2024, Vol. 44
2. 青海省地震局，西宁市柴达木路153号，810005;
3. 甘肃省地震局，兰州市东岗西路450号，730000
宽频带数字波形资料中隐含着丰富的信息。随着我国宽频带数字记录台网建设完成，如何识别并提取与地震孕育有关的活动构造微活动、微破裂等信息受到地震学者的广泛关注。王玥琪[1]采用希尔伯特-黄变换对不同类型事件频谱特征进行分析，总结不同事件的频谱特征。杨立明等[2-4]利用四川、青海、甘肃等区域的宽频带数字波形资料，对2008年汶川MS8.0和2010年玉树MS7.1地震进行对比研究，根据时间域和频率域的表现特征初步识别临震微波动现象，并通过对青藏块体2012~2014年发生的5级以上地震进行实时跟踪分析，验证临震微波动现象的重现性和客观性，初步得出强震前临震微波动现象的判定依据：若某个台站连续4 d及以上出现活动度N≥4的现象，则表示该台站存在临震微波动异常。袁超等[5]对2015~2016年青藏块体和新疆4次5.5级以上地震进行临震微波动现象跟踪分析，验证强震前临震微波动现象的存在。
本文对2020~2022年青海地区5.0级及以上地震震中距150 km以内台站的波形资料进行分析，总结青海地区5.0级及以上地震的临震微波动异常特征，检验和完善临震微波动现象的异常跟踪指标。
1 研究方法临震微波动是在强震临震阶段叠加在正常地脉动上的事件，优势频率集中在11~16 Hz左右，频谱形态较为整齐。本文的波形资料来源于兰州临震微波动实时监控与跟踪系统，该系统将青海、甘肃、西藏、云南和四川等多个区域260多个数字台站的连续波形资料实时汇集，仪器采样率为每秒100次，最大分辨频率为50 Hz。该系统从2019-07开始自动接收青海地区的数据流，并且每小时自动识别临震微波动事件。通过对波形进行高通滤波，以超出地脉动方差平均值若干倍为标准，当某一时段波形记录超出方差控制线时，以该超出部分的中点为中心，其前后各延伸截取一定时间长度的波形记录作为疑似临震微波动事件，将疑似临震微波动事件通过快速傅里叶变换进行频谱分析，得到该事件的频谱特征，最后对疑似临震微波动事件进行人工识别，满足条件的记为一次临震微波动事件。
临震微波动活动度N值表示一定时间段内临震微波动事件出现的总频次[1]，其定义为：
| $ N_i=\sum\limits_{j=1}^k n(i, j) $ | (1) |
式中，i为时间(单位d)，i=1, 2, 3…，j为该类事件出现的顺序，n(i, j)表示临震微波动现象在第i天第j次出现，k为出现的总次数。
2 地震活动特征及资料分析青海地区构造运动强烈，历史上曾多次发生强震，如2001-11-14昆仑山口西MS8.1地震、2010-04-14玉树MS7.1地震和2021-05-22玛多MS7.4地震等。选取2020-01-01~2022-12-31青海地区5.0级及以上地震事件为研究对象(表 1)，其中，MS5.0~5.9地震7次，MS6.0~6.9地震2次，MS7.0~7.9地震1次。10次地震的震中及测震台站分布见图 1，本文详细分析其中4次地震的临震微波动现象。
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表 1 2020~2022年青海地区MS≥5.0地震事件及其震中距统计 Tab. 1 Statistics of MS≥5.0 earthquake events and their epicenter distance in Qinghai region from 2020 to 2022 |
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图 1 震中及台站分布 Fig. 1 Distribution of epicenters and seismic stations |
2021-05-22青海省玛多县发生MS7.4地震，震中附近测震台站分布较稀疏，150 km半径范围内仅有3个测震台站，即玛多台(36 km)、巴颜喀拉台(72 km)和清水河台(145 km)。由图 2可知，玛多台、巴颜喀拉台和清水河台均记录到了临震微波动事件，而且这3个台站3个测道(NS、EW、UD)的活动度N值都有明显的高值变化。根据临震微波动活动频次图(图 2)与测震台站分布图(图 1)可知，记录到较多临震微波动事件的巴颜喀拉台和清水河台均位于震中的西南侧，而位于震中北侧的玛多台记录到的临震微波动事件非常少。
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图 2 2021年玛多MS7.4地震前震中距150 km范围内台站N值变化 Fig. 2 Changes of N values of stations within 150 km of the epicenter before Maduo MS7.4 earthquake in 2021 |
2021-01~05巴颜喀拉台EW测道连续多日(4 d以上)活动度N值大于4，达到了临震微波动现象异常跟踪指标，异常幅度最大为10，从03-08出现异常至发震共74 d；NS测道在4月初存在单日活动度N值为5，但未出现连续活跃超过4 d的异常现象，在正常范围内随机波动。清水河台UD测道在05-12出现单日活动度N值为5，也未达到连续活跃4 d的异常指标，在正常范围内随机波动。距震中最近的玛多台UD测道在震后出现单日活动度N值为5，在正常范围内随机波动。
2.2 2021年茫崖MS5.8地震2021-06-16青海省茫崖市发生MS5.8地震，震中附近测震台站分布稀疏，150 km半径范围内仅有2个测震台站，即冷湖台(84 km)和大柴旦台(140 km)。由图 3可知，除冷湖台UD测道没有记录到临震微波动事件外，其他5个测道均记录到了临震微波动事件，而且活动度N值都有明显的高值变化。根据微波动活动频次图(图 3)与测震台站分布图(图 1)可知，临震微波动事件较为活跃的大柴旦台位于震中东南侧，位于震中西北方向的冷湖台记录到的临震微波动事件较少。
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图 3 2021年茫崖MS5.8地震前震中距150 km范围内台站N值变化 Fig. 3 Changes of N values of stations within 150 km of the epicenter before Mangya MS5.8 earthquake in 2021 |
2021-01~06大柴旦台NS、UD测道连续多日(4 d以上)活动度N值大于4，达到了临震微波动现象异常跟踪指标。UD测道从02-14出现异常至发震共122 d，异常幅度最大为12；NS测道从03-08出现异常至发震共98 d，异常幅度最大为13；EW测道存在单日活动度N值高于4，但未出现连续活跃超过4 d的异常现象，在正常范围内随机波动。冷湖台临震微波动活动度N值小于4，在正常范围内随机波动，无明显异常。
2.3 2022年门源MS6.9地震2022-01-08青海省门源县发生MS6.9地震，震中附近测震台站分布密集，150 km半径范围内有10个测震台站，分别为门源台(36 km)、铧尖台(67 km)、大通台(100 km)、河西堡台(102 km)、祁连台(103 km)、山丹台(113 km)、龙王山台(122 km)、湟源台(124 km)、石岗台(134 km)和西宁台(134 km)。由图 4可知，10个测震台中的9个记录到了临震微波动事件，仅山丹台未记录到。记录到临震微波动事件的9个台站的3个测道(NS、EW、UD)的活动度N值在2021-08~2022-01期间存在明显的高值变化。根据临震微波动活动频次图(图 4)与测震台站分布图(图 1)可知，临震微波动事件比较活跃的祁连台、大通台、龙王山台、湟源台和石岗台位于震中的东南和西北方向，位于震中北侧的山丹台未记录到临震微波动事件，铧尖台、河西堡台、门源台和西宁台记录到的临震微波动事件非常少。
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图 4 2022年门源MS6.9地震前震中距150 km范围内台站N值变化 Fig. 4 Changes of N values of stations within 150 km of the epicenter before Menyuan MS6.9 earthquake in 2022 |
2021-08~2022-01祁连台NS测道连续多日(4 d以上)活动度N值大于4，达到临震微波动现象异常跟踪指标，异常幅度最大为10，从08-11出现异常至发震共146 d；其后有单日的突跳变化，但均在正常范围内随机波动。湟源台EW测道连续多日(4 d以上)活动度N值大于4，达到临震微波动现象异常跟踪指标，EW测道从09-08出现异常至发震共122 d，异常幅度最大为28；NS和UD测道存在多次活动度N值大于4，但未出现连续活跃超过4 d的异常现象，未达到异常跟踪指标。大通台NS测道在2021-11-02出现单日活动度N值为5，未达到连续活跃4 d的异常指标，在正常范围内随机波动。
2.4 2022年德令哈MS5.8地震2022-01-23青海省德令哈市发生MS5.8地震，震中附近测震台站分布较稀疏，150 km半径范围内仅有2个测震台站，即德令哈台(118 km)和青头山台(144 km)。由图 5可知，除青头山台UD测道没有记录到临震微波动事件外，其他5个测道均记录到临震微波动事件，而且活动度N值都有明显的高值变化。根据微波动活动频次图(图 5)与测震台站分布图(图 1)可知，临震微波动事件较为活跃的德令哈台位于震中正南方向，青头山台位于震中东北方向。
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图 5 2022年德令哈MS5.8地震前震中距150 km范围内台站N值变化 Fig. 5 Changes of N values of stations within 150 km of the epicenter before Delingha MS5.8 earthquake in 2022 |
2021-08~2022-01青头山台NS测道和德令哈台UD测道存在单日活动度N值高于4，但未出现连续活跃超过4 d的异常现象，未达到临震微波动异常跟踪指标，其余记录到临震微波动事件的台站活动度N值均在正常范围内随机波动。
3 讨论依据上述思路逐一分析2020~2022年青海地区发生的10次5级以上地震(表 1)，结果发现，震前半年震中150 km范围内的台站几乎都记录到临震微波动事件，达到临震微波动异常指标的台站不是震中距最小的台站；记录较多临震微波动事件的台站或者达到临震微波动异常指标的台站往往分布在震中的东南侧或者西南侧，位于震中北侧的台站未记录到临震微波动事件或者记录到的临震微波动事件非常少(表 1)，这一现象与之前的认识有一定的差异。由图 1可知，研究区地震附近的断层大多呈NW-SE向展布，地震类型是左旋走滑型[6-9]，初步认为这可能是导致上述现象的原因。
在地震强度方面，这10次地震均记录到临震微波动事件。由表 2可知，2次5.0~5.4级地震中，临震微波动事件的活跃度N值未达到临震微波动现象异常跟踪指标，均在正常范围内随机波动，映震率为0；5次5.5~5.9级地震中，有2次震前达到临震微波动异常跟踪指标，映震率为40%；3次6.0级及以上地震中，有2次震前达到临震微波动异常跟踪指标，映震率为66.7%。可以看出，震级越大，震前出现临震微波动异常指标的可能越大，即映震效果越好。而且从这10个震例中发现，从临震微波动异常出现到主震发生，时间最长为116 d，最短为43 d，这与之前认识的12~14 d有一定的差异。
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表 2 不同震级的映震率 Tab. 2 Earthquake reflection rate of different magnitudes |
利用兰州临震微波动实时监控与跟踪系统的波形数据，以临震微波动活动度N值大于4并持续4 d以上作为震情异常跟踪指标，对2020~2022年青海地区发生的10次5级及以上地震的临震微波动现象进行分析，得出以下结论：
1) 震中150 km半径范围内的台站几乎都能记录到临震微波动事件，达到临震微波动异常跟踪指标的台站不是距地震震中最近的台站，而且达到临震微波动异常指标的台站多分布于震中东南侧或者西南侧，这可能与区域构造应力、发震断层走向及地震破裂过程等有关。
2) 地震强度方面，主震震级越大，震前出现临震微波动异常指标的可能性越大。
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2. Qinghai Earthquake Agency, 153 Tsaidam Road, Xining 810005, China;
3. Gansu Earthquake Agency, 450 West-Donggang Road, Lanzhou 730000, China