新疆地區(qū)2000～2012年加卸載響應(yīng)比時(shí)空演化特征分析

唐蘭蘭 劉月 劉建明 溫少妍 李金尼魯帕爾·買(mǎi)買(mǎi)吐孫

1)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市新市區(qū)科學(xué)2街338號(hào) 830011

2)中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100080

0 引言

1987年尹祥礎(chǔ)(1987)提出了一個(gè)能夠定量地表征地震的孕育過(guò)程的參數(shù)——加卸載響應(yīng)比(Load/Unload Response Ratio，簡(jiǎn)稱LURR)。加卸載響應(yīng)比方法(LURR)在中國(guó)大陸及美國(guó)、日本、澳大利亞等地區(qū)被用于強(qiáng)震預(yù)測(cè)的研究，是目前比較流行的地震預(yù)測(cè)方法之一，該方法具有扎實(shí)的物理基礎(chǔ)且在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中取得了一些令人鼓舞的效果。

前人曾利用加卸載響應(yīng)比作為地震前兆判定指標(biāo)，對(duì)上百例中強(qiáng)地震前加卸載響應(yīng)比變化規(guī)律進(jìn)行震例檢驗(yàn)，結(jié)果表明80%以上的檢驗(yàn)效果良好(尹祥礎(chǔ)等，1991;Yin et al，1994、2000;宋治平等，1996;張永仙等，2004;余懷忠等，2010)，實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬也證實(shí)了加卸載響應(yīng)比方法的有效性(Mora et al，2002;Wang et al，1999、2004;Yin et al，2004;張暉輝等，2004)。該方法在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中也取得了較好的效果 (Yin et al，1995、2000、2002;王海濤等，1998、1999;尹祥礎(chǔ)等，1996、2009)。此外，加卸載響應(yīng)比也可應(yīng)用于預(yù)測(cè)其它的地質(zhì)災(zāi)害，如礦震、滑坡、水庫(kù)地震、巖爆等。

新疆地處歐亞大陸腹地，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，現(xiàn)今地質(zhì)構(gòu)造表現(xiàn)為盆山耦合的構(gòu)造格局，該區(qū)歷史中強(qiáng)地震頻繁，特別是2011年6月以來(lái)中強(qiáng)地震頻發(fā)，至2012年12月共計(jì)發(fā)生MS5.0以上地震18次，其中MS6.0以上地震4次，這些地震在時(shí)間上呈連發(fā)狀態(tài)，空間上顯示多帶分布，強(qiáng)度呈逐步增強(qiáng)態(tài)勢(shì)。本文利用加卸載響應(yīng)比理論，對(duì)2000年以來(lái)發(fā)生在新疆地區(qū)的40余次MS≥5.0地震前的小震加卸載響應(yīng)比時(shí)間和空間演化特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期對(duì)探索新疆地區(qū)中強(qiáng)有感地震的有效預(yù)測(cè)方法提供助益。

1 加卸載響應(yīng)比(LURR)的計(jì)算方法

1.1 LURR的基本思路

地震是一種發(fā)生在脆性介質(zhì)中的臨界現(xiàn)象或?yàn)?zāi)變事件。從力學(xué)的角度看：地震孕育的實(shí)質(zhì)是地球內(nèi)部震源區(qū)介質(zhì)不斷損傷，最后導(dǎo)致失穩(wěn)和突發(fā)破裂并釋放能量的過(guò)程。這既是一個(gè)典型又是一個(gè)特殊的力學(xué)問(wèn)題，由于震源介質(zhì)處于高溫高壓環(huán)境，加之介質(zhì)的不均勻性以及本構(gòu)方程、邊界條件大都未知，因而從力學(xué)(物理)上得到地球內(nèi)部介質(zhì)的破壞機(jī)理，進(jìn)而精確地預(yù)測(cè)介質(zhì)內(nèi)的災(zāi)變過(guò)程尚存巨大障礙，這也正是地震預(yù)測(cè)難度巨大的科學(xué)根源。

眾所周知，應(yīng)力-應(yīng)變曲線從宏觀上比較全面地刻劃了材料受力后全過(guò)程的力學(xué)性能。如果使材料的受力單調(diào)增加，材料將分別經(jīng)歷彈性變形、損傷、失穩(wěn)等過(guò)程。彈性變形的最本質(zhì)特征為其可逆性，即加載過(guò)程和卸載過(guò)程是可逆的，因而其加載響應(yīng)率(模量)和卸載響應(yīng)率(模量)相同。而損傷過(guò)程的本質(zhì)特征與彈性過(guò)程相反，具有不可逆性。反映在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，其加載響應(yīng)率與卸載響應(yīng)率不同。這種差異反映了材料的損傷或劣化的程度，對(duì)于地震而言，它定量地表征地震的孕育過(guò)程，加卸載響應(yīng)比理論的出發(fā)點(diǎn)即基于此。

1.2 加卸載響應(yīng)比值的計(jì)算

根據(jù)加卸載響應(yīng)比理論，加卸載響應(yīng)比為系統(tǒng)對(duì)加載和卸載的響應(yīng)率之比，即

式中，X+和X-分別是加載和卸載期間的響應(yīng)率。根據(jù)加卸載響應(yīng)比思想，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定或線性狀態(tài)時(shí)，加卸載響應(yīng)比的值接近于1(Y≈1)。而當(dāng)系統(tǒng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)或非線性狀態(tài)時(shí)，加卸載響應(yīng)比的值大于1(Y＞1)(尹祥礎(chǔ)，1987;尹祥礎(chǔ)等，1991)。LURR可以定量地描述介質(zhì)的損傷程度，從而也可以刻畫(huà)地震的孕育過(guò)程。

我們研究的對(duì)象是整個(gè)孕震區(qū)，其線性尺度可達(dá)幾百甚至上千千米。對(duì)這樣巨大的系統(tǒng)進(jìn)行加卸載試驗(yàn)，顯然不是目前人力所能及的。好在大自然為我們提供了這樣的條件，這就是日、月運(yùn)行產(chǎn)生的引潮力。引潮力使地球內(nèi)部各處的應(yīng)力不斷周期性地變化，也就是永不停息地對(duì)地球進(jìn)行加卸載。在前人研究成果的基礎(chǔ)上，尹祥礎(chǔ)等人編寫(xiě)的程序能準(zhǔn)確計(jì)算地殼內(nèi)部任一點(diǎn)在任一時(shí)刻由引潮力引起的應(yīng)力張量。

從固體力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，首先會(huì)想到采用應(yīng)變作為響應(yīng)。但是震源處于地下深處(數(shù)千米～數(shù)百千米)，人們至今還難以準(zhǔn)確測(cè)量該處的應(yīng)變及其它物理參數(shù)。即使在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)破壞源處的情況進(jìn)行觀測(cè)也是一大難題。近年來(lái)在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方面的巨大進(jìn)展之一是對(duì)聲發(fā)射(AE)技術(shù)研究的不斷深化與應(yīng)用。AE技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)在于：①對(duì)象是直接來(lái)自材料內(nèi)部破壞時(shí)發(fā)出的信息;②可以不用損壞試件，不必停頓實(shí)驗(yàn)就可連續(xù)觀測(cè)到材料內(nèi)部的破壞過(guò)程。AE技術(shù)已可用于測(cè)定材料的斷裂韌度等，并正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。地震學(xué)中的地震事件實(shí)質(zhì)上也是一種聲發(fā)射，而且測(cè)量地震事件的時(shí)、空、強(qiáng)是地震學(xué)觀測(cè)技術(shù)中最成熟的部分，地震目錄也是最容易得到的資料。因此，我們仿照巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的做法，取地震能量作為響應(yīng)，定義加卸載響應(yīng)比Y為(尹祥礎(chǔ)等，1991;Yin et al，1995)

式中E為釋放的地震波的能量，“+”代表加載，“-”代表卸載。m可以取為0，1/3，1/2，2/3或1。當(dāng)m=1時(shí)，E表示能量;當(dāng)m=1/3和m=2/3時(shí)，E分別表示孕震區(qū)域的線性尺度和面尺度;當(dāng)m=1/2時(shí)，E表示Benioff應(yīng)變;當(dāng)m=0時(shí)，Y值相當(dāng)于N+/N-，而N+和N-分別代表加載和卸載過(guò)程中出現(xiàn)的地震數(shù)量。在本文中，m取為1/2，也就是說(shuō)加卸載響應(yīng)比Y值為加載和卸載期間的Benioff應(yīng)變的比值。

2 震例回溯及異常特征提取

本研究所用地震目錄來(lái)自新疆1970年以來(lái)地震目錄，該目錄含0級(jí)以上地震目錄。根據(jù)上述地震目錄，對(duì)2000年1月～2012年12月新疆境內(nèi)發(fā)生的48次MS5.0以上地震(不包含余震)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，最大地震為2001年11月14日昆侖山口西MS8.1地震。這些地震的時(shí)間分布特征示于圖1，空間分布示于圖2。

對(duì)于A類(lèi)型乘客，可直接用出行連續(xù)分析法進(jìn)行識(shí)別：提取同一卡號(hào)的刷卡數(shù)據(jù)，判斷前后2次刷卡是否為同一線路，如果乘客相近2次出行乘坐同一線路，則第2次出行的起始地站點(diǎn)為第1次出行刷卡對(duì)應(yīng)的目的地站點(diǎn)；如果乘客相近兩次出行乘坐線路不一致時(shí)，則計(jì)算第1次出行刷卡上車(chē)站點(diǎn)的后續(xù)站點(diǎn)與第2次出行刷卡上車(chē)站點(diǎn)之間的距離，距離最短時(shí)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)為第1次次刷卡對(duì)應(yīng)的下車(chē)站點(diǎn)位置.

圖1 新疆境內(nèi)2000年1月～2012年12月MS5.0以上地震時(shí)間分布

圖2 新疆境內(nèi)2000年1月～2012年12月MS5.0以上地震空間分布

本研究采用的是時(shí)空掃描方法，將新疆地區(qū)按照2°×2°進(jìn)行區(qū)域劃分，首先根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生的主要強(qiáng)震的震源機(jī)制解確定出該網(wǎng)格的主斷層參數(shù)，再根據(jù)日、月引潮力所引起的庫(kù)侖應(yīng)力的變化判斷出每個(gè)地震是處于加載階段還是卸載階段。在每一個(gè)固定的計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)，根據(jù)加卸載響應(yīng)比的空間尺度(半徑為R的圓形區(qū)域)以一定的滑動(dòng)步長(zhǎng)進(jìn)行加卸載響應(yīng)比的空間掃描。在進(jìn)行空間掃描時(shí)，選取半徑為R的圓形區(qū)域?yàn)榭臻g窗，首先將緯度固定，再沿著經(jīng)度方向掃描，針對(duì)每一個(gè)空間點(diǎn)，計(jì)算該圓形區(qū)域內(nèi)加卸載響應(yīng)比的值，然后再沿緯度方向掃描。本文所用的空間掃描步長(zhǎng)為0.25°，掃描為半徑為200km的圓形區(qū)域，時(shí)間窗長(zhǎng)為18個(gè)月，時(shí)間滑動(dòng)步長(zhǎng)為1個(gè)月。考慮到計(jì)算區(qū)間地震樣本數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，每個(gè)窗口內(nèi)的地震個(gè)數(shù)須大于或等于20個(gè)。再考慮到這些預(yù)測(cè)目標(biāo)地震的震級(jí)為MS5.0～8.9，因此計(jì)算所用目錄震級(jí)限制在MS4.0以下，避免目標(biāo)地震引起的計(jì)算值的大幅擾動(dòng)。限于文章篇幅，在文中僅給出2011年1月～2012年12月期間部分掃描結(jié)果。

由圖3可以看出，在加卸載響應(yīng)比異常區(qū)內(nèi)及異常區(qū)邊緣，次年發(fā)生中強(qiáng)以上地震的概率很大。2011～2012年發(fā)生了18次MS5.0以上地震，都發(fā)生在加卸載響應(yīng)比可計(jì)算區(qū)域，為了定量統(tǒng)計(jì)加卸載響應(yīng)比異常區(qū)與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們將半徑為200km的空間掃描結(jié)果與2011年6月～2012年12月發(fā)生的18次5級(jí)以上地震情況進(jìn)行了對(duì)照，即對(duì)地震前1年半徑200km范圍內(nèi)最大異常值與地震的最小距離進(jìn)行了定量化的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果列于表1中。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，這18次5級(jí)以上地震中有16次地震前1年震中半徑200km范圍內(nèi)有較明顯的異常顯示，表明加卸載響應(yīng)比方法預(yù)測(cè)效果良好。

已有的巖石實(shí)驗(yàn)研究和歷史震例的統(tǒng)計(jì)研究顯示(張浪平，2010b;張暉輝等，2005)，當(dāng)處于地震平靜期時(shí)，加卸載響應(yīng)比值在1附近波動(dòng)，而在巖石破裂或者地震發(fā)生之前，加卸載響應(yīng)比都會(huì)出現(xiàn)異常明顯的升高及回落，并在峰值過(guò)后急劇回落，地震或巖石破裂隨之發(fā)生，從而表明加卸載響應(yīng)比峰值異常具有良好的災(zāi)變前兆意義。地震或巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)試件的損傷，并不發(fā)生在LURR的峰值點(diǎn)，而是在LURR的峰值點(diǎn)之后。有關(guān)峰值點(diǎn)的這一研究發(fā)現(xiàn)是近年來(lái)加卸載響應(yīng)比研究的重要成果之一，它能更加科學(xué)、系統(tǒng)地觀察某一地區(qū)的孕震過(guò)程，提高了預(yù)測(cè)的可靠性和精度，可使研究從以年為時(shí)間尺度提高到以月為時(shí)間尺度進(jìn)行地震預(yù)測(cè)(尹祥礎(chǔ)等，2009)。在進(jìn)行震例回溯性檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，LURR峰值異常的特征時(shí)間(LURR峰值出現(xiàn)到地震發(fā)生的時(shí)間間隔)尺度與地震震級(jí)存在著某種聯(lián)系，而且其峰值異常的特征時(shí)間在地震預(yù)測(cè)的時(shí)間方面有著非常重要的意義。張暉輝等(2005)利用中國(guó)大陸的30多個(gè)5級(jí)以上震例的LURR時(shí)序演化對(duì)LURR峰值特征時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究，其研究表明，LURR峰值特征時(shí)間(T2)跟地震震級(jí)(M)具有如下關(guān)系

預(yù)測(cè)某地區(qū)未來(lái)地震的發(fā)震時(shí)刻，就必須研究整個(gè)孕震期間加卸載響應(yīng)比的演化過(guò)程，只考察一個(gè)時(shí)間窗的加卸載響應(yīng)比的空間掃描結(jié)果，不足以判定未來(lái)的地震活動(dòng)趨勢(shì)。為了更加直觀地了解研究區(qū)內(nèi)某個(gè)區(qū)域異常值及異常面積的起伏變化，以期更好地對(duì)未來(lái)地震的發(fā)震時(shí)刻做出研判，本文引用了“孕震積分”這個(gè)參量，該參量的值能更直觀地刻畫(huà)某個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)加卸載響應(yīng)比值及異常區(qū)域面積的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，并從時(shí)間的角度能更好地提高LURR方法的預(yù)測(cè)效能。

由前文可知，本文采用時(shí)空掃描空間步長(zhǎng)為0.25°，掃描半徑為200km的圓形區(qū)域，因此可知每個(gè)格網(wǎng)的邊長(zhǎng)為0.25°，且每隔0.25°就有一個(gè)Y值，故以目標(biāo)地震為圓心，其震中在半徑為200km范圍內(nèi)的孕震積分D可表述為

圖3 新疆地區(qū)加卸載響應(yīng)比異常區(qū)域發(fā)展演化過(guò)程，圖上方標(biāo)注的時(shí)間為掃描時(shí)間窗

(3)式必須滿足計(jì)算的每個(gè)格點(diǎn)與目標(biāo)地震的距離均小于200km，且Y值需大于1，n代表200km范圍內(nèi)Y＞1的格點(diǎn)個(gè)數(shù)，即僅將異常區(qū)域面積與Y值進(jìn)行積分，式中的111.111是將以度為單位的距離換算為千米后的值。由于本文時(shí)空掃描計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為1個(gè)月，因此每個(gè)月都可以計(jì)算得到震中周?chē)?00km范圍內(nèi)的孕震積分值，以此便可得到某個(gè)地震的孕震積分時(shí)序曲線。

研究中我們利用孕震積分對(duì)震前出現(xiàn)較明顯異常顯示的2000年1月～2012年12月的40個(gè)5級(jí)以上地震的T1(異常出現(xiàn)至峰值點(diǎn)時(shí)間)和T2(峰值點(diǎn)至發(fā)震時(shí)間)進(jìn)行了定量化的統(tǒng)計(jì)，文中僅將2011年6月～2012年12月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1中。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，5級(jí)地震T1平均為18.9個(gè)月，T2平均為8.5個(gè)月，6級(jí)地震T1平均為28.9個(gè)月，T2平均為12.3個(gè)月。對(duì)于大地震T2是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，如2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震T2為28個(gè)月，2008年3月21日于田7.3級(jí)地震T2為18個(gè)月。尹祥礎(chǔ)等(2009)的研究結(jié)果認(rèn)為，T2與震級(jí)有關(guān)，既震級(jí)越大，T2越長(zhǎng)，對(duì)于8級(jí)地震的計(jì)算值為28±8個(gè)月，汶川8級(jí)地震實(shí)際的T2是23個(gè)月。我們的研究結(jié)果與尹祥礎(chǔ)等(2009)的結(jié)果較為一致，震級(jí)與T2之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)式(2)計(jì)算出新疆地區(qū)5級(jí)地震的理論T2為5個(gè)月，6級(jí)地震的理論T2為14個(gè)月，將本研究震例回溯得到的結(jié)果與利用張暉輝等(2005)理論公式計(jì)算得到的結(jié)果對(duì)比來(lái)看，新疆較全國(guó)的6級(jí)地震的T2稍短，而新疆的5級(jí)地震的T2時(shí)間較全國(guó)的長(zhǎng)3.5個(gè)月。目前的地震預(yù)測(cè)實(shí)際工作中，主要利用式(2)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)地震的可能發(fā)震時(shí)間。然而地震孕育的過(guò)程是十分復(fù)雜的，預(yù)測(cè)實(shí)踐證明T2不僅與地震震級(jí)有關(guān)，而且很大程度取決于孕震區(qū)的地質(zhì)情況(尹祥礎(chǔ)等，2009)，這可能正是新疆的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與全國(guó)的統(tǒng)計(jì)值具有一定差異性的原因。

表1 用R=200km進(jìn)行時(shí)空掃描的預(yù)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)我們得到的2000年1月～2012年12月156幅新疆地區(qū)LURR空間演化圖和48次地震的孕震積分時(shí)程曲線，再結(jié)合上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果，總體看來(lái)，新疆地區(qū)MS5.0以上地震前加卸載響應(yīng)比異常的時(shí)空特征為：

(1)48組地震中有40組震前出現(xiàn)較明顯異常，異常起始時(shí)間一般在震前5～20個(gè)月，其中22次的異常出現(xiàn)在震前20個(gè)月內(nèi)。2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震異常出現(xiàn)的時(shí)間為震前28個(gè)月。

(2)大多數(shù)異常在震前消逝，但個(gè)別異常在地震后仍會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。

(3)異常峰值一般出現(xiàn)在震前1～10個(gè)月。40組中有24次的峰值出現(xiàn)在震前10個(gè)月內(nèi)，其中17次的峰值出現(xiàn)在震前6個(gè)月內(nèi)。T1和T2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示震級(jí)與T2之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，5級(jí)地震T2平均為8.5個(gè)月，6級(jí)地震T2平均為12.3個(gè)月。

(4)地震一般發(fā)生在異常區(qū)峰值點(diǎn)邊緣，隨著地震的臨近異常逐漸向震中位置遷移。也有較大地震前未出現(xiàn)明顯異常區(qū)，這可能和該區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的地震監(jiān)測(cè)能力有關(guān)，因?yàn)榈卣鹉夸浲暾暂^差的情況下對(duì)于計(jì)算結(jié)果會(huì)有一定影響。2012年6月30日新源-和靜6.6級(jí)地震前的2010年1月異常開(kāi)始在震中的西北部出現(xiàn)，之后逐漸向震中靠近且異常幅度逐漸增大，而后出現(xiàn)起伏波動(dòng)變化，該地震發(fā)生在異常區(qū)的邊緣。

3 4次6級(jí)地震的孕震積分時(shí)程曲線分析

2011年6月以來(lái)，新疆地區(qū)5級(jí)以上地震異?；钴S，2011年6月～2012年12月，境內(nèi)發(fā)生了18次5級(jí)以上地震，其中包括4次6級(jí)地震，最大地震為2012年6月30日新源-和靜交界6.6級(jí)地震。這組5、6級(jí)地震在時(shí)間上呈連發(fā)狀態(tài)、空間上顯示多帶分布、強(qiáng)度出現(xiàn)逐步增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，其中構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的塔里木盆地內(nèi)部2012年3月9日發(fā)生了洛浦6.0級(jí)地震。下面基于前文第2節(jié)中LURR的時(shí)空掃描結(jié)果，選取2011年以來(lái)發(fā)生的4個(gè)6級(jí)地震的孕震積分時(shí)程曲線逐一進(jìn)行分析。

3.1 2012年3月9日洛浦MS6.0地震

2012年3月9日洛浦縣6.0級(jí)地震發(fā)生在塔里木盆地腹地，震中距阿瓦提縣城約150km、距和田洛浦縣270km，發(fā)震構(gòu)造為圖木舒克隱伏斷裂，斷裂長(zhǎng)250km。

由圖3(g)可見(jiàn)，洛浦6.0級(jí)地震前震中附近存在大面積的LURR異常，且該地震就發(fā)生在異常區(qū)內(nèi);由表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該地震前異常中心點(diǎn)距震中約59km。為了考察該地震前LURR異常隨時(shí)間的演化特征，利用式(1)計(jì)算了該地震的孕震積分時(shí)序曲線。計(jì)算參數(shù)為：時(shí)間范圍2006年3月1日～2013年3月31日，時(shí)間窗18個(gè)月，滑移時(shí)間步長(zhǎng)30天，以震中為圓心取圓形計(jì)算區(qū)域，半徑R為200km。震源機(jī)制解中走向?yàn)?58°、滑動(dòng)角為47°、傾角為71°，深度為14km，摩擦系數(shù)為0.4，震級(jí)范圍0～4.0。計(jì)算結(jié)果示于圖4。從圖4中可以看出，在地震孕育早期，即在該地震發(fā)生前的2006年3月～2009年4月期間，孕震積分一直處于均值線下零值附近波動(dòng)，從2009年5月開(kāi)始，孕震積分處于不斷上升過(guò)程中，于2009年10月達(dá)到峰值后至發(fā)震前一直處于高值波動(dòng)狀態(tài)，并在震前約3個(gè)月的時(shí)候，孕震積分再次達(dá)到峰值，然后迅速回落，繼而發(fā)生此次地震。震后震源區(qū)附近的孕震積分再次下降至均值線以下，處在零值附近波動(dòng)，可能預(yù)示該區(qū)域在未來(lái)一段時(shí)間會(huì)處于相對(duì)平靜的狀態(tài)。

圖4 2012年3月9日洛浦MS6.0地震孕震積分時(shí)程曲線虛線為孕震積分均值線

3.2 2011年11月1日尼勒克-鞏留 MS6.0地震與2012年6月30日新源-和靜 MS6.6地震

新疆北天山地區(qū)為中強(qiáng)震多發(fā)區(qū)，1900年以來(lái)曾發(fā)生過(guò)3次7級(jí)和多次6級(jí)地震，但自1973年精河6.0級(jí)地震后，該地區(qū)經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)38年的6級(jí)地震平靜，直到發(fā)生2011年尼勒克-鞏留6.0級(jí)地震，之后的2012年6月30日該區(qū)域再次發(fā)生了新源-和靜6.6級(jí)地震。2011年11月1日尼勒克-鞏留6.0地震距新源74km、距精河123km，發(fā)震構(gòu)造為阿吾拉勒山南緣斷裂，斷裂性質(zhì)為逆沖型。2012年6月30日新源-和靜6.6級(jí)地震距新源約125km、距和靜177km，震中位于NWW向喀什河右旋走滑斷裂帶附近。

由圖3(e)可見(jiàn)，尼勒克-鞏留6.0級(jí)地震前震中附近存在大面積的LURR異常，該地震位于異常區(qū)邊緣，表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該地震前異常中心點(diǎn)位置距震中約183km。圖3(h)顯示，新源-和靜6.6級(jí)地震前震中附近存在大面積的LURR異常，該地震位于異常區(qū)邊緣，表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該地震前異常中心點(diǎn)位置距震中約168km。為了考察這2次6級(jí)地震前LURR異常隨時(shí)間的演化過(guò)程，利用式(1)計(jì)算了孕震積分時(shí)序曲線。因2次6級(jí)地震相距約190km，故以200km為半徑進(jìn)行掃描，計(jì)算所用到的大部分地震是重疊的，為此僅選取新源-和靜6.6級(jí)地震為中心進(jìn)行時(shí)程曲線計(jì)算，2次地震都位于半徑為200km的圓形計(jì)算區(qū)內(nèi)。計(jì)算參數(shù)為：時(shí)間范圍2006年6月1日～2013年3月31日，時(shí)間窗18個(gè)月，滑移時(shí)間步長(zhǎng)30天，以新源-和靜6.6級(jí)地震為中心取圓形計(jì)算區(qū)域，半徑R為200km，震源機(jī)制解中走向?yàn)?8°，滑動(dòng)角為22°，傾角為62°，深度為7km，摩擦系數(shù)為0.4，震級(jí)范圍0～4.0。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，2006年6月～2007年12月孕震積分一直處于高值波動(dòng)狀態(tài)，且出現(xiàn)2次峰值過(guò)程，回落到均值線附近后的7個(gè)月發(fā)生了2008年8月30日輪臺(tái)5.6級(jí)地震，該地震距新源-和靜6.6級(jí)地震約108km。輪臺(tái)5.6級(jí)地震后至2009年12月孕震積分一直處于均值線以下，從2010年1月開(kāi)始逐漸上升，至2010年6月孕震積分達(dá)到第一次峰值，至尼勒克-鞏留6.0級(jí)地震前一直處于高值波動(dòng)狀態(tài)，震后3個(gè)月迅速回落至均值線以下，之后孕震積分再次于2012年5月上升至峰值，且此次異常幅度明顯大于尼勒克-鞏留6.0級(jí)地震前的異常幅度，1個(gè)月后隨即發(fā)生了新源-和靜6.6級(jí)地震，從圖5中還可以觀察到震源區(qū)孕震積分在新源-和靜6.6級(jí)地震后回落至零值附近波動(dòng)。

圖5 2012年6月30日新源-和靜MS6.6地震孕震積分時(shí)程曲線虛線為孕震積分均值線

3.3 2012年8月12日于田MS6.2地震

2012年8月12日于田6.2級(jí)地震震中距于田縣城約130km，距離和田市區(qū)約268km，發(fā)震構(gòu)造為阿爾金斷裂，斷錯(cuò)性質(zhì)為左旋走滑逆斷型，斷裂長(zhǎng)度約1600km。

由圖3(i)可見(jiàn)，于田6.2級(jí)地震前震中附近異常不顯著，但是在阿爾金斷裂帶的中段存在一個(gè)高值異常區(qū)，表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示該地震前高值異常區(qū)中心點(diǎn)位置距震中約192km。對(duì)該地震進(jìn)行時(shí)程曲線分析的計(jì)算參數(shù)為：時(shí)間范圍2007年1月1日～2013年4月30日，時(shí)間窗18個(gè)月，滑移時(shí)間步長(zhǎng)30天，取震中為圓心的圓形計(jì)算區(qū)域，半徑R為200km，震源機(jī)制解中走向?yàn)?221°，滑動(dòng)角為 23°，傾角為 74°，深度為 50km，摩擦系數(shù)為0.4，震級(jí)范圍0～4.0。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，2007年1月～2009年1月研究區(qū)孕震積分一直在零值線附近波動(dòng)，2009年2月～2010年8月研究區(qū)孕震積分持續(xù)了18個(gè)月的高值波動(dòng)狀態(tài)，而后又持續(xù)了約12個(gè)月的低值狀態(tài)，2011年12月第2次達(dá)到峰值后在回落過(guò)程中發(fā)生了2012年8月12日的于田6.2級(jí)地震。圖6還顯示，在此次地震之后，該區(qū)域孕震積分下降至均值線以下，處在零值附近波動(dòng)，可能預(yù)示該區(qū)域在未來(lái)一段時(shí)間會(huì)處于相對(duì)平靜的狀態(tài)。

以上4個(gè)6級(jí)地震都是在孕震積分達(dá)到峰值后的幾個(gè)月內(nèi)或高值波動(dòng)過(guò)程中發(fā)生了地震，這與尹祥礎(chǔ)等(1996)、張暉輝等(2005)、張浪平等(2010a、2010b)在中國(guó)大陸和日本、美國(guó)等地得到的結(jié)果相一致，表明孕震積分和加卸載比Y值一樣，是一個(gè)可以定量地描述一個(gè)地區(qū)地殼穩(wěn)定程度的參數(shù)。另外由于孕震積分融合了LURR異常面積在其中，因此比單純的LURR能更加直觀地反映研究區(qū)內(nèi)某個(gè)區(qū)域異常值及異常面積的起伏變化，更好地對(duì)未來(lái)地震的發(fā)震時(shí)刻做出研判。它將震前LURR空間異常演化過(guò)程以時(shí)間進(jìn)程曲線的方式更清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，更加方便研究者定量化地統(tǒng)計(jì)LURR異常時(shí)間演化特征與地震之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文第2節(jié)即是利用了孕震積分時(shí)程曲線對(duì)2000～2012年發(fā)生的48組5級(jí)以上地震的峰值異常的特征時(shí)間進(jìn)行了定量化的統(tǒng)計(jì)分析。

圖6 2012年8月12日于田MS6.2地震孕震積分時(shí)程曲線虛線為孕震積分均值線

4 結(jié)論

本文首先介紹了加卸載響應(yīng)比的基本思路與計(jì)算方法，對(duì)2000年以來(lái)的5級(jí)以上地震的LURR時(shí)空演化特征與地震的關(guān)系進(jìn)行了定量化統(tǒng)計(jì)，其次考察了新疆地區(qū)2011～2012年的4次6級(jí)地震的孕震積分時(shí)序特征曲線及加卸載響應(yīng)比時(shí)空掃描演化特征，研究分析認(rèn)為：

(1)對(duì)新疆地區(qū)2011～2012年的4個(gè)6級(jí)地震進(jìn)行了孕震積分時(shí)程曲線分析，結(jié)果顯示實(shí)際地震發(fā)生之前幾個(gè)月孕震積分均會(huì)達(dá)到峰值，其中3次地震是在高值回落后迅速發(fā)震，1次地震是在高值波動(dòng)過(guò)程中發(fā)震。還通過(guò)考察孕震積分的時(shí)間進(jìn)程曲線，對(duì)該地區(qū)未來(lái)地震活動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。孕震積分在強(qiáng)震前后顯示出的演化特征與之前的研究者對(duì)加卸載響應(yīng)比時(shí)程曲線研究結(jié)果較為一致。

(2)對(duì)新疆地區(qū)加卸載響應(yīng)比時(shí)空演化特征與中強(qiáng)以上地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了定量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，加卸載響應(yīng)比異常區(qū)內(nèi)及異常區(qū)邊緣，次年發(fā)生中強(qiáng)以上地震的概率較高。對(duì)比加卸載響應(yīng)比異常區(qū)域與隨后1年的實(shí)際地震情況后發(fā)現(xiàn)，2000～2012年的48組5級(jí)以上地震中有40組震前出現(xiàn)較明顯異常。

(3)對(duì)48組地震中40組震前出現(xiàn)較明顯異常的T1和T2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示震級(jí)與T2之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，統(tǒng)計(jì)結(jié)果與張暉輝等(2005)的結(jié)果存在一定差異，可能與孕震區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造的差異有關(guān)，不同構(gòu)造背景由于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的不同孕震時(shí)間必然具有一定的差異性。

致謝：本研究得到尹祥礎(chǔ)教授、王海濤研究員的悉心指導(dǎo)，特此致謝!