北京地区的地震构造历史地震与地震危险性有关吗(北京市地震历史)
导语：北京地区的地震构造、历史地震与地震危险性怎么样？
大家都不希望北京发生较大的地震，这完全可以理解，但必须要尊重自然，从地震的发生机制与规律入手，才能对北京的地震危险性有客观的认识。我粗略地谈了几句，他们认为我说的靠谱，并建议我写篇文章出来，以便于更深入地讨论和交流。
北京地区活动断裂发育，是新构造活动较强烈的地区。北京地区位于我们划分的唐山地震区和运城地震区交界处的西北端（图1），且其主要位于运城地震区。在唐山地震区，曾发生 1679 年三河－平谷MS7.8地震、1966年邢台MS7.2地震，1976年唐山MS7.8地震等；在运城地震区的东北部位——山西裂陷盆地带的北端，曾发生多次强震与大地震。北京地区历史上也曾发生过多次强震，并非“安全岛”。受这些地震的波及或直接影响，导致了北京地区不同程度地人员伤亡和财产损失。显然，科学评价北京地区的地震危险性，对该区未来防震减灾工作具有重要指导意义。
图1 唐山和运城地震区地震构造图
为此，本文从这两个地震区的地震趋势研判入手，并结合北京地区活动断裂发震潜力评估，剖析北京地区地震危险性。
一、活动断裂与地震活动
北京地区断裂【1-5】以NE－NNE向为主，其次为NW向（图2）。NE－NNE向断裂包括延庆－矾山盆地北缘断裂、南口山前断裂、小汤山－东北旺断裂、黄庄－高丽营断裂、密云－牛栏山断裂、顺义－良乡断裂、南苑（大兴）－通县断裂、夏垫断裂与宝坻断裂等。北西向断裂包括南口－孙河断裂和永定河断裂等。
这些断裂活动时代一般在早、中更新世，第四纪晚期以来断裂活动具有明显的分段性，其中晚更新世以来有过活动的断裂包括延庆－矾山盆地北缘断裂、南口山前断裂、小汤山－东北旺断裂、南口－孙河断裂、黄庄－高丽营断裂、顺义－良乡断裂、南苑（大兴）－通县断裂、夏垫断裂和宝坻断裂等，其整体活动性表现为由南到北逐渐加强【1】。
图2 区域地震构造图【1】
有史以来，北京地区共发生MS≥5.0地震12次，见表1。
表1 有史以来北京地区MS≥5.0地震【6】
备注：根据我们的研究，已将1679年三河-平谷MS8.0地震修订为MS7.8.
以下，看看这些地震发生在哪些断裂上（断裂资料参考了文献【1-5】）。
1、 延庆－矾山盆地北缘断裂（位于运城地震区）
该断裂走向NE，倾向SE，长约102km，自上新世以来活动强烈，全新世以来发生过多次古地震，具丛集复发特点。其是294年延庆东MS6.0地震和1484年延庆MS6.75地震的发震断裂。
2、南口山前断裂（位于运城地震区）
该断裂走向NE，倾向SE，长约61km，推测是1765年昌平西南MS5.0地震的发震断裂。
3、南口－孙河断裂（大部位于运城地震区）
该断裂走向NW，倾向SW/NE，长约58km，是1746年昌平MS5.0地震的发震断裂。
4、永定河断裂（位于运城地震区）
该断裂走向NW，倾向SW/NE，长约26.2km，推测是1586年北京MS5.0地震的发震断裂。
5、黄庄－高丽营断裂（位于运城地震区）
该断裂走向NNE-NE，倾向SE，长约140km。关于1730年北京西北MS6.5地震的发震断裂，尚存争议。环文林【7】认为其是清河隐伏断裂，徐锡伟等【8】认为其是东北旺－小汤山断裂，周青云等【9】认为1730年地震是这两条断裂共同作用的结果，但以后者为主。从图3看出，东北旺－小汤山断裂、清河断裂、八宝山断裂与黄庄－高丽营断裂近似平行且相距较近，可把这些断裂总体上归为黄庄－高丽营断裂带。因此，可认为1730年地震发生于黄庄－高丽营断裂带，这是我们的新认识，且能化解“莫须有”的争议。
6、顺义－良乡断裂（位于运城地震区）
该断裂走向NNE，倾向NW/SE，长约133km，是1076年北京MS5.0地震的发震断裂。
7、南苑（大兴）－通县断裂（分界断裂）
该断裂走向NNE，倾向NW，长约130km，是1057年大兴MS6.75地震和1665年通州MS6.5地震的发震断裂。这两次地震发生在唐山地震区。
8、夏垫断裂（位于唐山地震区）
该断裂走向NNE，倾向SE，长约122km，是1536年通州MS6.0地震和1679年三河－平谷MS7.8地震的发震断裂。
9、宝坻断裂（主要位于唐山地震区）
该断裂走向NEE，是1632通州东南MS5.0地震的发震断裂。
图3 北京市地震构造图【1】
二、北京地区地震危险性评估
1、唐山与运城地震区地震趋势
基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论，我们分析了唐山和运城地震区地震趋势【2】，现简述如下。
唐山地震区未来有MS7.8~8.3标志性地震发生，目前远离临界状态（图4），预判震中位置在天津-沧州一带；在标志性地震发生前，该区会发生多次不超过MS7.6的预震。
运城该地震未来有MS8.0~8.5标志性地震发生，目前远离临界状态（图5），预判震中位置在运城一带；在标志性地震发生前，该区会发生多次不超过MS7.8的预震。
2、活动断裂发震潜力
如上所述，因上述两个地震区的未来标志性地震不发生在北京地区，且目前距临界状态尚远，故以下仅评述北京地区活动断裂发生预震的潜力。
以上曾提及，北京地区有9条活动断裂发生过MS≥5.0地震。从我们分析过的震例看，从未发生过强震但发生过中强震，且长期处于地震平静期的活动断裂，通常表明其存在非锁固段，其发震震级上限一般不超过MS6.0。鉴于这样规模的地震，烈度较小，基本上不超过北京地区的抗震设防烈度，故本文不予讨论。然而，那些发生过MS≥6.0地震且时有中强震发生的活动断裂，往往会有更大的地震发生，是本文关注的对象。
我在以前的博文中已指出，单独评价某条断裂（带）的发震潜力或地震危险性相当不靠谱。为此，我们已提出了通过在地震区中划分研究区，进而分析研究区地震危险性的方法。然而，该方法难以评价某条特定断裂（带）的发震潜力。怎么办？当然还是凉拌了，活人不能被那啥憋死，得另想招儿。
龙峰等【10】提出了适用于华北地区的震级－破裂长度统计关系为：
MS =3.821+1.860lg(L) (1)
式中，L为震源破裂长度。
显然，如果某长为L的断层在一次地震时全部破裂，则按式（1）确定的震级为该断层的发震潜力——震级上限。如果该断层发生过几次地震，则可根据式（1）算出这些地震的破裂长度之和。若把剩余长度视为未破裂长度，据式（1）可计算该断层的未来发震潜力。嗯，雕虫小技有啦，那就开干吧。
正式开干前，得先看看按这样的做法行不行。以夏垫断裂为例，该断裂长约122km，是1536年通州MS6.0地震和1679年三河-平谷MS7.8地震的发震断裂。按式（1）算得第一次地震对应的破裂长度约为14.8km，这样剩余长度约为107.2km，再用式（1）算得其相应一次地震的震级约为MS7.6，接近实际震级MS7.8，说明这样的做法大致可行。也可看出，由于夏垫断裂的发震潜力已被耗尽，故在唐山地震区当前地震周期该断裂难以再发生较大地震。
下面，捋捋有可能发生大事儿的活动断裂发震潜力。
（1）延庆－矾山盆地北缘断裂
按式（1）算得剩余长度约为49.6km，其相应的发震潜力约为MS7.0。若发震，发生在运城地震区。
（2）黄庄－高丽营断裂（带）
按式（1）算得剩余长度约为112.4km，其相应的发震潜力约为MS7.6。若发震，发生在运城地震区。
（3）南苑（大兴）－通县断裂
按式（1）算得剩余长度约为64.8km，其相应的发震潜力约为MS7.2。若发震，发生在唐山地震区。
上述分析给出的是震级上限，然而某断裂可能会以几次较大的地震发生分段破裂，这样该断裂所能发生的最大地震震级会减小。尽管如此，分析地震危险性时，我们只能按最不利情况考虑，因为我们赌不起。
3、地震危险性
以上分析说明，北京地区的上述3条活动断裂具有发生MS7.0~7.6地震的潜力，对此须有清醒地认识。无疑，上述计算仅是“理论”上的可能，那么“实际”情况又该如何呢？为此，下面接着分析唐山和运城地震区未来标志性地震发生前，这些断裂最可能的发震潜力。
我们注意到，唐山地震区在1668年后的两次标志性地震之间，会发生1~2次“鹤立鸡群”的预震，如在1679年和1888年两次MS7.8标志性地震之间，曾发生1830年河北磁县MS7.5预震；在1888年和1976年两次MS7.8标志性地震之间，曾发生1966年邢台MS7.2预震和1969年渤海湾MS7.4预震（前震）。1976年唐山地震后，间隔不到一天曾发生河北滦县MS7.5预震，故该区仍有可能再次发生不小于MS7.0的预震。因此，不能排除南苑（大兴）－通县断裂发生MS7.2预震的可能性。
我们也注意到，在运城地震区的3次MS≥8.0标志性地震之间，均发生过1~2次大预震（MS7.0）。在1695年山西临汾MS8.0标志性地震发生后，该区尚未发生MS≥7.0预震，故该区发生大预震的几率增加。鉴于以前预震的震级上限未超过MS7.0，通过类比可把黄庄－高丽营断裂的发震潜力降低些，定为MS7.0~7.2较为合理。
综上分析，我们认为上述3条活动断裂具有发生MS7.0~7.2地震的潜力。我们的研究表明，在发震前不会出现神马短临“物理异常”现象，且根据中小地震活动判断有无后续较大地震的方法是徒劳无功滴。事实上，某断裂未来究竟可能发生多大规模的地震，本质上取决于当前锁固段的分布范围是否把该断裂牵涉其中，以及破裂尺度等。鉴于此，我们建议对上述3条断裂进行地质调查和地球物理勘探，以查明当前锁固段的分布范围与这3条断裂的关系，进而复核本文的地震危险性评估结果，以有的放矢地开展防震减灾工作。
北京地区位于唐山和运城地震区交界处的西北端，这两个地震区活动构造发育、强震与大震频发，且随时间的延续距主震越来越近，未来的地震活动将会趋于频繁和猛烈，由此决定了北京地区的防震减灾形势不容乐观。北京地区不仅要预防外围地震的波及，还要应对当地地震造成的直接破坏。鉴于地震区预震的发生（时空强要素）具有随机性的特点，再考虑到北京地区的特殊地位，为确保无虞，最有效的防震减灾措施是适当提高抗震设防烈度。基于上述分析，我们建议把目前北京地区的设防烈度参数，特别是与这3条断裂关系密切区域的设防烈度参数，上调0.5度或1度，则能大幅减小该区未来的地震风险。
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