2022, Vol. 43
表1(Table 1)
2022年1月8日1时45分青海海北州门源县发生MS 6.9地震（37.77°N，101.26°E），震源深度10 km，震后发生了大量余震并于1月12日发生MS 5.2强余震。根据蒋海昆等（2015）地震序列类型定义，门源MS 6.9地震序列为主—余型地震。国内外在余震预测方面已开展了一些研究工作，全球“地震可预测性合作研究”（CSEP）计划是在全球不同地区开展可检验的地震短期余震预测模型（Jordan，2006），且认为“传染型余震序列”模型（Ogata, 1988, 1989, 2001）是目前最接近真实情况的模型之一，基于该模型参数以及“瘦化算法”（Lewis et al，1979；Ogata，1981）可进行余震概率预测。蒋长胜等（2015）基于ETAS模型参数进行“瘦化算法”对2014年云南鲁甸6.5级地震余震进行“向前预测”并取得了较好效果；郭安宁等（1999）采用柯里奥利力效应研究了兰州地区强余震的预测；刘正荣(1979, 1984, 1986)对地震频度衰减进行分析并给出了最大余震震级；毕金孟等（2017）、余娜等（2020）采用“瘦化算法”分别对晋冀蒙交界地区和青海地区进行余震短期发生概率预测并给出了预测效能评估。本文拟对门源MS 6.9地震序列进行时空特征分析，并基于历史地震类比、序列自身的活动特征给出地震序列类型及强余震活动特征。为了对比分析的一致性，对于ML≥4.0地震采用MS震级，ML＜4.0地震采用ML震级。
1 门源MS 6.9地震序列基本情况 1.1 概况门源MS 6.9地震是祁连地震带中东段自2016年1月21日门源MS 6.4地震后发生的一次强震，是继2021年5月22日玛多MS 7.4地震后青海地区近半年内发生的第2个强震。祁连地区监测能力相对较强，门源MS 6.9地震震中50 km范围内仅有1个测震台，100 km范围内有5个测震台（图 1）。据青海地震台提供的青海省地震监测能力分布情况和已有研究结果（冯建刚等，2012；韩立波等，2012；余娜等，2020），震区ML≥1.5地震目录基本完整。据青海地震台网定位结果，门源MS 6.9地震序列从2022年1月8日1时45分MS 6.9主震开始，截至2月8日，共发生ML≥4.0地震14次（表 1），最大余震震级为MS 5.2，与主震震级差为1.7。
|
图 1 门源MS 6.9地震序列震中及周边地震台站分布 Fig.1 Distribution of seismic stations and the epicenter of MS 6.9 earthquake of Menyuan |
|
表 1 门源MS 6.9地震序列（ML≥4.0） Table 1 Catalogue of Menyuan MS 6.9 earthquake sequence(ML≥4.0) |
最小完备震级Mc指一定空间、时间内100%被检测到的地震事件的最小震级（Rydelek et al，1989；Taylor et al，1990；Wiemer et al，2000）。为确保地震序列的完整性，采用“震级—序号”法（蒋长胜等，2014）讨论门源MS 6.9地震序列的最小完备震级，根据地震发生的先后顺序进行排序，将地震分布密度较大区域的连线作为最小完备震级Mc的时序变化。采用“震级—序号”法的优势是可以避免强震发生后短期内较小余震的“淹没”、余震区甚至更大范围内地震监测能力显著降低的现象（Akaike，1974）。图 2是门源MS 6.9地震序列目录的完整性分析结果，最小完备震级Mc选取为ML1.8，该结果与冯建刚等（2012）、韩立波等（2012）提供的监测能力分布情况相符。
|
图 2 门源MS 6.9地震序列目录的完整性分析 红色五角星为MS 6.9地震；黑色圆点为用自然边界法获得的地震序列；红色圆点为背景地震 Fig.2 Catalogue completeness analysis for the Menyuan MS 6.9 earthquake sequence |
根据精定位结果，门源MS 6.9地震序列整体上呈西段NWW走向、东段SE走向的带状分布。序列西段近NWW向带状分布的长轴约19 km，短轴约7 km；序列东段呈SE向带状分布的长轴约15 km，短轴约8 km（图 3）。由图 3可见，MS 6.9主震震中位于序列西段的东南部，而随后的2个5.0级以上余震都先后发生在主震震中的两侧，MS 5.1余震发生在序列西段中东部，MS 5.2余震发生在序列东段、呈SE走向展布的最东南端，距主震震中较远。MS 6.9主震震中西侧余震密集，展布较宽，东侧余震较稀疏。1月10日前余震震中主要集中在西段和东段的中西部，1月12日MS 5.2地震发生后，该区域地震活动较活跃。
|
图 3 门源MS 6.9地震序列精定位后的震中分布 距主震时间/天（ 0代表主震） Fig.3 Distribution of precision positioning of the Menyuan earthquake sequence |
根据上述序列完整性分析可知，门源MS 6.9地震序列的最小完备震级是ML1.8，因此，采用青海地震台网ML≥1.8地震序列目录来分析序列的时空特征。图 4为由ETAS模型给出的门源MS 6.9地震序列ML≥1.8地震的条件强度曲线和M—t图。由图 4（a）可知，门源MS 6.9地震序列的余震活动衰减较缓慢，在主震后4天内序列衰减较平稳，其后由4级以上余震引起的条件强度曲线的变化较明显。主震后24 min后发生了第1个MS 5.1余震，4天15h后发生了MS 5.2的最大震级余震，绝大多数ML≥4.0余震发生在主震当天和震后第4天，其后以ML≤4.0小震活动为主，小震活动频度维持在17—42次[图 4（b）]。利用ETAS模型对门源MS 6.9地震序列进行最大似然估算，得出α=1.882 6、p=0.960 8，相较于2016年门源MS 6.4地震序列参数α=1.402 5、p=1.303 5，发现此次地震激发高阶余震的能力强于2016年门源MS 6.4地震，序列衰减速率较慢；与蒋海昆等（2006）给出的中国大陆7级以上地震序列的平均序列参数α =0.509相比较，此次门源MS 6.9地震激发高阶余震的能力较弱。
|
图 4 ETAS模型给出的门源MS 6.9地震序列ML≥1.8地震的条件强度曲线和M-t图 （a）地震序号ML≥1.8地震的条件强度曲线；（b）M—t图 Fig.4 Temporal variation of the conditional intensity from fitting the ETAS model to the Menyuan MS 6.9 earthquake sequence with cutoff magnitude ML1.8 and M-t plot |
强震后地震序列类型判定是震后趋势估计的一项重要内容和基础性工作。根据蒋海昆等（2015）提出的序列类型判定方法，基于历史地震类比、序列自身的活动特征及地震序列参数等对门源MS 6.9地震进行分析。
3.1.1 历史地震类比分析门源MS 6.9地震发生在祁连山断裂带中东段，1970年以来在距此次地震震中100 km范围内5级以上地震共6次（表 2）。门源MS 6.9地震序列震中附近区域6组历史地震中，有5组为主—余（或前—主—余）型序列，1组为双震型。1组双震型地震序列2次主震发震时间仅间隔7 min，截至2022年2月8日，门源MS 6.9地震已发生1个月，与上述双震型差异很大。类比该构造的历史地震序列，此次地震与1986年门源MS 6.5地震序列的发展相似，后者在ML 4.0地震平静19天后有1次起伏活动，即发生了MS 5.2最大震级余震，之后该地震序列正常衰减。根据历史地震序列类比和最大余震震级差，判定门源MS 6.9地震为主—余型地震序列。
|
|
表 2 距震中100 km范围内M≥5.0地震序列类型 Table 2 Sequence types of earthquakes with M≥5.0 within 100 km of the epicenter |
地震序列类型判定更多地是从序列本身进行定性或半定量的判定（蒋海昆等，2007），主要方法有h值等具有一定物理意义并且在一定程度上表征序列特征的参数法和等待时间法等。
（1）h值。h值主要基于频度衰减的大森公式进行计算，根据衰减系数h值大于1、等于1或小于1来判定地震序列是前震序列还是余震序列（刘正荣等, 1979, 1984；蒋海昆等，2007）。选取ML 1.8为门源MS 6.9地震序列的最小完备震级来计算h值，计算结果显示，震后2天h值为1.8，震后3天为1.75，震后4天为1.6，震后5—7天为1.4，其后h值稳定在1.34左右（图 5）。此次地震序列的衰减系数特征与蒋海昆等（2020）给出的中国大陆75次地震序列特征一致，即强震后前几天h值波动较大，一般4—8天后趋于稳定。因此判断门源MS 6.9地震序列为主—余型。
|
图 5 门源MS 6.9地震序列h值 Fig.5 h value of the of Menyuan MS 6.9 earthquake sequence |
（2）等待时间法。将连续发生的2个强余震之间的时间间隔作为后一个强余震的“等待时间”，即第i个强余震的“等待时间”Δti= ti - ti-1，i为序列中第i个强余震的序号，ti为第i个强余震的发震时刻（由主震起算）。利用最小二乘法进行拟合，发现主—余型地震序列随着t的增大，较强余震的Δti也随着增大；对于主—余型地震或双主震型地震在前一个主震发生到后一个主震发生前的一段时间里，lgΔt -lgt的线性关系不明显（谷继成等，1979）。根据门源MS 6.9地震后ML≥4.0强余震的发震时间及其时间间隔，得到强余震的位置，其在双对数坐标中大体呈线性分布（图 6），表明门源MS 6.9地震后ML≥4.0地震时间间隔正常，序列为主—余型。
|
图 6 门源MS 6.9地震Δt—t曲线 Fig.6 Δt-t curve of Menyuan MS 6.9 earthquake |
由表 2还可见，ΔM波动范围较大，为0.3—2.3。50%的最大震级余震发震在主震后1天内，33%的为1—7天，没有超过30天的震例，且最大震级余震发生在主震当天的概率最大。2022年1月8日门源MS 6.9地震后至2月8日，序列发生的最大震级余震为MS 5.2，其发生在主震后4天15 h，震级差ΔM为1.7。根据历史地震类比和序列自身活动特征分析认为，门源MS 6.9地震的最大震级余震已经发生，即为1月12日18时20分的MS 5.2地震。
4 结论与讨论（1）选取截止震级ML1.8以上的地震进行精定位，发现门源MS 6.9地震的余震序列震中整体上呈西段NWW、东段SE的带状分布，且主震震中西侧余震密集，展布较宽，东侧余震较稀疏。
（2）采用ETAS模型计算门源MS 6.9地震序列参数，发现此次地震序列衰减较缓慢，在主震后4天内序列衰减较平稳，其后由4级以上余震引起的条件强度曲线的变化较明显。主震后24 min后发生了第1个MS 5.1余震，4天15 h后发生了MS 5.2的最大震级余震，绝大多数ML≥4.0余震发生在主震当天和震后第4天。
（3）基于构造、历史地震类比及序列自身活动特征对门源MS 6.9地震进行分析。结果显示，祁连山地震带中东段5级以上地震序列类型多以主—余型地为主，只有1次双震型；门源MS 6.9地震后h值≥1且相对稳定，表明主震当天小震频度较高；等待时间法结果显示，门源MS 6.9地震后ML≥4.0余震的发震时间和时间间隔大体呈线性分布，表明门源MS 6.9地震后ML≥4.0地震时间间隔正常，为主—余型。根据祁连地震带5级以上地震最大余震发生时间统计和震级差特征，分析认为门源MS 6.9地震最大震级余震已经发生，即为1月12日18时20分的MS 5.2地震。
门源MS 6.9地震的余震序列震中形成了西段NWW、东段SE的带状分布，主震及余震序列的震源机制解以走滑型为主，也存在部分其他类型，反映了局部复杂的构造形态，后续还需进一步开展震源破裂特征和该区域地震危险性研究。
毕金孟, 蒋长胜. 晋冀蒙交界地区余震短期发生率的预测效能评估和预测策略研究[J]. 地球物理学进展, 2017, 32(1): 8-17. |
冯建刚, 蒋长胜, 韩立波, 等. 甘肃测震台网监测能力及地震目录完整性分析[J]. 地震学报, 2012, 34(5): 646-658. DOI:10.3969/j.issn.0253-3782.2012.05.006 |
谷继成, 谢小碧, 赵莉. 强余震的时间分布特征及其理论解释[J]. 地球物理学报, 1979, 22(1): 32-46. DOI:10.3321/j.issn:0001-5733.1979.01.005 |
郭安宁, 滕建中, 郭增建. 从柯里奥利力效应讨论今后兰州地区发生强震时其强余震的情况[J]. 地震研究, 1999, 22(1): 47-50. |
韩立波, 蒋长胜, 李艳娥, 等. 用于地震可预测性CSEP计划的南北地震带地区地震最小完整性震级Mc研究[J]. 地震, 2012, 32(1): 17-27. |
蒋长胜, 韩立波, 郭路杰. 新疆于田地区2008年以来3个地震序列的参数早期特征[J]. 地震学报, 2014, 36(2): 165-174. DOI:10.3969/j.issn.0253-3782.2014.02.002 |
蒋长胜, 吴忠良, 尹凤玲, 等. 余震的序列参数稳定性和余震短期发生率预测效能的连续评估--以2014年云南鲁甸6.5级地震为例[J]. 地球物理学报, 2015, 58(11): 4 163-4 173. |
蒋海昆, 曲延军, 李永莉, 等. 中国大陆中强地震余震序列的部分统计特征[J]. 地球物理学报, 2006, 49(4): 1 110-1 117. |
蒋海昆, 郑建常, 吴琼, 等. 传染型余震序列模型震后早期参数特征及其地震学意义[J]. 地球物理学报, 2007, 50(6): 1 778-1 786. |
蒋海昆, 傅征祥, 刘杰, 等. 中国大陆地震序列研究[M]. 北京: 地震出版社, 2007: 7-37.
|
蒋海昆, 杨马陵, 付虹, 等. 震后趋势判定参考指南[M]. 北京: 地震出版社, 2015: 2-3.
|
蒋海昆, 周少辉. 前震: 预测意义及识别方法[J]. 地震地磁观测与研究, 2020, 41(5): 222-225. |
刘正荣, 钱兆霞, 王维清. 前震的一个标志--地震频度的衰减[J]. 地震研究, 1979, 2(4): 1-9. |
刘正荣. 根据地震频度衰减预报地震的工作细则[J]. 地震, 1984, 4(1): 35-37. |
刘正荣, 孔昭麟. 地震频度衰减与地震预报[J]. 地震研究, 1986, 9(1): 1-12. |
余娜, 张晓清, 杨晓霞. 青海及邻区地震目录最小完整性震级分析[J]. 地震, 2020, 40(4): 23-32. |
余娜, 毕金孟, 蒋长胜. 基于ETAS模型对青海地区余震预测效能评估的研究[J]. 地震工程学报, 2020, 42(3): 696-704. |
Akaike H. A new look at the statistical model identification[J]. IEEE Trans Automat Control, 1974, 19(6): 716-723. |
Jordan T H. Earthquake predictability, brick by brick[J]. Seismol Res Lett, 2006, 77(1): 3-6. |
Lewis P A W, Shedler G S. Simulation of nonhomogeneous Poisson processes by thinning[J]. Naval Research Logistics Quarterly, 1979, 26(3): 403-413. |
Ogata Y. On Lewis' simulation method for point processes[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 1981, 27(1): 23-31. |
Ogata Y. Statistical models for earthquake occurrences and residual analysis for point processes[J]. J Amer Statist Assoc, 1988, 83(401): 9-27. |
Ogata Y. Statistical model for standard seismicity and detection of anomalies by residual analysis[J]. Tectonophysics, 1989, 169(1/2/3): 159-174. |
Ogata Y. Increased probability of large earthquakes near aftershock regions with relative quiescence[J]. J Geophys Res, 2001, 106(B5): 8 729-8 744. |
Rydelek P A, Sacks I S. Testing the completeness of earthquake catalogues and the hypothesis of self-similarity[J]. Nature, 1989, 337(6204): 251-253. |
Taylor D W A, Snoke J A, Sacks I S, et al. Nonlinear frequency-magnitude relationships for the Hokkaidocorner, Japan[J]. Bull Seismol Soc Am, 1990, 80(2): 340-353. |
Wiemer S, Wyss M. Minimum magnitude of completeness in earthquake catalogs: examples from Alaska, the Western United States, and Japan[J]. Bull Seismol Soc Am, 2000, 90(4): 859-869. |