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1996年5月3日内蒙古自治区包头西6.4级地震

内蒙古自治区地震局 薛 丁 闫海滨 曹井泉

摘要 | 前言 | 测震台网及基本参数 | 地震地质背景 | 烈度分布及震害 | 地震序列 | 震源机制解和主破裂面
观测台网及前兆异常 | 
前兆异常及其特征分 |析总结与讨论 | 参考文献和参考资料

 

 

摘   要

 

    1996年5月3日在内蒙古自治区包头西发生6.4级地震,微观震中在40°47′N、109°41′E,宏观震中在包头西沙德格苏木(40°50′N、109°37′E),震中烈度Ⅷ。地震造成26人死亡,伤453人,196633人无家可归,直接经济损失26.83亿元。

    6.4级地震序列为主震-余震型,主震后前4天的余震分布优势方向为北北东,5月7日开始转为北北西,最大余震为5月5日ML4.8,地震序列衰减正常。震源机制解中节面Ⅰ走向北北东,节面Ⅱ的走向为北西西,主压应力轴方位249.8°,仰角32.5°。推测该地震是北东向主压应力作用下错动的结果,结合余震分布和烈度分布,认为节面Ⅰ是主破裂面(右旋走滑正断)。主要发震构造为乌拉山北侧断裂。

    震中附近300km范围内共有地震台14个,其中开展测震观测台10个,其他前兆观测台12个。6.4级地震前共出现12条异常,包括震中300km范围内出现中等地震增强活动等5条地震活动性异常,6条定点前兆观测异常和大量宏观异常。

 
Abstract

An earthquake of MS6.4 occurred on May 3, 1996 west Baotou in Inner Mongolian Autonomous Region. The microseismic epicenter was located at N 40°47′,E 109°41′. And the macroseismic epicenter was located at Shadege village (N 40°50′,E 109°37′), west to Baotou and the intensity at the epicenter was Ⅷ. The earthquake killed 26 persons, injured 453 and 196633 were homeless. The direct economic loss was about 2.683 billion Yuan.

The MS6.4 earthquake sequence was of mainshock-aftershock type. In the beginning 4 days after the earthquake the aftershock epicenters distributed mainly in NNE direction, and then distributed in NNW direction since May 7. The largest aftershock was ML4.8 occurred on May 5. The earthquake sequence attenuated normally. In the focal mechanism solution of the earthquake, nodal planeⅠis in NNE direction and nodal planeⅡ is in NWW direction. The azimuth of the principal stress axis was 249.8°and its dip angle was 32.5°. It is suggested that this earthquake was the result of dislocation under the action of the NE principal stress. And based on the distribution of aftershocks and the intensity, it is suggested that nodal planeⅠwas the main rupture surface with right lateral slip of a normal fault. The fault at the northern side of the Wulashan mountain was the major seismogenic tectonic structure.

There were 14 seismic stations within the distance of 300km from the epicenter, including 10 seismometric observation stations and 12 other precursory observation stations. Before the MS6.4 earthquake, there were 12 anomalies. Among them there were 5 anomalies in seismic activity, including the increase of medium earthquakes, 6 precursory anomalies detected at observation stations and a large number of macroscopic anomalies.

 

前   言

据内蒙古自治区地震台网测定,1996年5月3日11时32分在包头西发生6.4级地震,地震宏观震中在包头西沙德格苏木(40°50′N、109°37′E),震中烈度Ⅷ。地震有感范围西至内蒙古阿拉善,东到北京,南到西安、太原,北抵蒙古。

这是继唐山地震后,又一次发生在百万人口工业城市近郊的破坏性地震。地震发生后,内蒙古自治区地震局立即派工作组赶赴震区进行宏观考察和震情监视工作。在近一个月的工作中,对震后趋势作出了正确的判断,对地震灾害损失进行了评估。

极震区面积约360km2,地震灾害主要为房屋倒塌、地裂缝,包钢第一和第二机厂精密仪器损坏等,死亡26人,伤453人,196633人无家可归,直接经济损失26.83亿元1)。

地震前内蒙古自治区地震分析预报中心于1996年1月5日填报了A类中短期预报卡,预测1996年1月5日至4月5日,临河—吉兰泰地区(40°~41°N,106°~107°E)发生MS6.0左右地震。

测震台网及基本参数

 

 由图1可看出,包头西6.4级地震前,震中周围300km范围内共有测震台10个,其中100 km内有2个,101~200km内有4个,201~300km内有4个。乌加河台放大倍数较高,震中附近地区台网对地震的监控能力为ML1.8级。包头西6.4级地震基本参数列于表1中。

图1  包头西6.4级地震前震中附近测震台站分布图

Fig.1  Distribution of seismometric stations around the epicentral

       area of the MS6.4 west Baotou earthquake

 

表1  包头西6.4级地震基本参数

Table 1  Basic parameters of the MS6.4 west Baotou earthquake

发震日期

发震时间

震中位置

震级

MS

震源深

/km

震中

地名

结果

来源

   

    

φN

λE

1

1996  5  3

11  32   45

40°47

109°41

6.4

20

包头西

3)

2

1996  5  3

11  32  45.8

40°43

109°37

6.4

24

沙德格

2)

3

1996  5  3

11  32   46

40.72°

109.57°

6.4

28

 

BJI

4

1996  5  3

11  32   44

40.77°

109.65°

6.2

10

 

ISC

 

地震地质背景 

 

 包头西6.4级地震发生在河套断陷带的次级构造单元——临河凹陷的东端[1]。震中位于乌拉山北缘断裂与色尔腾山山前断裂交汇复合部位(图2)。

图2  包头西6.4级地震震中附近地区断裂构造和历史地震分布图

图例说明:1.隐伏断裂;2.活动断裂;3.主要活动断裂编号;

         4.隆起区;5.凹陷区

断裂名称:①色尔腾山山前断裂;②乌拉山北缘断裂;③乌拉山山前断裂;

         ④鄂尔多斯北缘断裂;⑤包头断裂;⑥达拉特旗断裂;

         ⑦大青山山前断裂

Fig.2  Map of fault structure and distribution of historical

       earthquakes around the epicentral area of the MS 6.4 west

       Baotou earthquake

 

 根据文献[1],河套断陷带位于阴山隆起与鄂尔多斯台地之间,西界为狼山山前断裂,东界为和林格尔断裂,北界为色尔腾山、乌拉山、大青山山前断裂,南界为鄂尔多斯北缘断裂。河套断陷带是鄂尔多斯周缘断陷带中规模最大、构造活动和垂直差异运动十分显著的地区。在地质历史时期,特别是第四纪以来由于控制河套断陷盆地的边界断裂带强烈活动,阴山山地缓慢地间歇性抬升,盆地不断沉降,在盆地内沉积了巨厚的第四纪地层,最大沉积厚度达2400m。断陷带边缘第四纪活动断裂出露清楚,断裂地形地貌标志丰富多样,沿狼山、色尔腾山、乌拉山和大青山山前台地广泛分布。河套断陷盆地边界断裂及其所控制的次级构造凸起和凹陷的宏观格局均显示左行斜列,表明阴山块体与鄂尔多斯块体为相对左旋剪切拉张运动。

 重力、航磁和石油地震勘探资料显示,河套断陷带的内部结构并非单一的构造盆地,在其内部存在两个次一级的隆起:西山嘴凸起和包头凸起。由于这两个凸起的分隔,将河套断陷带分为三个凹陷:临河凹陷、白彦花凹陷和呼和浩特凹陷。

 震区主要活动断裂有色尔腾山山前断裂和乌拉山北缘断裂,其主要特征如下:

 1. 色尔腾山山前断裂

 该断裂位于震区北侧,沿色尔腾山山麓展布,呈折线状东西延伸长达200km,是控制临河凹陷盆地的北部边界断裂带。第四纪以来,色尔腾山山前断裂活动强烈,山体与盆地形成强烈的地貌反差,据乌加河附近跨断层短水准测量资料,山前断裂南北向最大垂直位移速率为0.5mm/a。

 2. 乌拉山北缘断裂

 该断裂位于临河凹陷盆地东南侧,沿乌拉山北麓呈北东东向展布,长约150km,倾向北西,倾角55°~65°,正断层性质,是控制盆地的东南部边界断裂带,断裂东北段通过极震区。根据极震区等震线形态、余震序列展布和震源机制解计算结果,结合震区构造条件等综合分析,乌拉山北缘断裂是包头西6.4级地震的发震构造。

 受色尔腾山山前断裂和乌拉山北缘断裂的控制,震区附近中强地震活动比较强烈,在五原先后发生了1934年1月10日6 级地震,1979年8月25日6.0、5.2级地震;1970年11月10日震中附近曾发生4.8级地震。20世纪70年代以来,盆地内部及其边缘中小地震、震群型地震活动频繁,反映了河套断陷带现今构造活动仍较强烈。

 

烈度分布及震害

烈度分布及震害

 包头西6.4级地震的宏观烈度是以《中国地震烈度表(1980)》为基础,同时结合包头、巴盟、伊盟地区建筑屋类型特点和场地土条件的实际情况,进行综合评定的。通过现场考察,宏观震中位于巴彦淖尔盟乌拉特前旗沙德格苏木,地理坐标为40°50′N、     109°37′E,震中烈度为Ⅷ度(图3),烈度分布及震害如下:

图3  包头西6.4级地震烈度分布图

Fig.3  Isoseismal map of the MS6.4 west Baotou earthquake

 

极震区(Ⅷ):北起乌拉特前旗明安乡营盘口子一带,南至包头郊区北部的乌拉山山区,西到沙德格苏木西管井一线,东到朝阳乡土蛤蟆精村附近,面积约360km2。其基本形态呈椭圆形,长轴26km,呈北东方向,短轴约17km,呈北西方向,长短轴之比约为1.5。地震时人们听到一声巨响,上下颠簸,坐立不稳,行走十分困难。乌拉山山区山崩地裂,岩石飞滚,沟谷滑坡塌方,房屋倒塌,烟雾滚滚,尘土飞扬。沙德格苏木阳湾子沟北山钾长石岩脉裂缝3),宽2cm,长20m,走向北东68°,断续延伸达5km。建于20世纪50、60年代的砖木结构房屋,属Ⅰ、Ⅱ类场地条件,而且无抗震设防和加固措施,50%左右的房屋遭到严重毁坏和倒塌。民房烟筒70%左右毁坏、掉头或转向,多数呈现上部向南东旋转40°,位移15~20cm。房顶脊瓦错位,盖瓦波浪起伏。

另外,还有两个Ⅷ度异常点,位于乌拉山山前活动断裂带附近的第四纪断层陡坎南侧或河漫滩上。第一点位于哈德门金矿,其山体陡立,地震时采石场沿基岩裂缝面滑坡塌方2000余立方米,当场砸死6人,重伤3人,轻伤15人。矿区有地面裂缝长30多米,宽2cm,走向北东70°左右。砖混结构的采矿办公楼承重构件明显裂缝宽0.2~0.4cm,选矿车间设备受损。第二点位于张家营,变电站受损。炼钢用的高40 m左右的烟筒损坏,一个掉头,一个顶头掉落。精密仪器受损,科研楼严重裂缝,不能继续使用。

Ⅶ度区:北起乌拉特前旗西五分子,南至黄河以南达拉特旗四村一线,西起乌拉特前旗敖布拉格,东到包头市东河区以东一线,面积约3250km2,其基本形态呈椭圆形,长轴方向呈北西向,长约90km,短轴方向为北东向,长约60km,长短轴之比约为1.5。地震时人们普遍听到闷雷似的响声,感到强烈颠簸晃动,室内人惊慌外逃,其中,有一患心脏病70 岁老妇因惊吓而死。山区两岸滑坡塌方,岩石崩落到处可见,有的道路堵塞,交通中断。沿黄河两岸低洼沼泽地带喷沙冒水,串珠状裂缝展布且断续延伸达30km。局部地段出现隆起与凹陷,相间排列,轴部走向北东70°。农田淹没,机井坍塌,水利设施、林带和建筑物均遭破坏。据统计毁耕田1万亩,机井200多眼,房屋倒塌和严重破坏1000多间。包钢、一机厂和202厂等大型企业的高精密尖端仪器仪表、高精度设备等基础设施严重损坏,控制失灵。如一机厂从德国进口的2×2500T高精度压力机,地震时地基变形,致使价值一亿多元的设备无法运行。

Ⅵ度区:北起乌拉特前旗小余太,南至达拉特旗柴磴、新城一带,西起乌拉特前旗公忽洞,东至土默特右旗大西城、杨圪楞煤矿一带,面积约5600km2。其基本形态呈椭圆形,长轴方向呈北西向,长约130km,短轴方向为北东向,长约90km,长短轴之比约为1.5。Ⅰ、Ⅱ类房屋遭不同程度破坏,老旧土房倒塌,Ⅲ类房屋轻微破坏。

Ⅴ度区:北起白云鄂博矿区,南至伊金霍洛旗北部,西起临河,东到呼和浩特。一些老旧危房倒塌,个别楼房出现细微裂缝。

这次地震发生在包头市近郊,可谓城市型地震。包头市是现代化工业城市,人口密集,经济发达。震区又处于特殊地震地质环境,地质构造条件极其复杂,新构造活动强烈,活动断裂极其发育,第四纪盆地沉积厚度大。因此,这次地震波及范围大,震害严重,内伤严重,隐患严重,经济损失十分惨重。

包头西6.4级地震灾区Ⅵ度以上面积达9230km2。包头市(7个旗、县、区)、巴彦淖尔盟(1个旗)、伊克昭盟(1个旗)的9个旗、县、区,87个乡(镇)、苏木及办事处(52个乡镇、35个办事处),1738个自然村,约44.6万户、169.08万人受灾,给灾区工、农、牧业生产和人民生活带来严重损失。

这次地震造成死亡26人,重伤60人,轻伤393人,因房屋倒塌、严重破坏造成无家可归196633人,直接经济损失为26.83亿元。依据各类房屋和工程设施分别进行震害评估的结果为:房屋损失15.63亿元,占总损失的58.2%;室内财产损失0.78亿元,占总损失的2.9%(不含大型企业设备);生命线工程损失7.40亿元,占总损失的27.1%;中小学校和医疗系统损失3.02亿元,占总损失的11.7%。按行政区域划分:包头市受灾最严重,损失为22.73亿元;巴彦淖尔盟损失为2.15亿元;伊克昭盟损失为1.95亿元。

 

地震序列 

 根据内蒙古自治区地震台网目录2),自1996年5月3日发生包头西6.4级地震起,截至8月3日,共记录到ML≥1.0余震919次,其中4.0~4.9级地震6次,3.0~3.9级地震35次,2.0~2.9级地震244次,1.0~1.9级地震634次。最大余震是5月5日ML 4.8,ML 4.0级以上地震见表2。震前无前震活动。这次地震的余震序列前期频度高,3级以上地震主要集中在5月18日以前,且衰减快,3级地震平静较长时间后发生4级地震。据此在本序列的活动监视过程中,对较强余震作过较好的预测,在震后趋势判定中起到了一定的作用。

 主震释放的能量为5.08E×1014J,全序列释放能量为5.083 E×1014J,主震释放能量占全序列的99.94%。序列中最大余震(ML4.8)与主震震级相差1.8,据此判定该地震为主震-余震型。地震序列的M-t图、蠕变曲线、日频度衰减曲线、b值曲线和h值图见图4~8。用最小二乘法求得整个序列的b值为0.58,h值为1.4,p值为1.01981,可见余震衰减正常。 

表2  包头西6.4级地震序列目录(ML≥4.0)

Table 2  Catalogue of the MS6.4 west Baotou earthquake sequence(ML≥4.0)

 

发震日期

发震时间

震中位置

震级

震源深

/km

震中

地名

结果

来源

    

    

φN

λE

ML

MS

1

1996  05  03

11  32  45.8

40°43

109°37

6.6

6.4

24

包头西

2)

2

1996  05  03

11  40  00.0

40°42

109°37

4.2

 

 

 

 

3

1996  05  03

11  54  00.0

40°42

109°37

4.2

 

 

 

 

4

1996  05  03

14  05  00.0

40°42

109°37

4.0

 

 

 

 

5

1996  05  05

05  34  45.0

40°43.8

109°38.6

4.8

 

20.5

 

 

6

1996  05  08

10  03  11.0

40°46.8

109°33.8

4.3

 

10.4

 

 

7

1996  05  10

17  12  08.0

40°44.3

109°38.5

4.5

 

15.5

 

 

 

图4  包头西6.4级地震序列的M-t图(ML≥1.8)

Fig.4  M-t diagram of the MS6.4 west Baotou earthquake sequence

      (ML≥1.8)

 

图5  包头西6.4级地震序列的蠕变曲线图

Fig.5  Strain release of the MS6.4 west Baotou earthquake sequence

 

 

 

图6  包头西6.4级地震序列的频度衰减曲线图

Fig.6  Attenuation curve of daily frequence of the MS6.4 west

       Baotou earthquake sequence

 

 

图7  包头西6.4级地震序列的b值曲线图

Fig.7  Curve of b-value of the MS6.4 west Baotou

       earthquake sequence

 

 

 

图8  包头西6.4级地震序列的h值图

Fig.8  h-value curve of the MS6.4 west Baotou earthquake sequence

 

 

    该序列余震(ML≥1.8)分布比较集中,较多余震特别是较强余震分布在主震西南部(图9)。通过分析目录得到,在序列的前4天中(3日到6日期间)余震分布的优势方向为北东向,从5月7日起余震的分布以北西方向扩展为主。

 

图9  包头西6.4级地震序列震中分布图(1996.5.3~8.4)

Fig.9  Epicentral distribution of the MS6.4 west Baotou

       earthquake sequence

 

 

震源机制解和主破裂面

 

 收集了甘肃、宁夏、山西、河北、内蒙古等5个省、自治区的52个测震台网的P波初动符号,用乌尔夫网上做图法求得包头西6.4级地震震源机制解,矛盾符号比为5.6%,主压应力为NE方向,P轴选取249.8°,节面Ⅰ走向NE32°,倾向NW,节面Ⅱ走向NW65°(295°),倾向SW(见图10、表3)。

 包头西6.4级地震发生在临河凹陷东北角,附近主要有北东东向的乌拉山北侧断裂和北西向的色尔腾山山前断裂。主震后4天余震空间展布为北北东方向分布,以后余震的空间分布为北西方向。宏观烈度等震线图上的Ⅷ度区长轴为北东方向,Ⅶ度区与Ⅵ度区为北西方向。宏观烈度图和余震空间分布基本一致。

 上述分析表明,节面Ⅰ是包头西6.4级地震的主破裂面。发震构造是乌拉山北侧断裂。

图10  包头西6.4级地震震源机制解

Fig.10  Focal mechanism solution of the MS6.4 west

        Baotou earthquake

 

表3  包头西6.4级地震震源机制解

Table 3  Focal mechanism solution of the MS 6.4 west Baotou earthquake

编号

节面Ⅰ

节面Ⅱ

P

T

B

X

Y

结果来源

走向

倾向

倾角

走向

倾向

倾角

走向

仰角

走向

仰角

走向

仰角

走向

仰角

走向

仰角

1

32

NW

55

295

SW

80

249.8

32.5

351

17.5

101.5

53

206

10

303

35

1)


观测台网及前兆异常  

 

 图1、图11和图12分别是震中附近地区的测震台、定点前兆观测台和这次地震的定点前兆观测异常平面分布图。在距震中300km的范围内共有地震台站14个,其中开展测震观测台10个,其他前兆观测台12个,这些台站主要分布在震中的东西两个方向上。含有测震以外的地倾斜、地电阻率、地下水位,地磁、水(气)氡和水汞等6个定点观测项目共21个观测台项。

观测台网及前兆异常

 图1、图11和图12分别是震中附近地区的测震台、定点前兆观测台和这次地震的定点前兆观测异常平面分布图。在距震中300km的范围内共有地震台站14个,其中开展测震观测台10个,其他前兆观测台12个,这些台站主要分布在震中的东西两个方向上。含有测震以外的地倾斜、地电阻率、地下水位,地磁、水(气)氡和水汞等6个定点观测项目共21个观测台项。

 由于台网较稀疏及布局存在一些问题,这次6.4级地震观测到的定点前兆观测异常不多,在震中距100km范围内,只观测到包头台地电阻率异常1条,占台项总数3项的33%,在震中距101~200km的范围内,观测到地倾斜、气氡和水汞等5条异常,占台项总数12项的41%,在震中距201~300km的范围内以及300km以外,没有观测到异常。这次地震的地震活动性异常是比较明显的,共出现了中等地震活动增强、小震条带、地震窗口、前兆震群和低b值等5项异常,而且这些地震活动性异常在震前有所认识。具体异常情况请见表5和图13~23。 

 表5  异常情况登记表

 Table 5  Summary table of precursory anomalies

 

图11  震中附近地区定点前兆观测台站分布图

Fig. 11  Distribution of precursory monitoring stations around

         the epicentral area

 

 

 

 

图12  包头西6.4级地震前定点前兆异常分布图

Fig.12  Distribution of precursory anomalies on the fixed

        observation points for the MS6.4 west Baotou earthquake

 

 

 

 

图13  包头西6.4级地震前中等地震活动增强异常(ML≥1.8)

      (a) M-t图;(b) 震中分布(1995.1.1~6.30)

Fig.13  Mid-Earthquakes increasing activity around the west

        Baotou area(ML≥1.8)

 

 

 

 

图14  包头西及周围地区地震分布图(ML≥1.8)

      (a) 1995.7.1~12.30;(b) 1996.1.1~5.3

Fig.14  Epicentral distribution of the earthquakes around the

        west Baotou area(ML≥1.8)

 

 

 

图15  包头西6.4级地震前五原前兆震群特征图

      (a)震群分布;(b)h值曲线

Fig.15  Earthquake swarm before the MS6.4 west Baotou earthquake 

 

 

图16  包头西窗口地震活动(40~41°N,109~110°E)(ML≥1.8)与阴山地震

      带中强地震对应图

Fig.16  M-t & N-t for west Baotou seismic window and their

        correlation with MS≥5.0 earthquakes in the Yinshan

        seismic zone

 

图17  包头西6.4级地震前b-t图

Fig.17  b-t diagram before the MS 6.4 west Baotou earthquake

 

 

图18  临河临探(八一井)气氡日均值曲线

Fig.18  Daily value curve of escaping radon

        content in Bayi well at Linhe

 

图19  包头西6.4级地震前巴盟临河临探

      (八一井)水汞日均值曲线

Fig.19  Daily value curve of Hg content in

        groundwater in Bayi well at Linhe

 

图20  伊克昭盟伊克乌素井水汞日均值曲线

Fig.20  Daily value curve of Hg content in

        groundwater at Yikewusu station

 

图21  乌加河地倾斜FSQ-EW向日均值曲线

Fig.21  Daily value curve of tilt (EW) at Wujiahe station

 

 

 

图22  呼和浩特地倾斜SQ-EW向日均值曲线

Fig.22  Daily value curve of tilt (EW) at Hohhot station

 

 

 

图23  包头第一机床厂地电阻率日均值曲线

Fig.23  Daily mean value curve of appearent resistivity at

        Baotou station

 

各条异常情况分述如下:

1. 地震活动性

进入20世纪90年代以来,1995年2月 2日至1995年5月11日包头西的临河凹陷地区出现了中等地震增强活动,期间共发生ML3级以上地震11次,其中4级以上地震5次(2月13日4.0级,2月18日4.2级,3月13日4.6、4.2级,4月28日4.1级)。之后,自9月7日发生3.6级地震起,到主震发生表现出7个半月的地震活动平静(如图13所示),对这次中等地震增强活动异常,震前我们给予了高度的重视。

用半年窗口月滑动扫描分析了震前的地震活动,结果发现,1995年下半年中等地震活动平静,但小震活动出现明显的条带有序分布,如图14所示。条带出现前的图像见图13b,条带出现后的图像见图14b,通过条带出现前后的图像对比分析,我们认为该条带确实存在,与包头西地震有关,震前也有所认识。

1995年10月2~9日,包头西的乌加河地震台记录到小震群活动共25次,最大地震为ML2.5,最大日频次6次(10月2日),震群的空间分布、序列M-t图和h值量板分析见图15。计算得到该震群的其他参数是b=0.75、K=0.65、U=0.74。根据文献[2],h<1、U>0.5为前兆震群,所以认为是包头西地震的前兆震群。

根据文献[3],包头西地区在阴山地震带强震前表现出地震活跃。包头西窗口的具体范

围是40°~41°N,109°~110°E的空间,该地区在历史上发生过公元849年6 级地震,构造上是临河凹陷东端和呼和浩特-包头凹陷西端的接壤部位,这两个凹陷的基底相同,沉降不同,这个特殊的部位是阴山带的震情窗口。实际预测时异常判据为:窗口内发生MS≥1.0(ML≥1.8)级地震月频次≥6或MS4级地震,则预测阴山地震带2~12月左右发生中强以上地震,如果前后每次异常的时间间隔不超过3个月计为一组异常。通过1970~2000年阴山地震带强震预测检验、对应情况的研究,如图16所示1970年以来阴山带共发生5级以上地震13次,报准次数10和漏报次数3,虚报次数5 ,综合评分:R=0.406。

包头西地震发生在阴山带震情窗口,b值曲线异常不但反映其窗口本身,还反映阴山带整体,结合图16一起来分析图17的异常,认为1989年和1991年重大异常与大同、敖龙布拉格等3次5级以上地震有关。

2.定点前兆观测异常

(1) 巴盟临河临探气氡1996年2月14日至3月9日一直乱跳,3月9日至20日大幅度下降,从6304Bq/L突降至1443 Bq/L,之后一直在1443 Bq/L值范围内波动,持续40天。4月30日18时开始由1367 Bq/L回升至8043 Bq/L,36小时内回升近7000个Bq/L,5月1日异常结束。

(2) 巴盟临河临探水汞在震前观测值不稳,汞值上升(图19)。观测值是一个有规律存在年变的曲线, 1995年4月恢复观测后,1996年5月3日11时32分包头西地震发生,震前5月2日9时观测值由27.7 ng/L突降到8.4ng/L,震后又有多次高值突跳,一直持续到9月15日恢复正常。

(3) 伊克乌素水汞异常1996年4月8日标定仪器后K值由原来的K=1.9ng/字变到K=1.5ng/字,观测值突升到666ng/L,4月9日达到最高值979.5ng/L,然后开始加速下降。对于这次上升异常是否与标定有关?我们分析后认为:仪器标定格值下降0.4ng/字,按照理论分析同样的仪器读数下Hg含量应该是变小的,所以并非标定造成。1996年4月28日降到247.5ng/L后又开始加速上升,在上升过程中发生包头西地震,震后的5月15日上升到681ng/L的高值后开始下降,6月5日降到266ng/L后趋于平稳。

(4) 乌加河地倾斜多年来一直保持缓慢上升趋势,1994年9月打破这种趋势大幅度下降,直到地震发生。

(5) 呼和浩特地倾斜出现与乌加河台类似异常,1995年4月大幅度下降打破逐年上升趋势。

(6) 包头一机厂地电阻率从1984年到1993年以来观测值一直较平稳,1994年3月份以来观测值出现不稳,远大于以往正常年变化幅度。

3. 宏观异常

根据内蒙古自治区地震局的震后考察和资料3)中包头地震局马桂芳同志的统计,震前出现了350起宏观异常,其中,动物近300起,地下水30起,人感10起,地声、地光、地气气味和气象等多起。这些异常中的主要部分见异常情况统计表。

 

测到地倾斜、气氡和水汞等5条异常,占台项总数12项的41%,在震中距201~300km的范围内以及300km以外,没有观测到异常。这次地震的地震活动性异常是比较明显的,共出现了中等地震活动增强、小震条带、地震窗口、前兆震群和低b值等5项异常,而且这些地震活动性异常在震前有所认识。具体异常情况请见表5和图13~23。 

 表5  异常情况登记表

 Table 5  Summary table of precursory anomalies

 

图11  震中附近地区定点前兆观测台站分布图

Fig. 11  Distribution of precursory monitoring stations around

         the epicentral area

 

 

 

 

图12  包头西6.4级地震前定点前兆异常分布图

Fig.12  Distribution of precursory anomalies on the fixed

        observation points for the MS6.4 west Baotou earthquake

 

 

 

 

图13  包头西6.4级地震前中等地震活动增强异常(ML≥1.8)

      (a) M-t图;(b) 震中分布(1995.1.1~6.30)

Fig.13  Mid-Earthquakes increasing activity around the west

        Baotou area(ML≥1.8)

 

 

 

 

图14  包头西及周围地区地震分布图(ML≥1.8)

      (a) 1995.7.1~12.30;(b) 1996.1.1~5.3

Fig.14  Epicentral distribution of the earthquakes around the

        west Baotou area(ML≥1.8)

 

 

 

图15  包头西6.4级地震前五原前兆震群特征图

      (a)震群分布;(b)h值曲线

Fig.15  Earthquake swarm before the MS6.4 west Baotou earthquake 

 

 

图16  包头西窗口地震活动(40~41°N,109~110°E)(ML≥1.8)与阴山地震

      带中强地震对应图

Fig.16  M-t & N-t for west Baotou seismic window and their

        correlation with MS≥5.0 earthquakes in the Yinshan

        seismic zone

 

图17  包头西6.4级地震前b-t图

Fig.17  b-t diagram before the MS 6.4 west Baotou earthquake

 

 

图18  临河临探(八一井)气氡日均值曲线

Fig.18  Daily value curve of escaping radon

        content in Bayi well at Linhe

 

图19  包头西6.4级地震前巴盟临河临探

      (八一井)水汞日均值曲线

Fig.19  Daily value curve of Hg content in

        groundwater in Bayi well at Linhe

 

图20  伊克昭盟伊克乌素井水汞日均值曲线

Fig.20  Daily value curve of Hg content in

        groundwater at Yikewusu station

 

图21  乌加河地倾斜FSQ-EW向日均值曲线

Fig.21  Daily value curve of tilt (EW) at Wujiahe station

 

 

 

图22  呼和浩特地倾斜SQ-EW向日均值曲线

Fig.22  Daily value curve of tilt (EW) at Hohhot station

 

 

 

图23  包头第一机床厂地电阻率日均值曲线

Fig.23  Daily mean value curve of appearent resistivity at

        Baotou station

 

各条异常情况分述如下:

1. 地震活动性

进入20世纪90年代以来,1995年2月 2日至1995年5月11日包头西的临河凹陷地区出现了中等地震增强活动,期间共发生ML3级以上地震11次,其中4级以上地震5次(2月13日4.0级,2月18日4.2级,3月13日4.6、4.2级,4月28日4.1级)。之后,自9月7日发生3.6级地震起,到主震发生表现出7个半月的地震活动平静(如图13所示),对这次中等地震增强活动异常,震前我们给予了高度的重视。

用半年窗口月滑动扫描分析了震前的地震活动,结果发现,1995年下半年中等地震活动平静,但小震活动出现明显的条带有序分布,如图14所示。条带出现前的图像见图13b,条带出现后的图像见图14b,通过条带出现前后的图像对比分析,我们认为该条带确实存在,与包头西地震有关,震前也有所认识。

1995年10月2~9日,包头西的乌加河地震台记录到小震群活动共25次,最大地震为ML2.5,最大日频次6次(10月2日),震群的空间分布、序列M-t图和h值量板分析见图15。计算得到该震群的其他参数是b=0.75、K=0.65、U=0.74。根据文献[2],h<1、U>0.5为前兆震群,所以认为是包头西地震的前兆震群。

根据文献[3],包头西地区在阴山地震带强震前表现出地震活跃。包头西窗口的具体范

围是40°~41°N,109°~110°E的空间,该地区在历史上发生过公元849年6 级地震,构造上是临河凹陷东端和呼和浩特-包头凹陷西端的接壤部位,这两个凹陷的基底相同,沉降不同,这个特殊的部位是阴山带的震情窗口。实际预测时异常判据为:窗口内发生MS≥1.0(ML≥1.8)级地震月频次≥6或MS4级地震,则预测阴山地震带2~12月左右发生中强以上地震,如果前后每次异常的时间间隔不超过3个月计为一组异常。通过1970~2000年阴山地震带强震预测检验、对应情况的研究,如图16所示1970年以来阴山带共发生5级以上地震13次,报准次数10和漏报次数3,虚报次数5 ,综合评分:R=0.406。

包头西地震发生在阴山带震情窗口,b值曲线异常不但反映其窗口本身,还反映阴山带整体,结合图16一起来分析图17的异常,认为1989年和1991年重大异常与大同、敖龙布拉格等3次5级以上地震有关。

2.定点前兆观测异常

(1) 巴盟临河临探气氡1996年2月14日至3月9日一直乱跳,3月9日至20日大幅度下降,从6304Bq/L突降至1443 Bq/L,之后一直在1443 Bq/L值范围内波动,持续40天。4月30日18时开始由1367 Bq/L回升至8043 Bq/L,36小时内回升近7000个Bq/L,5月1日异常结束。

(2) 巴盟临河临探水汞在震前观测值不稳,汞值上升(图19)。观测值是一个有规律存在年变的曲线, 1995年4月恢复观测后,1996年5月3日11时32分包头西地震发生,震前5月2日9时观测值由27.7 ng/L突降到8.4ng/L,震后又有多次高值突跳,一直持续到9月15日恢复正常。

(3) 伊克乌素水汞异常1996年4月8日标定仪器后K值由原来的K=1.9ng/字变到K=1.5ng/字,观测值突升到666ng/L,4月9日达到最高值979.5ng/L,然后开始加速下降。对于这次上升异常是否与标定有关?我们分析后认为:仪器标定格值下降0.4ng/字,按照理论分析同样的仪器读数下Hg含量应该是变小的,所以并非标定造成。1996年4月28日降到247.5ng/L后又开始加速上升,在上升过程中发生包头西地震,震后的5月15日上升到681ng/L的高值后开始下降,6月5日降到266ng/L后趋于平稳。

(4) 乌加河地倾斜多年来一直保持缓慢上升趋势,1994年9月打破这种趋势大幅度下降,直到地震发生。

(5) 呼和浩特地倾斜出现与乌加河台类似异常,1995年4月大幅度下降打破逐年上升趋势。

(6) 包头一机厂地电阻率从1984年到1993年以来观测值一直较平稳,1994年3月份以来观测值出现不稳,远大于以往正常年变化幅度。

3. 宏观异常

根据内蒙古自治区地震局的震后考察和资料3)中包头地震局马桂芳同志的统计,震前出现了350起宏观异常,其中,动物近300起,地下水30起,人感10起,地声、地光、地气气味和气象等多起。这些异常中的主要部分见异常情况统计表。

 

 

 

前兆异常及其特征分析

这次地震的地震活动性异常比较明显,1995年2月起临河盆地表现出中等地震丛集、增强,1995年下半年整个阴山带中等地震平静、小震条带出现,1995年10月2日到9日在五原县永利乡发生小震群,阴山带震情窗口1995年2月份开始活动。与阴山带的其他震例一样,再次显示出:阴山带中强地震存在震前半年至一年左右震源区附近发生前兆震群、增强活动和包头西震情窗口活动的特点。

定点前兆观测异常数量较少,出现6条异常。从时空上分析看,中期异常地电阻率出现早于地倾斜;包头一机厂距震中最近,1994年3月出现异常;乌加河、呼和浩特地倾斜距震中分别为142km和168km,异常分别出现于1994年9月和1995年4月;短期异常1条,1995年12月12日出现于巴盟临探井气氡;临震异常2条:巴盟临探水汞和伊克乌素水汞震前20多天出现。异常的空间分布偏于震中西侧。

宏观异常的时间分布主要在震前几小时,占85%;空间分布异常半径约70km;最早出现行为异常的是水生和穴居动物。

 

总结与讨论 

这次6.4级地震的地震活动性异常不同于阴山地震带的其他地震,地震活动性异常在临河盆地,而地震发生在包头西,从而对地震的发震地点造成了判断上的失误。前兆观测项目虽然在震前出现了短临异常,但异常数目仍然偏少,内蒙古中西部地区的地震台网布局稀疏,尤其是定点前兆观测,提高该区地震台网的监测能力是很关键的问题。

这次地震的震中区过去一直是内蒙古自治区中西部地区的地震窗口,地震窗口发生了6级以上地震,这对地震趋势有何影响有待进一步研究。临探水汞5月2日9时震前1天突降,是一个很好的临震异常,但震后异常竟能持续到9月15日,长达4个月,作为短临手段,主震发生后异常的结束是否需要如此长的时间?临探气氡震前无任何干扰,异常可信度高,但据以前震例分析氡异常一般为正异常,如此大的负异常如何解释?诸如此类的问题需探讨。

 

参考文献和参考资料

 

参  考  文  献

[1] 国家地震局鄂尔多斯周缘活动断裂系课题组,河套断陷带第四纪活动特征,鄂尔多斯周缘活动断裂系,北京:地震出版社,39~71,1988。

[2] 中国地震局编,地震现场工作大纲和技术指南,北京:地震出版社,25~63,1998。

[3] 薛丁,阴山地震带中强地震的活动特征,山西地震,2,17~24,2001。

[4] 中国地震局监测预报司,一九九八年张北地震,北京:地震出版社,1~241,1999。

[5] 贺楚儒,1987年2月17日江苏省射阳5.1级地震,见张肇诚主编:中国震例(1986~1988),北京:地震出版社,156~173,1999。

[6] 罗平,1986年10月7日云南省富民、武定5.2级地震,见张肇诚主编:中国震例(1986~1988),北京:地震出版社,94~109,1999。

[7] 薛丁,包头西6.4级震前地震活动,高原地震,9 (1) ,46~51,1997。

[8] 郑大林,地震震例研究,中国地震局分析预报中心成立20周年专刊,地震,20(增刊),227~232,2000。

 

参  考  资  料

1) 中国地震局地震分析预报研究中心,1970年以来全国微震目录库。

2) 内蒙古地震局,内蒙古地震台网观测报告,内蒙古地震局资料室,1996.11,(打印件)。

3) 内蒙古地震局,1996年5月3日包头西6.4级地震专刊,1996.9.30,(铅印件)

 

 

 

 

 

 

 

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