据中国地震台网测定，2017年9月2日3时30分，宁夏回族自治区固原市原州区发生4.6级地震（以下简称：固原4.6级地震），微观震中位于36.28°N、106.01°E，震源深度10 km。经现场调查，宏观震中位于固原市原州区黄铎堡镇老庄村一带，地震等震线长轴总体近SN向，极震区烈度为Ⅴ度，Ⅴ度区总面积约563 km²。此次地震造成震中及附近地区部分房屋墙体出现裂缝，个别老旧房屋、畜棚倒塌，地基错动，但无人员伤亡。

固原4.6级地震是1998年7月29日海原4.9级地震后西海固地区发生的最大一次地震，也是海原4.9级地震以来西海固地区发生的唯一4级以上地震。本文主要对固原4.6级地震发生前的异常和预测指标应用等进行回顾与总结，以期为宁夏地区中等有感及破坏性地震的预测和震情监视跟踪工作提供借鉴。

固原4.6级地震序列分布（图 1）显示，余震主要分布在主震震中西南侧、宽约8 km的狭小区域，地震丛集现象明显，具有中等地震点源破裂特征。尽管地震分布较集中，但前震序列和余震序列均发生在主震震中以西区域，大致沿海原断裂NW向展布，初步判定此次地震的发震构造为海原断裂东段。

图 1(Fig.1)

图 1 固原4.6级地震序列分布（a）、M—t（b）和日频次（c） Fig.1 Distribution of Guyuan M 4.6 earthquake sequence (a), M-t (b) and daily frequency (c)

分析固原4.6级地震序列M—t图和日频次图（图 1）可以看出，余震序列主要表现为：①前震序列发生时间集中，震级越来越大；②2017年8月26日（最大前震发生日）之后，出现了6天的平静（其间仅有1次M_L 0.6地震），之后发生固原4.6级地震；③余震快速衰减，且集中发生在主震当天；④余震相对不发育，且震级偏小，最大余震为M_L 1.8地震，固原4.6级地震显示为孤立型地震。统计发现，1970年以来该区域发生的3次4级以上地震均为孤立型地震。

20世纪90年代以来，一些地震学者建立和发展的CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996；Tan et al，2006）将宽频带地震记录分成Pnl和面波2个部分进行反演，并允许它们相对浮动，在适当的时间变化范围内，搜索出合成地震图和观测地震图全局差异最小的震源机制解。曾宪伟等(2014, 2015, 2017)利用该方法计算宁夏地区的震源机制解，得到了较好的结果。本文选取9个台站的波形数据，采用CAP方法反演了固原4.6级地震的震源机制解。图 2为不同深度的反演误差和反演误差最小时的波形拟合图。

图 2(Fig.2)

图 2 固原4.6级地震波形拟合和震源机制解随深度的变化 （a）理论波形（红）与观测波形（黑）拟合（波形左侧上行为震中距，单位km，中间行为台站代码下面一行为方位角，波形下方的2行数字分别为理论波形相对于观测波形的移动时间(s)及二者相关系数（%））；（b)不同震源深度下搜索的震源机制解所对应的误差（当深度为9.5 km时，误差最小，即为最佳解） Fig.2 Fitted waveform of Guyuan M 4.6 earthquake and focal mechanism solution changed by the depth

由图 2可见，震源机制解在深度为9 km时反演误差最小。震源机制解参数为节面Ⅰ：走向34°，倾角62°，滑动角174°；节面Ⅱ：走向127°，倾角85°，滑动角28°；P轴：走向257°，倾角15°；T轴：走向354°，倾角23°；B轴：走向137°，倾角61°，矩震级为M_W 4.66。结合固原4.6级地震序列分布（图 1）以及震源机制节面解[图 2（a）]初步判定，NW向节面应为此次地震的发震断层面，震源错动方式为左旋走滑兼具逆冲，主压应力方向为NEE向。

固原4.6级地震前，2017年8月25—31日震中区附近发生了9次小地震（图 1中黄色点），其中，M_L 0.0—0.9地震4次，M_L 1.0—1.9地震4次，M_L 2.0—2.9地震1次，最大震级地震为8月26日海原M_L 2.8地震，这9次小地震应为固原4.6级地震前震。固原4.6级地震后截至9月13日11时0分，共记录到可定位余震18次，最大震级余震为9月2日固原M_L 1.8地震。

固原地震窗（35.7°—36.7°N，105.5°—106.5°E）M_L 3.0以上地震活动与宁夏南部中强以上地震存在较好的对应关系（图 3）。1970年以来宁夏南部4次4.9级以上地震前，固原地震窗内M_L ≥3.0地震年频次均出现高值—低值、超过1年以上低值的现象，并在低值或恢复升高的过程发生中强地震。2009年固原地震窗内M_L ≥3.0地震在近11年的弱活动背景上出现了明显活跃，2010年底活动有所回落，2011年处在最低值，弱活动现象持续5年多。2015年3月后出现活动增强现象，截至2017年9月1日，已发生M_L≥ 3.0地震16次。固原4.6级地震即发生在异常恢复2.5年时。

图 3(Fig.3)

图 3 1965年以来固原地震窗内ML ≥3.0地震分布（a）、M—t（b）和年频次（c） Fig.3 Distribution (a) and M-t diagram (b) and annual frequency curve (c) of ML3.0 event in earthquake window at Guyuan since 1965

选取2015年9月1日至2017年9月1日宁夏及邻区M_L 1.5—3.9地震，利用小震调制比方法（秦保燕等，1983；周少辉等，2011）对固原4.6级地震震中及附近区域进行空间扫描（图 4）。由图 4可见，固原4.6级地震发生在小震调制区与非小震调制区的交界处，小震调制异常与固原4.6级地震间存在较好的对应关系。该对应关系对地震发生地点的预测具有较好的指示意义，并且已有震例研究也显示出类似的对应关系（李永莉等，2004；汪翠枝等，2010；李金等，2011）。

图 4(Fig.4)

图 4 固原4.6级地震前小震调制比分布 Fig.4 Distribution of modulation ratio of small earthquakes before Guyuan M 4.6 earthquake

海原小山钻孔应变第一、第三、第四分量2017年8月22日出现转折变化（图 5），以往类似异常变化结束后15日内往往在测点周边发生中小地震。经现场核实，此次资料变化真实可靠，异常出现11天后发生固原4.6级地震。因此认为海原小山钻孔应变异常变化与固原4.6级地震有关。

图 5(Fig.5)

图 5 海原小山钻孔应变测项变化 虚线框为转折时段 Fig.5 Strain curve of borehole in Haiyuan Hill

2017年5月17—20日，固原地震台地电阻率EW向出现快速下降，之后呈低值变化，下降幅度0.4%；7月11日出现小幅度回升，但未恢复至下降前水平（图 6）。异常持续期间分别发生了2017年6月3日内蒙古阿左旗5.0级地震、8月8日九寨沟7.0级地震和9月2日固原4.6级地震。此次固原地震台地电阻率EW向异常变化与以上3次地震的关系尚难判定，但异常变化属实，该变化形态可能为区域震情判定提供参考。

图 6(Fig.6)

图 6 固原地震台地电阻率EW向变化 Fig.6 EW-directional time series curve of electric resistivity of Guyuan Seismic Station

固原地震台地电阻率NE向多年来存在“夏高冬低”的年变形态。2015年11月后出现趋势性下降，且年变幅度减小，该变化明显异于之前的变化（图 7），分析认为地电阻率NE向存在趋势性下降及破年变异常。异常持续期间分别发生了2017年6月3日内蒙古阿左旗5.0级地震、8月8日九寨沟7.0级地震和9月2日固原4.6级地震。此次固原地震台地电阻率NE向异常变化持续时间较长，且与EW向短期异常变化配套，应与以上3次地震之间存在对应关系。

图 7(Fig.7)

图 7 固原地震台地电阻率NE向变化 Fig.7 NE-direction time series curve of electric resistivity of Guyuan Seismic Station

图 8为固原地震台FHD仪器谐波振幅比计算结果。该台NS向不同周期地磁谐波振幅比从2014年开始出现下降—转折—回升过程。50 min、60 min周期于2016年2月转折—回升一直持续。10 min、20 min、30 min、40 min周期在2016年2月出现转平现象，长短周期不同步现象显著，分析认为存在异常。与地电阻率异常变化类似，地磁谐波振幅比异常持续期间分别发生了2017年6月3日内蒙古阿左旗5.0级地震、8月8日九寨沟7.0级地震和9月2日固原4.6级地震，异常变化与地震之间的对应关系仍需要进一步探讨。

图 8(Fig.8)

图 8 固原地震台海子峡测点地磁谐波振幅比变化 （a）NS分量；（b）EW分量 Fig.8 Variation of amplitude ratio of geomagnetic harmonic waves at Haizixia station, Guyuan Seismic Station

固原硝口Ⅰ号泉二氧化碳测值震前往往表现为显著升高，2017年8月22日出现了高值突跳，幅度偏小（图 9）。委托台站进行现场核实，核实后发现泉点被淹，水质变浑浊导致数据显著升高。因此，非流体观测异常，只是干扰的影响。

图 9(Fig.9)

图 9 固原硝口Ⅰ号泉二氧化碳测值变化 Fig.9 Time series curve of CO2 in No.1 Spring of Xiaokou, Guyuan

通过对固原4.6级地震地震活动性和地球物理观测异常资料的分析，主要得到以下结论。

（1）固原4.6级地震余震不发育，且震级偏小，最大余震为M_L 1.8地震，显示为孤立型地震。余震主要分布在主震震中西南侧，大致沿海原断裂NW向展布，结合震源机制节面解初步判定，NW向节面应为此次地震的发震断层面，震源错动方式为左旋走滑兼具逆冲。震源机制解最佳拟合深度为9 km。震源机制解参数为节面Ⅰ：走向34°，倾角62°，滑动角174°；节面Ⅱ：走向127°，倾角85°，滑动角28°；P轴：走向257°，倾角15°；T轴：走向354°，倾角23°；B轴：走向137°，倾角61°，矩震级为M_W 4.66。

（2）固原4.6级地震前出现的小震活动应为其前震活动。固原4.6级地震发生在小震调制区与非小震调制区交界处，小震调制异常与此次地震存在较好的对应关系，该对应关系对地震发生地点的预测具有较好的指示意义。固原地震窗异常发展期间发生固原4.6级地震，与以往震例相比，虽然此次地震震级偏小，但发生地点符合以往震例统计结果，且截至2019年10月，西海固地区也未发生更大的地震与该异常相对应。

（3）海原小山钻孔应变2017年8月22日出现的小幅转折变化与西海固地区中等有感地震间的对应性较好，此次异常变化应与固原4.6级地震有关，但此次地震震级比预计震级偏大。

（4）固原地震台地电阻率和地磁谐波振幅比异常期间发生了2017年6月3日内蒙古阿左旗5.0级地震、8月8日九寨沟7.0级地震和9月2日固原4.6级地震，这些地震之后电磁异常仍然持续，尤其是地电阻率NE向异常变化持续时间较长，与EW向短期异常变化相对应。综合分析认为，固原地震台地电阻率和地磁谐波振幅比异常应与以上3次地震之间存在对应关系。虽然异常持续期间发生的多次地震与异常间的对应关系较难判定，但异常变化形态为区域震情判定可提供参考意义。

感谢宁夏地震局固原4.6级地震现场工作队的现场调查工作。本文撰写过程中，宁夏地震局李新艳、刘超、余思汗、任佳琪提供了相关资料，在此一并表示感谢。