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  地震地磁观测与研究  2021, Vol. 42 Issue (5): 82-89  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.05.012
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引用本文  

孙楠, 付虹, 彭关灵, 等. 云南地区强震前小震调制比特征分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(5): 82-89. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.05.012.
SUN Nan, FU Hong, PEGN Guanling, et al. Analysis of characteristics of small earthquake modulation ratio before strong earthquakes in Yunnan region[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2021, 42(5): 82-89. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.05.012.

基金项目

中国地震局震情跟踪定向工作任务(项目编号:2020010128);云南省地震局科技专项(项目编号:2020ZX02)

作者简介

孙楠(1987-), 女, 博士, 工程师, 主要从事地震分析预报工作。E-mail: China_yn_sn@163.com

文章历史

本文收到日期:2020-11-11
云南地区强震前小震调制比特征分析
孙楠 1,2, 付虹 2, 彭关灵 2, 刘自凤 2     
1. 中国安徽 230026 中国科学与技术大学地球和空间科学学院;
2. 中国昆明 650224 云南省地震局
摘要:利用调制比时空扫描方法,对1973—2014年云南地区MS≥6.0地震进行回溯性研究,分析强震前区域小震调制比时空演化过程。结果显示,从小震调制比异常开始至发震的持续时间为1.5 a之内,调制比异常的最高值需大于0.57,强震多发生在调制比为最高值时或其后14个月内异常区边界或内部调制比显著高值附近,震级随异常持续时间的延长大致呈增加的趋势;小滇西—滇西北地区的强震多发生在调制期内;从分区来看,滇西南强震多发生在调制比为最高值(Rm≥0.57)后6个月内的异常边界处,尤其是3个月内,滇西北强震多发生在最高值(Rm≥0.67)后7—12月内异常区内显著高值附近,滇东北强震多发生在最高值(Rm≥0.67)时的异常区内。
关键词强震    小震调制比    异常判别    
Analysis of characteristics of small earthquake modulation ratio before strong earthquakes in Yunnan region
SUN Nan 1,2, FU Hong 2, PEGN Guanling 2, LIU Zifeng 2     
1. School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
2. Yunnan Earthquake Agency, Kunming 650224, China
Abstract: Using the spatiotemporal scanning method of modulation ratio (Rm), a retrospectively study of MS ≥ 6.0 earthquakes in the Yunnan region from 1973 to 2014 was carried out to analyze Rm spatiotemporal evolution of regional small earthquakes before strong earthquakes. The results show that the duration from the start of anomalies to earthquake occurrence is less than 1.5 years, the max Rm value should be greater than 0.57, strong earthquakes mostly occur at the time of the max Rm or within 14 months afterward and the epicenters are always located at the boundary of the anomaly area or near the significant-high Rm place in the anomaly area, there is a general increasing trend for magnitude with anomaly duration. Strong earthquakes usually occur in western Yunnan. In terms of regions, most strong earthquakes in southwest Yunnan occur within 6 months, especially 3 months, after the max Rm value (Rm ≥ 0.57) at the boundary of the anomaly area, and strong earthquakes in northwest Yunnan often occur within 7-12 months after the max Rm value (Rm ≥ 0.67) near significant-high Rm place in the anomaly area, strong earthquakes in northeast Yunnan mostly occur at the time of the max Rm value (Rm ≥ 0.67) in the anomaly area.
Key words: strong earthquake    small earthquake modulation ratio    anomaly discrimination    
0 引言

潮汐应力为日、月引潮力在地球内部形成的周期变化的应力,其积累速率比构造应力大2个数量级(Heaton,1975李金等,2011)。同时,潮汐应力对地球内部不断重复作用,这种潮汐的振荡性质,而非潮汐振幅,在潮汐应力触发中可能起到更重要的作用(Lockner et al,1999)。国内外针对潮汐应力触发地震的问题进行了一系列研究。如利用震源机制等地震基本参数,研究引潮力及潮汐应力分量对地震的触发作用(吴小平等,2005解朝娣等,2015),以及结合统计方法如Schuster检验等,论证地震发生时刻与潮汐之间的关系等(Schuster,1897李金等,2011),而上述研究均是在保证震源机制解完整性的前提下进行的(蒋海昆,2010)。另外,更直观有效的研究是分析地震与月相间的关系,利用简单统计方法获得震前区域小震调制特征,从而预测发震时刻及位置。秦保燕等(1986)引入了小震调制比的概念,以其表征强震前小震活动频次在朔望大潮期间(调制期)异常的现象。苏鸾声(1995)研究表明,小震调制比对大震前区域应力强化过程的反应更敏感,这在时间上可为震情趋势分析提供较可靠的依据。而利用由调制作用所诱发的小震活动图像寻找高应力集中区,则可以进行中强震位置的预报(秦保燕等,1994)。强震背景下,固体潮调制作用可引发小规模失稳破裂,从而导致调制地震增多,使得地震调制比异常。因此,震前受调制地震的数量变化可以反映当前的应力状态,对地震预报有一定的意义(郭增建,1995张国民等,2001)。王炜等(2001)研究表明,华北地区中强地震前1—3 a未来震中周围通常出现调制比异常区。李永莉等(2002, 2004)研究发现,云南地区调制异常区为中强震连发的主体区域,震前1—3 a出现调制比高值异常。汪翠枝等(2010)分析认为,调制地震方法对川滇地区MS≥6.0地震预测效果较显著,调制地震非稳态震兆持续时间越长,震级可能会越大。韩颜颜等(2017)发现,强震多发生在高值异常集中区及周围区域,异常区域范围大小可能与地震强度间有一定相关性。因此,小震调制特征分析可用于强震预测研究中。

云南地处青藏高原东南侧,受到板块挤压作用,地质构造背景复杂,强烈的构造运动使得云南成为强震活动的主要区域之一。通过研究云南1973—2014年MS≥6.0地震前小震调制比的时空演化特征,提取震前异常的判别指标用于地震跟踪判定,这对于云南MS≥6.0地震的预测无疑具有指导意义。

1 资料和方法

所用资料为1973—2014年云南地区(21°—29°N,97°—106°E)ML≥3.0地震目录,并对M≥5.0地震序列的余震进行了剔除。按照小震调制比的概念,取朔、望前后5天为调制时段,该时段占全月时长的33%。基于上述目录,统计云南地区所有ML 3.0—4.9地震数,结果显示发生在调制期内的地震数占地震总数的33%(图 1)。因此,在进行调制比时空扫描时,取调制比Rm>0.33为异常阈值,空间扫描窗长2°,滑动步长1°,时间窗为1 a,滑动步长为1个月。

图 1 1973—2014年云南地区ML 3.0—4.9调制地震比例 Fig.1 The proportion of ML 3.0—4.9 modulation earthquake in the Yunnan region from 1973 to 2014
2 云南地区调制比Rm值空间扫描异常分析

1973—2014年,云南及周边共发生MS≥6.0地震25组(31次),其中,MS 6.0—6.9地震24次,MS 7.0—7.8地震7次(图 2)。25组强震中,发生在调制期内强震有14次,小滇西地区3次地震均为调制地震,滇西北地区9组强震中有6组为调制地震,表明小滇西—滇西北地区强震多发生在调制期内。选取了3组震例进行具体分析,考虑到强震前调制比异常现象的持续,每组震例分析会包括2—3次强震。

图 2 1973—2014年云南地区MS≥6.0地震空间分布 Fig.2 Spatial distribution of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan region from 1973 to 2014
2.1 云南地区典型震例分析 2.1.1 1973年普洱MS 6.3、1974年大关MS 7.1地震

1973年1月以来,调制比异常集中分布在滇东北、滇西南地区[图 3(a)]。滇西南调制比异常持续增强,4月调制比最高达0.67[图 3(b)],之后逐渐减小[图 3(c)],8月在异常区边界,即4月出现最高值的附近发生了普洱MS 6.3地震。滇东北地区持续出现大范围的调制比异常现象,1973年7月调制比出现显著异常高值,达0.7,且异常区面积增大[图 3(c)],之后调制比数值逐渐增大[图 3(d)3(e)],大关MS 7.1地震震前1个月增大至1.0,异常区重新收缩在震源及周边地区[图 3(f)],1974年5月11日在异常区内调制比显著高值区域的边界发生了大关MS 7.1地震。

图 3 1973年普洱MS 6.3、1974年大关MS 7.1地震前后固体潮调制比时空演化过程 (a)1972年2月1日至1973年1月31日;(b)1972年5月1日至1973年4月30日;(c)1972年8月1日至1973年7月31日;(d)1972年11月1日至1973年10月31日;(e)1973年2月1日至1974年1月31日;(f)1973年5月1日至1974年4月30日
强震发生在扫描截止日期后1 a内用红色实心圆表示,在之前1 a内用空心圆表示;蓝色实心圆为ML 3.0—4.9调制地震。下同
Fig.3 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 1973 Puer MS 6.3 and Daguan MS 7.1 earthquakes
2.1.2 2008年攀枝花MS 6.1、2009年姚安MS 6.0地震

2007年以来川滇交界地区出现大范围的调制比显著高值异常,2007年8月Rm达最大值0.88[图 4(a)],之后开始减小直到发震,异常区面积先增大[图 4(b)]后收缩,震前1个月异常向西南迁移[图 4(c)],2008年8月30日在异常区边界即前期高值异常区附近发生攀枝花MS 6.1地震。攀枝花地震后,西南侧异常先是减弱[图 4(d)],后又在姚安地区出现高值异常围空现象,东西两侧出现显著异常[图 4(e)],且异常区逐渐向中间聚拢收缩,Rm值也持续增大[图 4(f)],2009年7月9日在异常区内即前期异常围空区内发生姚安MS 6.0地震。2000年姚安MS 6.5地震前也出现过东西两侧调制比异常围空,并逐渐向震源区聚拢的现象。研究表明(王长在等,2011),2次姚安地震的发震构造非常相似,震源区附近速度结构存在明显的横向不均匀性,东、西侧为高速体,北侧存在明显的低速体,南侧存在弱低速体,主震发生在高、低速体的过渡带,低速体韧性较强,有利于应力积累,不易产生脆性破裂,因此在应力积累过程中,东西两侧出现调制比异常现象,而南北两侧不明显。孕震晚期,震源区应力水平升高,调制触发作用增强,震源区及周边出现调制异常现象。2次姚安地震临震前调制比高值异常区由西侧迁移到东侧,这可能与2000年姚安MS 6.5地震使东侧产生破裂而成为弱介质区有关,在弱介质区(应力调整单元)内调制小震密度较大,因此,2009年姚安MS 6.0地震前调制比异常高值区在主震震中的东侧。

图 4 2008年攀枝花MS 6.1、2009年姚安MS 6.0地震前后固体潮调制比时空演化过程 (a)2006年9月1日至2007年8月31日;(b)2007年3月1日至2008年2月29日;(c)2007年8月1日至2008年7月31日;(d)2007年12月1日至2008年11月30日;(e)2008年4月1日至2009年3月31日;(f)2008年7月1日至2009年6月30日 Fig.4 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2008 Panzhihua MS 6.1 and Yaoan MS 6.0 earthquakes
2.1.3 2014年盈江MS 6.1、鲁甸MS 6.5、景谷MS 6.6地震

2013年10月小滇西—境外缅甸出现调制比显著高值异常,Rm最大值为0.8[图 5(a)],之后震源区及周边异常持续减弱,并向滇西南地区延伸[图 5(b)],逐渐形成从滇西到滇西南的异常条带,而滇东北鲁甸地区也出现了调制比异常现象[图 5(c)],2014年5月30日在小滇西异常区内发生盈江MS 6.1地震。滇东北地区调制比异常逐渐增强[图 5(d)5(e)],8月3日在异常区内高值边界发生了鲁甸MS 6.5地震。滇西南异常条带依然持续,周边显著异常在该区形成了异常围空区[图 5(f)],此现象一直持续到同年10月7日围空区内发生景谷MS 6.6地震。盈江MS 6.1、鲁甸MS 6.5地震后,震源区依然为调制比异常区,震源区应力场也发生了变化(孙楠等,2017王光明等,2018),因此,震后调制比持续异常可能与区域应力调整有关。

图 5 2014年盈江MS 6.1、鲁甸MS 6.5、景谷MS 6.6地震前后固体潮调制比时空演化过程 (a)2012年11月1日至2013年10月31日;(b)2013年2月1日至2014年1月31日;(c)2013年5月1日至2014年4月30日;(d)2013年7月1日至2014年6月30日;(e)2013年8月1日至2014年7月31日;(f)2013年10月1日至2014年9月30日 Fig.5 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2014 Yingjiang MS6.1, Ludian MS 6.5 and Jinggu MS 6.6 earthquakes
2.2 云南地区强震前调制比变化特征

对云南地区1973—2014年25组MS≥6.0地震进行调制比全时空扫描(表 1)。由表 1可见,除1976年龙陵MS 7.3、MS 7.4地震之外,24组强震前均出现调制比异常现象,88%的强震发生在调制比异常现象开始出现后的1.5 a内,异常区内调制比最大值为0.57—1.00,从高值出现到强震发生的时间间隔为0—14个月。临震前,调制比变化特征包括高值—发震、高值—减弱—发震及高值—减弱—消失—发震等类型,其中,7组为高值时发震,其余均为高值后发震;有8组震前震源区异常消失。从调制比异常持续时间与震级间的关系可见(图 6),二者间不存在严格的相关性,但大致存在震级随异常持续时间增加而增大的趋势。

图 6 震级与调制比异常持续时间之间的统计关系 Fig.6 The statistical relationship between magnitude and modulation ratio anomaly duration
表 1 云南地区MS≥6.0地震调制比异常变化特征统计 Table 1 Statistics of modulation ratio abnormal variation characteristics of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan

从发震地点来看(表 1),有19次占76%的强震发生在调制比异常区的边界或内部,其中,7次还位于异常区内显著高值附近区域。发生在异常区外的强震,震前异常区位置对震源位置也有指示意义,如1985年禄劝MS 6.2地震,震前异常区沿着震源区发生顺时针旋转,通过不同时段异常区相迭合,可为震源位置预测提供一定指示。

从分区来看(图 7),强震前滇西南地区调制比Rm最高值≥0.57,滇西北、滇东北地区最高值≥0.67。滇西南地区强震多发生在异常区边界,调制比最高值为0.57—0.70,80%强震发生在出现高值后半年内,尤其是3个月内发震的占60%(红色方框内)。滇西北地区强震多发生在异常区内高值附近,除2次姚安地震在出现高值后1个月内发震外,其余7次强震均发生在出现高值后7—12个月内(蓝色方框内),调制比最高值为0.70—0.88,发震时多个强震均表现为震源区调制比异常消失。滇东北地区均为强震前1 a内出现非常显著的高值异常现象,调制比最高值上限可达1.0,且多为调制比高值时异常区内发震。

图 7 强震前调制比最高值与从最高值到发震的持续时间之间的统计关系 Fig.7 The statistical relationship between maximum modulation ratio and the period between the time of maximum modulation ratio and earthquake occurrence
3 讨论与结论

利用调制比时空扫描方法,对1973—2014年云南地区强震前小震调制比时空分布进行动态追踪,发现调制比异常对1.5 a内异常区及周边强震有一定的预测意义,异常区内调制比最高值大于0.57时,强震一般发生在出现最高值时或其后14个月内,震级随异常持续时间的增加大致呈增大趋势,震源位置多在调制比异常区的边界或内部显著高值附近区域。若调制比异常区位置不断变化,可将不同时段异常区相迭合来判断未来可能的震源区。

云南地区地质构造复杂,不同区域所表现出来的调制比异常现象有所不同。小滇西—滇西北地区强震多发生在调制期内。滇西南地区小震调制比异常最高值大于0.57,而滇西北、滇东北以及小滇西地区异常最高值大于0.67。滇西南地区,强震多发生在调制比出现高值后半年内的异常区边界,尤其是出现高值后3个月内。滇西北地区,出现高值后7—12个月为强震优势发震时段,发震时震源区多表现为调制比异常消失,震源位置多集中在异常区内显著高值附近区域。滇东北地区强震前调制比异常现象较相似,均为强震前1 a内震源区及周边出现非常显著的高值异常现象,地震多发生在高值时的异常区内。

云南地区强震前调制比异常扫描中还发现有些地震发生在异常区外,如1985年禄劝MS 6.2地震,震前异常区围绕震源区旋转,对不同时期的异常区进行迭合可对未来震源区位置提供指示。但有些地震并非如此,如1995年武定MS 6.5地震,震前北侧四川境内出现调制比显著高值异常,小滇西异常区也逐渐向北延伸迁移,如果异常区位置相迭合,对武定地震的指示意义并不明确。调制比扫描回溯显示,从小滇西到滇西北的异常为1996年丽江MS 7.0地震的前兆,这包括从小滇西到丽江形成了明显的调制地震条带,而北侧四川境内异常区可能为武定MS 6.5地震的前兆异常。此外,1976年龙陵MS 7.3、MS 7.4地震,震源区及周边未发现调制比异常现象,而从云南地区来看,1975年底出现小震调制比逐渐升高、异常区面积逐渐增大的趋势,且龙陵地震前后中国大陆及邻区发生多次7级以上地震,可能表明该地震对应的是更大尺度的异常现象,以至于在本文针对震源区及周边的尺度上无显著异常现象。另外,云南地区复杂的地质背景,可能会使每次强震前的调制触发作用有所不同。因此,判定未来强震发生的时间和位置,调制比异常分析可以作为一种辅助手段,但更多还需借助地震活动性特征分析以及地球物理观测方法。

感谢: 审稿专家的宝贵建议,感谢中国地震台网中心韩颜颜副研究员为本文提供程序。
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