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  地震地磁观测与研究  2021, Vol. 42 Issue (1): 139-154  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.01.020
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引用本文  

解孟雨, 马亚伟, 张小涛, 等. 2020年4月1日四川石渠5.6级地震总结[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(1): 139-154. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.01.020.
XIE Mengyu, MA Yawei, ZHANG Xiaotao, et al. Summary of Shiqu MS 5.6 earthquake in Sichuan on April 1, 2020[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2021, 42(1): 139-154. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.01.020.

基金项目

震情跟踪“b值空间扫描准确度的研究——以川滇地区为例”(项目编号:2021010127);中国地震台网中心青年科技基金“南北地震带6级地震中短期发震概率的估计”(项目编号:QNJJ202001);中国地震台网中心青年科技基金“云南地区浅层地壳速度结构反演”(项目编号:QNJJ202014)

作者简介

解孟雨(1991—),男,博士,工程师,从事地震预报研究工作。E-mail:xiemengyu@seis.ac.cn

文章历史

本文收到日期:2020-12-11
2020年4月1日四川石渠5.6级地震总结
解孟雨 , 马亚伟 , 张小涛 , 于晨 , 岳冲 , 姚丽 , 姚琪 , 黎明晓 , 薛艳     
中国北京 100045 中国地震台网中心
摘要:系统梳理2020年4月1日四川石渠5.6级地震震前地震活动异常特征、地球物理观测异常以及区域构造情况,结果如下:①地震活动:石渠5.6级地震震中区域属于历史弱震区,震前出现前兆震群,也是其前震活动;②地球物理观测:出现8项异常,其中形变5项,电磁3项,且电磁异常对于该地震具有预测意义;③综合方法:地震发生前,震中附近存在Wq值异常。石渠5.6级地震发生在五道梁—长沙贡玛断裂带上,震源机制解显示为走滑型破裂。该序列类型为前震—主震—余震型,主震前存在明显的前震活动,余震较为丰富,序列活动呈阶段性衰减特征。综合分析认为,对于历史弱震区,可以通过分析地球物理观测异常和地震活跃时段的b值,为区域地震危险性评估提供依据,同时可利用地震序列参数h值和b值,对震后余震水平进行有效评估。
关键词石渠5.6级地震    前震    序列特征    地震活动异常    地球物理观测异常    
Summary of Shiqu MS 5.6 earthquake in Sichuan on April 1, 2020
XIE Mengyu , MA Yawei , ZHANG Xiaotao , YU Chen , YUE Chong , YAO Li , YAO Qi , LI Mingxiao , XUE Yan     
China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
Abstract: An MS 5.6 earthquake occurred in Shiqu County, Sichuan Province on April 1, 2020. The historical seismicity, geophysical observations before the mainshock, and tectonic background are systematically summarized in this paper. The results show that: ① Seismicity anomalies: the epicenter area is a weak earthquake area and there are precursory earthquake swarms before the mainshock, which are also the foreshocks of the Shiqu MS 5.6 earthquake; ② Geophysical observations: there are 8 geophysical anomalies, of which 5 are deformation anomalies and 3 are electromagnetic anomalies; ③ The comprehensive method demonstrates that there is a Wq-value anomaly before the Shiqu MS 5.6 earthquake. The Shiqu MS 5.6 earthquake occurred on the Wudaoliang-Changshagongma fault zone, and the focal mechanism solution of the mainshock shows it is strike-slip faulting. The seismic activity of the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence indicates that there is an obvious foreshock activity before the mainshock. Thus, the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence is a foreshock–mainshock–aftershock sequence. Moreover, there are lots of aftershocks and the current daily cumulative rate of the sequence shows an episodic attenuation trend. The systematical analysis of the Shiqu MS 5.6 earthquake indicates that analyzing geophysical anomalies and b-value in seismically active periods can provide more information to effectively determine the seismic risk of a weak earthquake area. At the same time, by calculating the h-value and b-value of the earthquake sequence, the maximum aftershock magnitude can be effectively estimated.
Key words: Shiqu MS 5.6 earthquake    foreshock    characteristics of earthquake sequence    seismicity anomaly    observed geophysical anomaly    
0 引言

据中国地震台网测定,2020年4月1日20时23分在四川甘孜州石渠县(33.04°N,98.92°E)发生5.6级地震,震源深度10 km。截至2020年7月31日,共记录ML 1.0以上余震255次,其中ML 1.0—1.9地震145次,ML 2.0—2.9地震99次,ML 3.0—3.9地震10次,ML 4.0—4.9地震1次,最大为4月1日ML 4.1地震。与石渠5.6级地震震中最近的断裂是五道梁—长沙贡玛断裂,距离约11 km。震源机制显示,该地震为左旋走滑型地震(据中国地震台网中心,CENC)。

此次石渠5.6级地震震中位于四川、青海和西藏的交界区域,平均海拔约4 600 m,人口稀少,地震活动较少,为历史弱震区。本文针对此次石渠5.6级地震,详细介绍了震中地区构造背景、区域历史地震活动特征、震源机制、序列特征及序列各参数计算结果,并分析总结了震前出现的地震活动和地球物理观测等异常,为弱震区中强以上地震的中短期预测积累了震例资料。

1 构造背景和历史地震

2020年石渠5.6级地震发生在巴颜喀拉块体内部,位于青藏高原主体地区北部,川滇菱形块体、羌塘块体的交界部位。巴颜喀拉块体是青藏高原地壳运动方向转变的枢纽地区之一,以北的青藏高原东北缘地区普遍受到强烈的挤压隆升作用,以南地区则主要表现为东向挤出作用。在此强烈的地壳形变作用下,巴颜喀拉块体周缘断裂带活动尤为强烈。自1997年玛尼7.5级地震发生以来,中国大陆7级以上地震基本发生在该块体周缘,如2001年昆仑山口西8.1级地震、2008年于田7.3级地震、2008年汶川8.0级地震、2010年玉树7.1级地震、2013年芦山7.0级地震、2014年于田7.3级地震和2017年九寨沟7.0级地震。达日断裂位于巴颜喀拉块体内部,距本次地震约76 km,是一条晚第四纪活动的左旋走滑断裂,其中段为巴颜喀拉地块南、北分界的活动断裂(李辉,2016梁明剑等,2020)。该断裂较为活跃,发生过1947年达日7.7级地震、1949年达日6.0级地震、1961年达日西5.2级地震和1995年玛多6.2级地震。

1900年以来,石渠5.6级地震震中50 km范围内无5级以上地震发生,震中100 km范围内发生5级以上地震4次(含余震),其中,5.0—5.9级地震3次,7.0—7.9级地震1次。在这些地震中,1993年5月24日四川德格县5.0级地震距今最近,与石渠5.6级地震震中相距约92 km;1947年3月17日青海达日7.7级地震震级最大,与石渠5.6级地震震中空间距离最近,约61 km(图 1)。

图 1 石渠5.6级地震震中附近历史地震分布及主震震源机制 Fig.1 The distribution of historical earthquakes in the vicinity of the Shiqu MS 5.6 earthquake and the focal mechanism solutions of the mainshock

本次石渠5.6级地震震中位于鲜水河断裂带向NW延伸的五道梁—长沙贡玛断裂带附近,距离约11 km。五道梁—长沙贡玛断裂带是一条早中更新世断裂,现今活动性减弱,目前区域应力大多由其南侧的甘孜—玉树断裂带、西南沿线的鲜水河断裂带以及北侧的达日断裂活动来释放。横跨该断裂的电性剖面显示,该区地壳深度内发育有南倾断裂,西南侧发育有南向缓倾的壳内大断裂(谢成良等,2012)。通过对石渠县长沙贡玛乡汉布沟构造剖面的研究以及143 km范围内断裂带的填图,黄仕华等(2006)指出,五道梁—长沙贡玛断裂带宽约5—12 km,主断面倾向NE,具有一般断裂特征,后期左行剪切活动强烈。该断裂带在SE方向与定曲—扎曲断裂、甲斯孔断裂相连,并与道孚—炉霍断裂带交汇,构成道孚—炉霍断裂带的分支次级断裂(梁明剑等,2020)。

2020年石渠5.6级地震发生后,中国地震台网中心(CENC)、中国地震局地震预测所(IEF)、哥伦比亚大学拉蒙特—多尔蒂地球观测站(LDEO)、美国地质调查局(USGS)以及德国地学中心(GFZ),采用不同方法和数据,给出本次地震的震源机制解,结果见图 1表 1。由表 1可知:①除GFZ给出的断层上盘相对下盘的滑动方向与其余机构不一致外,节面Ⅱ滑动角的反演结果均接近180°或-180°,节面Ⅰ滑动角的反演结果均在0°—20°以及-10°—0°,显示石渠5.6级地震为走滑型地震;②各机构反演的矩震级结果相差较小,其中CENC和USGS计算的结果最小,为MW 5.4,而IEF和LDEO反演结果最大,为MW 5.6,二者相差0.2;③各机构计算的矩心深度相差较大,其中IEF反演深度最小,为7 km,LDEO结果最大,为22.8 km,相差15.8 km。

表 1 不同机构反演得到的石渠5.6级地震震源机制解 Table 1 The focal mechanism solutions of the Shiqu MS 5.6 earthquake by different institutions
2 石渠地震序列活动特征

无论是前震还是余震活动,分析其序列活动特性,均需给定统一的空间范围(Helmstetter et al,2003a),而二者一般集中在主震断层附近(Kisslinger,1996Chen et al,2016)。因此,将石渠5.6级地震序列的余震集中区作为研究区,分析序列活动特征。

2.1 前震活动特征

1970年1月1日至2020年3月31日,石渠5.6级地震余震区仅发生ML 1.0以上地震68次,其中ML 3.0—3.9地震9次,ML 4.0—4.9地震3次,分别为2017年5月16日石渠ML 4.8、2020年1月23日石渠ML 4.8和石渠ML 4.3地震,无5级以上地震发生。从研究区内地震活动随时间的演化特征看,地震事件主要发生在2014年之后[图 2(a)],而从研究区地震月频次来看,2020年1月23日ML 4.8地震发生后,研究区小震活跃现象明显,地震月频次增加,远大于之前的地震活动水平[图 2(b)];1月23日至4月1日前,共发生ML 1.0以上地震32次,其中ML 1.0—1.9地震24次,ML 2.0—2.9地震5次,ML 3.0—3.9地震1次,ML 4.0—4.9地震2次。1月23日石渠ML 4.8地震发生后,前震的月频次逐渐降低,同时震级逐渐下降,直至5.6级主震发生[图 2(c)]。

图 2 石渠5.6级地震余震区ML≥0.0地震Mt图和月频次 (a) 1970年1月1日至2020年7月31日ML≥0.0地震Mt图;(b) 2014年1月1日至2020年3月31日ML≥0.0地震Mt图;(c) 2020年1月12日至2020年3月31日 Fig.2 M-t diagram and the monthly cumulative rate of the ML≥0.0 events in the aftershock area of the Shiqu MS 5.6 earthquake

此外,1月23日石渠ML 4.8地震至石渠5.6级地震发生前,研究区内地震主要集中在主震震中15 km范围内,其中石渠ML 4.8地震和ML 4.3地震分别距5.6级主震约8 km和4 km(图 3)。参照前震的定义,即地震活动频次高于背景地震活动水平且发生在主震前且距离主震较近,可以明确,研究区内2020年1—3月发生的地震为4月1日石渠5.6级地震的前震活动(Helmstetter et al,2003b王林瑛等, 2005, Chen et al,2016)。

图 3 L Fig.3 Epicentral distribution of the ML≥0.0 foreshocks of the Shiqu MS 5.6 earthquake (January 23 to March 31, 2020)
2.2 余震活动特征

2020年4月1日至7月31日,石渠5.6级地震余震区共记录ML≥1.0余震255次,其中ML 1.0—1.9地震145次,ML 2.0—2.9地震99次,ML 3.0—3.9地震10次,ML 4.0—4.9地震1次,最大余震为4月1日20时25分的石渠ML 4.1(MS 3.6)地震(表 2图 4)。基于石渠地震序列目录,利用ZMAP软件中最小完整性震级Mc的计算方法(Wyss et al,1999Wiemer et al,2000Mignan et al,2012),即结合拟合优度测试(GFT)和修正最大曲率法(MAXC),计算得到石渠地震序列的最小完整性震级McML 1.9 ± 0.3(图 5)。

表 2 石渠地震序列目录(ML≥3.0) Table 2 Catalogue of the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence (ML≥3.0)
图 4 石渠5.6级地震序列Mt图(a)和日频次图(b) Fig.4 M-t diagram (a) and daily cumulative rate (b) of the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence
图 5 石渠5.6级地震序列的完整性震级 Fig.5 The magnitude of completeness for the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence

石渠地震序列的余震集中发生在震后3天内,共记录ML≥1.0余震153次,其中包含与主震相差约2 min发生的最大余震,即4月1日石渠ML 4.1(MS 3.6)地震(图 4)。在随后约1个月内,序列余震持续活动,ML≥1.0余震日频次持续衰减,截至5月9日,共发生ML≥1.0余震228次;此后,序列余震活动呈平静—活动—平静的变化趋势,出现短期集中活动现象,即5月20日至24日、6月20日至25日以及7月20日至29日出现余震集中现象,分别发生ML≥1.0余震5次、7次和9次,其中,6月21日发生石渠ML 3.7(MS 3.2)地震,序列余震震级出现较大起伏变化,其他时间段内多处于ML≥1.0地震平静状态;整体上,石渠地震序列余震活动呈阶段性衰减特征。

石渠地震序列中5.6级主震(ML 5.9)与其他最大地震(ML 4.8前震)的震级差为1.1,主震释放能量占序列的98.25%,表明5.6级主震释放了此次地震序列的绝大部分能量。从空间分布看,余震活动集中在主震震中22 km范围内,且分布无明显的方向性,最大余震(ML 4.1)则位于主震东南侧,距离约7 km(图 6)。

图 6 石渠5.6地震序列震中分布(2020年4月1日至7月31日) Fig.6 Epicentral distribution of the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence (April 1, 2020, to July 31, 2020)

基于所得最小完整性震级ML 1.9 ± 0.3,利用最大似然法(Marzocchi et al,2003),对石渠地震序列震级—频度曲线进行G—R关系拟合,得到序列a值和b值分别为3.69 ± 0.14和0.84 ± 0.6(图 7),进而推测序列最大余震震级为ML 4.4,与实际发生的最大余震震级ML 4.1基本一致。石渠地震序列中发生的ML 4.0左右的地震明显低于G—R关系拟合曲线,表明该震级地震出现缺失,余震区未来存在发生相应震级地震的可能[图 7(a)]。前人研究(刘正荣等, 1979, 1986刘正荣,1984蒋海昆等,2007)显示,当h>1时,地震序列一般为主余型序列;而h≤1时一般为前震序列,后续会发生更大地震。截至7月31日,石渠5.6级地震序列的h=1.886>1[图 7(b)],表明该地震序列后续发生更大地震的可能性较小。结合前震分析,综合判定石渠5.6级地震序列为前震—主震—余震型地震序列。

图 7 石渠5.6级地震序列的b值(a)和h值(b) Fig.7 The b-value (a) and h-value (b) of the Shiqu MS 5.6 earthquake sequence
3 石渠5.6级地震前异常特征

在地震活动方面,石渠地震序列的前震构成前兆震群,震中附近存在Wq值异常。对于地球物理观测异常,在震中300 km范围内,震前共出现8项异常,其中形变5项,电磁3项,集中分布在震中东南部200—300 km范围内(图 8)。

图 8 石渠5.6级地震震中周边地球物理观测台站及异常测项分布 Fig.8 The distribution of geophysical observation stations and anomalies before the Shiqu MS 5.6 earthquake
3.1 地震活动异常

(1) 前兆震群。石渠地震序列前震有32次ML≥1.0地震,其中1月23日发生了石渠ML 4.8和ML 4.3地震,震级差为ML 0.5,且当日ML≥1.0地震频次达10次,符合震群定义(孙其政等,1997)标准,构成震群,其UKρbh值分别为0.000 7、0.287 5、0.288、0.51±0.21、1.65。参照前兆震群判定的单指标,若UKρbh值满足U>0.5、K>0.7、ρ<0.55、b>0.65、h<1.0中的一项,则震群为前兆震群(孙其政等,1997)。因此,石渠5.6级地震序列的前震活动为前兆震群,按照预测规则,在前兆震群发生后1—2年内,400—500 km范围内具有发生5级以上地震的危险性。前震震群预测震级的经验关系式(孙其政等,1997)为

$ {M_{{\rm{L}}\;{\rm{主 }}}} = 1.2{M_{{\rm{L}}\;{\rm{群 }}}} + 0.18 \pm 0.23 $ (1)

式中,ML 主为预测地震的ML震级(主震),ML 群为震群中除主震外的最大地震的ML震级。将石渠5.6级地震的前兆震群最大地震震级代入式(1),则其主震预测震级为ML 5.94±0.23,与实际发生的石渠5.6级地震ML震级(ML 5.9)基本一致。

图 7可知,石渠地震序列活动的b值为0.84 ± 0.06。前震发生前,即1970年1月1日至2019年12月31日,研究区b值为0.60±0.11,而在前震活动期间,即2020年1月1日至2020年3月31日,研究区b值为0.51 ± 0.21,结果见图 9。对比可知,前震活动b值较小(图 7图 9),与前人研究结果一致(Helmstetter et al,2003aHuang et al,2020)。按照Gulia等(2019)提出的前震实时判定的红绿灯信号(FTLS)规则,石渠地震序列前震活动的b值小于背景b值的90%(0.54),属于红色信号,表明在石渠5.6级地震发生前,研究区的地震活动已显示出后续存在发生更大地震的风险。

图 9 石渠5.6级地震发生前余震区的b (a) 1970年1月1日至2019年12月31日;(b) 2020年1月1日至2020年3月31日 Fig.9 The b-value of the events before the mainshock in the aftershock area of the Shiqu MS 5.6 earthquake

(2) Wq值异常。王炜等(2000)提出,将常用的8个地震学预测参数bηA(b)、MfCDCnDt及当前值与其前2个相邻时段的差值,作为BP神经网络的输入,计算Wq值,用于表征计算区是否为未来中强地震的中短期异常区,并进行地震预测。Wq值约为1,表示计算区出现异常,未来中短期内将有中强地震发生;Wq值在0值上下波动,说明计算区为非异常区。2019年10月底的Wq计算结果显示,青海称多至四川石渠存在小范围异常区,石渠5.6级地震则发生在该异常区东侧(图 10)。

图 10 基于Wq值方法预测的2020年全国地震危险区域及石渠5.6级地震震中示意 Fig.10 The predicted dangerous area in 2020 based on the Wq method and the epicenter of the Shiqu MS 5.6 earthquake
3.2 地球物理观测异常

(1) 侏倭(1←3)和(2←3)测距。侏倭场地2017年优化改造后,于2018年1月起开始观测,测量周期为每月1期,测距变化时序曲线见图 11。由图 11可见,与2018年12月相比,该场地1←3、2←3测边2019年1—2月同时出现快速上升变化,变化量分别为2.80 mm和2.73 mm;2020年1月,1←3、2←3测边再次出现短期上升变化;相对于2019年12月,自2020年2月开始,2条测边测距上升变化量均为1.16 mm,小于2019年1—2月的上升变化。后续观测曲线显示,2条测边在石渠5.6级地震发生后未出现显著的同震变化,且依然处于上升状态,显示异常仍在持续,非此次石渠地震异常。

图 11 侏倭跨断层基线1←3/2←3测边变化时序曲线 Fig.11 The variation time series curve of Zhuwo cross-fault baseline 1←3/2←3

(2) 虚墟(B←A)测距。虚墟场地自1980年观测以来,每月测量1期,观测曲线见图 12。由图 12可见,在2013年芦山7.0级地震前,场地B←A测边出现显著的快速压性变化,即相比于2012年9月,2013年1月曲线变化量达3.69 mm。虽然虚墟(B←A)测距的观测断层与芦山地震的发震断层不同,但同属巴颜喀拉块体边界,相互之间存在关联。因此,2013年虚墟(B←A)测距的异常变化可以认为是芦山地震的震前异常(苏琴等,2017)。与2016年7月观测曲线相比,8月出现较大幅度上升变化,变化量达到2.31 mm,9月出现快速转折下降,在下降过程中于2016年9月23日发生理塘5.1级地震(距测量场地约175 km)。2016年9月后至投稿日,观测曲线处于高值状态,且持续波动变化,在石渠5.6级地震发生前,未出现上述震例的变化特征,无显著异常,且目前观测曲线的趋势异常变化仍在持续。

图 12 虚墟跨断层基线B←A测边变化时序曲线 Fig.12 The variation time series curve of Xuxu cross-fault baseline B←A

(3) 虾拉沱(C←A)测距。虾拉沱C←A测边曲线常年呈持续张性状态,2015年起张性趋势有所减缓,2016—2019年由拉张上升趋势转折为波动下降趋势,表明断层活动性质发生改变。2020年以来,测距曲线有所上升(图 13),但在石渠5.6级地震前未出现显著异常变化,目前趋势异常仍在持续,表明该异常与石渠5.6级地震关联性不明确。

图 13 虾拉沱跨断层基线C←A测边变化时序曲线 Fig.13 The variation time series curve of Xialatuo cross-fault baseline C←A

(4) 恰叫(2←1)水平蠕变。在2008年汶川8.0级地震发生后,恰叫2←1测边水平蠕变年变化幅度明显加大,年活动速率有所增强。2012年观测曲线出现高值变化,2013年芦山地震后无明显变化。2013年下半年,曲线出现破年变,并持续上升,最大幅度为1.15 mm。2016—2018年,断层活动速率有所降低,恢复到2012年前的变化状态,年变幅度则较2008年前有所增大。石渠5.6级地震前该测边未出现显著异常变化,目前趋势异常仍在持续(图 14),表明该异常与石渠5.6级地震关联性不明确。

图 14 恰叫水平蠕变2←1测边变化时序曲线 Fig.14 The variation time series curve of Qiajiao creep 2←1

(5) 地磁加卸载响应比。2020年5月,全国电磁学科年中会商会提出,应密切关注2019年12月4日出现的地磁加卸载响应比异常测项。2019年12月4日地磁加卸载响应比异常见图 15,图中红色虚线为加卸载响应比值为3.0的阈值线,可见异常阈值线经南北地震带中部、西北和新疆地区,两侧附近区域为预测发震区,其优势区位于异常线曲率变化较大段,即陕甘川交界附近地区(图中灰色阴影区),据戴苗等(2017)的研究,推测发震时间为异常后9个月内,预测震级约为5.5,而之后半年内,在预测区即发生2019年12月18日资中5.2级、2020年2月3日成青白江5.1级地震及此次石渠5.6级地震。需要说明的是,在陕甘川交界优势预测发震区内尚未发生预期震级的地震,故该区异常仍需继续跟踪。

图 15 2019年12月4日地磁加卸载响应比异常 Fig.15 The anomaly of geomagnetic loading/unloading response ratio on December 4, 2019

(6) 地磁逐日比。2020年5月,全国电磁学科年中会商会提出,应密切关注2020年2月5日出现的地磁逐日比异常测项。2020年2月5日地磁逐日比异常见图 16,图中红色虚线为逐日比值为3.0的阈值线,可见阈值线经甘青、四川和江苏沿海3个地区,两侧附近区域为预测发震区,据倪晓寅等(2017)的研究,预测发震时间为异常后9个月内,预测震级为西部地区约6级,东部地区约4.5级。此次石渠5.6级地震即发生在预测发震区内,地震三要素和异常预测意见较为一致,可见该异常为此次地震的震前异常。

图 16 2020年2月5日地磁逐日比异常 Fig.16 The anomaly of daily ratio of geomagnetic daily variation amplitude on February 5, 2020

(7) 地电场优势方位角。2019年11月,全国电磁学科年度会商会提出青海大武地电场优势方位角异常测项。2017—2020年大武地电场优势方位角异常变化见图 17。由图 17可见,2019年7月以来,大武地电场优势方位角出现显著的中间值跳跃突变特征,变化约90°,这种变化可能体现了孕震过程中应力变化导致的岩体裂隙的结构变化(谭大诚等,2019)。依据地电场地震预测指标,2020年度在大武地电台站周边300 km范围内存在发生6级左右地震的可能。此次石渠5.6级地震即发生在预测区内,震中距离大武地电台201 km,符合异常预测指标,认为大武地电场优势方位角异常为此次石渠地震的震前异常。

图 17 大武地电场优势方位角异常 Fig.17 The anomaly of the dominant azimuth of the Dawu geoelectric field
4 讨论与结论 4.1 讨论

2020年石渠5.6级地震发生前地震活动和地球物理观测异常偏少,但震前2个月左右出现明显的前震活动。前震作为大震前的一种前兆性地震活动现象,对于地震的短期预测和地震起始过程的深入理解意义重大。前震、主震和余震的地震学特征没有明显差别,现阶段尚无明确的识别规则(Helmstetter et al,2003b),因此针对前震活动特征进行研究时,不同学者得出不同甚至相反的结论。例如,Trugman等(2019)分析了2008—2017年4级以上地震的前震活动特征,结果显示,前震的持续时间在几天到几星期,均值为16.6天,且认为72%的地震在发生前存在前震;van den Ende等(2020)采用不同方法重复了Trugman等(2019)的研究,结果显示仅有18%的主震在发生前存在前震。

目前,有2种物理机制模型用以解释前震现象,即震前滑动模型和串联激发模型。在震前滑动模型中,断层的无震滑动引起前震的发生,而在串联激发模型中,前一个地震应力转移,进而触发后一个地震,从而产生前震活动(Vidale et al,2001)。2个模型均表明前震与大震孕育过程相关,且应在主震断层附近,距离主震震中较近。因此,本研究限定前震的空间范围为主震的余震区,而时间范围的选择则与前人定义(Helmstetter et al,2003b)一致,即以震前地震频次明显高于背景地震发生率的时刻作为前震活动的开始时刻。

对于前震活动,目前比较统一的认识是,地震频次满足反大森公式(Helmstetter et al,2003a)。而石渠5.6级地震的前震,未出现频次逐渐增大直至主震发生的现象,反而出现类似余震序列演化的特征。由石渠5.6级地震序列的b值变化可知,前震b值小于余震序列的b值,与前人认识一致(Helmstetter et al,2003a)。从未来地震危险性评估角度看,由于目前前震的识别依赖于主震的确定,因此分析前震无法进行地震危险性的有效评估,仅对震后回溯研究有意义。Gulia等(2019)通过研究58个6级地震序列,提出FTLS信号规则,显示在主震发生前,可以实时分析地震活动,并判断其是否为前震。石渠5.6级地震序列主震发生前地震的FTLS信号为红色,且其活动范围集中在主震的余震区,可见该地震序列为满足FTLS信号规则较典型的震例。此外,石渠5.6级地震前兆震群的分析显示,前兆震群的规则可以约束未来较大地震的震级,因此对于区域活跃的震群,结合FTLS信号规则和前兆震群分析,可更好地评估区域未来地震危险性。

4.2 结论

2020年石渠5.6级地震发生在巴颜喀拉块体东南部,震中位于五道梁—长沙贡玛断裂带,是一次走滑型地震。在震中50 km范围内,1900年以来未发生5.0级以上地震,是中强地震不活跃地区的一次地震活动。而主震前后地震活动特征和序列h值、b值则显示,此次石渠地震为前震—主震—余震型地震序列。通过对石渠5.6级地震发生前后地震活动以及地震物理观测异常的梳理和分析,可以得到以下认识。

(1) 利用前兆震群可对区域地震危险性进行评估,并可利用经验关系估计预测地震的震级。对于石渠5.6级地震,主震发生前的地震构成前兆震群,按照经验关系,预测震级为ML 5.94 ± 0.23,与实际发生的石渠主震震级(ML 5.9)一致。

(2) 对于地震频次明显高于背景地震的弱震区,可通过实时分析高频时段与背景时段b值大小的相对变化,结合FTLS信号规则,初步判断后续地震的危险性。如本次石渠5.6级地震发生在弱震区,主震发生前存在明显的地震活跃现象,利用b值进行判断,显示活跃地震属于FTLS信号规则中的红色信号,应为未来较大地震的前震,依据前震与主震的时间间隔和震级关系,可以给出区域未来地震危险性。

(3) 利用序列参数h值和b值可以有效评估序列的余震活动水平。对本次石渠地震序列,可由h值判断后续地震的活动水平,因而确定最大余震震级范围为ML 3.5—5.3,并利用b值估计最大余震震级为ML 4.4,与实际发生的最大余震震级ML 4.1基本一致。同时,从b值出发,利用G—R拟合关系与实际震级—频度曲线,可进一步分析不同震级余震的缺失情况。

(4) 历史弱震区的地震活动异常通常较少且不显著,若有效确定和分析区域内及附近地区的地球物理观测异常,则可综合评估区域地震危险性。对于石渠5.6级地震,依据主震震前地磁加卸载响应比、地磁逐日比和地电场优势方位角异常,可在震前判定震中区域存在发生中强地震的危险,并及时采取相应的减灾防震措施。

本文撰写得到王海涛研究员和刘杰研究员的指导和鼓励,蒋海昆研究员、晏锐研究员、孟令媛研究员和闫伟高级工程师给予诸多帮助和建议,中国地震台网中心国家地震科学数据中心(http://data.earthquake.cn)提供数据支撑,在此对他们及中国地震台网中心地震预报部同事的辛苦工作,一并表示衷心感谢。

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