2) 中国云南 671000 云南大理滇西北地壳构造活动野外科学观测研究站
2) Field Science Observation and Research Station on Crustal Tectonic Activity in Northwest Yunnan, Yunnan Province 671000, China
2023年12月2日1时36分33秒,云南省德宏州芒市发生MS 5.0地震(24.26°N,98.08°E),震源深度10 km。地震发生在云南小滇西地区(澜沧江断裂以西、南汀河断裂以北区域),该区域受近NS向和NE向断裂控制,构造运动强烈,是云南中强震频发区域。杨芬(2013a)、杨芬等(2015)、常昊等(2018)、高琼等(2021)、冯晓博等(2023)对小滇西及滇西北地区中强震异常特征进行分析,得到诸多宝贵经验。
据统计,此次芒市MS 5.0地震震中周边历史地震较少,其中1900年以来震中50 km范围内共发生5.0—5.9级地震3次,分别为1931年陇川M 5.5、1933年陇川M 5.5和1966年瑞丽MS 5.2地震。此次芒市MS 5.0地震发生在猛力—帮瓦断裂附近,最近距离约6 km,判断该断裂可能为地震发震断层。本文对震情跟踪过程中此次芒市地震前中短临阶段地震活动异常进行总结,希望对该区今后震情跟踪研判提供参考。
1 中期异常 1.1 滇西地区M≥5.0地震东西迁移规律滇西地区地质构造复杂,断裂纵横交错,地震活动频发,强度大,双震、震群活动突出(梁劳,1982;杨子汉,1988;龙晓帆等,1998)。杨芬(2013b)通过对1985年以来滇西地区地震活动研究发现,以100°E线为界把滇西地区分为东西两段,M≥5.0地震具有东西交替活动规律,西段发生1—2次M≥5.0地震后,下次M≥5.0地震迁往东段,东段发生1—2次M≥5.0地震后,下次M≥5.0地震迁往西段。调查发现,2021年漾濞MS 6.4、盈江MS 5.0地震均发生在100°E线以西地区,随后地震迁往100°E线以东地区,于2022年1月2日发生宁蒗MS 5.5地震,此后地震迁往100°E线以西的小滇西地区,并于2023年5月2日发生隆阳MS 5.2地震(图 1)。据此迁移规律,100°E线以西存在再次发生M≥5.0地震的危险。
2022—2023年滇西地区ML≥4.0地震活动分布见图 2,可见:2022年9月前,滇西地区ML≥4.0地震均发生在澜沧江断裂以东的滇西北地区,期间小滇西地区无ML≥4.0地震;2022年9月起至此次芒市MS 5.0地震前,滇西北地区ML≥4.0地震转为平静,ML≥4.0地震均发生在澜沧江断裂以西的小滇西地区。在一系列4级强度地震和2023年5月2日隆阳MS 5.2地震发生后,该区于2023年12月2日发生芒市MS 5.0地震。
一个地区的地震活动强度和频度表征了该区应变积累和能量释放水平,在2023年隆阳MS 5.2和芒市MS 5.0地震前中短期阶段,小滇西地区中小地震出现显著增频现象。
选取2020—2023年小滇西地区ML 2.5—4.9地震,以3个月为窗长,1个月为步长进行滑动,分析地震频次分布特征,结果见图 3。由图 3可见,自2022年11月起,小滇西地区中小地震活动频次显著增强,2023年初超过1倍均方差转平后开始下降,降到均值线以下,于2023年5月2日发生隆阳MS 5.2地震,震后中小地震活动迅速增强,超过1倍均方差后转平,8月开始转折下降至-1倍均方差以下,10月、11月稍转折回升,后于12月2日发生芒市MS 5.0地震。
2023年5月2日隆阳MS 5.2地震后,小滇西地区中小地震活动显著增强,2023年5月4日起ML 3.0—4.9地震围成一个较明显的孕震空区,空区外围地震活动明显增强,内部地震活动显著平静,2023年12月1日ML 3.1地震的发生,打破空区内部平静(图 4)。据曲延军等(2010)得出的川滇地区孕震空区持续时间与主震关系的拟合公式
$ M_{\text {川滇 }}=1.996 \lg T(\text { 月 })+3.194 \pm 0.488 $ | (1) |
计算得到研究区未来主震震级为4.9。此次芒市MS 5.0地震发生在空区内部,震级与估算数值相差不大,表明此空区即为芒市MS 5.0地震孕震空区。
2.3 ML≥3.0地震条带2023年8月13日至10月28日,小滇西发生8次ML≥3.0地震(表 1),快速形成近NW向条带(图 5),条带全长约280 km,宽约25 km,条带长宽比为11,组成条带的地震次数N条/(N条 + N外) = 8/9 = 0.89,条带最大空段与全长比为0.30,符合地震条带判断依据:组成条带的地震个数N条≥6,条带长宽比≥5,最大空段不超过全长的1/3,条带内外地震次数满足N条/(N条 + N外)≥75%,根据统计关系
$ \Delta T(\text { 月 })=-43+8.7 M $ | (2) |
计算得到未来主震震级约为5.2(刘蒲雄等,1989),数值与此次芒市地震相差不大。条带形成于小滇西地区中小地震显著增强后转折下降阶段,该条带的形成可能是进入孕震后期区域应力水平调整所致。
3 短期异常 3.1 逼近地震主震前不太长时间,孕震空区边缘可能出现一个或者一批引人注目的地震,这些地震的发生预示着主震的孕育接近完成,称为逼近地震(陆远忠等,1982;黄松风,2003)。2023年9月10日,孕震空区边缘发生盈江ML 4.0地震(图 5),截至9月30日,共发生ML 4.0—4.9地震1次,ML 2.0—2.9地震3次,ML 1.0—1.9地震3次。该ML 4.0地震序列即为2023年芒市MS 5.0地震前的逼近地震。
3.2 前兆震群震群是在一较小区域内发生的微破裂,可能由局部物质变弱造成应力集中所致,若某一构造区域包含震群以及大震震源,则大震的发生与该区域内震群活动可能存在某种因果联系,这样条件下的震群活动就具有某种预报意义,并且把大震前较长时间、较大范围内出现的可能具有前兆意义的震群称为(广义)前兆震群(朱传镇,1985)。
2023年10月,中国腾冲与缅甸交界发生小震群活动(图 6),地震分布集中且与周边地震分界明显,长轴展布尺度约14 km,其中ML≥1.0地震月频度高达49次,最大与次大地震分别为10月16日ML 3.1和10月28日ML 3.0地震。
该前兆震群判别指标计算结果如下:U = 0.858 3>0.50,F = 1.559>0.70,ρ = 0.497 9<0.55,k = 0.723 0>0.70,b = 0.703 8>0.65,h = 1.100 0>1.0。可见,除h值不符合前兆震群判别标准(h≥1.0为非前兆震群),其余参数均符合判别指标,故判定此次震群为前兆震群。据李孟銮等(1981)的研究结果,此次小震群活动于芒市MS 5.0主震前1个月发生、震中相距约180 km且属同一构造区,故认为其为芒市地震的前兆震群。
4 临震异常芒市MS 5.0地震发生前,震源区ML≥1.0地震频次显著增强(图 7),选取2023年11月1日—12月2日主震震中30 km范围内ML≥1.0地震(图 8)绘制M—T图,并以10日为步长进行滑动,得到地震日频度图,结果见图 9。
由图 8可见,主震前系列地震主要分布在此次MS 5.0地震震中以南,最大地震为12月1日00点38分36秒ML 3.1地震,震中位于主震以东约2 km处。该系列地震在空间上丛集于主震震源区,时间上无限接近主震(周少辉等,2016),故判断为此次地震序列前震。
由图 9可知:2023年11月22日,前震活动开始发生,26日活动增强,27—30日活动有所减弱,12月1日凌晨00时38分36秒发生ML 3.1地震,至5时54分22秒,小震活动集中爆发,后平静约16 h,并于当日22时39分22秒至次日00时40分49秒发生3次小震,后于1时36分33秒发生芒市MS 5.0主震。
5 结论和讨论2023年芒市MS 5.0地震的发生,遵循滇西地区地震活动迁移规律即,因此在日常震情跟踪过程中,对某构造区域震情研判,需在该区域地震活动特点基础上进行综合分析。震前滇西地区ML≥4.0地震呈NE向条带展布,在该条带东端于2022年1月2日发生宁蒗MS 5.5地震,中段于2023年5月2日发生隆阳MS 5.2地震,西端于2023年12月2日发生芒市MS 5.0地震。该条带上地震危险性仍需关注。
此次芒市MS 5.0震前地震活动异常特征明显,具体特征如下:中短期阶段出现中小地震显著增强现象,同时形成孕震空区;短期阶段中小地震活动水平转弱,但出现孕震空区并伴随ML≥3.0地震条带,且孕震空区边缘出现逼近地震,小滇西地区出现前兆震群;临震阶段震源区出现前震活动。研究发现,地震孕育的中期和短临阶段是不同的物理阶段,中期阶段出现的前兆异常与地震的发生存在不确定性,过程存在某种可逆性,而短临阶段是岩石达到屈服点后的失稳阶段,此时各种前兆趋势异常结束、恢复、转折或加速,前兆手段出现突跳群发,随着断层出现预滑、预移位,地震活动异常则出现前兆性地震、前兆震群等,过程不可逆(孙加林,2008)。在实际异常跟踪过程中发现,中期和短临异常有时在时间上叠加出现,较难给出中期向短临阶段过渡的拐点。据蒋海昆等(2020)的研究,认为2023年9月10日盈江ML 4.0地震(逼近地震)和前兆震群的发生,使得此次芒市地震序列孕育由中期转入短临阶段,孕震过程不可逆,加之前震的发生,震源区进入失稳状态,芒市MS 5.0地震必然发生。但仅从地震活动异常特征给出中期转入短临阶段的拐点,其准确性存疑,需结合其他观测手段进行综合研判。
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