古冶M_(S)5.1地震符合河北中强地震岩石圈磁场震兆异常空间位置特征,概率达75%;③丰南M_(S)4.5地震后唐山岩石圈磁场异常区异常特征出现增强,原地震危险区有再次发震的可能。

2020年7月12日古冶M_(S) 5.1地震前北京地电阻率异常分析

使用曲线形态法和归一化速率法,分析了2020年7月12日古冶地震前北京地区地电阻率异常变化特征。通州、延庆和平谷台地电阻率归一化速率异常与本次地震均有较好地对应,发震时间均为异常出现后半年内。通州和延庆台1—2年尺度月均值曲线形态异常,半年尺度归一化速率超阈值异常,符合中长期孕震和中短期加速变化后发震的发震机理。平谷台月均值曲线无明显异常,归一化速率异常明显,表明使用归一化速率可较好识别和提取曲线的弱异常。延庆和平谷台震前地电阻率归一化速率异常存在各向异性,且符合地电阻率受震源主压应力方向影响的特征。平谷台对唐山地区地震的映震能力较弱,通州、延庆台的映震能力较强。

基于PI方法的华北2019年以来3次M_(S)≥5.0地震回溯性预测研究

本文应用图像信息(PI)方法对2023年山东平原M_(S)5.5地震、2021年江苏大丰海域M_(S)5.0地震和2020年河北古冶M_(S)5.1地震进行了回溯性预测研究。以华北局部(32°N~42°N,114°E~122°E)为研究区域,在网格尺度分别为0.5°×0.5°和1.0°×1.0°且预测窗长为5 a的两组参数模型下,获取2019—2027年逐年滑动的预测窗热点演化图像。结果显示,当网格尺度为1.0°×1.0°时,PI热点效果优于0.5°×0.5°网格,且对平原地震和大丰海域地震的发震位置指示作用较好。当时间窗长和归一化阈值绝对值同时增大,个别窗口存在古冶地震的有效热点,但未找到热点能同时覆盖3个地震震中所在网格的参数模型。不同参数模型下的PI热点显示,未来3~4 a郯庐断裂带渤海段存在发生M_(S)≥5.0地震的风险。本文研究结果对于华北局部地区M_(S)≥5.0地震危险性分析具有一定的参考意义。

1976年唐山强震群震后库仑应力演化及其与2020年古冶5.1级地震的关系

采用能够综合协调长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了1976年唐山强震群引起的震后形变场以及同震和震后库仑应力变化。结果显示:1976年唐山强震群中主震的两个破裂面以及滦县和宁河两次强余震均对2020年古冶5.1级地震表现为库仑应力加载。岩石圈粘弹性松弛效应引起的库仑应力变化显示,震后15年前后,库仑应力演化状态呈现显著的差异性:震后15年内,库仑应力变化剧烈;而震后15年后,库仑应力呈现缓慢的稳定增加状态。该过程与唐山强震群余震区地震活动过程相似,可能暗示1976年唐山强震群余震区应力调整过程已基本稳定。

2020年唐山古冶5.1级地震前流体固体潮参数时空变化研究

以2020-07-12唐山古冶5.1级地震为例,探讨流体固体潮参数的时空分布特征与孕震的关系。收集2017-01~2020-07唐山古冶周边16口井水位整点值资料,通过Baytap-G程序计算分析M_(2)波与O_(1)波潮汐参数,研究M_(2)波潮汐因子随时间变化的趋势及空间分布情况。结果表明:1)唐山古冶地震前,震中附近井水位潮汐因子具有上升趋势,表现为应力积累;2)结合本次地震震源机制解可知,震中周边16口井潮汐因子的震时变化形态主要受主应力方向影响,东西向压缩,潮汐因子减小;南北向拉张,潮汐因子增大。

2020年7月12日唐山古冶MS5.1地震的强震动特征

首都圈强震动观测台相对密集,区域强震动观测能力较强。2020年7月12日6时38分在河北省唐山市古冶区发生MS5.1地震,强震动台和烈度台共收集到三分量强震动记录363组。通过强震动记录数据处理绘制了PGA和PGV的空间分布图,初步认识到此次地震强烈的地震动主要集中于震中附近区域,远离震中的天津塘沽—宁河—宝坻三角区域也观测到“异常增大趋势”的地震动,这与1976年唐山地震的宏观烈度异常区较为一致。同时分析了强震动记录PGA、PGV随距离的衰减规律,通过与为第五代区划图编制建立的东部强震区衰减关系的计算值对比,可以看出与此次地震中PGA、PGV的衰减具有一致的趋势。

2020年7月12日唐山古冶5.1级地震影响信息与启示

2020年7月12日发生了唐山古冶5.1级地震,其强震动影响波及京津唐地区,特别是北京城区也出现了强烈的震感。中国强震动观测台网、国家地震烈度速报台网及典型建筑结构地震反应观测台阵获得大量的强震动记录。这次地震震级不大,但为地震科学研究提供了较为丰富的信息。基于获得的地震影响信息,可开展以下方面的研究:①利用地震附近及区域范围内地震烈度速报台网的密集观测记录,开展地震影响烈度快速计算分析及台网功能可靠性检测;②利用北京和天津地区的强震动观测记录,探讨深厚覆盖土层和盆地场地地震动影响;③利用京津唐地区震中距至300 km的强震动观测记录,研究京津唐地区的地震动衰减特性;④利用北京城区的建筑结构地震反应观测台阵记录,分析典型工程结构地震反应特征;⑤其他,如场地土层参数和工程结构参数反演研究等。本文针对以上关注的问题,介绍了相关初步研究工作并开展了进一步探讨性分析研究,展示了唐山古冶5.1级地震影响的丰富信息和对相关研究的潜在推进作用。

唐山古冶M_(S)5.1地震的多参数因子分析

以2020年7月12日唐山古冶M_(S)5.1地震为研究震例,选取反映地下介质、地震强度、时空特征等信息的多种地震活动性参数,筛选参数特征,应用因子分析的方法进行多参数综合分析,所得综合参数W曲线在古冶M_(S)5.1地震发生前有明显的异常变化。同时,不同单因子参数曲线在震前的不同时段出现了时间差异变化。

河北唐山古冶5.1级地震前的重力变化

利用京津冀地区2018-2020年5月的流动重力观测资料,分析了2020年7月12日河北唐山古冶5.1级地震前不同时间尺度重力场变化。结果表明:0.5年尺度重力场变化图像较好地反映了此次地震“震前一年,重力场持续上升(正)变化→震前反向变化→在重力变化梯度带零等值线附近发震”的演化过程;震前0.5年和1年年尺度重力场均显示,地震发生在重力变化零等值线附近。

2020年7月12日唐山古冶M_(S)5.1地震震源参数

利用河北及邻区地震台网提供的震相观测报告,使用双差定位方法,对2020年7月12日唐山古冶M_(S)5.1地震序列进行重新定位,并基于部分地震台站记录的波形资料,采用近震全波形方法,反演得到主震震源机制解。精定位结果显示,此次地震序列展布长度约8 km,余震自主震位置向SW扩展,震源深度优势分布范围在10—18 km,发震断层面较陡,倾向SE。震源机制解显示,主震为一次走滑型事件,结合序列展布形态和地震活动背景,SW—NE向近似直立节面为可能发震断层面,与1976年唐山M_(S)7.8主震断层特征基本一致。综上所述,古冶M_(S)5.1地震为唐山M_(S)7.8地震的又一次余震,属唐山老震区正常地震活动。

2020年7月12日唐山古冶5.1级地震的电磁现象

文中使用时间域波形分析、滑动傅式去年变分析、归一化变化速率方法和矢量方位角方法处理分析了2020年7月12日古冶M_(S)5.1地震震中距400km范围内的地电阻率、地电场、极低频观测数据。在排除各台站仪器运行、台站观测环境、空间电磁活动等影响因素后,认为有6个地电阻率台站于震前出现了“趋势性下降—加速下降—震后恢复”的变化过程,7个地电阻率台站在震前1a内的归一化变化速率超过±2.4阈值;滦县地电场NS和NW向测道于震前3个月出现先下降后回升的变化,且矢量方位角在震前向古冶地震方向偏移,后恢复为沿滦县-乐亭断裂方向;文安和丰宁极低频台清晰地记录到16hz天然源磁场同震变化,磁场垂直分量的变化超过水平分量的2倍,由于台站的地下结构存在巨大差异,2个台站的电场观测值差别较大,且电场同震扰动淹没在背景噪声中。文中利用首都圈极低频台站观测数据反演了地下电性结构,发现古冶地震的震源位于电性发生变化的边界附近,北边为高阻区,西南方向为低阻区,宝坻和文安处于局部低阻区,并据此初步分析了古冶地震的电磁现象特征。针对异常空间选择性问题,认为可能与京津唐地区NEE和NW向2个主要共轭构造方向有关。对地震电磁异常机理开展研究时,应从地震电磁同震现象入手,从地震电磁信号产生的源和传播路径2方面展开相关工作。

唐山古冶M_(S) 5.1地震前断层位移协调比的短临异常分析

1研究背景2020年7月12日河北唐山市古冶区发生M_(S) 5.1地震,震源深度10 km,震中位于1976年唐山M_(S) 7.8地震老震区内,距唐山断裂小于10 km。地震造成河北唐山市中心震感强烈,天津、河北承德震感明显,北京、河北廊坊、沧州等地有震感。此为继1995年10月6日唐山古冶M_(S) 5.0余震后,唐山老震区时隔25年发生的又一次5级以上地震。对于此震是否为唐山M_(S) 7.8地震的余震尚有不同认识。

河北唐山MS5.1地震岩石圈磁场D分量异常分布和应力的关系

2020年7月12日河北唐山古冶发生MS5.1地震,为探寻震前岩石圈磁场异常信息,对流动地磁矢量监测数据进行处理获得2019年4月至2020年4月河北地区岩石圈磁场年变化模型,发现震中正好位于磁偏角D分量零值线上,且震区东部出现一定面积显著正异常区;同时追加计算2019年4—9月和2019年9月至2020年4月两个近半年期岩石圈磁场变化模型,发现震区东部D分量正异常现象体现在前者,因此判断异常积累时段较早;对比震中东侧昌黎后土桥地磁台站和河北南部隆尧红山基准台2019年6—12月地磁相对记录数据曲线,推断D分量异常变化大概从近震前一年开始,正异常区的出现可能和孕震时近EW向的主压应力传递至震区东侧两组断裂交汇处造成应力集中发生的压磁效应有关。