2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震特征分析

鄧志輝,劉吉平,呂金水,葉東華,廖桂金,王小娜,劉錦,劉特培,李健梅

（1.廣東省地震局,廣州 510070；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室,廣東 珠海 519000）

0 地震概況

經(jīng)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定,2019年10月12日22時(shí)55分在廣東省化州市與廣西壯族自治區(qū)北流市交界地區(qū)（北緯22.18°,東經(jīng)110.51°）發(fā)生5.2級(jí)地震,震源深度10.0 km ,震中烈度Ⅵ度,等震線橢圓長(zhǎng)軸北西走向,共造成廣東和廣西5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)。這是華南地區(qū)進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)第Ⅴ活躍幕之后發(fā)生的第3次5級(jí)以上地震,也是粵桂交界地區(qū)第Ⅴ活躍幕以來(lái)第2個(gè)5級(jí)以上地震。在第五代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》中屬于茂名6級(jí)潛在震源區(qū)。震中附近的地震區(qū)劃基本烈度為Ⅵ度。

此次地震震中現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等震線為橢圓型分布,總體走向?yàn)楸蔽飨?震中烈度為Ⅵ度,與第Ⅴ代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖基本地震烈度一致,共造成26間房屋破壞,59人受災(zāi),無(wú)人傷亡[1]。震源機(jī)制解為第一個(gè)節(jié)面走向103.12°,傾角77.50°,滑動(dòng)角-179.92°；第二個(gè)節(jié)面走向13.10°, 傾 角 89.92°, 滑 動(dòng) 角 -12.50°；P 軸 走向 327.42°, 傾伏角 8.86°；T 軸的走向 58.80°,傾 伏 角 8.75°；B 軸 的 走 向 192.74°,傾 伏 角77.50°[2]。與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向總體一致。

截止到2020年3月31日,震中50 km范圍內(nèi)共發(fā)生1級(jí)以上余震96次,其中1.0～1.9級(jí) 81次 ,2.0～2.9級(jí) 13次 ,3.0～3.9級(jí) 2次 ,最大余震為2019年10月12日的3.2級(jí)地震。

1 發(fā)震構(gòu)造特征

此次地震發(fā)生在廣東化州與廣西北流交界地區(qū),地震距離茂名市約68 km。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜,區(qū)域構(gòu)造總體格局為一組北西向的活動(dòng)斷層和一組北東向的活動(dòng)斷層互相切割,形成網(wǎng)格狀構(gòu)造（圖1）,其中北西向斷層主要有發(fā)震構(gòu)造巴馬—博白—茂名斷裂（F9）、西南側(cè)那麗—合浦—沈塘斷裂（F10）、東側(cè)豐頭河斷裂（F8）；北東向斷層裂主要有中部廉江—信宜斷裂帶（F3）、西北側(cè)合浦—北流斷裂帶（F2）和東南側(cè)四會(huì)—吳川斷裂帶（F4）[3]。

此次地震主要發(fā)震構(gòu)造為巴馬—博白—茂名斷裂,該斷裂帶東南始于廣東省茂名一帶,往西北經(jīng)高州、廣西博白、橫縣、昆侖關(guān)、大化、巴馬,而后進(jìn)入貴州省境內(nèi),總體走向310°～330°,全長(zhǎng)達(dá)800多公里。傾向以北東為主,傾角40°～85°。此斷裂帶最早形成于華力西期構(gòu)造旋回,印支期強(qiáng)烈活動(dòng),表現(xiàn)出左旋剪切—擠壓性質(zhì)。斷裂切割寒武系至第三系,在新生代以來(lái)和第四紀(jì)時(shí)期具強(qiáng)烈的活動(dòng)[4]。1958年靈山53/4級(jí)地震就發(fā)生在該斷裂帶上,1936年靈山63/4級(jí)地震也與此斷裂帶的關(guān)系密切。該斷裂帶由多條斷裂組成,斷續(xù)分布,自西北而東南包括：高田—橫縣斷裂、鎮(zhèn)龍斷裂、單塘—石南斷裂、平山—永安斷裂、六萬(wàn)山斷裂、烏石—石鼓斷裂及陸川—高州斷裂等。陸川—高州斷裂是此次化州—北流5.2級(jí)的發(fā)震構(gòu)造。

陸川—高州斷裂西北起于陸川往南東至寶圩以南,經(jīng)高州而達(dá)茂名,地表斷續(xù)延伸百多公里,切割震旦系、古生界、加里東混合花崗巖及白堊系,在茂名地區(qū)控制第三紀(jì)斷陷盆地的發(fā)育。斷裂出露數(shù)米寬的糜棱巖及破碎角礫巖帶。在高州南側(cè)可見(jiàn)寬達(dá)200 m的硅化巖帶。新構(gòu)造時(shí)期以來(lái),斷裂在茂名地區(qū)使下第三系逆沖于上第三系之上。在陸川一帶,衛(wèi)片分析斷裂具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)。該斷裂曾發(fā)生過(guò)兩次5級(jí)地震和一些有感地震[5]。

圖1 化州—北流及其附近地區(qū)地震構(gòu)造圖[5]Fig.1 Earthquake tectonic map of Huazhou-Beiliu and its vicinity[5]

2 地震活動(dòng)特征

有地震歷史記錄以來(lái),震中周邊100 km范圍內(nèi)共發(fā)生5級(jí)以上地震7次[6]（圖1,表1）,其中5.0～5.9級(jí)地震4次,6.0～6.9級(jí)地震3次。最大地震為1605年7月19日廣東廉江附近的6.5級(jí)地震,距離約為67 km。距離此次地震最近的5級(jí)以上地震為1778年10月29日廣西玉林東南51/4級(jí)地震,約為36 km。1970年以來(lái)震中周邊未記錄到4級(jí)以上地震。除1605年連續(xù)發(fā)生多次6級(jí)以上地震外,總體上表現(xiàn)為間發(fā)型分布（圖2、圖3）,間隔時(shí)間81～112年,顯示出時(shí)間間隔增加的趨勢(shì),最近兩次時(shí)間間隔為129年（1890—2019）,超過(guò)歷史最大值[7-8]。

表1 震中附近歷史地震記錄（MS≥5.0）Table 1 Historical earthquake records near the epicenter (MS≥5.0)

圖 2 歷史地震 M-t圖（MS ≥5.0）Fig.2 M-t map of historical earthquakes (MS ≥5.0)

從1850年至2018年,區(qū)域中強(qiáng)地震應(yīng)變能的累積釋放曲線顯示該區(qū)積累了發(fā)生M≥5.0級(jí)地震所需的應(yīng)變能（圖4）。1970—2018年ML≥2.0級(jí)地震的LgN-M曲線顯示,該區(qū)可能發(fā)生ML5.2（M4.8）級(jí)地震（圖4）。實(shí)際地震5.2級(jí)略大于事前的估計(jì)。

圖4 粵桂交界地區(qū)地震應(yīng)變能的累積釋放和G-R關(guān)系曲線（1850—2018）Fig.4 Accumulative release of seismic strain energy and G-R relationship curve in the border area between Guangdong and Guangxi (1850—2018)

4 地震預(yù)測(cè)實(shí)踐

在2019年度廣東省地震活動(dòng)危險(xiǎn)性研究報(bào)告中,在廣東地區(qū)確定了4個(gè)2019年度重點(diǎn)注意地區(qū),粵桂交界中南段是其中之 一[9]。2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震就發(fā)生在這個(gè)重點(diǎn)注意區(qū)內(nèi)。這一地區(qū)被確定為年度重點(diǎn)注意地區(qū)在歷史上是第一次,這一地區(qū)從2014年開(kāi)始就陸續(xù)出現(xiàn)了多項(xiàng)地震活動(dòng)和地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)異常,主要分布在震中附近100 km范圍內(nèi)。

4.1 地震活動(dòng)時(shí)空動(dòng)態(tài)

從1970年1月1日至2019年10月11日,在震中區(qū)附近50 km范圍內(nèi),共發(fā)生ML1.0級(jí)以上地震473次,其中1.0～1.9級(jí)361次,2.0～2.9級(jí) 100次 ,3.0～3.9級(jí)11次 ,4.0～4.9級(jí)1次,最大為2013年12月6日4.2級(jí)地震（圖5、圖6、圖7）。

從ML1.0級(jí)以上地震M-T圖和N-T圖（圖6、圖7）來(lái)看,該區(qū)地震活動(dòng)從2007年才開(kāi)始活躍,主要發(fā)生在信宜與高州交界地區(qū)的高州水庫(kù),而從2014年之后,地震主要活躍區(qū)域往西遷移,頻度進(jìn)一步上升。2016—2017年該區(qū)地震活動(dòng)相對(duì)減弱,但2018年下半年地震活動(dòng)再次增強(qiáng),頻度顯著增加（圖5、圖8、圖9、圖10）。

圖5 震中附近50 km 范圍內(nèi)ML≥1.0級(jí)地震分布圖（1970年至2019年10月11日）Fig.5 Distribution map ofearthquakes with ML≥1.0 within 50 km of the epicenter (from 1970 to October 11th,2019)

圖6 震中附近50 km 范圍內(nèi)1970年以來(lái)ML≥1.0級(jí)地震M-T圖Fig.6 M-T map of earthquakes with ML≥1.0 within 50 km of the epicenter since 1970

圖7 震中附近50 km 范圍內(nèi)1970年以來(lái)ML ≥1.0級(jí)地震頻度分布圖Fig.7 Frequency distribution of earthquakes with ML ≥1.0within 50 km of the epicenter since 1970

圖8 震中附近50 km 范圍內(nèi)2015年以來(lái)ML ≥1.0級(jí)地震M-T圖Fig.8 M-T map of earthquakes with ML ≥1.0 within 50 km of the epicenter since 2015

圖9 震中附近50 km 范圍內(nèi)2015年以來(lái)ML ≥1.0級(jí)地震頻度分布圖Fig.9 Frequency distribution of earthquakes with ML ≥1.0 within 50 km of the epicenter since 2015

圖10 區(qū)域ML ≥1.0級(jí)地震活動(dòng)頻度變化分布圖Fig.10 Distribution of seismic activity frequency changeof earthquakes with ML≥1.0 in the region

4.2 震前b值空間分布

b值是Gutenberg - Richter（1944）地震震級(jí)-頻度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式

log10N=a-bM

中的擬合系數(shù)。式中,N為震級(jí)M≥MC（MC為最小完整性震級(jí)）地震的累積頻度,a代表某一區(qū)域某個(gè)時(shí)期內(nèi)地震活動(dòng)率,b代表統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)不同大小地震之間的比例。

b值本質(zhì)上反映的是不同震級(jí)地震之間的比例關(guān)系。研究表明,b值主要取決于震源區(qū)應(yīng)力狀況和介質(zhì)性質(zhì),與應(yīng)力呈反比關(guān)系[10-11],b值大,表示區(qū)域平均應(yīng)力低,b值小,則區(qū)域平均應(yīng)力高,因此,b值可以作為衡量區(qū)域應(yīng)力水平的一個(gè)指標(biāo)[12],用于地震危險(xiǎn)區(qū)判定。此外,b值還受到構(gòu)造條件、溫度、流體、受力方式等因素的控制[13]。

利用粵西及鄰區(qū)1970年以來(lái)ML1.0級(jí)以上地震目錄,網(wǎng)格大小為0.005,掃描半徑為2km,進(jìn)行b值空間掃描。掃描結(jié)果顯示,低b值區(qū)域主要集中在雷州半島東側(cè)、北部灣地區(qū)和廣西沿海。廣東化州至廣西北流交界及其附近區(qū)域在5.2級(jí)地震前近3年b值呈下降變化（圖11）,顯示應(yīng)力持續(xù)積累。

圖11 區(qū)域背景b值（1970—2017）空間分布（a）及震前Δb值變化Fig.11 Spatial distribution of regional background b value (1790—2017) (a) and distribution mapofΔb value change before earthquake(2018 b value-background value) (b)

4.3 地震活動(dòng)參數(shù)異常

研究表明,多個(gè)地震參數(shù)異常的同時(shí)出現(xiàn)對(duì)中等—中強(qiáng)震具一定的前兆意義。在2016年7月31日蒼梧5.4級(jí)地震和2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震前粵桂交界地區(qū)都出現(xiàn)了顯著的多參數(shù)異常（圖12）。

在2016年蒼梧5.4級(jí)地震前,10個(gè)地震學(xué)參數(shù)除GL值、η值和b值外,其余參數(shù)均出現(xiàn)不同程度的異常。2016年蒼梧5.4級(jí)地震后,只有C值和D值異常在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù),其它參數(shù)仍維持蒼梧地震前的異常狀態(tài),C值和D值在2018年下半年開(kāi)始又出現(xiàn)異常,地震活動(dòng)增強(qiáng)的地震頻度N值和地震活動(dòng)度S值不僅由蒼梧震前開(kāi)始持續(xù)異常,而且從2019年之后還逐步升高,說(shuō)明粵桂瓊交界及其鄰海地震活動(dòng)并沒(méi)有因?yàn)樯n梧5.4級(jí)地震而減弱,2019年10月12日發(fā)生廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震,多參數(shù)異?？赡苁谴舜蔚卣鹎昂蟮漠惓７磻?yīng)。

圖12 粵桂瓊交界及其鄰海多地震活動(dòng)參數(shù)時(shí)間掃描結(jié)果Fig.12 Time-scan results of multiple seismic activity parameters inthe border between Guangdong,Guangxi,and Hainan and its adjacent sea

4.4 地震活動(dòng)圖像PI異常

作為統(tǒng)計(jì)物理與地震學(xué)的交叉,PI方法的出發(fā)點(diǎn)是：地震活動(dòng)可以作為受穩(wěn)恒速度連續(xù)驅(qū)動(dòng)的“閾值系統(tǒng)”；系統(tǒng)中的能量耗散在長(zhǎng)期平均的意義上接近穩(wěn)定,但常有隨機(jī)的波爾茲曼漲落；相關(guān)性是判斷系統(tǒng)是否具有“合作行為”的重要判據(jù)；PI方法通過(guò)對(duì)地震活動(dòng)的“漲落”的分析,在中長(zhǎng)期時(shí)間尺度上估計(jì)未來(lái)地震的發(fā)生概率[14]。

選取廣東全省ML2.0級(jí)以上地震目錄,計(jì)算PI空間分布,第一時(shí)段為1996年9月30日至2010年9月30日,第二時(shí)段為2016年9月30日至2018年9月30日,以第一時(shí)段PI值作為背景,第二時(shí)段空間PI值減去背景值,發(fā)現(xiàn)茂名地區(qū)存在高值異常點(diǎn)（圖13）[17-18]。

圖13 粵桂交界中南部地區(qū)地震活動(dòng)圖像PI計(jì)算結(jié)果（據(jù)廣東省地震局,2018）Fig.13 PI calculation results of seismic activity images in the central and southern areas of the junction of Guangdong and Guangxi (according to the Guangdong Earthquake Agency,2018)

4.5 流動(dòng)重力異常

廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震前的2018年在化州—信宜—陽(yáng)江地區(qū)流動(dòng)重力測(cè)值表現(xiàn)為顯著的重力正異常,年累積變化達(dá)33～42μgal,重力等值線異常分布表現(xiàn)為較為明顯的四象限分布[15-16],且存在密集的重力等值線,反映了重力變化存在高梯度帶（圖14）。區(qū)內(nèi)的陽(yáng)江、程村、儒洞等測(cè)點(diǎn)的時(shí)序曲線自2018年以來(lái)表現(xiàn)為由下降轉(zhuǎn)折上升（圖15）。

圖14 粵西地區(qū)流動(dòng)重力場(chǎng)年變化異常分布圖（2018-03～2018-08）Fig.14 Anomalous distribution of the annual variation of the mobile gravity field in western Guangdong (2018.3-2018.8)

圖15 茂名—陽(yáng)江流動(dòng)重力異常區(qū)部分測(cè)點(diǎn)重力值時(shí)序變化曲線Fig.15 Time-varying curve of gravity value at some measuring points in Maoming-Yangjiangflow gravity anomaly area

4.6 地下流體觀測(cè)異常

廣東信宜地震臺(tái)1號(hào)井流量自1986年1月開(kāi)始觀測(cè),觀測(cè)資料連續(xù)、平穩(wěn)。該井流量觀測(cè)每年5至10月為流量高值,12月至次年3月常為低值,具有較清晰的年變動(dòng)態(tài),但也受降雨影響[17]。

圖16是信宜1號(hào)井月均值流量圖,2016年以來(lái)流量呈上升趨勢(shì),2018年12月至2019年3月流量在降雨量減少的情況下沒(méi)有下降,形態(tài)與往年不同（圖16）,出現(xiàn)破年變現(xiàn)象。該井自觀測(cè)以來(lái),震中距250 km范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)M4級(jí)以上地震共4次（圖16）,分別為2001年陽(yáng)江4.2級(jí)、2004年陽(yáng)江4.9級(jí)、2016年廣西蒼梧5.4級(jí)和本次2019年廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震。本研究以流量5個(gè)月為窗長(zhǎng),1個(gè)月為步長(zhǎng),滑動(dòng)計(jì)算,得到結(jié)果顯示：除2004年陽(yáng)江4.9級(jí)地震外,其余3次地震前半年左右流量都出現(xiàn)了破年變現(xiàn)象。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、氣象因素分析、震例分析、相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比分析,未找到明顯的干擾源,認(rèn)為2019年信宜1號(hào)井流量破年變異常,可能是由區(qū)域構(gòu)造變形引起的,反映了區(qū)域應(yīng)力的變化,與區(qū)域應(yīng)力變化有關(guān),有可能是10月12日廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震的前兆異常。

圖16 信宜1號(hào)井月均值流量[17]Fig.16 Monthly mean flow of No1 well in Xinyi[17]

4.7 地形變觀測(cè)異常

廣東信宜地震臺(tái)鉆孔應(yīng)變從2014年12月開(kāi)始觀測(cè),具有良好的固體潮汐變化,2018年8月16日至19日期間出現(xiàn)了固體潮各分量不同幅度的“上升—轉(zhuǎn)折—下降—恢復(fù)”畸變異常（圖17）,其中北南分量和北西分量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),幅度較大,北南分量變化幅度達(dá)0.15%,北西分量變化幅度為0.07%。東西分量和北東分量持續(xù)時(shí)間小于1 d且幅度較小。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,可排除觀測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)震響應(yīng)、氣象、爆破等因素的影響,同一觀測(cè)井的水位測(cè)項(xiàng)也出現(xiàn)同步變化。分析認(rèn)為2018年信宜地震臺(tái)鉆孔應(yīng)變異常是5.2級(jí)地震前的異常表 現(xiàn)[18]。

圖17 2018年8月信宜地震臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)分鐘值曲線[17]Fig.17 Minute value curve of borehole strain observation at Xinyi Seismic Station in August 2018 [17]

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,本研究通過(guò)對(duì)廣西北流—廣東化州5.2級(jí)地震特征的初步分析研究,得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）2019年10月12日廣東省化州市與廣西壯族自治區(qū)北流市交界地區(qū)發(fā)生5.2級(jí)地震,這是華南地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)第Ⅴ活躍幕又一重要事件。

(2）此地震發(fā)生北西向巴馬—博白—茂名斷裂帶上,此斷裂帶最早形成于華力西期構(gòu)造旋回,印支期強(qiáng)烈活動(dòng),表現(xiàn)出左旋剪切—擠壓性質(zhì)。斷裂切割寒武系至第三系,在新生代以來(lái)和第四紀(jì)時(shí)期具強(qiáng)烈的活動(dòng)。1958年靈山53/4級(jí)地震發(fā)生在該斷裂帶上,1936年靈山63/4級(jí)地震也與此斷裂帶的關(guān)系密切。

（3）震中區(qū)在歷史上屬于少震弱震區(qū),但震中周邊100 km范圍內(nèi)歷史共記錄到5級(jí)以上地震7次,最大為1605年7月19日廣東廉江附近的6.5級(jí)地震,距離67 km。區(qū)域上歷史地震表現(xiàn)為間發(fā)型分布,間隔時(shí)間81～112年,并顯示出時(shí)間間隔增加的趨勢(shì),最近兩次時(shí)間間隔為129年（1890—2019）,超過(guò)歷史最大值。

(4）從2014年以來(lái),地震活動(dòng)出現(xiàn)間歇性增強(qiáng)現(xiàn)象,并且多項(xiàng)地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)也時(shí)有異常表現(xiàn)。2019年10月12日5.2級(jí)地震前先后出現(xiàn)了中小地震活動(dòng)頻度增強(qiáng)、b值異常、地震多參數(shù)異常、地震活動(dòng)PI異常、流動(dòng)重力異常、溫泉流量異常和鉆孔應(yīng)變異常等現(xiàn)象。

廣東省地震局在2018年度地震會(huì)商時(shí)把此地震及其附近區(qū)域確定為2019年度地震危險(xiǎn)重點(diǎn)注意地區(qū)。10月12日5.2級(jí)地震的發(fā)生驗(yàn)證了年度會(huì)商的判定,為以后的地震預(yù)測(cè)工作提供了可參考的分析依據(jù)。

本研究過(guò)程中,也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題,例如：①由于震中附近地區(qū)地震活動(dòng)背景較弱,又未發(fā)現(xiàn)晚更新世以后的活動(dòng)斷裂,地震強(qiáng)度估計(jì)偏低（4～5級(jí)）；②流動(dòng)重力觀測(cè)異常偏低（33～42μgal）,沒(méi)有達(dá)到通常異常判定的50μgal；③震中附近地震觀測(cè)臺(tái)站密度較低,綜合地震觀測(cè)臺(tái)只有信宜1個(gè)臺(tái)站,而且在地震發(fā)生前,臺(tái)站附近正在進(jìn)行大規(guī)模的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā),對(duì)信宜地震臺(tái)的觀測(cè)資料產(chǎn)生了很大的影響；等等。這些問(wèn)題將在今后的工作中不斷解決和改進(jìn)。