云南地區(qū)強(qiáng)震前小震調(diào)制比特征分析

孫 楠 付 虹 彭關(guān)靈 劉自鳳

1）中國安徽 230026 中國科學(xué)與技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院

2）中國昆明 650224 云南省地震局

0 引言

潮汐應(yīng)力為日、月引潮力在地球內(nèi)部形成的周期變化的應(yīng)力，其積累速率比構(gòu)造應(yīng)力大2個(gè)數(shù)量級（Heaton，1975；李金等，2011）。同時(shí)，潮汐應(yīng)力對地球內(nèi)部不斷重復(fù)作用，這種潮汐的振蕩性質(zhì)，而非潮汐振幅，在潮汐應(yīng)力觸發(fā)中可能起到更重要的作用（Lockner et al，1999）。國內(nèi)外針對潮汐應(yīng)力觸發(fā)地震的問題進(jìn)行了一系列研究。如利用震源機(jī)制等地震基本參數(shù)，研究引潮力及潮汐應(yīng)力分量對地震的觸發(fā)作用（吳小平等，2005；解朝娣等，2015），以及結(jié)合統(tǒng)計(jì)方法如Schuster檢驗(yàn)等，論證地震發(fā)生時(shí)刻與潮汐之間的關(guān)系等（Schuster，1897；李金等，2011），而上述研究均是在保證震源機(jī)制解完整性的前提下進(jìn)行的（蔣海昆，2010）。另外，更直觀有效的研究是分析地震與月相間的關(guān)系，利用簡單統(tǒng)計(jì)方法獲得震前區(qū)域小震調(diào)制特征，從而預(yù)測發(fā)震時(shí)刻及位置。秦保燕等（1986）引入了小震調(diào)制比的概念，以其表征強(qiáng)震前小震活動(dòng)頻次在朔望大潮期間（調(diào)制期）異常的現(xiàn)象。蘇鸞聲（1995）研究表明，小震調(diào)制比對大震前區(qū)域應(yīng)力強(qiáng)化過程的反應(yīng)更敏感，這在時(shí)間上可為震情趨勢分析提供較可靠的依據(jù)。而利用由調(diào)制作用所誘發(fā)的小震活動(dòng)圖像尋找高應(yīng)力集中區(qū)，則可以進(jìn)行中強(qiáng)震位置的預(yù)報(bào)（秦保燕等，1994）。強(qiáng)震背景下，固體潮調(diào)制作用可引發(fā)小規(guī)模失穩(wěn)破裂，從而導(dǎo)致調(diào)制地震增多，使得地震調(diào)制比異常。因此，震前受調(diào)制地震的數(shù)量變化可以反映當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)，對地震預(yù)報(bào)有一定的意義（郭增建，1995；張國民等，2001）。王煒等（2001）研究表明，華北地區(qū)中強(qiáng)地震前1—3 a未來震中周圍通常出現(xiàn)調(diào)制比異常區(qū)。李永莉等（2002，2004）研究發(fā)現(xiàn)，云南地區(qū)調(diào)制異常區(qū)為中強(qiáng)震連發(fā)的主體區(qū)域，震前1—3 a出現(xiàn)調(diào)制比高值異常。汪翠枝等（2010）分析認(rèn)為，調(diào)制地震方法對川滇地區(qū)MS≥6.0地震預(yù)測效果較顯著，調(diào)制地震非穩(wěn)態(tài)震兆持續(xù)時(shí)間越長，震級可能會越大。韓顏顏等（2017）發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)震多發(fā)生在高值異常集中區(qū)及周圍區(qū)域，異常區(qū)域范圍大小可能與地震強(qiáng)度間有一定相關(guān)性。因此，小震調(diào)制特征分析可用于強(qiáng)震預(yù)測研究中。

云南地處青藏高原東南側(cè)，受到板塊擠壓作用，地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得云南成為強(qiáng)震活動(dòng)的主要區(qū)域之一。通過研究云南1973—2014年MS≥6.0地震前小震調(diào)制比的時(shí)空演化特征，提取震前異常的判別指標(biāo)用于地震跟蹤判定，這對于云南MS≥6.0地震的預(yù)測無疑具有指導(dǎo)意義。

1 資料和方法

所用資料為1973—2014年云南地區(qū)（21°—29°N，97°—106°E）ML≥3.0地震目錄，并對M≥5.0地震序列的余震進(jìn)行了剔除。按照小震調(diào)制比的概念，取朔、望前后5天為調(diào)制時(shí)段，該時(shí)段占全月時(shí)長的33%?；谏鲜瞿夸?，統(tǒng)計(jì)云南地區(qū)所有ML3.0—4.9地震數(shù)，結(jié)果顯示發(fā)生在調(diào)制期內(nèi)的地震數(shù)占地震總數(shù)的33%（圖1）。因此，在進(jìn)行調(diào)制比時(shí)空掃描時(shí)，取調(diào)制比Rm＞0.33為異常閾值，空間掃描窗長2°，滑動(dòng)步長1°，時(shí)間窗為1 a，滑動(dòng)步長為1個(gè)月。

圖1 1973—2014年云南地區(qū)ML 3.0—4.9調(diào)制地震比例Fig.1 The proportion of ML 3.0—4.9 modulation earthquake in the Yunnan region from 1973 to 2014

2 云南地區(qū)調(diào)制比Rm值空間掃描異常分析

1973—2014年，云南及周邊共發(fā)生MS≥6.0地震25組（31次），其中，MS6.0—6.9地震24次，MS7.0—7.8地震7次（圖2）。25組強(qiáng)震中，發(fā)生在調(diào)制期內(nèi)強(qiáng)震有14次，小滇西地區(qū)3次地震均為調(diào)制地震，滇西北地區(qū)9組強(qiáng)震中有6組為調(diào)制地震，表明小滇西—滇西北地區(qū)強(qiáng)震多發(fā)生在調(diào)制期內(nèi)。選取了3組震例進(jìn)行具體分析，考慮到強(qiáng)震前調(diào)制比異?，F(xiàn)象的持續(xù)，每組震例分析會包括2—3次強(qiáng)震。

圖2 1973—2014年云南地區(qū)MS≥6.0地震空間分布Fig.2 Spatial distribution of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan region from 1973 to 2014

2.1 云南地區(qū)典型震例分析

2.1.1 1973年普洱MS6.3、1974年大關(guān)MS7.1地震。1973年1月以來，調(diào)制比異常集中分布在滇東北、滇西南地區(qū)[圖3（a）]。滇西南調(diào)制比異常持續(xù)增強(qiáng)，4月調(diào)制比最高達(dá)0.67[圖3（b）]，之后逐漸減小[圖3（c）]，8月在異常區(qū)邊界，即4月出現(xiàn)最高值的附近發(fā)生了普洱MS6.3地震。滇東北地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)大范圍的調(diào)制比異常現(xiàn)象，1973年7月調(diào)制比出現(xiàn)顯著異常高值，達(dá)0.7，且異常區(qū)面積增大[圖3（c）]，之后調(diào)制比數(shù)值逐漸增大[圖3（d）、3（e）]，大關(guān)MS7.1地震震前1個(gè)月增大至1.0，異常區(qū)重新收縮在震源及周邊地區(qū)[圖3（f）]，1974年5月11日在異常區(qū)內(nèi)調(diào)制比顯著高值區(qū)域的邊界發(fā)生了大關(guān)MS7.1地震。

圖3 1973年普洱MS 6.3、1974年大關(guān)MS 7.1地震前后固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過程（a）1972年2月1日至1973年1月31日；（b）1972年5月1日至1973年4月30日；（c）1972年8月1日至1973年7月31日；（d）1972年11月1日至1973年10月31日；（e）1973年2月1日至1974年1 月31日；（f）1973年5月1日至1974年4 月30日強(qiáng)震發(fā)生在掃描截止日期后1 a內(nèi)用紅色實(shí)心圓表示，在之前1 a內(nèi)用空心圓表示；藍(lán)色實(shí)心圓為ML 3.0—4.9調(diào)制地震。下同F(xiàn)ig.3 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 1973 Puer MS 6.3 and Daguan MS 7.1 earthquakes

2.1.2 2008年攀枝花MS6.1、2009年姚安MS6.0地震。2007年以來川滇交界地區(qū)出現(xiàn)大范圍的調(diào)制比顯著高值異常，2007年8月Rm達(dá)最大值0.88[圖4（a）]，之后開始減小直到發(fā)震，異常區(qū)面積先增大[圖4（b）]后收縮，震前1個(gè)月異常向西南遷移[圖4（c）]，2008年8月30日在異常區(qū)邊界即前期高值異常區(qū)附近發(fā)生攀枝花MS6.1地震。攀枝花地震后，西南側(cè)異常先是減弱[圖4（d）]，后又在姚安地區(qū)出現(xiàn)高值異常圍空現(xiàn)象，東西兩側(cè)出現(xiàn)顯著異常[圖4（e）]，且異常區(qū)逐漸向中間聚攏收縮，Rm值也持續(xù)增大[圖4（f）]，2009年7月9日在異常區(qū)內(nèi)即前期異常圍空區(qū)內(nèi)發(fā)生姚安MS6.0地震。2000年姚安MS6.5地震前也出現(xiàn)過東西兩側(cè)調(diào)制比異常圍空，并逐漸向震源區(qū)聚攏的現(xiàn)象。研究表明（王長在等，2011），2次姚安地震的發(fā)震構(gòu)造非常相似，震源區(qū)附近速度結(jié)構(gòu)存在明顯的橫向不均勻性，東、西側(cè)為高速體，北側(cè)存在明顯的低速體，南側(cè)存在弱低速體，主震發(fā)生在高、低速體的過渡帶，低速體韌性較強(qiáng)，有利于應(yīng)力積累，不易產(chǎn)生脆性破裂，因此在應(yīng)力積累過程中，東西兩側(cè)出現(xiàn)調(diào)制比異?，F(xiàn)象，而南北兩側(cè)不明顯。孕震晚期，震源區(qū)應(yīng)力水平升高，調(diào)制觸發(fā)作用增強(qiáng)，震源區(qū)及周邊出現(xiàn)調(diào)制異?，F(xiàn)象。2次姚安地震臨震前調(diào)制比高值異常區(qū)由西側(cè)遷移到東側(cè)，這可能與2000年姚安MS6.5地震使東側(cè)產(chǎn)生破裂而成為弱介質(zhì)區(qū)有關(guān)，在弱介質(zhì)區(qū)（應(yīng)力調(diào)整單元）內(nèi)調(diào)制小震密度較大，因此，2009年 姚安MS6.0地震前調(diào)制比異常高值區(qū)在主震震中的東側(cè)。

圖4 2008年攀枝花MS 6.1、2009年姚安MS 6.0地震前后固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過程（a）2006年9月1日至2007年8月31日；（b）2007年3月1日至2008年2月29日；（c）2007年8月1日至2008年7月31日；（d）2007年12月1日至2008年11月30日；（e）2008年4月1日至2009年3月31日；（f）2008年7月1日至2009年6月30日Fig.4 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2008 Panzhihua MS 6.1 and Yaoan MS 6.0 earthquakes

2.1.3 2014年盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5、景谷MS6.6地震。2013年10月小滇西—境外緬甸出現(xiàn)調(diào)制比顯著高值異常，Rm最大值為0.8[圖5（a）]，之后震源區(qū)及周邊異常持續(xù)減弱，并向滇西南地區(qū)延伸[圖5（b）]，逐漸形成從滇西到滇西南的異常條帶，而滇東北魯?shù)榈貐^(qū)也出現(xiàn)了調(diào)制比異?，F(xiàn)象[圖5（c）]，2014年5月30日在小滇西異常區(qū)內(nèi)發(fā)生盈江MS6.1地震。滇東北地區(qū)調(diào)制比異常逐漸增強(qiáng)[圖5（d），5（e）]，8月3日在異常區(qū)內(nèi)高值邊界發(fā)生了魯?shù)镸S6.5地震。滇西南異常條帶依然持續(xù)，周邊顯著異常在該區(qū)形成了異常圍空區(qū)[圖5（f）]，此現(xiàn)象一直持續(xù)到同年10月7日圍空區(qū)內(nèi)發(fā)生景谷MS6.6地震。盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5地震后，震源區(qū)依然為調(diào)制比異常區(qū)，震源區(qū)應(yīng)力場也發(fā)生了變化（孫楠等，2017；王光明等，2018），因此，震后調(diào)制比持續(xù)異?？赡芘c區(qū)域應(yīng)力調(diào)整有關(guān)。

圖5 2014年盈江MS 6.1、魯?shù)镸S 6.5、景谷MS 6.6地震前后固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過程（a）2012年11月1日至2013年10月31日；（b）2013年2月1日至2014年1月31日；（c）2013年5月1日至2014年4月30日；（d）2013年7月1日至2014年6月30日；（e）2013年8月1日至2014年7月31日；（f）2013年10月1日至2014年9月30日Fig.5 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2014 Yingjiang MS6.1,Ludian MS 6.5 and Jinggu MS 6.6 earthquakes

2.2 云南地區(qū)強(qiáng)震前調(diào)制比變化特征

對云南地區(qū)1973—2014年25組MS≥6.0地震進(jìn)行調(diào)制比全時(shí)空掃描（表1）。由表1可見，除1976年龍陵MS7.3、MS7.4地震之外，24組強(qiáng)震前均出現(xiàn)調(diào)制比異?，F(xiàn)象，88%的強(qiáng)震發(fā)生在調(diào)制比異?，F(xiàn)象開始出現(xiàn)后的1.5 a內(nèi)，異常區(qū)內(nèi)調(diào)制比最大值為0.57—1.00，從高值出現(xiàn)到強(qiáng)震發(fā)生的時(shí)間間隔為0—14個(gè)月。臨震前，調(diào)制比變化特征包括高值—發(fā)震、高值—減弱—發(fā)震及高值—減弱—消失—發(fā)震等類型，其中，7組為高值時(shí)發(fā)震，其余均為高值后發(fā)震；有8組震前震源區(qū)異常消失。從調(diào)制比異常持續(xù)時(shí)間與震級間的關(guān)系可見（圖6），二者間不存在嚴(yán)格的相關(guān)性，但大致存在震級隨異常持續(xù)時(shí)間增加而增大的趨勢。

表1 云南地區(qū)MS≥6.0地震調(diào)制比異常變化特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of modulation ratio abnormal variation characteristics of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan

圖6 震級與調(diào)制比異常持續(xù)時(shí)間之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig.6 The statistical relationship between magnitude and modulation ratio anomaly duration

從發(fā)震地點(diǎn)來看（表1），有19次占76%的強(qiáng)震發(fā)生在調(diào)制比異常區(qū)的邊界或內(nèi)部，其中，7次還位于異常區(qū)內(nèi)顯著高值附近區(qū)域。發(fā)生在異常區(qū)外的強(qiáng)震，震前異常區(qū)位置對震源位置也有指示意義，如1985年祿勸MS6.2地震，震前異常區(qū)沿著震源區(qū)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過不同時(shí)段異常區(qū)相迭合，可為震源位置預(yù)測提供一定指示。

從分區(qū)來看（圖7），強(qiáng)震前滇西南地區(qū)調(diào)制比Rm最高值≥0.57，滇西北、滇東北地區(qū)最高值≥0.67。滇西南地區(qū)強(qiáng)震多發(fā)生在異常區(qū)邊界，調(diào)制比最高值為0.57—0.70，80%強(qiáng)震發(fā)生在出現(xiàn)高值后半年內(nèi)，尤其是3個(gè)月內(nèi)發(fā)震的占60%（紅色方框內(nèi)）。滇西北地區(qū)強(qiáng)震多發(fā)生在異常區(qū)內(nèi)高值附近，除2次姚安地震在出現(xiàn)高值后1個(gè)月內(nèi)發(fā)震外，其余7次強(qiáng)震均發(fā)生在出現(xiàn)高值后7—12個(gè)月內(nèi)（藍(lán)色方框內(nèi)），調(diào)制比最高值為0.70—0.88，發(fā)震時(shí)多個(gè)強(qiáng)震均表現(xiàn)為震源區(qū)調(diào)制比異常消失。滇東北地區(qū)均為強(qiáng)震前1 a內(nèi)出現(xiàn)非常顯著的高值異常現(xiàn)象，調(diào)制比最高值上限可達(dá)1.0，且多為調(diào)制比高值時(shí)異常區(qū)內(nèi)發(fā)震。

圖7 強(qiáng)震前調(diào)制比最高值與從最高值到發(fā)震的持續(xù)時(shí)間之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig.7 The statistical relationship between maximum modulation ratio and the period between the time of maximum modulation ratio and earthquake occurrence

3 討論與結(jié)論

利用調(diào)制比時(shí)空掃描方法，對1973—2014年云南地區(qū)強(qiáng)震前小震調(diào)制比時(shí)空分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤，發(fā)現(xiàn)調(diào)制比異常對1.5 a內(nèi)異常區(qū)及周邊強(qiáng)震有一定的預(yù)測意義，異常區(qū)內(nèi)調(diào)制比最高值大于0.57時(shí)，強(qiáng)震一般發(fā)生在出現(xiàn)最高值時(shí)或其后14個(gè)月內(nèi)，震級隨異常持續(xù)時(shí)間的增加大致呈增大趨勢，震源位置多在調(diào)制比異常區(qū)的邊界或內(nèi)部顯著高值附近區(qū)域。若調(diào)制比異常區(qū)位置不斷變化，可將不同時(shí)段異常區(qū)相迭合來判斷未來可能的震源區(qū)。

云南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不同區(qū)域所表現(xiàn)出來的調(diào)制比異?，F(xiàn)象有所不同。小滇西—滇西北地區(qū)強(qiáng)震多發(fā)生在調(diào)制期內(nèi)。滇西南地區(qū)小震調(diào)制比異常最高值大于0.57，而滇西北、滇東北以及小滇西地區(qū)異常最高值大于0.67。滇西南地區(qū)，強(qiáng)震多發(fā)生在調(diào)制比出現(xiàn)高值后半年內(nèi)的異常區(qū)邊界，尤其是出現(xiàn)高值后3個(gè)月內(nèi)。滇西北地區(qū)，出現(xiàn)高值后7—12個(gè)月為強(qiáng)震優(yōu)勢發(fā)震時(shí)段，發(fā)震時(shí)震源區(qū)多表現(xiàn)為調(diào)制比異常消失，震源位置多集中在異常區(qū)內(nèi)顯著高值附近區(qū)域。滇東北地區(qū)強(qiáng)震前調(diào)制比異常現(xiàn)象較相似，均為強(qiáng)震前1 a內(nèi)震源區(qū)及周邊出現(xiàn)非常顯著的高值異?，F(xiàn)象，地震多發(fā)生在高值時(shí)的異常區(qū)內(nèi)。

云南地區(qū)強(qiáng)震前調(diào)制比異常掃描中還發(fā)現(xiàn)有些地震發(fā)生在異常區(qū)外，如1985年祿勸MS6.2地震，震前異常區(qū)圍繞震源區(qū)旋轉(zhuǎn)，對不同時(shí)期的異常區(qū)進(jìn)行迭合可對未來震源區(qū)位置提供指示。但有些地震并非如此，如1995年武定MS6.5地震，震前北側(cè)四川境內(nèi)出現(xiàn)調(diào)制比顯著高值異常，小滇西異常區(qū)也逐漸向北延伸遷移，如果異常區(qū)位置相迭合，對武定地震的指示意義并不明確。調(diào)制比掃描回溯顯示，從小滇西到滇西北的異常為1996年 麗江MS7.0地震的前兆，這包括從小滇西到麗江形成了明顯的調(diào)制地震條帶，而北側(cè)四川境內(nèi)異常區(qū)可能為武定MS6.5地震的前兆異常。此外，1976年龍陵MS7.3、MS7.4地震，震源區(qū)及周邊未發(fā)現(xiàn)調(diào)制比異?，F(xiàn)象，而從云南地區(qū)來看，1975年底出現(xiàn)小震調(diào)制比逐漸升高、異常區(qū)面積逐漸增大的趨勢，且龍陵地震前后中國大陸及鄰區(qū)發(fā)生多次7級以上地震，可能表明該地震對應(yīng)的是更大尺度的異?，F(xiàn)象，以至于在本文針對震源區(qū)及周邊的尺度上無顯著異常現(xiàn)象。另外，云南地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)背景，可能會使每次強(qiáng)震前的調(diào)制觸發(fā)作用有所不同。因此，判定未來強(qiáng)震發(fā)生的時(shí)間和位置，調(diào)制比異常分析可以作為一種輔助手段，但更多還需借助地震活動(dòng)性特征分析以及地球物理觀測方法。

感謝審稿專家的寶貴建議，感謝中國地震臺網(wǎng)中心韓顏顏副研究員為本文提供程序。