2014年2月12日新疆于田MS7.3地震前地震活動特征分析

聶曉紅 王瓊

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市新市區(qū)科學(xué)二街338號 830011

0 引言

2011年6月以來，新疆地區(qū)5、6級地震異?；钴S，截至2014年1月，共計發(fā)生23次5級以上地震，其中包含4次6級地震。這組地震呈現(xiàn)出“時間上連續(xù)發(fā)生、空間上多帶分布”的特征。2012年8月于田MS6.2地震后，這種連發(fā)狀態(tài)逐步減弱，由平均每月發(fā)生1～2次中強地震變?yōu)?個月發(fā)生1次中強地震。對比分析新疆地區(qū)歷史中強地震活動特征發(fā)現(xiàn)，這種中強地震“顯著增強-活動減弱”的狀態(tài)與1931年富蘊MS8.0地震、1955年烏恰7級雙震前中強地震活動狀態(tài)較為相似。2014年2月12日于田MS7.3地震即發(fā)生在新疆地區(qū)5、6級地震連發(fā)活動由較強轉(zhuǎn)為相對較弱的背景下。

本文對2014年于田MS7.3地震的活動構(gòu)造背景、震前新疆地區(qū)中小地震活動狀態(tài)以及區(qū)域地震活動圖像異常特征進行了分析和總結(jié)，并與2008年于田MS7.3地震前地震活動特征進行了對比分析。

1 地震構(gòu)造背景

2014年2月12日于田MS7.3地震震中位于康西瓦斷裂和阿爾金斷裂地震帶交匯部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜?？滴魍邤嗔盐挥诶錾轿鞯陌柦饠嗔褞鞫危蔠NW-ESE向延伸近700km，是一條逆沖型并具有一定左旋特征的斷裂。歷史上該斷裂帶中強地震的主壓應(yīng)力P軸方位以NNE向為主，震源斷錯類型以走滑型為主。阿爾金斷裂帶為青藏高原北邊界一條典型的左旋走滑斷裂帶，走向N(75°±10°)E，長約1600km，其西南端斜切插入西昆侖構(gòu)造帶，分散成向西撒開的3支構(gòu)造，地震破裂顯示以拉張為主、兼有走滑運動的傾滑破裂特征。歷史上該斷裂帶中強地震的主壓應(yīng)力P軸方位以NNW向為主，震源斷錯類型以走滑型為主;兩者P軸仰角平緩，顯示出來自青藏塊體與塔里木塊體之間的強烈擠壓作用(付碧宏等，2006;徐錫偉等，2007;王盛澤等，1992;朱令人，2002;高國英等，2005;王瓊等，2012)。

2008年于田MS7.3地震位于康西瓦斷裂和阿爾金斷裂地震帶的結(jié)合部位的拉張盆地內(nèi)，該部位發(fā)生的地震可能是阿爾金斷裂左旋扭錯，牽引其西南端位于阿什庫勒盆地的分支斷裂發(fā)生張性破裂的結(jié)果，因此該地區(qū)歷史地震以拉張為主兼有走滑運動的正斷型破裂居多(新疆地震局，1997;聶曉紅等，2010)。而2014年2月12日于田MS7.3地震位于2008年于田MS7.3地震東北100km處，跳出了拉張盆地范圍，其周圍歷史地震也以走滑兼傾的方式發(fā)生，2次地震均符合其所處的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境。圖1為震源區(qū)及其周圍地區(qū)歷史上有震源機制解的中強以上地震的震中分布①哈佛大學(xué) CMT結(jié)果(http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html)。

圖1 震源區(qū)周圍中強以上地震的震中分布及其震源機制解

2 于田MS7.3地震震前新疆地區(qū)地震活動性分析

2.1 新疆地區(qū)的中強地震活動

1950年以來新疆地區(qū)5級以上地震年頻次顯示(圖2)，新疆5級地震年均活動水平為4～5次，其中多數(shù)7級地震之前5級地震表現(xiàn)出“活躍”或“活動”現(xiàn)象，少數(shù)5級地震活動“平靜”。2014年于田MS7.3地震前2～3年，5級地震活動明顯增強，即2011年6月～2012年8月新疆中強以上地震異?；钴S，發(fā)生了16次5級以上地震，其中包含4次6級地震，平均每個月發(fā)生1次5級以上地震，呈現(xiàn)連發(fā)活動狀態(tài);2012年9月后，中強以上地震活動逐步減弱，至2014年1月在17個月的時間內(nèi)發(fā)生了7次5級地震，平均每月發(fā)生0.4次，地震活動明顯減弱(圖3)。類似的5級地震活動“顯著增強-減弱”現(xiàn)象在1955年烏恰2次MS7.0雙震前曾出現(xiàn)過，即1953年地震活動頻度顯著增加，1954年逐步恢復(fù)到背景活動水平后發(fā)生了烏恰MS7.0雙震。2014年于田MS7.3地震即發(fā)生在新疆地區(qū)中強地震活動呈現(xiàn)“顯著增強-減弱”的背景下。

圖2 1950年以來新疆地區(qū)中強以上地震年頻次(半年步長，一年窗長)

圖3 2011年6月1日～2014年2月11日新疆地區(qū)5級以上地震震中分布

2.2 新疆地區(qū)的3、4級地震活動

MS7.3地震前新疆地區(qū)先后出現(xiàn)了3、4級地震弱活動。2014年1月4～16日新疆出現(xiàn)3級地震12天的平靜狀態(tài)，1月16日巴楚MS3.0地震打破了該平靜狀態(tài)。統(tǒng)計分析顯示，2011年新疆地區(qū)中強地震連發(fā)活動以來，10天以上的3級地震平靜狀態(tài)被打破后，1個月內(nèi)發(fā)生中強地震的對應(yīng)比例為7/9(77.8%)。與此同時，2013年12月2日～2014年2月6日新疆地區(qū)4級地震也出現(xiàn)了67天的平靜，2014年2月6日阿克陶MS4.1地震打破了該平靜。2011年新疆地區(qū)中強以上地震連發(fā)以來，4級地震平靜超過30天的統(tǒng)計分析顯示，4級地震平靜打破后1個月內(nèi)，發(fā)生中強以上地震的對應(yīng)比例為6/8(75%)(圖4)。

類比分析1970年以來新疆地區(qū)3級地震平靜超過10天和4級地震平靜超過60天對其后中強地震的震兆意義發(fā)現(xiàn)，3級地震平靜和4級地震平靜與其后1個月內(nèi)后續(xù)5級以上地震的對應(yīng)比例均小于30%，4級地震平靜與其后半年內(nèi)后續(xù)6級以上地震的對應(yīng)比例為68.2%。

對比分析地震連發(fā)狀態(tài)和背景活動水平狀態(tài)下3、4級地震與后續(xù)中強地震的關(guān)系可知，若中強地震處于背景活動水平狀態(tài)下，則3、4級地震平靜的震兆預(yù)測意義可信度不高;若處于中強地震連發(fā)活動過程中，這類平靜具有一定的預(yù)測可信度。

圖4 2011年6月～2014年2月新疆地區(qū)MS≥3.0和MS≥4.0地震時間間隔

基于上述分析認為，這組連發(fā)地震活動過程中出現(xiàn)的3、4級地震平靜對后續(xù)中強地震具有震兆預(yù)測意義。在2011年2月11日于田MS5.4地震發(fā)生后認為，3級地震平靜為該地震前的地震活動圖像異常表現(xiàn)。但根據(jù)歷史震例，4級地震平靜異常往往與后期6級以上地震關(guān)系較為密切，2014年2月12日于田MS7.3地震的發(fā)生進一步證實了這一特征。

3 于田MS7.3地震前區(qū)域地震活動異常特征

3.1 阿爾金地震帶中強以上地震活動增強

阿爾金地震帶中強以上地震活動頻度低、強度高。1900年以來，發(fā)生過3次7級地震，10次6級地震，平均2年左右發(fā)生1次5級以上地震。阿爾金地震帶歷史強震發(fā)生前2～3年，該地震帶中強地震活動增強，例如1923年11月～1927年2月阿爾金地震帶連續(xù)發(fā)生9次5級地震，其中包括1924年且末2次7級地震，年均活動水平為2.7次;1977年青海MS6.4和MS6.3地震前3年阿爾金地震帶發(fā)生了5次5級地震，年均活動水平為1.6次(圖5)。這2組強震前，阿爾金地震帶5級地震活動水平高于背景活動。2011年6月新疆地區(qū)5級地震連發(fā)以來，阿爾金地震帶中強地震異?；钴S，2011年9月～2013年12月發(fā)生了6次5級以上地震，平均每年發(fā)生2.7次，遠高于歷史平均水平。2014年2月12日于田MS7.3地震就發(fā)生在阿爾金地震帶中強地震活動異常增強的背景下。

圖5 阿爾金地震帶歷史地震頻度和M-t圖

3.2 震區(qū)周圍中強以上地震呈現(xiàn)平靜-活動增強

1600年有歷史地震記錄以來于田MS7.3地震震區(qū)MS≥5.0地震震中分布圖顯示(圖6)，1600～1969年震源區(qū)附近130km范圍內(nèi)未記錄到5級以上地震(王海濤等，2006)。王海濤等(2006)的研究表明，新疆地區(qū)MS≥5.0地震在1955年以后是完整的，而上述時段未記錄到5級以上地震可能與地震目錄的不完整有關(guān)。1970～2010年MS7.3地震震區(qū)周圍80km范圍內(nèi)僅發(fā)生2次5級地震，地震活動水平不高;而于田MS7.3地震前2～3年，即2011～2013年震區(qū)連續(xù)發(fā)生了3次5級、1次6級地震，中強地震活動明顯增強。

3.3 于田MS7.3地震震區(qū)東側(cè)4級地震長期平靜

一次強震前，未來震中及其附近地區(qū)的中小地震活動可能減弱，出現(xiàn)地震活動前兆性平靜，稱為平靜震兆(韓渭賓，1998)。圖7給出了1970年以來阿爾金地震帶MS≥4.0地震震中分布，1996年以來阿爾金地震帶地震活動主要集中在阿爾金地震帶西段與西昆侖交界地區(qū)，2008年于田MS7.3地震前震區(qū)東側(cè)近500km范圍內(nèi)4級地震活動平靜13年，震后平靜區(qū)內(nèi)4級地震開始活動。2009年2月15日民豐MS4.3地震后，2014年于田MS7.3地震震區(qū)東側(cè)440km范圍內(nèi)4級地震平靜5年，于田MS7.3地震發(fā)生在平靜區(qū)西端，震后該地區(qū)4級地震仍然平靜。

3.4 中小地震形成條帶

圖6 震源區(qū)及周邊歷史中強地震震中分布

圖7 于田地震震區(qū)東側(cè)MS≥4.0地震震中分布

地震條帶是強震前區(qū)域地震活動由零亂、分散的分布轉(zhuǎn)為集中成帶的現(xiàn)象，一般是在活動增強的后期開始形成。在孕育大震的地區(qū)，當區(qū)域應(yīng)力增強到一定程度時，破裂的數(shù)目和幅度會出現(xiàn)增長。如果震源區(qū)介質(zhì)稍有非彈性形變，則兩側(cè)巖體就各自出現(xiàn)前進運動，進而可能引起閉鎖區(qū)周圍的高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力向邊界附近集中，因而會使斷裂帶中小地震活動有所增強，出現(xiàn)較顯著的定向運動(郭增建等，1973)。7級以上大震前常常會出現(xiàn)中小地震活動“條帶”，而且表現(xiàn)為突出于周圍區(qū)域的幾乎共軛的條帶狀分布，主震通常發(fā)生在其交匯部位(梅世蓉等，1993)。2013年2～4月，新疆3、4級地震在溫泉-于田地區(qū)呈現(xiàn)出條帶狀分布，該條帶橫穿天山地震帶、塔里木盆地和阿爾金構(gòu)造帶，長約1500km。2013年5～8月，在阿爾金地震帶上形成了3、4級地震的帶狀分布，長約1100km(圖8)，這兩個條帶在于田地區(qū)交匯。2013年9月以后，溫泉-于田條帶周圍發(fā)生了多次3、4級地震，條帶逐步瓦解;而沿阿爾金地震帶的條帶中段2013年11月24日發(fā)生了且末MS5.6地震，條帶被加強。2014年于田MS7.3地震發(fā)生在兩個條帶交匯地區(qū)，類似圖像在2008年于田MS7.3地震前也曾出現(xiàn)過，具有一定前兆意義。

圖8 于田地震前MS≥3地震條帶分布

3.5 3、4級地震形成半空區(qū)圖像

孕震空區(qū)是應(yīng)變能在局部地區(qū)高度集中的體現(xiàn)，孕震空區(qū)形成的后期，其邊緣可能發(fā)生具有短期指示意義的逼近地震。從逼近地震到主震的發(fā)生，余震空區(qū)內(nèi)部通常不再有顯著地震發(fā)生(陸遠忠等，1982)。據(jù)震例研究，新疆一些中強地震前存在較清晰的空區(qū)圖像(李瑩甄等，2008)。2013年4月16日～8月，在2014年于田MS7.3地震震區(qū)西側(cè)3級地震形成了半圍空圖像，圍空區(qū)長軸半徑250km，短軸半徑150km，中心位置為35.68°N，79.91°E(圖9)。根據(jù)曲延軍等(2010)的研究結(jié)果，推測未來震級為6.3±0.47。2013年9月7日空區(qū)內(nèi)發(fā)生和田MS3.0地震，其后3級地震明顯增多，空區(qū)瓦解。2013年10月20日空區(qū)邊緣發(fā)生克什米爾5級地震震群，認為該震群可能為逼近地震。2014年2月11空區(qū)東側(cè)邊緣發(fā)生于田MS5.4地震，2月12日再次發(fā)生MS7.3地震，MS7.3地震發(fā)生在空區(qū)打破后5.5個月。

4 與2008年于田MS7.3地震前區(qū)域地震活動對比分析

2014年2月12日于田MS7.3地震發(fā)生在阿爾金斷裂西端與康西瓦斷裂交匯區(qū)，該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，歷史地震活動頻度低、強度大。本次于田MS7.3地震與2008年MS7.3地震相距約100km，均位于阿爾金斷裂西南端，但這2次地震的震源斷錯類型和震前新疆地區(qū)及震區(qū)附近的地震活動狀態(tài)存在明顯差異。

圖9 于田地震前MS≥3地震空區(qū)

2008年于田MS7.3地震位于拉張盆地內(nèi)，其斷錯為正斷型;2014年于田地震位于阿爾金斷裂和康西瓦斷裂交匯地區(qū)，其斷錯為走滑型，但同時具有一定的張性分量。這種拉張性質(zhì)的出現(xiàn)可能與青藏高原向東扭轉(zhuǎn)、塔里木盆地順時針旋轉(zhuǎn)在該地區(qū)形成張性作用力有關(guān)。

對比2008年、2014年于田MS7.3地震前的地震活動特征可知(表1)，2次于田MS7.3地震前的地震活動存在較明顯差異:①震前新疆地區(qū)5級地震活動狀態(tài)不同(圖10)。2008年于田7.3地震發(fā)生在新疆地震活動水平偏低的背景下。2005年2月15日烏什MS6.3地震后至2008年3月21日于田MS7.3地震前，新疆地區(qū)6級地震持續(xù)平靜長達37個月，5級地震也處于弱活動狀態(tài)(王瓊等，2009);而2014年于田MS7.3地震前，新疆地區(qū)中強以上地震活躍，2011年6月～2014年2年12日于田MS7.3地震前，新疆共計發(fā)生24次5級以上地震，其中包括4次6級地震，中強地震活動水平遠高于歷史活動水平;②阿爾金地震帶中強地震活動狀態(tài)不同。2005年1月～2008年于田MS7.3地震前，阿爾金地震帶僅發(fā)生過1次5級地震，而2011年1月～2014年于田MS7.3地震前，阿爾金地震帶發(fā)生了6次5級以上地震;③圍空和條帶形成的地震震級下限不同，異常持續(xù)時間也存在差異;④2008年于田MS7.3地震前2個月，震源區(qū)雖然發(fā)生過2次3級地震，但非該地震的直接前震，序列為主-余型。2014年于田MS7.3地震前1天，震源區(qū)發(fā)生于田MS5.4地震，序列為前-主-余型。

這2次地震前的地震活動也存在一定的相似性:①2次地震前新疆地區(qū)均出現(xiàn)了3、4級地震的大范圍平靜及阿爾金構(gòu)造帶4級地震平靜;②存在中小地震空區(qū)和逼近地震、中小地震共軛條帶。

圖10 2008、2014年2次于田MS7.3地震前5級地震活動

表1 2008年、2014年于田MS7.3地震前的地震活動和異常特征

值得注意的是，在日常震情跟蹤分析過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2014年于田MS7.3地震前存在的上述異常，但對上述異常的認識存在如下局限性:一是組成空區(qū)、條帶等圖像異常的地震震級下限偏低、異常持續(xù)時間較短造成了對未來地震強度的判定偏低;二是雖然識別出了中強地震連發(fā)活動異常圖像對未來7級以上地震具有一定前兆預(yù)測意義，但考慮到距其100km的西南地區(qū)2008年發(fā)生過于田MS7.3地震，且當前中強地震活動狀態(tài)與2008年于田MS7.3地震前存在較大差異，故認為阿爾金斷裂帶西南端短時間、近距離再次發(fā)生7級地震的可能性非常小。正是由于上述原因，即使發(fā)現(xiàn)了阿爾金地震帶5級以上地震異?；钴S、震區(qū)東側(cè)440km范圍4級地震平靜5年等異常，仍未能對該地震帶未來強震的發(fā)生時間和地點做出短期判定。

2014年于田MS7.3地震前1天，震源區(qū)發(fā)生了于田MS5.4前震，MS5.4地震序列強度和頻度衰減較快，主要集中在震后3小時內(nèi)，與該區(qū)歷史中強以上地震序列衰減特征較為相似。因此，震后當天判定該序列為主-余型的可能性較大。統(tǒng)計分析顯示，1900年以來新疆地區(qū)18次7級以上地震前僅有2次存在前震，其中1944年3月10日烏蘇MS7.2地震前9min發(fā)生1次MS6.5地震，1985年8月23日烏恰MS7.1地震前4h發(fā)生了1次MS5.1地震。基于于田MS5.4地震序列衰減特征和新疆地區(qū)歷史7級地震前鮮見前震的序列特征，于田MS5.4地震發(fā)生后，難以將其判定為后續(xù)強震的前震活動。

5 結(jié)論

本文通過分析研究2014年2月12日于田MS7.3地震前新疆地區(qū)地震活動狀態(tài)和區(qū)域地震活動圖像，對于田7.3地震前的地震活動特征得到如下初步認識:

(1)于田MS7.3地震發(fā)生在新疆地區(qū)中強地震呈現(xiàn)顯著增強-相對平靜、中等地震平靜的背景下，即MS7.3地震前3年，新疆地區(qū)5、6級地震呈現(xiàn)連發(fā)活動狀態(tài);震前3、4級地震分別出現(xiàn)了12天和67天的平靜。

(2)于田MS7.3地震前中小地震存在較明顯的中短期異常，主要表現(xiàn)為震前3年阿爾金地震帶及震區(qū)周圍中強以上地震活動顯著增強，震源區(qū)東側(cè)出現(xiàn)4級地震平靜5年的現(xiàn)象。

(3)于田MS7.3地震前區(qū)域地震活動存在較明顯的地震活動異常圖像。震前1年新疆地區(qū)及震區(qū)周圍地區(qū)出現(xiàn)了3級以上地震的有序分布圖像，其中震區(qū)西側(cè)3、4級地震形成半圍空圖像;3、4級地震形成跨越天山地震帶、塔里木盆地和阿爾金地震帶的大型條帶，并與阿爾金地震帶上的3、4級地震條帶形成共軛現(xiàn)象。

(4)與2008年MS7.3地震對比分析的結(jié)果顯示，這2次7級地震前地震活動存在相似性，即均出現(xiàn)了平靜、圍空、逼近地震和共軛條帶等異常圖像。同時也存在明顯差異性，即2008年MS7.3地震前新疆地區(qū)和阿爾金地震帶中強地震活動顯示為平靜，而在2014年MS7.3地震前則顯示為顯著增強;形成圍空和條帶異常圖像的中小地震的震級下限不同;2008年MS7.3地震前無前震，而2014年MS7.3地震前發(fā)生了MS5.4直接前震。