邢台地震对石家庄地区的震害特征研究

吕国军，马帅琦，李 皓，张 合，张墨思

（1.河北省地震局，石家庄 050022；2.邢台市工程地震服务中心，河北 邢台 054001；3.秦皇岛中心台，河北 秦皇岛 066100）

0 引言

石家庄地区是河北省地震活动较低的地区之一，石家庄地区历史上发生大于4的地震4次，没有发生过6级或6级以上地震，但由于毗连邢台余震区，邢台地震对本地区的影响较大，并造成一定的生命财产损失。本文从邢台地震对本地区的的影响特征出发，研究了本地区的震害特征。

1 历史地震活动

发生在本地区的历史地震如表1所示［2］。

表1 本地区历史地震目录（公元前23世纪—公元2012年12月，M≥）

表1 本地区历史地震目录（公元前23世纪—公元2012年12月，M≥）

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2 邢台地震对本区的影响及其震害特征

（1）3月8日和3月22日2次地震对石家庄地区的破坏

1966年3月8日发生在隆尧的6.8级和1966年3月22日发生在宁晋的7.2级地震对本区造成不同程度的破坏，尤其以3月22日的破坏最为严重，表2和表3为邢台地震的两次主震对石家庄地区所造成的影响。

（2）2次强地震在石家庄地区的烈度异常

大地震的烈度总是自震中的高烈度逐渐向低烈度衰减，构成相应的等震线。但是3月8日和3月22日邢台大地震［3］的烈度分布，出现极不规律的反常现象，存在Ⅶ度烈度区中的Ⅷ度烈度异常区和Ⅵ度低烈度异常区。

对3月22日的7.2 级地震，在距震中约80～100km 的井陉西方岭和上安西一带，面积大约为25km2的区域里，呈南北向条带分布的区域里，各类房屋的倒塌率均在60%以上，为Ⅷ度或Ⅷ度强破坏区；井陉县庄子头、南固底、南王庄、胡家滩和获鹿县栈道、小毕村、方台等50 余个居民点，面积为300km2，是Ⅶ度地震破坏区，各类房屋倒塌和破坏均在20%～60%；而位于震中和井陉、获鹿间的栾城县，22日地震时，全县只倒了一个旧门楼，破坏明显的要小得多。在等震线图上，形成一个以西方岭为中心的重破坏区，向四周衰减，依次为Ⅶ度和Ⅵ度区（图1）。

表2 3月8日隆尧6.8级地震对石家庄地区的影响

表3 3月22日宁晋7.2级地震对石家庄地区的影响

对3月8日6.8级地震也有类似的情况，以西方岭和庄子头破坏最重，西方岭共倒塌房屋13间，有60%的房屋出现裂缝，北方岭房屋损坏达59%，庄子头房屋损坏达40%～50%，其次为栈道、小毕村等村庄。而再往东距震中较近的梁庄、北留营、南村和栾城县全县基本上没有明显的破坏和损坏。这同样反映了井陉、获鹿的高烈度异常区和栾城周围的低烈度异常区。

对在邢台余震区发生的较大强余震也有类似的情况。如1966年6月15日夜发生在东汪一带的4.3级地震，西方岭已睡着的人被震醒，南王庄、胡家滩、栈道、小毕村等很多人有感；而石家庄、良村和栾城县［4］仅少数人有感或无感觉。

3 震害异常的原因分析

3.1 现场台站观测结果的分析

为了弄清井陉、获鹿地区高烈度异常的原因［5］，中国地震局地球物理所当时在震中到井陉、获鹿设置了2套地震观测系统进行现场观测。一套是自震中到赵县、栾城、岭底、北方岭、姚林坪测线上布设的一组地震台站，结合已有的黄壁庄、宁晋和尧头台站进行观测。另一套是为了研究井陉、获鹿地区高烈度异常区小范围内的不同土质条件、不同地形条件和断层破碎带内外对烈度的影响，布设的多道同步观测系统，台站分布见图2。

图1 邢台地震的烈度异常

图2 台站位置图

自台站布设以后，一共记录到76个地震，震级范围在2.4～4.5之间。一般来说，S波的振幅随震中距的增加而减少，但是，如果有烈度异常区存在，这种规律可能有变化。考虑到震级和震源深度的影响，我们取震中在东汪一带、震级变化范围为2.9～3.3级、震源深度在18～23km 的12次地震进行分析，每次地震都以栾城的最大地动位移为基本单位，结果如表4所示。结果表明，最大地动位移随震中距迅速减少，而处于高烈度异常区中心的北方岭台测得的最大地动位移在未进行台基校正前为栾城的1.3倍（图3），进行台基校正后是3.9倍，此结果与该测线上的烈度分布是一致的（图3，表4）。

图3 北方岭台测的最大地动位移比较

表4 测线上各台站的震中距和最大地动位移

3.2 土质条件的影响

井陉、获鹿地区除高烈度异常外，在区域内的小区域烈度异常也十分明显，究其原因，主要是当地土质条件的影响。采用6道地震仪在1km 范围内的不同土质条件，不同地形和断层破碎带上进行地震观测，得到的结果（表5）表明：

（1）100 m 左右的高差对地动位移的影响为10%左右，对周期没有影响。

（2）不同岩性和断层两端对地动位移的影响为4%，对周期没有影响。

（3）断层破碎带对地动位移的影响为50%～250%，对周期的影响为50%。

（4）饱和含砂砾石的土层，对地动位移的影响为200%～500%，对周期的影响为120%～350%。

从上述结果可以看出，在高烈度异常的小区域内，在诸多因素中，饱和含砂砾石的土层对地动位移的影响最大。

表5 不同地形和断层破碎带上进行地震观测得到的结果

值得提出的是，井陉、获鹿地区的烈度异常不仅仅表现在邢台地震和它的余震上，历史上也有烈度异常的描述。如1791年河北深县发生5.5级地震时，距震中约300km 的获鹿县药王庙被震坏，在庙中的重修药王庙碑文中说明了破坏的情况。另外，在历史文献中，对于1882年深县6级地震有这样的描述“前月二十二日下午四时，直隶深州一带至获鹿县约三百余里，忽然地震（清光绪八年（益闻录）”。这说明获鹿县的破坏已经引起官员们的重视，从另一个角度反映了获鹿县当时破坏的严重性。上述表明地区的烈度异常在历史地震中就出现过，因此，我们认为当地的地质构造特征是造成井陉、获鹿地区烈度异常的主要原因。

3.3 深部地球物理条件的分析

中国地震局地质研究所在市区及其邻近地区进行了大地电磁测深工作，发现在石家庄东部存在异常（图4），石家庄电磁剖面的电性结构揭示，在石家庄－晋县凹陷下方深度约20km 左右存在壳内低阻层，低阻层的赋存区域也表现为低速特性，即该区壳内发育具有低速和低阻特性的物质。深部电性结构显示，太行山山前断裂带具有低阻特性的超壳延伸特征，石家庄－晋县凹陷下壳内为低阻层赋存状态，在壳内低阻层的上方沿新河断裂南北一线存在高电阻体，这样的高低电阻体的特殊深部组合结构，构成了该区深部物质来源、运移、积累等物质基础。

而中国地震局地球物理研究所在进行石家庄附近的小震精定位工作中，发现在晋县凹陷地下10km左右，存在低速层（图5），其异常与束鹿断陷相连。而存在这样的深部地球物理异常，也可能是造成烈度异常的原因。

图4 石家庄电磁剖面的电性结构

图5 层析成像结果

1km 和5km 深度层速度分布图主要反映地壳浅部的结构特征。太行山山前断裂是控制速度分布的主要边界，元氏断裂、邯郸断裂的东西两侧速度结构存在明显差异，其东侧的晋县断陷盆地和束鹿断陷盆地以及邯郸凹陷均表现为低速异常，而新河凸起呈现高速异常。太行山断裂的东侧低速区反映的是古近纪、第四纪凹陷区，而西侧的高速区与该地区地表基岩出露位置基本一致。

4 讨论

本文研究表明，当地的地质构造和土层特征可能是造成烈度异常的重要原因。由于石家庄地区地质条件的复杂性，单纯地从邢台地震来研究其震害特征存在一定的局限性，需要进行更深入的研究。

［1］ 徐杰，方仲景，杨理华.1966年邢台7.2级地震的构造背景和发震构造［J］.地震地质，1988，10（4）：34－39.

［2］ 中国地震局震害防御司.中国近代地震目录（公元前1912—1990年，M≥4.7）［M］.北京：中国科学技术出版社，1999：172－350.

［3］ 滕吉文，冯炽芬，李金森，等.华北平原中部地区深部构造背景及邢台地震（一）、（二）［J］.地球物理学报，1974－1975，17（4）：25－46.

［4］ 杨家亮，齐玉妍，金学申，等.滦县地区的地震活动特征及其预报意义［J］.华北地震科学，2010，28（2）：13－17.

［5］ 金学申.应用不同强度地震资料的地震危险性分析［J］.地震学报，1994，（3）：25－28.