李冬圣 蔡玲玲 賈 炯 張叢珍 李雪英 趙英萍

（中國(guó)石家莊 050021 河北省地震局）

0 引言

地震目錄的完整性震級(jí)Mc是地震學(xué)基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容之一，也是地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)效能評(píng)估的關(guān)鍵。隨著地震臺(tái)站建設(shè)和儀器升級(jí)等因素Mc值理論上會(huì)隨時(shí)間和空間變化，由于臺(tái)站分布不均勻，造成區(qū)域內(nèi)Mc也不同。很多地震學(xué)家對(duì)地震目錄完整性分析做過(guò)一些研究，例如：黃緯瓊（1994）分析了中國(guó)大陸不同地震區(qū)（帶）歷史地震的平均發(fā)生率和震級(jí)—頻度關(guān)系，給出中國(guó)大陸不同分區(qū)的地震目錄完整性事件分布；王海濤等（2006)對(duì)新疆歷史地震目錄進(jìn)行完整性分析；王瓊等（2011）分析了新疆天山南部構(gòu)造區(qū)不同時(shí)段小地震目錄的完整性；馮建剛等（2012）應(yīng)用“震級(jí)—序號(hào)”法、“最大曲率”法(MAXC)、“完整性震級(jí)范圍”法(EMR)等，研究了甘肅區(qū)域地震目錄最小完整性震級(jí)Mc的時(shí)空分布特征。

唐山老震區(qū)空間范圍（39°—41°N，117.5°—119.5°E）是河北省地震多發(fā)區(qū)。該區(qū)1976年7月28日發(fā)生河北唐山7.8級(jí)大地震，2010年和2012年先后發(fā)生灤縣M4.0、豐南M4.1和唐山M4.8地震。老震區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)建有地震觀測(cè)臺(tái)站21個(gè)，分屬中國(guó)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(shè)的昌黎鳳凰山地震臺(tái)是該區(qū)建設(shè)最早的臺(tái)站，隨著測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的不斷完善，該區(qū)地震監(jiān)測(cè)能力不斷提高。結(jié)合河北省地震監(jiān)測(cè)發(fā)展，對(duì)唐山老震區(qū)1970年以來(lái)小地震目錄完整性進(jìn)行分析，確定小地震目錄的不同時(shí)間分段，通過(guò)分析各時(shí)段的G-R關(guān)系，評(píng)估不同時(shí)段的地震目錄完整性。

1 河北省地震監(jiān)測(cè)階段性發(fā)展

以1966年2次邢臺(tái)大地震為轉(zhuǎn)折，河北省地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷經(jīng)從無(wú)到有，從小到大，從不完善到比較完善的發(fā)展階段。根據(jù)《河北省地震監(jiān)測(cè)志》、《石家莊地震遙測(cè)中心建設(shè)報(bào)告集》等資料，發(fā)現(xiàn)河北省地震監(jiān)測(cè)經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)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(tái)5.2級(jí)地震發(fā)生后，在寧晉縣建立了第一個(gè)臨時(shí)地震臺(tái)，3月8日大地震發(fā)生后，不斷加強(qiáng)臺(tái)站建設(shè)，先后在新河、巨鹿、任縣、紅山、衡水等地建設(shè)地震臺(tái)站，到1969年邢臺(tái)震區(qū)形成了內(nèi)外圈結(jié)合的區(qū)域微震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。唐山老震區(qū)在1968年和1969年分別興建昌黎鳳凰山和陡河地震臺(tái)，采用熏煙記錄地震儀，地震監(jiān)測(cè)能力有限。

（2）1970—1991年，河北省地震臺(tái)站數(shù)量和分布面積增大，對(duì)河北省地震監(jiān)測(cè)能力有所提高，其中首都圈（38.8°—41.0°N，113°—120°E）范圍可監(jiān)測(cè)ML≥2.0地震，北京市區(qū)可監(jiān)測(cè)ML≥1.0地震。1990年唐山遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)建成，區(qū)域地震監(jiān)測(cè)能力提高。該遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)由唐山記錄中心和灤縣、遷西、陡河、唐海、寧河等5個(gè)子臺(tái)組成，ML1.5以上地震監(jiān)測(cè)范圍為唐山周邊5 000 km2地區(qū)，對(duì)ML2.5以上地震監(jiān)控范圍為10 000 km2地區(qū)。

（3）1992—1999年，建成石家莊地震遙測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)華北聯(lián)網(wǎng)對(duì)河北省大部分地區(qū)可監(jiān)測(cè)ML≥2.0地震。在這期間，1993年5月對(duì)唐山遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行了完善和提高，實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化，為了彌補(bǔ)唐山臺(tái)網(wǎng)在西北方向的空白架設(shè)了玉田子臺(tái)。

（4）2000—2007年，由于河北省數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)工程的實(shí)施，河北省地震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)直管臺(tái)站32個(gè)，接收數(shù)據(jù)臺(tái)站達(dá)117個(gè)，唐山地區(qū)新建京唐港、唐海和遷西地震臺(tái)站。

（5）2008年“十五”數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目投入運(yùn)行，河北省內(nèi)國(guó)家和區(qū)域測(cè)震臺(tái)站達(dá)53個(gè)，并匯集周邊113個(gè)臺(tái)站，能同時(shí)接收處理166個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)。由圖1可見(jiàn)，河北省大部分地區(qū)地震監(jiān)測(cè)能力達(dá)ML1.5，周邊地區(qū)及鄰近海域地震監(jiān)測(cè)能力達(dá)ML2.0?！笆濉睌?shù)字化網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中唐山地區(qū)僅對(duì)某些臺(tái)站進(jìn)行升級(jí)、改造，對(duì)地震監(jiān)測(cè)能力影響不大。

圖1 唐山老震區(qū)“十五”建設(shè)后地震監(jiān)測(cè)能力Fig.1 The monitoring ability of Tangshan area after“the tenth five-year plan” construction

2 研究方法

選取（39°—41°N，117.5°—119.5°E ）范圍內(nèi) 1970—2001 年全國(guó)小震目錄和 2002—2012年河北省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的正式地震目錄進(jìn)行完整性分析。首先對(duì)地震目錄進(jìn)行余震刪除處理，采用年頻度時(shí)序分析，通過(guò)比較不同震級(jí)下限范圍地震年頻度時(shí)間演化特征，尋找小地震目錄完整性分析的時(shí)間分段（王瓊等，2011）；用G—R關(guān)系初步確定不同時(shí)間段偏離線性關(guān)系的震級(jí)下限和上限，變化震級(jí)上下限，確定擬合標(biāo)準(zhǔn)差的最小范圍，確定不同時(shí)段的小地震監(jiān)控能力；比較分析各震級(jí)檔的年頻度變化，具體分析不同時(shí)段唐山老震區(qū)地震目錄的最小完整震級(jí)。

3 地震目錄完整性分析

隨著唐山老震區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的不斷完善，地震監(jiān)測(cè)能力不斷提高，地震目錄的最小完整性震級(jí)不斷降低。為了使計(jì)算地震參數(shù)的震級(jí)下限不受資料選取的影響，充分使用地震資料，對(duì)唐山老震區(qū)小震目錄進(jìn)行年頻度時(shí)序分析和G—R關(guān)系分析。

3.1 年頻度時(shí)序分析

1975年以前唐山地區(qū)僅有昌黎鳳凰山地震臺(tái)和陡河地震臺(tái)，1976年唐山大地震后測(cè)震臺(tái)站建設(shè)逐步加強(qiáng)，1987年相繼建成遷西等4個(gè)遙測(cè)子臺(tái)，與唐山記錄中心組成唐山遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)。經(jīng)“十五”數(shù)字化改造和建設(shè)，目前唐山老震區(qū)測(cè)震臺(tái)站達(dá)21個(gè)，其中含天津地區(qū)臺(tái)站8個(gè)。根據(jù)河北省地震監(jiān)測(cè)發(fā)展，結(jié)合唐山老震區(qū)地震臺(tái)站建設(shè)及小震記錄能力，將該區(qū)劃分4個(gè)地震頻度時(shí)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(jí)下限，時(shí)間窗為1年，步長(zhǎng)為1個(gè)月，對(duì)唐山老震區(qū)1970—2012年地震進(jìn)行頻度時(shí)序分析。由圖2可見(jiàn)，1987年以來(lái)唐山老震區(qū)ML>2.5地震頻度較為穩(wěn)定，1991年以來(lái)ML>2.0地震頻度較為穩(wěn)定；1970—1986年，各震級(jí)年頻度起伏變化不大，地震監(jiān)測(cè)能力無(wú)明顯提高，但由于制度、人為等不確定因素，唐山震區(qū)1986年前地震目錄存在缺失現(xiàn)象（王想等，2013）；1987—1991年，ML≤1.5地震頻度大幅增加，與中國(guó)地震監(jiān)測(cè)資料評(píng)比標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始實(shí)施，對(duì)地震編目提出了較為嚴(yán)格的要求，使得唐山震區(qū)小震漏報(bào)率降低有關(guān)；1991年ML≤1.5地震頻度起伏大，與區(qū)域小地震活動(dòng)有關(guān)（據(jù)目錄顯示，1991年5月唐山老區(qū)發(fā)生2次5級(jí)地震）；1992—2001年，ML2.0以上地震頻度較為穩(wěn)定；2002—2012年，ML1.5以下地震頻度存在起伏波動(dòng)變化，可能與該區(qū)地震監(jiān)測(cè)能力提高有關(guān)（首都圈防震減災(zāi)示范工程建設(shè)中該區(qū)新建地震臺(tái)3個(gè)）。

圖2 唐山老震區(qū)不同震級(jí)下限地震頻度時(shí)序曲線Fig.2 Frequency curves for different magnitude thresholds in Tangshan region

3.2 G—R關(guān)系分析

依據(jù)唐山老震區(qū)年頻度時(shí)序分析，由震級(jí)—頻度關(guān)系lgN=a－bM，初步確定不同時(shí)段偏離線性關(guān)系的震級(jí)下限和上限，通過(guò)同時(shí)變化震級(jí)上、下限，確定擬合標(biāo)準(zhǔn)差最小的震級(jí)下限和上限，從而確定不同時(shí)段唐山遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)的小地震監(jiān)控能力（圖3）。

圖3 唐山老震區(qū)不同時(shí)段震級(jí)—頻度關(guān)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(qū)不同時(shí)段震級(jí)—頻度關(guān)系見(jiàn)圖3，偏離線性關(guān)系的震級(jí)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(diào)整Mmin和Mmax，由擬合最小標(biāo)準(zhǔn)差，得到唐山老震區(qū)小地震監(jiān)控能力（表1）：①1970—1987年為ML2.0，與焦遠(yuǎn)碧等(1986)給出的華北地區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)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(qū)不同時(shí)段G—R關(guān)系擬合b值和標(biāo)準(zhǔn)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(jí)年頻度分析

圖4 唐山老震區(qū)不同時(shí)段各震級(jí)檔年頻度分布Fig.4 Annual frequency distribution map for the different magnitude scales in different periods in Tangshan region

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

由圖4可見(jiàn)，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(gè)時(shí)段內(nèi)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(gè)時(shí)間段內(nèi)ML≥1.6年頻度變化不大；1992—2001年最大年頻度對(duì)應(yīng)震級(jí)下限為ML1.0，2002—2012年最大年頻度對(duì)應(yīng)震級(jí)下限為ML1.2?？傮w來(lái)說(shuō)，1970年以來(lái)唐山老震區(qū)ML≥2.7地震目錄較為完整。

4 結(jié)論

對(duì)唐山老震區(qū)1970—2012年小地震目錄完整性分析，發(fā)現(xiàn)1970年以來(lái)ML≥2.7地震目錄較為完整，1970—1986年小地震監(jiān)控能力為ML2.0，1987—1991年監(jiān)控能力為ML1.5，1.8級(jí)以上地震記錄較為完整，1992—2001年監(jiān)控能力為ML1.2，2002—2012年監(jiān)控能力為ML0.9。

因?yàn)樘粕嚼险饏^(qū)地震活動(dòng)的不穩(wěn)定性，由年頻度時(shí)序分析和地震臺(tái)網(wǎng)發(fā)展劃分的小震監(jiān)測(cè)能力時(shí)間段具有一定局限性；全國(guó)小震目錄與河北地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的地震目錄存在差別，尚需對(duì)2002年前河北地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的地震目錄進(jìn)行整理分析。

馮建剛，蔣長(zhǎng)勝，等.甘肅測(cè)震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力及地震目錄完整性分析[J].地震學(xué)報(bào)，2012，34（5）：646-657.

黃緯瓊，李文香，等.中國(guó)大陸地震資料完整性分析研究[J].地震學(xué)報(bào)，1994，16（03）：273-280.

焦遠(yuǎn)碧，吳開(kāi)統(tǒng)，楊滿棟.華北地區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)控能力[J].地震，1986，27-32.

秦娟，蔡輝騰，李光，等.重慶地區(qū)小地震目錄完整性分析[J].華南地震，2012，32（1）：62-67.

曹志成，馮書(shū)明，孫玉海，等.河北省地震監(jiān)測(cè)志[M].北京：地震出版社，2005.

王海濤，李瑩甄，屠泓為.新疆歷史地震目錄完整性分析[J].內(nèi)陸地震，2006，20（1）：10-17.

王瓊，曲延軍，等.新疆天山南部構(gòu)造區(qū)不同時(shí)段小地震目錄完整性分析[J].地震研究，2011，34（1）：35-41.

王想，馮向東，宮猛，等.唐山老震區(qū)地震活動(dòng)特征[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2012，33（5）：44-48.

王永杰，胡斌，陳中范，等.河北省數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)工程驗(yàn)收?qǐng)?bào)告[R].河北省地震局，2001.

王永杰，劉金相，高景春，等.石家莊地震遙測(cè)中心建設(shè)報(bào)告集[R].河北省地震局聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目組，1992.