河北省唐山ms48級地震活動和預(yù)測

河北省唐山ms48級地震活動和預(yù)測

0唐山地震的預(yù)測和預(yù)測情況對首都圈區(qū)域地震預(yù)2012年5月28日下午00點。8月，河北省唐詩發(fā)生了ms4.8級地震。它于6月18日凌晨00點05分，于26日上午13點13分在山東省寶霍區(qū)發(fā)生了ms4.0和ms3.5級地震（圖1）。這是繼2006年河北文安5.1級地震后,首都圈地區(qū)發(fā)生的一組顯著地震活動。在這三次地震發(fā)生前和發(fā)生過程中,我們根據(jù)天津地區(qū)的小震活動和前兆異常等情況進(jìn)行了跟蹤和預(yù)測。在唐山MS4.8和寶坻MS4.0級地震前我們有所察覺,并在年中會商中提出了預(yù)測意見;對8月26日發(fā)生的寶坻MS3.5級地震,我們在月、周會商中明確提出了預(yù)測意見。但在這一過程中,我們也忽略了一些現(xiàn)象,以致在唐山MS4.8級前沒有提出具體預(yù)測意見,本文從預(yù)測實踐的角度回顧了這一過程。1寶ms4.0、s13.5級地震的地質(zhì)背景及地面反應(yīng)情況唐山MS4.8級地震發(fā)生在河北省唐山市和灤縣交界地區(qū)(N39.80°,E118.40°)、唐山斷裂附近,距1976年唐山MS7.8級地震震中約28km,天津市行政區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)有感。寶坻MS4.0級地震發(fā)生在天津?qū)氎鎱^(qū)林亭口鎮(zhèn)和八門城鎮(zhèn)之間(N39.6°,E117.6°),是薊運河斷裂活動的結(jié)果,天津薊縣、寶坻、塘沽地區(qū)部分人有感。寶坻MS3.5級地震發(fā)生在天津?qū)氎鎱^(qū)西河口村附近(N39.6°,E117.4°),東距6月18日寶坻MS4.0級地震約17km左右,主震發(fā)生在近EW向、S傾的寶坻斷裂上,震中附近部分人有感。距此次地震最近的前兆觀測點為王3井,僅為7km左右。表1給出了河北唐山MS4.8級地震等三次地震的發(fā)震三要素、震源深度、附近主要斷裂帶、震源機制解類型及主破裂方向等基本信息,三次地震的震中位置如圖1所示。2三大地震前的異常情況2.1持續(xù)靜接力作用1998年張北6.2級地震后,華北地區(qū)地震活動一直處于低水平狀態(tài),華北地區(qū)6級以上地震持續(xù)平靜;2009年9月以來山西帶與張渤帶的ML≥3.0地震在北三省交界地區(qū)形成“交而不匯”的空間有序圖像,并且ML≥4.0地震在上述兩個條帶集中;2006年7月文安5.1級地震后,首都圈地區(qū)5級左右地震持續(xù)平靜。綜上所述,首都圈地區(qū)存在發(fā)生中等地震的背景性異常。2.2.2小震條帶2012年2月以來首都圈地區(qū)ML≥1.0小震活動較之前有所增強,這種情況一直持續(xù)到4月份。通過空間圖像掃描跟蹤,我們發(fā)現(xiàn)在3月24日到4月18日短短55天的時間內(nèi),天津東北部快速形成了一個長約130km、寬約20km的ML≥1.0小震條帶(圖2)。在5月28日唐山MS4.8地震后,這個小條帶并沒有解體,而是進(jìn)一步發(fā)展并有所加強,先后發(fā)生了5次地震,其中有3次發(fā)生在寶坻地區(qū)附近,該條帶一直維持到寶坻4.0級地震之前。2.2異常的后部條件2.2.1儀器正常檢修后s傾趨勢減緩從2009年11月開始,薊縣垂直擺NS出現(xiàn)加速N傾趨勢異常。2011年7月以后,N傾趨勢減緩。2012年初發(fā)現(xiàn)該儀器由于格值增大,已不符合觀測規(guī)范要求,因此于4月20日至22日對儀器進(jìn)行了檢修,檢修后25日開始觀測值出現(xiàn)加速S傾變化(圖3a)。2012年6月開始該測項S傾速率略有減緩,7月底受降雨影響繼續(xù)加速S傾變化。2.2.2異常幅度分析寧河臺核旋21點Z、F與靜海臺21點Z、F差值2012年3月出現(xiàn)下降變化(圖3b、c),到4月中旬下降幅度就達(dá)到了5nT,7月底異常幅度最大分別達(dá)到14nT和13nT左右。塘沽地磁核旋Z分量與靜海地磁差值2011年11月初出現(xiàn)上升變化,到2012年1月上升最大幅度達(dá)到10nT左右,2012年2月初轉(zhuǎn)降,6月達(dá)到最低值比正常值低約9nT左右(圖3d)。2.2.3天船研究點水位下降靜海臺地磁加卸載響應(yīng)比7月14日出現(xiàn)了8.33高值變化(圖4g)。天船井是一口模擬觀測的淺層咸水井,從2007年12月27日開始天船井水位出現(xiàn)下降異常(圖4a),一直到目前水位仍在低值變化,觀測值已累計下降了2.335m。此外,該井水位在趨勢下降的過程中,還出現(xiàn)過幾組上下的波動異常變化,最近的一組異常是從2011年3月24日開始下降,2011年12月19日轉(zhuǎn)折上升,水位下降了1.09m(圖4a黑框5,第五組異常)。2.2.5第5月至2013年7月天津流體學(xué)科存在的其他異常包括:塘沽井水位、徐莊子井水位、王3井水位、氦氣和王4水氡,這幾個異常測項的觀測時間均較短。其中塘沽井和徐莊子井與天船井相同是天津地區(qū)所特有的咸水層觀測井,2011年初開始觀測。塘沽井(圖4b)水位2012年3月開始出現(xiàn)大幅度下降變化,到2012年7月下降了1m多。徐莊子井水位(圖4c)自2011年9月開始出現(xiàn)上升變化,到2012年2月前后達(dá)最高值后轉(zhuǎn)降。王3井水位(圖4d)2012年4月以來年動態(tài)變化明顯與2011年不同;氦氣觀測(圖4e)3月底出現(xiàn)上升變化,7月開始在高值起伏波動。王4井水氡(圖4f)5月29日開始出現(xiàn)高值變化,5月30日繼續(xù)上升。此后一直維持在30Bq/L的高值水平,明顯高于24Bq/L左右的正常變化值。另外,唐山MS4.8級地震后,我們將5月28日的觀測數(shù)據(jù)接收入庫,發(fā)現(xiàn)“十一五”新增上的、尚未正式觀測的寶坻新臺觀測井水溫存在明顯異常(圖4h)。該井水溫從27日下午17時開始上升,到28日2時,水溫上升了0.002℃,是正常日變幅的近3倍。28日10時22分發(fā)生唐山MS4.8級地震,當(dāng)日下午15時水溫恢復(fù)正常。3異常分析和實施3.1小震條帶的實施3月以來在天津東北部形成的ML≥1.0小震條帶并不是第一次出現(xiàn),在文安地震前2006年5月也曾出現(xiàn)過類似的1級小震條帶。為此,我們對天津地區(qū)的小震條帶進(jìn)行了震例統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)2000年以來在天津東北部曾出現(xiàn)過3次類似條帶圖像,其中2次之后對應(yīng)了唐山中等地震活動,分別是2008年3月11日盧龍3.9級地震和2010年4月6日灤縣4.3級地震,其映震概率達(dá)0.67。總結(jié)這類小震條帶特點是:多在2個月左右的時間內(nèi)形成,形成后2個月左右的時間內(nèi)其附近地區(qū)常有中等地震活動。3.2異常前處理3.2.1垂直擺ns向全年變化,a與11年7月之后的n傾異常變化發(fā)生明顯的年變動薊縣垂直擺NS向2012年4月開始的大幅S傾變化,我們認(rèn)為主要是由于儀器檢修引起的,之后一段時間的S傾變化是觀測資料的一個穩(wěn)定過程。同時根據(jù)以往觀測資料的變化規(guī)律,垂直擺NS向下半年應(yīng)是S傾變化。因此說明,這段變化中包含了正常的年變變化同時也有儀器維護(hù)的原因,7月底以來還疊加了降雨干擾變化。對于該測項2009年11月以來的突出趨勢異常變化,學(xué)科組曾進(jìn)行過詳細(xì)的跟蹤落實研究,認(rèn)為該異常變化并不完全是干擾所致,含有一定的地震前兆信息。2011年7月至2012年4月,垂直擺NS向呈現(xiàn)總體S傾,因此認(rèn)為該N傾異常到2011年7月結(jié)束。依據(jù)異常結(jié)束時間及以往震例分析,該異常主要對應(yīng)華北地區(qū)的中強地震,映震有效期應(yīng)持續(xù)到異常結(jié)束后一年半左右。3.2.2周邊地區(qū)5級左右地震2011年底至2012年初,寧河、塘沽地磁Z、F分量與靜海地磁差值的異常幅度均超過了5nT的異常閥值,單從曲線來看可以認(rèn)定為異常。該類異常出現(xiàn)后,可能對應(yīng)周邊地區(qū)5級左右地震。但是由于這類異常是近10多年來天津地區(qū)首次出現(xiàn),因此需要對這幾項異常做進(jìn)一步的分析和落實。3.2.3震前震前異常顯示靜海臺地磁加卸載響應(yīng)比7月14日出現(xiàn)了8.33高值變化。通過以往的震例總結(jié),響應(yīng)比對臺站鄰近地區(qū)的中強地震有較好的震前異常顯示。異常主要表現(xiàn)為超過3.5閥值的成組異?；騿吸c高值,異常出現(xiàn)后9個月內(nèi),300km范圍內(nèi)發(fā)生ML4.0以上地震的概率較高。3.2.4趨勢下降異常天船水位存在的異常包括2007年以來的趨勢下降異常和2011年3月以來出現(xiàn)的一組疊加的加速下降異常(圖4a)。對于2007年開始的下降趨勢異常,天津市地震局曾多次落實也未發(fā)現(xiàn)干擾問題。我們進(jìn)一步對在趨勢下降過程中疊加的加速下降異常進(jìn)行具體分析,根據(jù)以往對異常的判定標(biāo)準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)有5組超過30cm的下降變化(圖4a)。表2統(tǒng)計了前四組下降變化的異常時間、異常幅度、對應(yīng)地震等情況。最近的一次異常出現(xiàn)在2011年3月24日,2011年12月19日轉(zhuǎn)折恢復(fù),水位下降了1.09m(圖4a)。結(jié)合以往震例總結(jié)分析,認(rèn)為天津及周邊地區(qū)存在中等地震活動的可能。3.2.5天津周邊其他咸水勢分析塘沽井(圖4b)自觀測以來水位呈現(xiàn)上升趨勢變化,在觀測的第一年時間里,6~7月和12月雖有下降變化,但持續(xù)時間短、下降幅度小,僅30cm左右。到2012年3月,水位開始出現(xiàn)大幅度下降,到2012年7月下降了1m多。徐莊子井水位自2011年觀測以來(圖4c),前8個月水位基本在11.5m左右變化,9月開始上升,到2012年2月達(dá)最高值后轉(zhuǎn)降,上升幅度超過1m。根據(jù)對天津周邊其他咸水井的震例總結(jié),我們發(fā)現(xiàn)這類井水位的異常特征主要表現(xiàn)為較大幅度的上升或下降異常。塘沽井和徐莊子井的異常變化與之相符,因此我們認(rèn)為這些變化可能存在異常成份,但由于這兩口井的觀測時間都比較短,因此僅列為疑似異常進(jìn)行跟蹤。3.2.6月上、3月15日基本情況王3井原為自流井,主要進(jìn)行水化學(xué)觀測,斷流后2011年1月正式開始水位、水溫和氦氣觀測。主要受季節(jié)性較強的開采影響,其特點是:每年冬季開采量大,夏季開采量小。從王3井水位2011年年動態(tài)特征分析,年初1~3月上旬水位呈下降趨勢,下降速率大(每月0.39m左右),3月15日停止供暖后,水位有一個回升過程,4月底到5月初又開始下降,下降速率小(每月0.23m左右)。但該井2012年的年動態(tài)沒有遵循這一規(guī)律,與2011年水位動態(tài)相比較,2012年水位變化應(yīng)屬不正常狀態(tài)。但因觀測時間短,也把這項異常列為疑似異常。王3井氦氣于2011年8月開始觀測,2012年3月底觀測值開始上升。據(jù)了解,氦氣觀測具有一定的年動態(tài)特征,上升過程一般出現(xiàn)在5月份,而王3井是出現(xiàn)在3月底。由此,該井氦氣觀測也列為了疑似異常。3.2.7月29日以來礦井排水裝置情況王4井水氡5月29日開始出現(xiàn)高值變化,水溫同步下降。經(jīng)現(xiàn)場落實發(fā)現(xiàn)5月29日以來井口抽水裝置有明顯變化,由連續(xù)24小時不間斷抽水改為間斷的不定時抽水。初步判定王4水氡的高值異?？赡芘c抽水方式改變有關(guān)。3.3異常配置3.3.1觀測環(huán)境分析地磁核旋差值的下降異常是近10多年來天津地區(qū)首次出現(xiàn),因此我們又對這幾項異常做了進(jìn)一步的分析和落實。從觀測儀器方面分析,測項所使用的兩臺儀器在“十一五”天津市地震基礎(chǔ)安全工程“前兆儀器更新改造”項目中均進(jìn)行了更新,除塘沽臺8月初至9月中旬因G856T儀器探頭存在問題,導(dǎo)致觀測結(jié)果出現(xiàn)高值變化外,其它均正常。從觀測環(huán)境方面分析,經(jīng)落實,異常前后臺站附近的環(huán)境變化有:2011年6月寧河臺院墻外開始新建廠房;塘沽臺2012年4月開始對臺站內(nèi)環(huán)境進(jìn)行改造,將原有兩排老房拆除,新建100m2左右的新辦公用房,同時對院內(nèi)進(jìn)行整修。從異常出現(xiàn)時間與環(huán)境改變的具體時間點來進(jìn)行對比,初步分析兩者并沒有時間上的一致性。但是由于兩個臺站環(huán)境變化較大,為進(jìn)一步搞清環(huán)境變化對觀測結(jié)果的影響情況,2012年6月我們對寧河臺和塘沽臺場地的磁場變化情況進(jìn)行了兩次實地測量,圖6為2012年6月對兩個臺站觀測環(huán)境的測量結(jié)果。在實地測量中,測量點距為每5m一個測點,寧河臺測量區(qū)域距廠房約10m、塘沽臺測量區(qū)域與改造區(qū)域相距約3m。從測量結(jié)果分析,寧河臺測量區(qū)域內(nèi)離廠房30m以外的磁場基本恢復(fù)正常,影響基本消失(圖5b);塘沽臺測量區(qū)域內(nèi)東北角磁場梯度已大致恢復(fù)到了正常水平(圖5a)。因此從實際場地磁場測量結(jié)果分析,寧河臺、塘沽臺外部環(huán)境的改變對觀測磁房內(nèi)觀測的核旋測量結(jié)果影響不大,所出現(xiàn)的差值異常屬實。3.3.2周良莊地開采量調(diào)查王3井位于王草莊地?zé)岙惓^(qū)內(nèi),屬地?zé)峋?其觀測的含水層自成系統(tǒng),與外界聯(lián)系較弱,封閉性較強,主要受季節(jié)性較強的開采影響。據(jù)調(diào)查,王3井的開采影響因素主要有兩個:寶坻溫泉城井(ZL1)供熱、洗浴開采;寶坻周良莊農(nóng)場井(ZL4井、ZL7井)供熱、農(nóng)業(yè)種植開采。為了進(jìn)一步落實王3井水位2012年4月開始的破年變變化是否受到了周邊開采的影響,我們對ZL1、ZL4和ZL7的開采情況進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn),夏天,ZL4井每天開采量在500m3/d左右,變化不大,而ZL7井基本不用。因此王3井水位變化主要是受ZL1井的開采影響。圖6是我們搜集的2011年1月至2012年10月ZL1井月開采量數(shù)據(jù),可以看到2012年4月以來,ZL1井的開采量相對2011年略有減小,但從年動態(tài)來看并沒有太大變化,并不足以導(dǎo)致王3井水位出現(xiàn)這種破年變變化。從另外一個角度分析,王3井處于封閉性較好的周良莊地?zé)岙惓^(qū)內(nèi)。在熱水的持續(xù)不斷的開采條件下,除由大開采量突然轉(zhuǎn)變?yōu)樾￠_采,水位可能會出現(xiàn)小幅、短時間的上升外,總體上,水位應(yīng)該還是下降趨勢才更為合理,只是下降的速率不同。因此可以判斷該異常變化并不是地?zé)衢_采引起的。3.3.3試驗結(jié)果分析經(jīng)過初步落實,為進(jìn)一步驗證水氡高值是否與抽水條件改變有關(guān),我們采取了不同抽水條件下的水氡對比觀測試驗。先恢復(fù)連續(xù)抽水狀態(tài)一段時間取樣觀測,之后再用改變后的抽水狀態(tài)觀測,最后對水氡、水溫的觀測值進(jìn)行比較。試驗結(jié)果表明(圖7),7月6日至20日恢復(fù)連續(xù)抽水后水溫明顯上升,水氡值則轉(zhuǎn)為下降;7月21日再次改為間斷抽水后,氡值又逐漸上升,并恢復(fù)到試驗前的氡值背景。這說明,王4井水氡的高值變化與抽水狀態(tài)的改變有關(guān),不是地震前兆異常。4評估地震情的過程4.1震情的判定標(biāo)準(zhǔn)唐山MS4.8級地震前,天津地區(qū)存在的異常如表3所示。在這些異常中,塘沽井、徐莊子井、王3井水位和王3井氣氦由于觀測時間短,并沒有作為判定震情的主要依據(jù),僅作為參考;寧河、塘沽地磁異常,雖然從幅度上已經(jīng)達(dá)到異常標(biāo)準(zhǔn),但是由于這種異常是第一次出現(xiàn),對其可靠性存疑。因此,在華北片半年會商中,我們僅提出了比較可靠的3項異常:天津東部地區(qū)的小震條帶、天船井水位和薊縣垂直擺NS向異常。在周月會商中,我們也未能對這些異常達(dá)成一致的認(rèn)識,沒有提出明確的短臨預(yù)測意見。4.2小辛莊垂直擺的趨勢異常與震前的擄序?qū)氎鍹S4.0級地震前,形成于唐山MS4.8級地震前的1級小震條帶并沒有解體,而是繼續(xù)發(fā)展,但在判定中認(rèn)為距唐山MS4.8級地震尚近,還需觀察。在前兆異常方面,天船水位疊加的加速異常認(rèn)為交代給唐山MS4.8級地震。塘沽臺、徐莊子臺水位若認(rèn)定為震兆異常,那么它們也可交代給唐山MS4.8級地震;小辛莊垂直擺的趨勢異常,雖可能有此次地震的信息,但由于震級偏小不能完全交代給這次地震。新出現(xiàn)的異常僅有一項,是王4井水氡的高值變化,初步判定可能與抽水方式改變有關(guān),后續(xù)的對比觀測試驗也證實了該判斷。因此,震前存在的前兆異常均為唐山4.8級地震延續(xù)下來的一些異常(表3)。在對異常的判定中,我們認(rèn)為王3井水位和氦氣的異常仍存在疑問。有所不同的是我們對寧河臺、塘沽臺核旋差值異常的認(rèn)識基本趨于一致,認(rèn)為是前兆異常;該異常在唐山4.8級地震后仍未恢復(fù),但是由于地震結(jié)束時間尚短,認(rèn)為需繼續(xù)觀察該異常的恢復(fù)情況再作判斷。因此,在寶坻MS4.0級地震前我們?nèi)匀粵]有提出預(yù)測意見。4.3大尺度異常表現(xiàn)及其分析判定寶坻MS4.0級地震后,天津東北部的1級小震條帶已經(jīng)結(jié)束,天津地區(qū)的異?，F(xiàn)象主要集中在了前兆方面。塘沽臺核旋Z分量與靜海地磁差值逐步恢復(fù),但寧河臺核旋Z、F分量與靜海地磁差值異常仍沒有恢復(fù)的跡象。薊縣垂直擺NS向的趨勢異常仍不能完全交待,王3井氦氣在高值變化的基礎(chǔ)上,又出現(xiàn)了波動異常變化(圖4e),靜海地磁加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值異常。王4井水氡異常經(jīng)落實,認(rèn)為其高值變化與抽水狀態(tài)的改變有關(guān)(1)。在異常的判定中,將王3井水位的破年變變化、王3井氦