0 引言

2018年5月28日1时50分，吉林省松原市宁江区发生M_S 5.7地震（45.27°N，124.71°E），震中及附近地区震感强烈，截至当年6月5日，共发生余震668次，其中M_L≥3.0地震6次。地震共造成约1.8万余间房屋受损（https://www.mem.gov.cn/xw/bndt/201806/t20180617_229519.shtml）。2019年5月18日6时24分，在松原市宁江区再次发生5级以上地震（45.3°N，124.75°E），震级M_S 5.1，截至当年5月20日，共发生余震63次，其中M_L≥3.0地震3次。此次地震中，约5 100间房屋严重受损，约1 800人被紧急迁移安置，直接经济损失达4 900万元（https://www.mem.gov.cn/xw/bndt/201906/t20190610_299001.shtml）。

据史料记载，公元1119年，吉林松原地区前郭卡拉木发生M 6³/₄地震（吴戈等，1988）。近年来，该区多次发生M≥5地震，其中：2006年乾安M_S 5.0地震和2013年前郭M_S 5.8震群，均发生在扶余—肇东断裂南段；2018—2019年宁江区2次5级以上地震均发生在扶余—肇东断裂与第二松花江断裂交会区域，发震构造位置与以往明显不同。

对研究区地震序列进行分析，总结震前测震学方法异常，对该地区今后中强震预测具有重要意义。松原宁江区2018年M_S 5.7地震和2019年M_S 5.1地震作为2条断裂交会区域资料丰富的中强震，采用多种测震学方法总结其震前异常，对认识并预测扶余—肇东断裂与第二松花江断裂交会区域附近中强地震的发生具有重要意义。研究结果可为松原宁江区中强地震的预测、预报积累经验。

1 地震活动背景

吉林松原位于松辽盆地松花江冲积平原，地处东北断块区松辽断陷带中央坳陷区。宁江区2次5级以上地震震中及附近地区主要分布2条断裂（图 1），分别为第二松花江断裂（F1）和扶余—肇东断裂。据杨清福等（2010）的研究，第二松花江断裂规模较大，其走向呈NW，倾向则可能为NE或SW，且具有较陡的倾角。扶余—肇东断裂起始于肇东，向北经扶余延深至怀德杨大城子一带，在松辽断块沉降带内形成次一级构造单元分界线。中石化地震勘探反射资料（尉洋等，2016）指出，该断裂对于基底埋深具有明显的控制作用。按几何特征及活动性差异，该断裂带可分为扶余—肇东断裂查干花段（F4）、孤店段（F5）、扶余北段（F3）、大洼—薄荷台段（F2），还包含扶余北断裂南侧EW向次级断裂（江北断裂）以及西南部查干花镇地区NW向断裂组。其中：大洼—薄荷台断裂为整体倾向SE的逆断层，断层视倾角约60°；孤店断裂是一条活动性较强的隐伏断裂，可能为公元1119年M 63/4地震的发震构造（吴戈等，1988）；扶余北断裂走向近EW，倾向S，视倾角约为60°—80°，部分位置倾角约为90°（刘权锋等，2017）；江北断裂（F6）为正断断裂，与扶余北断裂近平行分布，可能是该断裂的次级断裂，也可能是孤店断裂的次一级断裂。

据1970年以来地震台网记录可知，松原宁江M_S 5.7地震震中附近活动较弱，震中30 km范围内，2003年以前共记录地震4次，最大震级为M_S 3.1，2003年起地震活动活跃，发生1次震群活动，最大震级为M_S 2.9，2004年后地震活动减弱。2017年开始，该地区地震活动频次及震级显著上升，相继发生了2017年M_S 4.9地震、2018年M_S 5.7地震和2019年M_S 5.1地震（图 2）。

2 资料选取

测震学异常分析主要依赖于小震目录资料。为确保基于各测震学异常分析方法的结果具有足够的稳定性和可靠性，对地震目录的最小完整性震级（M_c）进行科学评估。

基于中国地震台网中心统一地震目录，选取2017年以来松原宁江地区发生的2次5级以上地震作为震例，采用稳定b值法（MBS）、最大曲率法（MAXC）、震级—序号法以及多参数评估法，对松原宁江地区地震最小完整性震级M_c进行系统评估。

采用稳定b值法（MBS）（Cao et al，2002）得到2017年以来松原宁江地区最小完整性震级为M_L 0.5，采用最大曲率法（MAXC）（Wiemer et al，2000）计算得到最小完整性震级为M_L 0.3，结果见图 3。

采用震级—序号法和多参数评估法分析研究区最小完整性震级随时间的变化。基于震级—序号法，将2018年以来松原宁江地区地震事件按发生时间进行排序，分析地震密度较高区域的连线，以描绘M_c值的时序变化，结果见图 4，可见该区地震最小完整性震级约为M_L 0.5。

多参数方法综合了最大曲率法（MAXC）以及拟合优度法（GFT-90%、GFT-95%），基于该方法，对2017—2021年松原宁江地区地震最小完整性震级进行时序演化，实现对研究区域内M_c时序变化的定量评估，结果见图 5，可见该区M_c约为M_L 0.5，且2021年后小震活动减弱，最小完整性震级有所升高。

基于以上方法，确定2017年以来松原宁江地区地震事件的最小完整性震级M_c阈值为M_L 0.5。

3 地震前显著测震学异常分析 3.1 固体潮调制比时空扫描分析

固体潮调制比是《测震分析预测技术方法工作手册》（中国地震局监测预报司，2020）中推荐的一种常用地震预测方法。通过分析受调制小震活动分布，探测地壳介质强弱分布，识别高应力集中区，进而预测中强地震发震位置（秦保燕等，1986；张晓东等，2000；王炜等，2001）。小震调制比概念由秦保燕等(1983, 1986)提出，是指朔望时受较大引力潮所触发的地震次数与地震总次数的比值。目前，小震调制比在中强震危险性分析及日常震情跟踪中被广泛应用（朱鹏涛，2015；韩颜颜等，2017；张思萌等，2022；索朗南杰等，2023）。

《测震分析预测技术方法工作手册》（中国地震局监测预报司，2020）中将农历每月初一至初二、初七至初九、十五至十七、二十二至二十五作为调制日期，将0.59作为固体潮调制比时空扫描异常阈值。选取2016年以来黑龙江省及邻区（42°—54°N，120°—136°E）小地震（M_c = M_L 2.0），进行固体潮调制比时空扫描。具体参数设定如下：①地震目录震级下限为M_L 3.0；②时空窗口内地震次数下限为5次；③采用半径为150 km圆形空间窗口，空间扫描步长为0.25°×0.25°，时间窗长为1年，时间扫描步长为1个月。为排除固体潮调制比高值异常出现的偶然性，选定异常的持续时间需2个月以上，异常空间尺度大于15 000 km²。

固体潮调制比空间分布（图 6）显示，2017年7月，松原宁江地区出现固体潮调制比高值异常现象，2018年1月异常消失，2019年1月高值异常再次出现，2019年10月异常消失。松原宁江2次5级以上地震发生前，震中150 km范围内存在固体潮调制比高值异常。

固体潮调制比时序曲线（图 7）显示，2017年7月松原宁江地区出现固体潮调制比高值异常现象，之后异常持续高值，2017年9月达最高值，随后下降，2018年1月异常消失，异常持续6个月，4个月后松原宁江发生M_S 5.7地震，即在连续2个月高值异常后的9个月内发震。2019年1月松原宁江地区出现固体潮调制比高值异常现象，之后异常持续高值，2019年3月达最高值，2019年5月发生松原宁江M_S 5.1地震，震后5个月，即2019年10月异常消失，M_S 5.1地震发生在连续2个月高值异常后3个月内。因此，当固体潮调制比高值异常连续出现2个月且异常空间范围大于15 000 km²时，在随后9个月内异常区150 km范围内存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，宁江区未出现固体潮调制比高值异常现象。

3.2 b值时间序列分析

在震级—频度关系式lgN = a-bM中，b值为常用地震活动性参数，具有明确的物理意义（梅世蓉等，1993），可用来定量评估一个地区的相对应力水平（Wyss et al，2000；易桂喜等，2004）。研究发现，b值与震源区应力水平之间存在一种反比关系（Aki，1984），即b值较高，反映出该区域平均应力水平较低，而b值较低，则指示区域平均应力水平较高。因此，可以通过b值时空扫描监视破坏性地震的孕育，从而进行强震中期预报（李全林等，1978）。目前，b值精细化空间扫描及基于b值的多地震活动参数分析方法，已被广泛用于不同活动构造环境下的强震危险性评估（易桂喜等, 2010, 2014；冯建刚等，2016；史海霞等，2018）。

选取2017年以来黑龙江省及邻区（42°—54°N，120°—136°E）记录的地震事件，最小完整性震级M_c定为M_L 0.5，扫描窗长设为50，步长设为10，选用最大似然法计算每个时间窗的b值和误差（b≤0.7为异常），结果见图 8。

由图 8可见，M_S 5.7地震前出现b值连续小于0.7的异常，震前b值快速升高，并在随后2个月内发生地震；M_S 5.1地震前也出现类似异常特征，即b值连续小于0.7的异常，震前b值快速升高，时间上b值快速升高的2个月内发震。因此，当b值连续出现低值异常且突然快速升高时，3个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，松原宁江区域b值较为稳定，在0.7左右波动，处于临界异常状态，需要关注其变化。

3.3 视应力变化特征分析

地震视应力（Wyss et al，1968）可由震源平均应力乘以地震效率得出，即可利用平均应力来估计震源应力场的水平（吴忠良等，2002），进而在一定程度上体现构造应力的变化趋势。因此，一般认为，地震视应力高值表明震源区高应力水平（易桂喜等，2011）。大量研究显示，在中强震发生前地震视应力会出现升高的趋势（王琼等，2005；陈学忠等, 2007, 2011），可为地震预报提供一定依据（陈学忠等，2003）。当前，视应力空间分布特征及在强震趋势预测中的应用仍是研究热点（张彬等，2007；易志刚等，2007；易桂喜等, 2013, 2016）。

基于黑龙江省测震台网及邻省共享台站记录，选取松原宁江地区2017年至投稿截止时间内M_L≥3.0地震信噪比较高的地震波形数据，利用朱新运等（2008）开发的程序进行视应力计算。由于地震视应力受震级影响较大，震级越大视应力值越大，而由大地震引发的高应力值将对小震视应力产生抑制作用，进而影响到对研究区域应力水平的评估。为消除大震级地震的影响，采取以下2种方法：①仅分析M_L 3.0—4.0地震视应力变化（图 9）；②计算视应力与理论视应力的差值，并以3个地震事件窗长、1个地震为步长进行滑动，分析滑动视应力差值变化（图 10）。松原宁江区2次5级以上地震发生时间相对集中，仅通过分析时序曲线难以清晰识别震前变化。为此，将地震按发生时间进行排序，并按地震序号进行视应力分析[图 9(b)，图 10(b)]。

（1）M_L 3.0—4.0地震视应力变化特征。M_L 3.0—4.0地震视应力平均值约为4.9 bar，标准差约2.9 bar，以均值加1倍标准差为阈值，数值约为8 bar。由图 9可见，M_S 5.7地震前出现视应力超阈值高值异常，随后视应力快速下降，在视应力回升过程中发震，时间上出现超阈值现象后9个月内发震。M_S 5.1地震前视应力也出现高值异常，随后视应力快速下降，在出现超阈值现象后1个月内发震。因此，当M_L 3.0—4.0地震视应力出现高值异常且突然快速下降时，9个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，宁江区M_L 3.0—4.0地震视应力未出现超阈值且快速下降现象。

（2）M_L≥3.0地震视应力与理论视应力滑动差值分析。经计算，视应力滑动差值平均值约为0.5 bar，标准差约2.1 bar，以均值加1倍标准差为阈值，即阈值约为2.6 bar。由图 10可见，M_S 5.7地震前出现视应力超阈值高值异常，随后视应力快速下降，在视应力回升过程中发震，时间上出现超阈值现象后10个月内发震，M_S 5.1地震前视应力也出现高值异常，随后视应力快速下降，在视应力回升过程中发震，时间上出现超阈值现象后8个月内发震。因此，当M_L≥3.0地震视应力出现高值异常，在视应力快速下降后回升过程中，10个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，松原宁江区M_L≥3.0地震视应力未出现超阈值现象。

3.4 震源机制一致性分析

地震通常是由地壳介质在长期受到地应力作用下发生破裂而引发的。可通过震源机制解分析，揭示震源断层运动模式及应力作用。研究指出，在强震发生前，小地震往往呈现出震源机制的一致性特征，表明震源区域附近应力正在累积，可能会促进强震的触发。利用震源机制解对地应力场的时空变化进行反演分析，有助于识别强震前的潜在异常信息。因此，震源机制的一致性参数成为评估地震风险的一个重要指标（陈颙，1978；泽仁志玛等，2009；刁桂苓等，2011；刘方斌等，2018；刘自凤等，2020）。文中采用β角和应力张量方差来描述震源机制一致性。其中β角为单次地震的滑动矢量与理论滑动矢量间的夹角（misfit），应力张量方差（variance）可用来表述应力场的均匀性。

对松原宁江地区地震进行震源机制解算，显示仅M_L≥3.0地震会取得较好结果。因此，选取宁江地区2017年至投稿截止时间内M_L≥3.0、波形较好的地震，采用P波初动方法计算震源机制解（表 1，图 11），使用ZMAP（Wiemer，2001）软件，以5个地震为窗长、1个地震为步长进行震源机制一致性参数的计算。

（1）β角变化特征。2018年M_S 5.7地震前，β角出现低于5°异常，随后逐渐下降，直至发震，震后β角升高并恢复正常变化。2019年M_S 5.1地震前，β角也出现低于5°异常，随后下降，且在震前达最低值，震后升高并恢复正常变化（图 12）。因此，将β = 5°作为阈值。若β＜5°，表明该区域震源机制具有较好的一致性；若β＜5°且呈下降变化，表明异常区附近存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，宁江区β角未出现低值异常现象。

（2）应力张量方差（Variance）变化特征。2018年M_S 5.7地震前，Variance＜0.02，且逐渐下降，直至发震，震后呈上升趋势变化。2019年M_S 5.1地震前，同样出现Variance＜0.02现象，随后下降，且在震前达最低值，震后呈上升趋势变化（图 13）。因此，取0.02作为应力张量方差阈值，即：当Variance＜0.02时，表明该区域震源一致性较好，构造应力水平较高；当Variance＜0.02且出现下降时，异常区附近存在发生5级以上地震的可能。截至2023年12月，宁江区Variance未出现低值异常现象。

4 结论

2018—2019年松原地区发生2次5级以上地震，发震构造位置不同于吉林地区其他5级以上地震。为了更好地积累地震预测、预报经验，本研究利用测震学方法对2次典型地震进行分析，在研究区获得以下初步认识。

固体潮调制比高值异常连续出现2个月且异常空间范围大于15 000 km²时，9个月内异常区150 km范围内存在发生5级以上地震的可能。

b值连续出现低值异常且突然快速升高时，2个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能。

M_L 3.0—4.0地震视应力出现高值异常且突然快速下降时，9个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能；M_L≥3.0地震视应力出现高值异常，在视应力快速下降后的回升过程中，10个月内异常区附近存在发生5级以上地震的可能。

震源一致性参数β＜5°或者Variance＜0.02并出现下降时，异常区附近存在发生5级以上地震的可能。

本文仅针对2018—2019年吉林宁江M_S 5.7、M_S 5.1两次地震前后数据记录进行计算和分析，且此次分析涉及地震样本较少，所得结论仅适用于松原宁江地区，后续可扩大研究范围、增加震例进行更加深入的分析。