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!
月
唐山大地震对相邻断裂段地震复发的影响
闻学泽!!马胜利
!#四川省地震局地震预报研究所!成都?!$$J!
摘要!!!I&?年&月
县断裂段上#对历史地震资料的详细分析表明’滦县断裂段在!I&?年之前的J$$多年中发生过’次中强地震#复发过程表现出%时间可预报&行为#并可根据这种行为%预测&第?次地震应大>
致发生在
(!!
发相邻断裂段的地震破裂’#因此!断裂的段与段之间相互力学作用的问题已在地震危险性评价和
(=)?长期地震预测中受到重视’#近十多年来!探索
受到邻段!I&?年唐山大地震的影响提供了机会#本文拟在说明唐山地区主要断裂格局与地震关系的基础上!由历史地震资料分析滦县断裂段正常的地震复发行为!进而揭示由于受到邻段!I&?年唐山大地震破裂的影响而产生的地震复发过程变化#
这一问题的主要内容有#简单断层几何条件下段与
(=!J段相互作用的静力学效应分析’和实验力学分&(析’
&!断裂格局与地震
河北唐山地区的主要活动断裂$图!%除了有局部出露外!绝大部分隐伏于第四纪松散堆积层之
(!
下’是!%(向唐山断裂$8!I&?年&月#其中!D’
!其为倾向
(!=
北西的逆右旋走滑断层’>#尽管地震时的地表破’
算沿断裂带地震破裂的历史以及引起相邻断层段的C*G7*)R破坏应力变化量!进而推断未来强震的危
’!%)!$(
险断层段’
(&载松弛型’>#然而!目前仍缺少与这些理论类型对应的实例!特别是大地震破裂对相邻断裂段地震复
反演以及余震分布已推断相应的震源破裂几乎沿整
(!
条唐山断裂发生’’6和约#唐山主震后约=#
发过程影响的实例#因此!若能寻找出相关的例
(!!
子!是很有意义的’#
与!I&?年河北唐山&#%级大地震的发震断裂相邻的滦县断裂段至少有J$$多年的完整破坏性地震记载#这可能为分析该断裂段的地震复发过程是否
$$’>!!>!?收稿!
%批准号#
#>)@/7WcH1.25#*0#5.!(!1\A
和滦县乐亭断裂$!’6!分别在蓟运河断裂$8
上发生?#
’
!
第
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上述J次地震的相对重破坏区$次高或再次高烈度区%以及震源断层面解!同时结合地表调查结
(!
果’确定或推断了相应的震源破裂段#很显然!
’&(
正如[指出的!后=次地震是受唐山主震G371+等!
破裂影响而发生的触发型破裂事件!它们与主震破裂共同构成了一次复杂的板内地震破裂序列#
图&!河北唐山地区活动断裂与&PFE年主要地震事件关系图
左上角小图指示研究区$矩形框%在华北的位置#图例说明#!)唐山主震发震断裂及其旋性!虚线为推测!短箭头指示断面倾向
!%(!旁侧注明地震年&月&日&时和面波震级92
!!唐山地区由文字记载的最早破坏性地震是公元
公!J%!年卢龙东北的J>?级地震#明朝洪武二年$元!在卢龙设有平滦府$后改称永平府%!管=?I年%辖滦县&卢龙&迁安&抚宁&昌黎&乐亭等县
’(!I
朝永乐元年$公元!设立,开平中屯卫-!J$=年%
’$)
县&#!级地震共?次
)=&东经!)!于北纬=之间的I#?nI#In!%#&n!%#%n近4表!%D向狭长地带$#其中!!I&?年&#!级地
!
震中!并已根据相对重破坏区分布&震后调查发现的近4D向地表破裂以及震源机制解等信息判定该
’
!#根据三维地震透射研究结果!8J断裂发生
8J断裂倾向北西!向下至少延伸到%)I^)!并很
即现在的唐山市开平区$图!%#因此!至少在最近J$$多年中研究区的破坏性地震记载应是完整的#
(
我们从历史记载’中分析地震相对重破坏区的地
理分布!进而分析地震的发生与断裂的关系!结果整理成表!#由此得知#在!I&?年之前至少J$$多年!沿唐山断裂$无破坏性地震发生#%8!
然而!!北段I&?年之前在滦县)乐亭断裂$8=%%和卢龙断裂$的交汇区附近发生’次’)?@8J?级的中强震!加上!>I&?年唐山主震后约!’6发生的滦
可能于中地壳深度与8=断裂的北段相交!成为后者的分支#这些反映8=断裂北段与8J断裂在深部有紧密联系#
!第
表&!&E世纪以来唐山地区@9’C级地震事件
及其与断裂
断裂断
名称裂及代号段
地震时间>)>:,
6>)/.>2
震中位置北纬
东经
+震级=%应变能O
92
?!
b+!$
唐山
唐山!I&?#$&#
宁河!I&?#!!#!’
蓟运河
$8
乐亭$8=%滦县!’?
#=I#?n!!%#&n
’
!#J!k卢龙$8J
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=I#&n!!%#&n
’
!#J!!IJ’#$I#
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!I&?#$&#
丰台>
野鸡坨丰润!’
)#)=I#%n!!%#!n’@A
$8’
%!!!
%!I&?年唐山&#%级地震序列中小于?#$级的地震未列出
(
不计!I&?年&#!级地震的余震%!属于一个地震重复发生的断裂部位#我们将这一断裂部位简称为滦县断裂段!即图!虚线框的范围#
!唐山主震破裂对滦县断裂段地震复发的影
响
!!对于滦县断裂段的?次地震!根据公式Oi
’
(由相应的面波震级92换算成应变能$表!%#其中!前’次地震的应变能O释放随时间的累积基本呈线性增长!平均增长速率约为
$#$J’Jh!$
?b!
+
从图
时间可预报-行为!即地震越大&至下一次地震的时间间隔越长’
#根据这种复发行为
可预测第?次地震应发生在
&月
(OQ
!第
)!机理分析
(!%
根据震源机制解’!!I&?年唐山地震序列的J
动态触发型-断层相互过程#这种机理解释符合,
(’(&
作用理论’#基于实验岩石力学研究!马瑾等&揭
示#交叉断层系统中一条断层失稳会动态地为另一条正交的断层加载!使后者的剪应力瞬时增加并超过其强度!从而发生失稳#
最近一组关于应力扰动对断层摩擦性状影响的实验结果为理解上述现象的机理提供了更充分的依据#在双轴压缩&等位移速率加载$的条7!方向上%件下!含有与轴向夹角J滑动面的花岗闪长岩标’n本$图=%%在7$@
次主要地震中!主震及两次发生在宁河附近的强震是在近(S向近水平挤压作用下以走滑断层作用为主的破裂结果$图!%!级地震震源#然而!滦县&#
机制解的节面之一与8=断裂北段的实际展布和错动
!?!!%(方式相一致’图!%!反映出是在D$(>4S向近水平拉张作用下以近4正断层作用为主的D向左旋>’&(
也指出滦县&#断层错动结果#461:7*5^等
震的机制解表现出明显的正断层作用#另外!数值计算表明#发生&#!级地震的滦县断裂段也是唐山主震破裂引起的C*G7*)R破坏应力值增加最多的部
(!$!
位’%级主震破裂发#因此!可以做出推论#&#
生时沿D(向唐山断裂产生较大幅度的右旋同震运
((!’!
D(端部外侧近于正交的8=断裂北段来说!应主要受到唐山断裂南东盘突然朝南西方向的同震运动而产生的D(>4S向近水平拉张作用#这种突发的强烈拉张作用使得8=断裂北段在很短的时间内发生左旋正断层错动&产生超出历史最大地震强度的&#!>
级地震!同时还破坏了当地正常的地震复发行为与
着!当一次强震活动造成一条断层面上的正应力突降时!有可能打破该断层的强震活动规律!触发震级更大的地震
#
!=’$
!第
本研究的例子说明#一个断裂段原有的平稳地震复发时间过程和强度范围可能会因受到相邻断裂段罕见大地震破裂的强烈影响而显著改变!从而表现出地震复发过程的局部非线性#相关实验结果为这种现象提供了一种物理解释#今后还应注意在不同断层几何关系条件下大地震对相邻断裂段地震复发的影响问题#
!J!张先康!杨玉春!赵!平!等#唐山滦县震区的三维地震透射研
#究)中&上地壳速度层析成像#地球物理学报!!?%IIJ!=&$&’I)&??
!’!陈运泰!黄立人!林邦慧!等#用大地测量结果反演唐山&#%级
%#
因探讨#地震研究!!%#J$I%!!J=&)J’$J
G371+Q!431H@+3;4!P@.@)*+/Y#O61bG7&!!I&?O@.2>!&![,
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科学通报!!II%!J=$!J%#!J’&)!J??
&!马!瑾!马胜利!刘力强!等#断层相互作用型式的实验研究#
自然科学进展!
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7;1*M6,2!
地震活动和静应力场变化#地震学报!
影响#中国地震!
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一九七六年唐山地震0编辑组#一九七六年唐山地震#北京#地震出版社!!I%
==!尤惠川!
徐锡伟!吴建平!等#唐山地震深浅构造关系研究#地震地质!
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李钦祖!谷继成!等#唐山地震的破裂过程及其力学分析#地震学报!!I%$!
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#++HHH#R**^2/+#5*)+R**^2+6/23*+,+7/26/c6G@.c6G+
历史地震图集$明时期%#北京#中国地图出版社!!II$!!)!IJ
中国历史强震目录#北京#地震出版社!!II’!!)’!J
中国近代地震目录#北京#中国科学技术出版社!!III!!)?=&
%$
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中国大陆地震活动性力学研究#北京#地震出版社!!II&!
8361(@+36#B+/.51>3*.#B+/.513*.-./01+2/3,B
+122!!I’J
+1:/53@R71+15G++1.51)*:178*+7@+A11@+36\G@^12#;1*M6,2Q12L133!!I%$!&#
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=$!崔永权!
马胜利!刘力强#应力扰动对断层摩擦影响的实验研究#地震地质!
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