边庆凯，吕国军，冉志杰，温 超，李 皓，李 姜，范志伟

（河北省地震局，石家庄 050021）

0 引言

2020年7月12日6时38分，河北唐山古冶塔山营发生5.1级地震，震源深度10 km。震区最高烈度V度，震感强烈，无人员伤亡。这次地震有感范围广，其中V度区之外的唐山各区县，承德兴隆，秦皇岛卢龙、青龙和昌黎震感也较为强烈，沧州、廊坊、雄安新区、保定易县等地有震感，张家口赤城、蔚县有轻微震感；北京市东部的平谷、顺义、通州等地区震感较为强烈，仪器记录的最大地震烈度为Ⅲ度；天津市滨海新区、宁河区震感较为强烈[1-5]。

本次5.1级地震是在唐山老震区ML5.0地震平静近8年的背景下发生的[6]，地质构造上位于燕山隆起横岭子造山带南缘。本文根据地震发生后地震现场震害调查的实际情况，从大震构造环境的岩土水热构造带因素、震源机制解和浅表构造、震害特征、老震区地震活动水平、唐山断裂蠕滑现象入手，对5.1级地震的地震构造环境提出了一些看法。

1 唐山断裂带及周边的地震构造环境

唐山断裂是1976年唐山7.8级地震的发震断裂，大致分为3段：中段穿过唐山市区，从南湖经凤凰山—大城山—东湖到开平马家沟；北段从马家沟—古楼庄—小笪庄—崔尹庄—赵各庄—万山南麓到雷庄；南段从王家河向西南方向，经郑家庄—望马台—董各庄—王兰庄到宁河。1976年唐山7.8级大震发生时，董各庄—南湖—小山（复兴路西）一带出现了大量的粘滑地裂缝[7-11]。唐山断裂各段的研究程度差异很大，中段研究程度较高，南段和北段的研究程度都很低（图1）。

图1 唐山老震区地震构造图

据大地构造资料，唐山断裂带是在新构造运动基础上发展起来的。唐山断裂北段的一部分，即崔尹庄—白道子—赵各庄—万山南麓—雷庄一带，是Ⅳ级构造单元的结合部位，北侧是横岭子造山带，南侧是开平盆地。唐山断裂大致呈弧形分布，从宁河经唐山市区，到小笪庄基本呈NE走向，之后开始转向变成近EW向，经赵各庄、万山南麓到雷庄的沙河附近，截止断裂是徐家楼-王喜庄断裂[12-13]。

唐山断裂中段的西侧是地垒，小山（复兴路西）—大城山—小山（马家沟）连成一线，像一根砥柱，直抵燕山隆起马兰峪背斜南缘，横岭子造山带横亘在这一地垒前，地垒的东侧是开平向斜，形成开平盆地，地垒的西侧是车轴山向斜[14]。位于唐山断裂北段北侧的马兰峪背斜，突兀成一片中低山脉，与其南侧的平缓坡地形成鲜明对比。从造山带内部细分的角度看，马兰峪背斜南缘长山附近，把它称为横岭子造山带，由多排近NW向的山地和沟谷组成，向东北方向依次排列长山、玻璃山-白云山、黑山-城山、青龙山-石马山、横岭子-小团山、龙马顶-郝家山等。

唐山断裂带两侧的耦合构造特征明显，一侧是造山带，一侧是活动盆地。耦合活动构造是指活动构造出现对立极端的情况，类似自然界中的阴阳两极，而造山带与盆地耦合，二者的结合部位往往是抗剪强度最薄弱的地带。另外从岩性看，是硬与软的耦合，造山带一侧往往发育杂岩体和火成岩，而盆地内部则是未成岩的土层；从干湿程度看，一侧容易形成干热岩区，另外一侧则是冷湿土层。从这方面分析，唐山大震构造环境具有鲜明的“岩土水热”构造带特征。

岩指岩石，包括唐山地垒和横岭子造山带；土指土层，巨厚土层也是第四纪盆地发育的标志。冀东坳陷内部第四纪盆地与凸起形成的多堑垒耦合，形成了两山夹一盆的“硬软硬”三明治结构，这是大震发生的岩性环境条件。穿过唐山断裂的河流有陡河和沙河。陡河穿越唐山断裂，为地表水沿断裂缝隙向下渗流提供了便利条件；沙河几乎沿NNE向的徐家楼-王喜庄断裂发育，也为地表水向下渗流提供了便利通道，该断裂以东，杂岩体广布，并且在吕家坨煤矿发现侵入岩带[15]；

热指地热，反映幔枝构造和热动力背景。幔枝构造形成的火成岩，其周围容易形成热液富集区，特别是与杂岩体相伴的火成岩，又是障碍体的重要组成部分，为大震应变能的蓄积提供了重要条件和场所。徐家楼-王喜庄断层东侧是杂岩体和火成岩，这是障碍体内的典型岩性组合，等于阻止了唐山断裂整体东移。为增加构造应力、积蓄构造应变能创造了条件。

构造带这里指唐山断裂带。唐山断裂带从剖面上看是一个花状构造[16]，唐山断裂呈弧形，而古冶断裂呈直线展布，二者在震源层汇聚成一条断裂带，而不是像在地表出露时的花状散开状态。因此，提高唐山老震区的抗震设防烈度，要把花状构造覆盖区作为一个整体提高抗震设防烈度，而不是以单一的断裂破碎带缓冲区为唯一依据。断裂破碎带缓冲区的重要性在于，它是建筑物避让的主要依据。

2 震源机制解

根据seismology测震小组的分析结果[17]，震源机制解显示，震源断层是走滑型兼具正断分量，其中一个断层面走向NE，倾角73°，倾向NW（表1）。震后调查发现震源断层没有出露地表证据。

表1 唐山MS 5.1地震震源机制解 （°）

微观震中附近区域，褶皱和断裂均很发育。震区地貌特征显示，横岭子造山带内部，山间沟谷和山脉走向与震源共轭断层走向一致，地表有燕山期断层出露—白云山断层。该断层沿沟谷展布，走向NW，塔山营位于断层的东南端。

唐山老震区中强震活动主要集中在开平盆地一侧，造山带内部发生破坏性地震是极少出现的情况。此次河北唐山5.1级地震是造山带内部发生的一次破坏性地震。其微观震中距离唐山断裂北段直线距离约2.6 km，位于燕山隆起横岭子造山带南缘。它不是唐山断裂上发生的地震，而是次生断裂活动产生的地震，也是构造应力场局部调整的结果。

3 烈度与震害

2020年7月12日河北唐山古冶5.1级地震是继2012年河北唐山4.8级地震后，唐山老震区发生的又一次有强烈震感的地震，波及唐山市大部分地区及相邻地区。此次地震有感范围广，无人员伤亡[18-19]。

据现场调查，震中区烈度V度，V度区长轴NEE向，长29 km，短轴长19 km。 V度区内震害较重的村庄包括：西无水庄、后水峪、赵百户营、前巍峰山村等（图2）。V度区内能听到明显地声，人员惊慌外逃，个别老旧房屋出现墙体裂缝、吊顶塌落、货架物品掉落等现象，一些房屋屋顶灰尘震落冒烟，墙瓦掉落摔碎、墙头掉落（图3），地表未见地裂缝，无滑坡，未见路面损坏。

图2 河北唐山5.1级地震烈度图（据河北省地震局）

此次5.1级地震震害相对较轻，可能的因素包括以下2个方面：震中的构造部位和震区房屋抗震能力。

唐山5.1级地震发生在横岭子造山带内部，结合动能公式可以进行粗略的估计。同等能量条件下，造山带平均海拔高度超过盆地地区一两百米，其内部单位面积的质量要高于盆地内部，由此推断其动能速度要小于盆地内部，而与之对应的PGA也会偏小。造山带内部震中附近是基岩区，较少出现盆地内部第四系土层的放大效应。另外造山带抬升势能增加，基岩抗剪强度大也是PGA偏小的因素。

震区房屋抗震能力明显增强，2000年后再建的房屋由于十分重视抗震结构，普遍采用圈梁-构造柱结构，这类房屋占比六到七成，在本次地震中基本没有破坏，房屋完好无损。而1976年唐山地震后再建的房屋，抗震能力弱，有些房屋出现墙体裂缝，这些房屋占比一到两成。从村庄整体震害的角度看，总体震害明显偏弱（图3）。

图3 震区房屋地震破坏情况

4 地震活动水平的粗略估计

1976年唐山7.8级地震发生后，震区强余震经历了强烈的衰减过程，直至1983年频繁4级地震的衰减过程基本结束。1984—1993年4级地震的时间间隔明显变长，年平均3次；1994—2004年期间4级地震年平均1.4次；2005—2019年4级地震年平均0.65次，4级地震平均间隔1年半（图4）。从整体上看，地震活动水平长期衰减的特征十分明显[20]。

图4 唐山老震区ML4.0地震衰减过程图[6]

结合地震活动震级大小的层次性，足够多的中小震产生一次破坏性地震，4级地震平均间隔拉长，也使5级地震的平均间隔拉长[21]。1993—2012年期间发生4次5.0级以上地震，平均间隔4年9个月。其中，2004年和2012年的5级地震，其间隔时间是8年，而2020年7月12日的5.1级地震与2012年的5级地震间隔时间也是8年。从中长期地震活动背景看，2020年7月12日5.1级地震是唐山老震区在长期衰减背景上发生的一次正常地震活动。

唐山老震区地震活动的准周期特征明显，近20年来的地震活动水平从中长期看容易把握，包括4级地震的平均间隔和5级地震的平均间隔。但地震活动的准周期特性却陡然增加了短临预报的难度，短临预报的困境凸显。中强震活动准周期，如果按平均周期进行预报，那么虚报漏报成为必然，减少漏报虚报则成为目前最突出的老大难问题，突破短临预报瓶颈，道路漫长。

5 重视中强震前的断裂蠕滑异常

唐山老震区地震活动的长期性十分突出，同时唐山断裂带的长期活动性也十分明显，沿唐山断裂带一个显著的现象是断层蠕滑。虽然蠕滑的产生存在多方面的因素，但断层的长期活动性是其重要因素之一。沿唐山断裂带存在多点蠕滑，从南湖的路面错开，到市内多点的墙体裂缝和路面变形，再到古楼庄地裂缝、赵各庄地裂缝，这些蠕滑错动贯穿唐山断裂的各个段落[22-24]。

近几年，无水庄—赵各庄附近的断裂蠕滑特征明显，2019年7月沿唐山断裂北段走向，野外地质考察发现路面地裂缝、陷坑、墙体裂缝、墙体倒塌后再重建的情况都有发生（图5～6）。据当地居民讲，无水庄-赵各庄地裂缝曾反复出现，路面补修后反复错开再建，个别地方有5～6次。另外，有刚建好的窨坑内水泥墙壁，还未干透，即被错出裂缝。如果能在中强震前建立连续基线观测台阵，记录各观测点跨断裂蠕滑的变动情况，我们就可能捕捉到震前蠕滑的异常信息，为中强震短临预报服务。

图5 无水庄附近窨坑裂缝、墙体裂缝

图6 无水庄附近路面陷坑、墙体倒塌后重修

6 认识和讨论

2020年7月12日唐山5.1级地震是发生在横岭子造山带内部的一次破坏性地震，震源机制解显示为走滑兼正断分量型错动，震后考察没有发现出露地表破裂证据。震区地貌特征显示，山间沟谷和山脉走向与震源机制解的其中一个节面走向一致，地表有燕山期断层出露，沿沟谷展布，塔山营就位于该断裂的东南端。5.1级地震震区震感强烈，无人员伤亡，其最高烈度V度，且V度分布范围较广，震害较重的村庄有西无水庄和前巍峰山村。唐山老震区2005—2019年ML4.0以上地震年平均0.65次，平均间隔1年半，2005—2020年7月5.0级以上平均间隔7年9个月。2020年唐山5.1级地震前连续多年，唐山断裂持续蠕滑，断裂附近蠕滑地裂缝发育，错断路面、墙体等。建议沿唐山断裂带布设水化学和形变连续观测台阵，为短临预报提供重要的观测数据。

致谢感谢审稿人提出的宝贵建议。