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2020年7月12日唐山古冶区5.1级地震是余震吗?

据中国地震台网正式测定,2020年7月12日6时38分在河北唐山市古冶区(北纬39.78度,东经118.44度)发生5.1级地震,震源深度10千米。据了解,河北唐山市中心震感强烈,天津、河北承德各县区震感明显,北京,河北廊坊、沧州,内蒙古赤峰、锡林郭勒盟、乌兰察布与河北临近地区,辽宁葫芦岛等地有震感。截至目前,暂无人员伤亡情况报告。

19760728唐山7.8级大地震发生在介质存在明显差异由活动断裂切割的唐山断块唐山大震区中上地壳具有明显的非均匀壳内低速体该地区壳幔界面表现为明显的断块式隆升下伏的上地幔具有异常的非均匀结构(刘启元等,2007这次地震发生于1976年唐山地震东北方向唐山断裂的延长线上,震中相距不到50km(图1),但距离1976年唐山地震已经过去了近44年,那么这次地震是1976年唐山地震的余震吗?

图1 2020年7月12日古冶地震的区域地震构造和5级以上地震分布图。



什么是余震?

日本学者笠原庆一将地震过程分为 4 个阶段 : 震间阶段、震前阶段、震时阶段和震后阶段,与通常所说的强震孕育、发展、发生和震后的整体性全过程相一致。其中的震前阶段实际上是震间阶段中的一个特殊部分,即是孕震过程进入高应力阶段,震源区介质发生非线性体积应变并导致多种物理化学效应,进而引发多种前兆异常现象的特殊阶段,是地震预报中最具代表性和重要性的研究对象。而震后阶段则被理解为大震后应力调整与余震活动的过程。余震就是震后过程发生的与主震相关的地震。因此,震后的余震活动过程与震前的孕震过程都是大震孕育发生整体性全过程中的一部分,因而震后的余震序列活动过程与大震前的孕震过程应有紧密相联的内在联系。

震时阶段是瞬间发生的,地震震级越大震时阶段通常越长,随震级不同,通常只持续几十秒到几分钟时间。孕震全过程中有几个重要的时间指标。大震的重复发生时间即为震间阶段的时长, 而强余震活动持续时间一般指发生较强余震的持续时间。


图2  孕震过程的简化模型



余震的持续时间

估算余震的持续时间需要从地震孕震过程出发。图3给出了简化的孕震过程模型。模型主要包括两大部分, 即孕震过程的动力作用与震源结构模型。孕震过程的动力作用如图中箭头所示的构造变形对震源区的加载作用(), 及其所导致的震源区应力、应变和应变能的积累和增长。震源结构模型在物理上可以简化为如图3右下所示的力学元件组合而成,各个部分分别简化为发生弹性变形的弹簧、发生突然变形的滑块和发生慢性变形的活塞(阻尼器)。其包含上、下两臂, 上臂为弹簧、滑块串连, 弹簧( E1 ) 代表震源区上部地壳的弹性变形体。滑块代表震源区的闭锁特性,滑块的摩擦强度代表震源的构造强度,即闭锁强度。一旦震源区应力增长(即E1中的应力) 突破震源的闭锁强度(即模型中的滑块摩擦强度) , 滑块将突然滑动, E1 中应力快速释放, 以此模拟地震的发生。震源结构模型中的下臂为弹簧( E2 ) 与活塞(阻尼器η) 组合的麦克斯韦尔体, 代表震源区下部地壳的粘性流动变形。

在图3模型假设下,可以建立地震孕震过程方程组,并由此估算震前过程和震后过程的时长。孕震过程的时长, 亦即大震复发时间与震源区介质的弛豫时间&;tau;成正比,由于弛豫时间τ取决于介质的流变特性, 所以, 大震复发时间往往与孕震区介质的流变性相关。

张国民等(1996)将余震活动视作主震后震源系统在剩余应力作用下的应变释放。余震活动被视为是由孕震系统下层的粘性流动变形层(图3中的下臂麦克斯韦尔体) 向震源闭锁区(主震时已解体) 的残连部分调整应力, 使其积累应力、应变和应变能并导致一个个残连点(主破裂后震源体内残留的弱小闭锁点) 逐一破裂的结果。而且可以设想, 在主震发生强固体解体之后, 留下的残连点的强度将远小于主震的破裂强度,余震的强度也远远小于主震的强度。可以证明,余震活动时间同样正比于震源区介质的弛豫时间τ,因此,余震的持续时间与大震复发时间成正比。

唐山地震的复发时间和余震持续时间

虽然可以通过简化的震源孕震模型以解析方式计算大地震的重复发生时间和强余震的活动持续时间。但确切知道地下介质的应力加载速率、弹性参数和粘滞参数是不容易的,在地球物理学中这些参数需要通过地壳形变测量、深部结构探测和应力场测量来完成。大地震的复发周期也可以通过地质学考察和精确的年代测定获得,依据王挺梅等的研究,唐山地震复发间隔近似为7500年。

在地震学中,统计研究是回避地球结构复杂性和探测困难的有效方法。傅征祥(1990)通过统计研究表明大地震的强余震活动持续时间与大地震的重复发生时间呈对数线性相关,这与简化模型给出的预测是一致的。傅征祥给出的统计结果是lg(T) = -0.873 + 0.866lg(T),依据这一统计规律,可以估算唐山地震的余震持续时间T约为300年。因此,唐山地震发生以后至今在唐山周边地区发生的中强地震,1976年到2020年已经发生5级以上余震26起(中国地震台网地震目录),都是唐山地震的余震,而且这种状况还将持续相当长的时间。因为把唐山地区近期发生的地震定义为余震而指责地震局为余震局,完全是冤枉勤勤恳恳工作和任劳任怨的地震局了。

余震是否危险?唐山周边是否安全?

如前所述,余震活动视作主震后震源系统在剩余应力作用下的应变释放,是主破裂后震源体内残留的弱小闭锁点的破裂造成的,因此余震的强度要远远小于主震的强度,同时其发生频度和强度都会随时间逐渐减弱。因此,唐山地区在今后较长时间内原则上是安全的,在远离唐山地震下一次复发时间的今天不大可能发生像1976年7.8级地震那样的强烈地震。但实际发生的余震的震级也会存在变化,今后出现震级大于5.1级地震的可能性仍然是存在的。

事实上,除非强烈地震发生在脚下,地震本身是不会造成人员伤亡的。地震造成的伤亡多数是由于地震造成的房屋倒塌、滑坡、泥石流和火灾、瘟疫等次生灾害造成的。在我国东部地区地质灾害发生的几率相对较小,当建筑和重大工程(如水库等)的建设质量满足抗震设防要求时(抗震烈度8度以上),即使发生主震一般也不会造成大面积的地震灾害。

随着我国实现全面建成小康社会,城乡生活水平、社会基本设施建设水平不断提高,地震灾害的损失是越来越小了。


主要参考文献:

傅征祥. 大地震的强余震活动持续时间和重复时间[J ]. 地震地质 , 1990 , 11 (4) : 15220.

地震, 2010(04):1-12.

刘启元, 王峻, 陈九辉,. 1976年唐山大地震的孕震环境:密集地震台阵观测得到的结果[J]. 地学前缘, 2007.

王挺梅, 李建平. 唐山大地震的重复间隔[J]. 地震地质, 1984(03):77-83.

张国民. 大地震的重复时间和余震持续时间关系的理论研究[J]. 地震地质, 1996, 18(001):17-24.

张国民, 钮凤林, 邵志刚,. 中国大陆MS≥7.8大震的余震活动差异性特征及其成因研究[J].地震,201030(4): 1-12.




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