中小地震定量分析在地震区带划分中的应用_以龙门山地震带及邻区为例

第３４卷　第３期２０１２年９月西　北　地　震　学　报ＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮ　ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＩＣＡＬ　ＪＯＵＲＮＡＬＶｏｌ．３４　Ｎｏ．３Ｓｅｐｔ．，２０１２中小地震定量分析在地震区带划分中的应用———以龙门山地震带及邻区为例①谢卓娟，吕悦军，张力方（中国地震局地壳应力研究所，北京　１０００８５）摘　要：采用中小地震能量密度值计算方法，定量分析龙门山地震带及邻区１９７０年以来现代中小地震空间分布图像特征，探讨其与历史强震震中分布、主要断裂展布和地震带边界的关系，验证了新区划图中龙门山地震带边界修改方案的合理性。

同时基于震级－频度分布原理，对所使用的中小地震资料进行完整性分析，分别给出了区域内不同时段的最小完整性震级ＭＣ。

本研究为此地区地震区、带划分提供了定量依据，可供地震活动性分析和地震危险性评价研究时参考。

关键词：中小地震；定量分析；龙门山地震带；最小完整性震级ＭＣ；能量密度值中图分类号：Ｐ３１５．５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－０８４４（２０１２）０３－０２７７－０７ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０８４４．２０１２．０３．０２７７Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌＥａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｚｏｎｅｓ———Ｔａｋｉｎｇ　Ｌｏｎｇｍｅｎｓｈａｎ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｂｅｌｔ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｄｊａｃｅｎｔ　Ｒｅｇｉｏｎ　ａｓ　Ａｎ　ＥｘａｍｐｌｅＸＩＥ　Ｚｈｕｏ－ｊｕａｎ，ＬＵ　Ｙｕｅ－ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ－ｆａｎｇ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｒｕｓｔａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ｓｉｎｃｅ　１９７０ｉｎ　Ｌｏｎｇｍｅｎｓｈａｎｓｅｉｓｍｉｃ　ｂｅｌｔ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｒｅｇｉｏｎ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｏｆｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ　ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ　ｓｔｒｏｎｇ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ａｎｄ　ｍａｉｎ　ｆａｕｌｔ　ｚｏｎｅｓ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｗｉｔｈ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｂｅｌｔ　ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ　ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｂａｓｅ　ｆｒｏｍ　ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ　ｅｖｅｎｔｓ　ｔｏ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｎｅｗ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｚｏｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｌｏｎｇｍｅｎｓｈａｎ　ａｒｅａ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ－ｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ＭＣａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｆｏｒ　ｅａｃｈ　ｐｅｒｉｏｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅａ　ｂｙ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｄａｔａ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｌａｔｉｏｎ（Ｇｕｔｅｎｂｅｒｇ－Ｒｉｃｈｔｅｒ　ｒｅ－ｌａｔｉｏｎ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｂａｓｅ　ｆｏｒ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｂｅｌｔ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｒｅｇｉｏｎ，ａｎｄ　ｃａｎｂｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｉｓｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ；Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｌｏｎｇｍｅｎｓｈａｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｂｅｌｔ；Ｍｉｎｉ－ｍｕｍ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ；Ｅｎｅｒｇｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｖａｌｕｅ０　引言地震区、带作为分析地震活动时空特征和确定地震活动性参数的统计单元，其划分直接影响地震危险性分析中各参数的选取和地震危险程度的评估，因此，地震区、带的划分是地震区划中一项重要的工作［１－３］。

２０世纪６０年代至今，我国已经编制完成了４代地震区划图。

目前正在编制的“新一代全国地震①收稿日期：２０１１－０５－２０基金项目：中国地震局地壳应力研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项（ＺＤＪ２０１０－２０）作者简介：谢卓娟（１９８４－），女（汉族），贵州六盘水人，研习员，主要从事地震活动性、地震危险性分析等方面的研究．动参数区划图”（简称五代图）在以往历次区划图基础上，结合最近十余年获得的地震地质、地球物理、地球动力学、地震活动性等的最新研究成果，给出了最新的地震区、带划分方案①。

以往历次地震区、带划分的依据较少考虑现代中小地震的空间分布特征。

本文以龙门山地震带及邻区为研究范围，收集该范围内１９７０年以来的中小地震资料，对目录进行余震删除和完整性分析，计算该范围内中小地震能量密度值，分析中小地震能量密度图像特征，以及与历史地震震中分布、主要活动构造和地震带边界的关系，探讨新区划图中龙门山地震带边界修改方案的合理性，以期为现代中小地震定量分析在地震区、带划分的应用提供依据。

同时，本文基于Ｇ－Ｒ关系的震级－频度分布原理，对龙门山地震带及邻区的中小地震目录进行完整性分析，分别给出区域内不同时段的最小完整性震级ＭＣ，其结论可供此地区地震活动性分析和地震危险性评价研究时参考。

１　龙门山地震带简介龙门山地震带位于南北地震带中部，地震活动频度高，强度大，是青藏高原北部地震亚区主要强震活动带之一。

它西邻柴达木—阿尔金地震带、巴彦喀拉山地震带和鲜水河—滇东地震带，北邻六盘山—祁连山地震带，东邻华南地震区长江中游地震带。

自公元前１９３年起有地震记载以来，共发生过３次８级大震，分别为１６５４年甘肃天水南８级地震、１８７９年甘肃武都南８级地震和２００８年四川汶川８．０级地震。

龙门山地震带主要包括龙门山山脉及秦岭的西段，大地构造上为龙门山褶皱带与秦岭褶皱系的一部分，带内发育了一系列ＮＥ－ＮＮＥ向、ＮＷ－ＮＮＷ和近ＳＮ向的断裂［４－５］。

《中国地震动参数区划图（２００１）》（简称四代图）中［２］给出了龙门山地震带的范围，认为龙门山断裂带为龙门山地震带与长江中游地震带的分界断裂。

目前编制的五代图中，在此基础上根据最新研究的资料，将龙门山地震带与邻区的边界做了以下改动①（图１）：（１）根据控制成都盆地东南边界的龙泉山断裂（Ｆ１）与龙门山断裂带（Ｆ２）具有相同的断裂性质，认为成都断陷盆地是龙门山构造带前缘的第四纪前陆盆地，将成都盆地划归龙门山地震带，其与长江中游地震带边界做了相应改动。

（２）根据西界南段ＧＰＳ观测表明，龙日坝断裂（Ｆ３）可能为龙门山构造带后缘冲断带，将龙门山地震带于巴颜喀拉山地震带东南边界做了相应修改。

（３）根据西界北段日月山断裂（Ｆ４）与青海湖地震构造区西侧的鄂拉山断裂（Ｆ５）性质相近，以右旋走滑为主，将四代图中属于龙门山地震带的日月山断裂划归柴达木—阿尔金地震带，龙门山地震带边界向东缩短４０～６０ｋｍ。

鉴于本文的研究目的，研究范围扩大到龙门山地震带邻区，为９９．１７°～１０７．０７°Ｅ、２９．１７°～３８．２３°Ｎ，如图１所示。

图中绘制了四代图［２］、五代图中龙门山地震带边界①以及龙门山地震带内７级以上强震震中和区域断裂分布图。

图１　研究区域地震带划分及７级以上强震震中、 断裂分布图Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｂｅｌｔｓ，ｍａｉｎ　ｆａｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ ｅｐｉｃｅｎｔｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｏｎｇ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ （ＭＳ≥７．０）ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅａ．２　资料预处理和概况地震目录是地震活动分析研究中的关键资料，８７２ 西　北　地　震　学　报 第３４卷①周庆，等．新一代地震动参数区划图———全国地震区带划分．内部资料，２００９．为了使统计结果不受资料选取的影响，地震目录的完整性分析非常重要［６］。

因此必须对资料进行预处理，进行合理的余震删除［７］，以及根据研究区中小地震监测能力目录进行完整性分析。

２．１　资料来源和预处理本研究的现代中小地震资料来自中国地震台网中心的地震数据库。

研究范围内共收集１９７０以来１．０≤ＭＬ≤５．０共计９１　７７９次地震。

我们采用空间窗、时间窗法对地震目录进行余震删除处理［８－９］，包括删除了甘肃平凉地区的矿震［１０］，最终给出了区域内１９７０年１月至２０１０年１２月１．０≤ＭＬ≤５．０的４０　０８０次地震目录。

图２为研究区地震目录震级－频度关系图（包括原始目录和删除余震的目录）。

图２　研究区１．０≤ＭＬ≤５．０地震震级－频度关系图Ｆｉｇ．２　Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｓｍａｌｌ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ（１．０≤ＭＬ≤５．０）ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅａ．２．２　资料完整性分析区域范围内，由于地震台网随时间不断增加以及地震分析方法的改进，监测能力不断提高，地震目录的最小完整性震级ＭＣ也在不断降低。

根据研究区内的地震监测能力以及台网的改造情况［１１－１２］，本文分为３个研究时段，分别为：１９７０－１９８６年、１９８７－２０００年、２００１－２０１０年。

首先，对删除余震后的中小地震目录按０．１震级档间隔作震级－频度分布图，然后按照古登堡－里克特公式（１）取不同的震级下限Ｍｉ逐一进行拟合。

当Ｍｉ＜ＭＣ时，拟合相关系数Ｒ值很低，拟合线性关系差；随着Ｍｉ的增大Ｒ随之增大；当Ｍｉ＝ＭＣ时，Ｒ达到最大值，此时Ｍｉ即为ＭＣ。

但当Ｍｉ＞ＭＣ时Ｒ值会下降，这是由于随着ＭＣ取值的增大震级－频度关系分布线性好的较小震级段的资料逐步被舍弃，使得拟合结果的可靠性下降［１４］。

ｌｇＮ＝ａ－ｂＭ（１） 拟合过程如图３所示。

图３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）中分别为研究区三个时段选取不同起算震级得到的震级－频度以及拟合的Ｇ－Ｒ关系图，图中明显可见，（ａ）、（ｂ）、（ｃ）中的（Ⅲ）图线性拟合程度均优于（Ⅰ）、（Ⅱ）图，拟合效果最好。