2020年7月12日唐山古冶區(qū)5.1級地震是余震嗎？
據(jù)中國地震臺網(wǎng)正式測定，2020年7月12日6時38分在河北唐山市古冶區(qū)（北緯39.78度，東經(jīng)118.44度）發(fā)生5.1級地震，震源深度10千米。據(jù)了解，河北唐山市中心震感強烈，天津、河北承德各縣區(qū)震感明顯，北京，河北廊坊、滄州，內(nèi)蒙古赤峰、錫林郭勒盟、烏蘭察布與河北臨近地區(qū)，遼寧葫蘆島等地有震感。截至目前，暫無人員傷亡情況報告。
1976年07月28日唐山7.8級大地震發(fā)生在介質(zhì)存在明顯差異的由活動斷裂切割的唐山斷塊，唐山大震區(qū)中上地殼具有明顯的非均勻殼內(nèi)低速體，該地區(qū)殼幔界面表現(xiàn)為明顯的斷塊式隆升，下伏的上地幔具有異常的非均勻結(jié)構(gòu)（劉啟元等，2007）。這次地震發(fā)生于1976年唐山大地震東北方向唐山斷裂的延長線上，震中相距不到50km（圖1），但距離1976年唐山地震已經(jīng)過去了近44年，那么這次地震是1976年唐山地震的余震嗎？
圖1 2020年7月12日古冶地震的區(qū)域地震構(gòu)造和5級以上地震分布圖。
什么是余震？
日本學者笠原慶一將地震過程分為 4 個階段 : 震間階段、震前階段、震時階段和震后階段,與通常所說的強震孕育、發(fā)展、發(fā)生和震后的整體性全過程相一致。其中的震前階段實際上是震間階段中的一個特殊部分,即是孕震過程進入高應(yīng)力階段,震源區(qū)介質(zhì)發(fā)生非線性體積應(yīng)變并導(dǎo)致多種物理化學效應(yīng),進而引發(fā)多種前兆異?，F(xiàn)象的特殊階段,是地震預(yù)報中最具代表性和重要性的研究對象。而震后階段則被理解為大震后應(yīng)力調(diào)整與余震活動的過程。余震就是震后過程發(fā)生的與主震相關(guān)的地震。因此,震后的余震活動過程與震前的孕震過程都是大震孕育發(fā)生整體性全過程中的一部分,因而震后的余震序列活動過程與大震前的孕震過程應(yīng)有緊密相聯(lián)的內(nèi)在聯(lián)系。
震時階段是瞬間發(fā)生的，地震震級越大震時階段通常越長，隨震級不同，通常只持續(xù)幾十秒到幾分鐘時間。孕震全過程中有幾個重要的時間指標。大震的重復(fù)發(fā)生時間即為震間階段的時長, 而強余震活動持續(xù)時間一般指發(fā)生較強余震的持續(xù)時間。
圖2 孕震過程的簡化模型
余震的持續(xù)時間
估算余震的持續(xù)時間需要從地震孕震過程出發(fā)。圖3給出了簡化的孕震過程模型。模型主要包括兩大部分, 即孕震過程的動力作用與震源結(jié)構(gòu)模型。孕震過程的動力作用如圖中箭頭所示的構(gòu)造變形對震源區(qū)的加載作用（）, 及其所導(dǎo)致的震源區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能的積累和增長。震源結(jié)構(gòu)模型在物理上可以簡化為如圖3右下所示的力學元件組合而成，各個部分分別簡化為發(fā)生彈性變形的彈簧、發(fā)生突然變形的滑塊和發(fā)生慢性變形的活塞（阻尼器）。其包含上、下兩臂, 上臂為彈簧、滑塊串連, 彈簧( E1 ) 代表震源區(qū)上部地殼的彈性變形體?；瑝K代表震源區(qū)的閉鎖特性,滑塊的摩擦強度代表震源的構(gòu)造強度,即閉鎖強度。一旦震源區(qū)應(yīng)力增長(即E1中的應(yīng)力) 突破震源的閉鎖強度(即模型中的滑塊摩擦強度) , 滑塊將突然滑動, E1 中應(yīng)力快速釋放, 以此模擬地震的發(fā)生。震源結(jié)構(gòu)模型中的下臂為彈簧( E2 ) 與活塞(阻尼器η) 組合的麥克斯韋爾體, 代表震源區(qū)下部地殼的粘性流動變形。
在圖3模型假設(shè)下，可以建立地震孕震過程方程組，并由此估算震前過程和震后過程的時長。孕震過程的時長, 亦即大震復(fù)發(fā)時間與震源區(qū)介質(zhì)的弛豫時間τ成正比,由于弛豫時間τ取決于介質(zhì)的流變特性, 所以, 大震復(fù)發(fā)時間往往與孕震區(qū)介質(zhì)的流變性相關(guān)。
張國民等（1996）將余震活動視作主震后震源系統(tǒng)在剩余應(yīng)力作用下的應(yīng)變釋放。余震活動被視為是由孕震系統(tǒng)下層的粘性流動變形層(圖3中的下臂麥克斯韋爾體) 向震源閉鎖區(qū)(主震時已解體) 的殘連部分調(diào)整應(yīng)力, 使其積累應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能并導(dǎo)致一個個殘連點(主破裂后震源體內(nèi)殘留的弱小閉鎖點) 逐一破裂的結(jié)果。而且可以設(shè)想, 在主震發(fā)生強固體解體之后, 留下的殘連點的強度將遠小于主震的破裂強度，余震的強度也遠遠小于主震的強度。可以證明，余震活動時間同樣正比于震源區(qū)介質(zhì)的弛豫時間τ，因此，余震的持續(xù)時間與大震復(fù)發(fā)時間成正比。
唐山地震的復(fù)發(fā)時間和余震持續(xù)時間
雖然可以通過簡化的震源孕震模型以解析方式計算大地震的重復(fù)發(fā)生時間和強余震的活動持續(xù)時間。但確切知道地下介質(zhì)的應(yīng)力加載速率、彈性參數(shù)和粘滯參數(shù)是不容易的，在地球物理學中這些參數(shù)需要通過地殼形變測量、深部結(jié)構(gòu)探測和應(yīng)力場測量來完成。大地震的復(fù)發(fā)周期也可以通過地質(zhì)學考察和精確的年代測定獲得，依據(jù)王挺梅等的研究，唐山地震復(fù)發(fā)間隔近似為7500年。
在地震學中，統(tǒng)計研究是回避地球結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和探測困難的有效方法。傅征祥（1990）通過統(tǒng)計研究表明大地震的強余震活動持續(xù)時間與大地震的重復(fù)發(fā)生時間呈對數(shù)線性相關(guān)，這與簡化模型給出的預(yù)測是一致的。傅征祥給出的統(tǒng)計結(jié)果是lg(T) = -0.873 + 0.866lg(T)，依據(jù)這一統(tǒng)計規(guī)律，可以估算唐山地震的余震持續(xù)時間T約為300年。因此，唐山地震發(fā)生以后至今在唐山周邊地區(qū)發(fā)生的中強地震，1976年到2020年已經(jīng)發(fā)生5級以上余震26起（中國地震臺網(wǎng)地震目錄），都是唐山地震的余震，而且這種狀況還將持續(xù)相當長的時間。因為把唐山地區(qū)近期發(fā)生的地震定義為余震而指責地震局為余震局，完全是冤枉勤勤懇懇工作和任勞任怨的地震局了。
余震是否危險？唐山周邊是否安全？
如前所述，余震活動視作主震后震源系統(tǒng)在剩余應(yīng)力作用下的應(yīng)變釋放，是主破裂后震源體內(nèi)殘留的弱小閉鎖點的破裂造成的，因此余震的強度要遠遠小于主震的強度，同時其發(fā)生頻度和強度都會隨時間逐漸減弱。因此，唐山地區(qū)在今后較長時間內(nèi)原則上是安全的，在遠離唐山地震下一次復(fù)發(fā)時間的今天不大可能發(fā)生像1976年7.8級地震那樣的強烈地震。但實際發(fā)生的余震的震級也會存在變化，今后出現(xiàn)震級大于5.1級地震的可能性仍然是存在的。
事實上，除非強烈地震發(fā)生在腳下，地震本身是不會造成人員傷亡的。地震造成的傷亡多數(shù)是由于地震造成的房屋倒塌、滑坡、泥石流和火災(zāi)、瘟疫等次生災(zāi)害造成的。在我國東部地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率相對較小，當建筑和重大工程（如水庫等）的建設(shè)質(zhì)量滿足抗震設(shè)防要求時（抗震烈度8度以上），即使發(fā)生主震一般也不會造成大面積的地震災(zāi)害。
隨著我國實現(xiàn)全面建成小康社會，城鄉(xiāng)生活水平、社會基本設(shè)施建設(shè)水平不斷提高，地震災(zāi)害的損失是越來越小了。
主要參考文獻：
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劉啟元, 王峻, 陳九輝,等. 1976年唐山大地震的孕震環(huán)境:密集地震臺陣觀測得到的結(jié)果[J]. 地學前緣, 2007.
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