河北省唐山地區小地震目錄完整性分析

李冬圣 蔡玲玲 賈 炯 張叢珍 李雪英 趙英萍

（中國石家莊 050021 河北省地震局）

0 引言

地震目錄的完整性震級Mc是地震學基礎研究內容之一，也是地震觀測臺網效能評估的關鍵。隨著地震臺站建設和儀器升級等因素Mc值理論上會隨時間和空間變化，由于臺站分布不均勻，造成區域內Mc也不同。很多地震學家對地震目錄完整性分析做過一些研究，例如：黃緯瓊（1994）分析了中國大陸不同地震區（帶）歷史地震的平均發生率和震級—頻度關系，給出中國大陸不同分區的地震目錄完整性事件分布；王海濤等（2006)對新疆歷史地震目錄進行完整性分析；王瓊等（2011）分析了新疆天山南部構造區不同時段小地震目錄的完整性；馮建剛等（2012）應用“震級—序號”法、“最大曲率”法(MAXC)、“完整性震級范圍”法(EMR)等，研究了甘肅區域地震目錄最小完整性震級Mc的時空分布特征。

唐山老震區空間范圍（39°—41°N，117.5°—119.5°E）是河北省地震多發區。該區1976年7月28日發生河北唐山7.8級大地震，2010年和2012年先后發生灤縣M4.0、豐南M4.1和唐山M4.8地震。老震區范圍內現建有地震觀測臺站21個，分屬中國地震局地球物理研究所、北京市地震局、天津市地震局、河北省地震局。1968年建設的昌黎鳳凰山地震臺是該區建設最早的臺站，隨著測震臺網的不斷完善，該區地震監測能力不斷提高。結合河北省地震監測發展，對唐山老震區1970年以來小地震目錄完整性進行分析，確定小地震目錄的不同時間分段，通過分析各時段的G-R關系，評估不同時段的地震目錄完整性。

1 河北省地震監測階段性發展

以1966年2次邢臺大地震為轉折，河北省地震監測系統歷經從無到有，從小到大，從不完善到比較完善的發展階段。根據《河北省地震監測志》、《石家莊地震遙測中心建設報告集》等資料，發現河北省地震監測經歷了5個發展階段，小地震的記錄能力隨之提升。

（1）1966—1969年。1966年3月6日邢臺5.2級地震發生后，在寧晉縣建立了第一個臨時地震臺，3月8日大地震發生后，不斷加強臺站建設，先后在新河、巨鹿、任縣、紅山、衡水等地建設地震臺站，到1969年邢臺震區形成了內外圈結合的區域微震觀測臺網。唐山老震區在1968年和1969年分別興建昌黎鳳凰山和陡河地震臺，采用熏煙記錄地震儀，地震監測能力有限。

（2）1970—1991年，河北省地震臺站數量和分布面積增大，對河北省地震監測能力有所提高，其中首都圈（38.8°—41.0°N，113°—120°E）范圍可監測ML≥2.0地震，北京市區可監測ML≥1.0地震。1990年唐山遙測地震臺網建成，區域地震監測能力提高。該遙測地震臺網由唐山記錄中心和灤縣、遷西、陡河、唐海、寧河等5個子臺組成，ML1.5以上地震監測范圍為唐山周邊5 000 km2地區，對ML2.5以上地震監控范圍為10 000 km2地區。

（3）1992—1999年，建成石家莊地震遙測中心，實現華北聯網對河北省大部分地區可監測ML≥2.0地震。在這期間，1993年5月對唐山遙測臺網進行了完善和提高，實現了完全數字化，為了彌補唐山臺網在西北方向的空白架設了玉田子臺。

（4）2000—2007年，由于河北省數字遙測地震臺網工程的實施，河北省地震臺網建設直管臺站32個，接收數據臺站達117個，唐山地區新建京唐港、唐海和遷西地震臺站。

（5）2008年“十五”數字地震觀測網絡項目投入運行，河北省內國家和區域測震臺站達53個，并匯集周邊113個臺站，能同時接收處理166個臺站數據。由圖1可見，河北省大部分地區地震監測能力達ML1.5，周邊地區及鄰近海域地震監測能力達ML2.0?！笆濉睌底只W絡項目中唐山地區僅對某些臺站進行升級、改造，對地震監測能力影響不大。

圖1 唐山老震區“十五”建設后地震監測能力Fig.1 The monitoring ability of Tangshan area after“the tenth five-year plan” construction

2 研究方法

選?。?9°—41°N，117.5°—119.5°E ）范圍內 1970—2001 年全國小震目錄和 2002—2012年河北省測震臺網產出的正式地震目錄進行完整性分析。首先對地震目錄進行余震刪除處理，采用年頻度時序分析，通過比較不同震級下限范圍地震年頻度時間演化特征，尋找小地震目錄完整性分析的時間分段（王瓊等，2011）；用G—R關系初步確定不同時間段偏離線性關系的震級下限和上限，變化震級上下限，確定擬合標準差的最小范圍，確定不同時段的小地震監控能力；比較分析各震級檔的年頻度變化，具體分析不同時段唐山老震區地震目錄的最小完整震級。

3 地震目錄完整性分析

隨著唐山老震區測震臺網的不斷完善，地震監測能力不斷提高，地震目錄的最小完整性震級不斷降低。為了使計算地震參數的震級下限不受資料選取的影響，充分使用地震資料，對唐山老震區小震目錄進行年頻度時序分析和G—R關系分析。

3.1 年頻度時序分析

1975年以前唐山地區僅有昌黎鳳凰山地震臺和陡河地震臺，1976年唐山大地震后測震臺站建設逐步加強，1987年相繼建成遷西等4個遙測子臺，與唐山記錄中心組成唐山遙測地震臺網。經“十五”數字化改造和建設，目前唐山老震區測震臺站達21個，其中含天津地區臺站8個。根據河北省地震監測發展，結合唐山老震區地震臺站建設及小震記錄能力，將該區劃分4個地震頻度時段：1970—1986年、1987—1991年、1992—2001年、2002—2012年。

以ML1.0、ML1.5、ML2.0、ML2.5為震級下限，時間窗為1年，步長為1個月，對唐山老震區1970—2012年地震進行頻度時序分析。由圖2可見，1987年以來唐山老震區ML>2.5地震頻度較為穩定，1991年以來ML>2.0地震頻度較為穩定；1970—1986年，各震級年頻度起伏變化不大，地震監測能力無明顯提高，但由于制度、人為等不確定因素，唐山震區1986年前地震目錄存在缺失現象（王想等，2013）；1987—1991年，ML≤1.5地震頻度大幅增加，與中國地震監測資料評比標準開始實施，對地震編目提出了較為嚴格的要求，使得唐山震區小震漏報率降低有關；1991年ML≤1.5地震頻度起伏大，與區域小地震活動有關（據目錄顯示，1991年5月唐山老區發生2次5級地震）；1992—2001年，ML2.0以上地震頻度較為穩定；2002—2012年，ML1.5以下地震頻度存在起伏波動變化，可能與該區地震監測能力提高有關（首都圈防震減災示范工程建設中該區新建地震臺3個）。

圖2 唐山老震區不同震級下限地震頻度時序曲線Fig.2 Frequency curves for different magnitude thresholds in Tangshan region

3.2 G—R關系分析

依據唐山老震區年頻度時序分析，由震級—頻度關系lgN=a－bM，初步確定不同時段偏離線性關系的震級下限和上限，通過同時變化震級上、下限，確定擬合標準差最小的震級下限和上限，從而確定不同時段唐山遙測地震臺網的小地震監控能力（圖3）。

圖3 唐山老震區不同時段震級—頻度關系(a)1970—1986年；(b)1987—1991年；(c)1992—2001年；(d)2002—2012年Fig.3 Magnitude-frequency relationships for different periods in Tangshan region

唐山老震區不同時段震級—頻度關系見圖3，偏離線性關系的震級下限和上限分別為ML2.0和ML5.0、ML1.6和ML5.3、ML1.1和ML4.8、ML1.0和ML5.0。不斷調整Mmin和Mmax，由擬合最小標準差，得到唐山老震區小地震監控能力（表1）：①1970—1987年為ML2.0，與焦遠碧等(1986)給出的華北地區測震臺網監測能力一致；②1987—1991年為ML1.5；③1992—2001年為ML1.2；④2002—2012年為ML0.9。

表 1 唐山老震區不同時段G—R關系擬合b值和標準差Table1 b value and standard deviation fi tted by G-R relation with different magnitude thresholds in the Tangshan region

3.3 震級年頻度分析

圖4 唐山老震區不同時段各震級檔年頻度分布Fig.4 Annual frequency distribution map for the different magnitude scales in different periods in Tangshan region

對于某一構造帶，若某震級段地震目錄自某時段起基本完整，那么該震級段地震的年頻度基本接近（黃緯瓊等，1994）。對比唐山老震區各時段不同震級年頻度分布，由年頻度接近的震級段確定不同時段地震目錄的最小完整性震級。

由圖4可見，1987—1991年1.0≤ML≤2.6地震年頻度明顯高于1970—1986年的年頻度，而兩個時段內ML≥2.7年頻度變化不大；1987—1991年和 1992—2001年ML≥ 1.8地震年頻度變化不大；1970—1986年年頻度最大值是ML2.0，1987—1991年年頻度最大值是ML1.5。2002—2012年0≤ML≤1.5地震年頻度明顯高于1992—2001年的年頻度，兩個時間段內ML≥1.6年頻度變化不大；1992—2001年最大年頻度對應震級下限為ML1.0，2002—2012年最大年頻度對應震級下限為ML1.2。總體來說，1970年以來唐山老震區ML≥2.7地震目錄較為完整。

4 結論

對唐山老震區1970—2012年小地震目錄完整性分析，發現1970年以來ML≥2.7地震目錄較為完整，1970—1986年小地震監控能力為ML2.0，1987—1991年監控能力為ML1.5，1.8級以上地震記錄較為完整，1992—2001年監控能力為ML1.2，2002—2012年監控能力為ML0.9。

因為唐山老震區地震活動的不穩定性，由年頻度時序分析和地震臺網發展劃分的小震監測能力時間段具有一定局限性；全國小震目錄與河北地震臺網產出的地震目錄存在差別，尚需對2002年前河北地震臺網產出的地震目錄進行整理分析。

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