2017年長島M3.9地震序列性質(zhì)的研究

高銀鴻，王九洋，胡 偉，王曉睿

（大連地震臺，遼寧 大連 116012）

0 引言

地震窗又稱前兆敏感點(diǎn)或窗口、窗。其實(shí)質(zhì)是地震活動密集點(diǎn)的活動性漲落與其周圍較大范圍發(fā)生的較大地震的相關(guān)性，即點(diǎn)與面相關(guān)。2017年，長島出現(xiàn)開窗活動。從長島有地震記錄以來，通過對該地區(qū)地震序列的分析結(jié)果表明長島地區(qū)地震序列多為地震窗。自1970年以來長島地區(qū)曾發(fā)生過多次較明顯的開窗活動，其后鄰區(qū)也發(fā)生了較大的后續(xù)地震[1]如:1981年長島窗后續(xù)地震為唐山ML5.8；2013年長島窗后續(xù)地震為黃海ML5.0。周翠英[2]分析結(jié)果指出，1970年至2000年，膠東半島地區(qū)主震震級ML≥4.0的震群和小序列發(fā)生后，1 年內(nèi)華北東部（29o～39oN；114.5o～125oE），發(fā)生ML≥5.0地震及膠東半島地區(qū)半年內(nèi)發(fā)生ML≥5.0地震的對應(yīng)率分別為93.3%和66.7%；李冬梅等[3]研究發(fā)現(xiàn)膠東半島地區(qū)的震群、小序列群體活動與周圍地區(qū)5.0級地震活動密切相關(guān)，其震群、小序列群體活動異常作為監(jiān)視華東地區(qū)中強(qiáng)地震的應(yīng)力變化窗口。故該地區(qū)地震窗的發(fā)生對鄰區(qū)地震有重要指示意義。

前人有關(guān)郯廬地震帶及遼寧地區(qū)地震序列的研究取得了大量的成果，包括長島附近地區(qū)地震的雙差精定位[4]；震源參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)[5]；震群特征及性質(zhì)判定[6-8]；預(yù)測意義的研究[9]等。基于前人對該地區(qū)構(gòu)造及震群特征的研究成果，本文著重對本次長島地震序列進(jìn)行計算分析，通過與該地區(qū)地震背景及以往發(fā)生的地震序列進(jìn)行比較，從而判斷本次長島地震序列的性質(zhì)。

1 長島地震序列及背景值相關(guān)研究

1.1 序列基本概況

2017年2月14日長島開始出現(xiàn)較明顯的地震活動，至今仍在持續(xù)，截至2017年8月1日共記錄到可定位地震2373次，其中1.9級以下地震1456次，2.0～2.9級地震269次，3.0～3.9級地震41次，4級以上地震4次，最大震級為2017年3月3日發(fā)生的M3.9地震。

本次M3.9震群空間分布主要集中在大竹島—威海北斷層，呈NWW—SEE方向分布，震源深度主要集中在9～13km[10]。該區(qū)處于北北東向郯廬巨型右旋走滑斷裂帶與北西西向巨型左旋走滑斷裂帶的共軛交匯處，歷史上曾發(fā)生多次ML6.0以上地震；如1597年渤海ML7.0、1922年渤海ML6.5、1948年渤海海峽ML6.0、1969年渤海ML7.4地震。

本文考察了此次長島地震序列及該地區(qū)地震背景情況，在時間尺度、空間尺度上進(jìn)行篩選，通過地震序號法得出完整性震級為ML1.5[11]，在考慮完整性震級的基礎(chǔ)上，對該地震序列進(jìn)行分析和討論。

1.2 時間分布特征分析

此次長島地震序列起始時間為2017年2月14日，目前仍在持續(xù)發(fā)展中。最大地震為2017年3月3日M3.9，自2017年2月14日長島M3.9地震序列開始以來，序列先后出現(xiàn)了兩次明顯應(yīng)力釋放過程，總體呈逐漸衰減的趨勢。第一次為3月3日，截至6月1日，該序列共發(fā)生ML1.5以上小震629次，其中1.9級以下地震399次，2.0～2.9級地震197次，3.0～3.9級地震35次，4級以上地震3次；第二次應(yīng)力釋放為6月18日，長島窗再次發(fā)生ML4.1地震，該序列共記錄ML1.5以上地震208次，其中1.9級以下地震118次，2.0～2.9級地震90次，3.0～3.9級地震17次，4級以上地震1次。該序列震中分布如圖 1所示。

取該震群背景活動時間段為2007年8月1日至2017年8月1日，該范圍內(nèi)1.5≤ML≤4.5共計1158次。

圖1 長島窗地震震中分布Fig. 1 Seismic epicenter distribution of Changdao earthquake window

圖2 長島地震序列及背景M-t圖、頻度圖Fig.2 Changdao earthquake sequence and background M- t, frequency graph

1.3 頻次特征分析

由圖2對比分析本次長島地震序列與其地震背景情況可知，長島地震序列的活動強(qiáng)度、頻次均較其背景活動情況有所增強(qiáng)，根據(jù)孫文福等[7]對遼寧地區(qū)地震序列性質(zhì)的研究結(jié)果，長島窗發(fā)震頻度符合遼寧地區(qū)前兆震群的頻度特征，即頻度圖急劇上升—迅速下降—急劇上升—急劇下降—低值波動趨于平靜的特征。

1.4 蠕變釋放特征

由圖3可知，長島震群蠕變釋放從開始就進(jìn)入加速釋放，隨后緩慢釋放，再轉(zhuǎn)入加速釋放，最后隨時間緩慢釋放，曲線也趨于平穩(wěn)。長島地震序列蠕變圖的形態(tài)表明了本次震群中大部分能量在震群前半部分釋放，且能量釋放所需時間較短，同樣符合前兆震群能量釋放的特征[7-9]。

1.5 參數(shù)特征

由MapSIS程序?qū)υ撔蛄羞M(jìn)行前兆震群識別后，各計算值與判斷閾值如表1所示。

圖3 長島窗蠕變圖Fig.3 Seismic sequence and background creep of Changdao

表1 長島地震序列前兆震群識別指標(biāo)

由于孫文福等[9]曾在研究中發(fā)現(xiàn)六項(xiàng)前兆指標(biāo)中U、ρ、k三個參數(shù)對遼寧地區(qū)并不適用，故在此次長島窗的分析中暫時忽略這三個參數(shù)的指示意義，則其余三個參數(shù)皆指示此次長島地震序列為前兆型震群。

又根據(jù)曹鳳娟等[1]對遼寧地區(qū)震群序列的研究，當(dāng)震群中3、4級地震頻次大于等于10和4時，同時序列b值介于0.6～0.9之間，即可判定震群為前兆震群。相應(yīng)后續(xù)中強(qiáng)震的判定標(biāo)準(zhǔn)為：時間上震群開始后1年內(nèi)，平均6個月；地點(diǎn)上距離震群所在地約0～400km，平均為180km。據(jù)此結(jié)論，此次長島序列3、4級地震頻次分別為25次、4次，符合該結(jié)論中前兆震群震級頻次的的判定標(biāo)準(zhǔn)；b=0.9526不在經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，但有研究表明[4]長島地區(qū)地震通常會表現(xiàn)出高b值異常，故判定本次地震序列為前兆震群，后續(xù)中強(qiáng)震目前雖未發(fā)生，但預(yù)測時間窗口尚未結(jié)束。

表2 2017年長島窗ML≥3.5地震目錄

2 序列機(jī)理與發(fā)震構(gòu)造分析

對此次長島窗ML≥3.5地震進(jìn)行震源機(jī)制解分析，結(jié)果如圖4所示，由小震震源機(jī)制及P軸方位角的計算結(jié)果可以看出本次長島序列震源機(jī)制一致性較好，震源機(jī)制解顯示發(fā)震斷層為左旋走滑逆斷層，P軸方位角70o～120o。

圖4 震源機(jī)制Fig. 4 Source mechanism

3 結(jié)論與討論

（1）此次長島地震序列起始時間為2017年2月14日，仍在持續(xù)發(fā)展中。最大地震為2017年3月3日M3.9地震，自2017年2月14日長島M3.9地震序列開始以來，序列先后出現(xiàn)了兩次明顯應(yīng)力釋放過程，總體呈逐漸衰減的趨勢。第一次為3月3日，第二次為6月18日。

（2）此次長島窗發(fā)震頻度及能量釋放蠕變特征符合遼寧地區(qū)前兆震群的特征。

（3）六項(xiàng)前兆指標(biāo)中對遼寧地區(qū)較適用的三個指標(biāo)，即F、h、b均提示為前兆震群。

（4）通過對長島窗幾次地震震源機(jī)制的分析可以看出本次長島序列震源機(jī)制一致性較好。

結(jié)論表明，2017年長島開窗的多數(shù)計算結(jié)果均符合遼寧地區(qū)前兆震群的特征，故2017年長島地震序列應(yīng)為前兆震群，未來一到兩年內(nèi)對華北東部（29o～39oN；114.5o～125oE）及膠東半島地區(qū)5級地震的發(fā)生具有一定的指示意義，未來需重點(diǎn)關(guān)注。