斷層總面積在祁連山中西段中強(qiáng)地震前的變化特征

肖淑娟 蘇宏偉

摘 要：用斷層總面積理論對祁連山中西段自2000年以來發(fā)生的9次中強(qiáng)地震進(jìn)行了研究，震例表明，在每個強(qiáng)震來臨之前若干年∑（t）曲線均有一個顯著的“峰”出現(xiàn)。這表明在強(qiáng)震來臨之前，地震帶或地震區(qū)上的地震活動性顯著增高。發(fā)現(xiàn)在震前斷層總面積有明顯的∑（t）值高值異常顯示，對斷層總面積值隨時間變化特征的分析表明，斷層總面積值對祁連山地區(qū)Ms≥5.0級以上地震有較好的中短期預(yù)測效果。

關(guān)鍵詞：祁連山中西段 斷層總面積 震前特征

中圖分類號：P31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0219-02

斷層總面積早期稱為加權(quán)和方法，首先由蘇聯(lián)地震學(xué)家提出。一般用地震頻度和地震能量這兩個參量作為地震帶或地震區(qū)的地震活動性高低的標(biāo)志，特定義一個介于地震頻度和地震能量之間的斷層總面積∑（t），它既考慮到地震頻度，同時也包含了地震能量。國內(nèi)學(xué)者在地震預(yù)報方面利用斷層總面積理論，也取得了較好的預(yù)測效果[1-2]。但由于各個地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不同，使得該理論在不同地區(qū)的應(yīng)用有其自身的特點，加之該理論最初主要是用于7級地震的研究，其對中強(qiáng)地震的預(yù)測效果如何，本文以祁連山西段地區(qū)9次Ms≥5.0級地震作為震例，檢驗斷層總面積理論的效用，以期對祁連山中西地區(qū)的地震預(yù)測提供一種實用方法。

1 斷層總面積理論

如果設(shè)想一個地震發(fā)生前其震源區(qū)內(nèi)均達(dá)到巖石破裂前的臨界應(yīng)變狀態(tài)，而這種臨界應(yīng)變又大體是一個常值，那么一個地震釋放能量E的多少就與震源體積成正比。從量鋼上說，發(fā)震斷層的面積便與E2/3成正比。

（1）

將式（1）定義為時間t到（t+△t）時段內(nèi)所有地震斷層面積的總和∑（t）（簡稱斷層總面積）。式中i為所取地震的序號，K為能級，N（k）表示能級為k的地震的個數(shù)，M為震級，N（M）表示震級為M的地震的個數(shù)，E0為地震波總能量。在利用上式時，己用地震波能量替換了地震釋放的總能量（二者成正比）。

2 方法與震例分析

大量研究表明斷裂發(fā)育的地方也往往是較強(qiáng)地震發(fā)生的地方，較強(qiáng)地震發(fā)生之前常常在未來主震震中附近釋放出一部分應(yīng)變能，表現(xiàn)為地震帶上的地震活動性顯著增高，斷層總面積有個“峰”值現(xiàn)象，從而為用斷層總面積方法預(yù)報地震提供了基本前提。實際計算∑（t）值公式為：

（2）

式（2）中幾個量的物理意義同（1）式。預(yù)報地震的震級范圍為Ms5級以上。

本文對祁連山中西段地區(qū)2000年以來發(fā)生在活動斷裂帶上的9次Ms5.0級以上中強(qiáng)地震進(jìn)行了統(tǒng)計分析，地震參數(shù)見表1，選用中國地震局分析預(yù)報中心統(tǒng)編的地震目錄。

由于多數(shù)中強(qiáng)地震的前震主要分布在主震附近并受到地質(zhì)構(gòu)造影響，以斷層的走向展布。因此計算∑（t）值時的區(qū)域是以震中為中心，以150km左右距離為長距的長方形，長方形的長距與控震斷裂的延展方向大體一致，時間掃描窗長取6個月，滑動步長取1個月，震級下限取ML2.5[3]，以2倍標(biāo)準(zhǔn)差為控制線，計算得出的9次地震斷層總面積∑（t）隨時間變化曲線見圖1[4]。祁連山中西段地區(qū)9次震例，主震前斷層總面積值均有明顯的升高過程，而各次震例異常變化時間范圍和異常值存在著差別，這很可能和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。其中8次震例超過2倍標(biāo)準(zhǔn)差控制線上線，即形成向上峰值（圖中黑色區(qū)域）。實際計算中每個震例值∑（t）在6年尺度內(nèi)形成低值—高值—低值—發(fā)震或者低值—高值—發(fā)震的形態(tài)。肅南Ms5.0地震雖然沒有正向超過2倍標(biāo)準(zhǔn)差的異常，但還是有低值—高值—低值—發(fā)震的形態(tài)。異常值的大小與主震震級無明顯對應(yīng)關(guān)系。從斷層總面積峰值和發(fā)震時間間隔來看，7例地震全部在異常峰值后5個月至2年6個月內(nèi)發(fā)震，由此可以看出，本區(qū)斷層總面積對Ms≥5.0級地震有較好的中短期預(yù)測效果。

3 結(jié)論與討論

（1）斷層總面積在祁連山中西段地區(qū)9個震例中有震前有明顯的異常變化，說明斷層總面積方法對本區(qū)地震預(yù)測是有效的。

（2）斷層總面積變化特征在空間的表現(xiàn)形式就是地震叢集現(xiàn)象，這些叢集的地震分布在一個近似橢圓的區(qū)域內(nèi)，橢圓的長軸與鄰近斷層的走向基本吻合。

（3）祁連山中西段地區(qū)地震活動具有明顯的叢集現(xiàn)象，應(yīng)用斷層總面積的方法預(yù)報本區(qū)中強(qiáng)地震具有良好的氛圍。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸遠(yuǎn)忠，沈建文，宋俊高.地震預(yù)報的地震學(xué)方法[M].北京：地震出版社，1985.

[2] 時振梁，張少泉，趙榮國.地震工作手冊[S].北京：地震出版社，1990.

[3] 宋德熹，時文勇.斷層總面積理論在中強(qiáng)地震預(yù)測中的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報，2005，24（3）：200-204.

[4] 陸遠(yuǎn)忠，李勝樂，鄧志輝，等.基于GIS的地震分析預(yù)報系統(tǒng)[M].成都：成都地圖出版社，2002.