川東南長(zhǎng)寧地區(qū)地震活動(dòng)及b值演化特征

解孟雨 孟令媛

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

四川盆地位于揚(yáng)子板塊西北緣，是在前震旦系結(jié)晶基底上發(fā)育有海陸相地層并經(jīng)歷多期構(gòu)造演化的疊合盆地，其以華鎣山斷裂帶和龍泉山斷裂帶為界，可劃分為3個(gè)構(gòu)造單元，華鎣山斷裂帶以東為川東南高陡構(gòu)造區(qū)，龍泉山斷裂帶以西為川西前陸盆地，兩者之間的區(qū)域?yàn)榇ㄖ新∑鸬途彉?gòu)造區(qū)(何登發(fā)等，2011；谷志東等，2012；鄧賓，2013)。四川盆地東南部地區(qū)(簡(jiǎn)稱川東南地區(qū))主要位于川中隆起低緩構(gòu)造區(qū)和川東南高陡構(gòu)造區(qū)，是我國(guó)最重要的海相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)示范區(qū)和未來(lái)頁(yè)巖氣的重要生產(chǎn)區(qū)(鄒才能等，2015、2016)。川東南地區(qū)包括盆地內(nèi)蜀南低陡褶皺帶和盆地外滇黔北斷褶帶，構(gòu)造呈北陡南緩的特征，其中位于興文縣、長(zhǎng)寧雙河、珙縣至高縣天星橋一帶的長(zhǎng)寧背斜具有多期構(gòu)造變形疊加特征，其東南部較寬，西北部較窄，呈NW-SE走向，在核部發(fā)育了一系列逆斷層(耿一凱，2017；何登發(fā)等，2019)。

川東南地區(qū)位于四川盆地東南部，是歷史上的弱震區(qū)、少震區(qū)，尤其是長(zhǎng)寧背斜及其鄰區(qū)(簡(jiǎn)稱長(zhǎng)寧地區(qū))，1900—2017年未發(fā)生過(guò)5級(jí)以上歷史地震(圖1(a))，2018—2020年共發(fā)生5級(jí)以上地震7次，其中5.0～5.9級(jí)地震6次，6.0級(jí)地震1次，即2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震(圖1(b))。川東南地區(qū)存在如工業(yè)采鹵采鹽、常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣開采等多種形式的工業(yè)活動(dòng)，尤其是長(zhǎng)寧地區(qū)自2017年開始進(jìn)行了大規(guī)模的頁(yè)巖氣開采活動(dòng)，因此對(duì)于上述中強(qiáng)地震的成因存在較大的爭(zhēng)議(Meng et al，2019；易桂喜等，2019；何登發(fā)等，2019；Lei et al，2019；雷興林等，2020)。

圖 1 四川盆地及長(zhǎng)寧地區(qū)地震活動(dòng)圖(a)1900年以來(lái)四川盆地5級(jí)地震分布；(b)1970年以來(lái)長(zhǎng)寧地區(qū)ML≥3.0地震分布，震源機(jī)制解據(jù)易桂喜等(2019)

從地震發(fā)生時(shí)間來(lái)看，長(zhǎng)寧地區(qū)地震活動(dòng)顯現(xiàn)出明顯的時(shí)間分段特征，1970—2017年，長(zhǎng)寧地區(qū)共發(fā)生3級(jí)以上地震109次，其中3.0～3.9級(jí)地震98次，4.0～4.9級(jí)地震11次，最大為2017年1月28日四川筠連4.9級(jí)和5月4日四川珙縣4.9級(jí)地震，即2017年以前地震活動(dòng)主要以3級(jí)、4級(jí)地震為主；2018年之后地震活動(dòng)則顯著增強(qiáng)，主要以4級(jí)、5級(jí)地震為主。同時(shí)該地區(qū)2018年以來(lái)的5級(jí)震例顯示，在構(gòu)造穩(wěn)定的四川盆地內(nèi)部及邊緣，雖然沒(méi)有大尺度的活動(dòng)構(gòu)造，但是仍存在發(fā)生強(qiáng)震的可能，需要重新評(píng)估區(qū)域的地震危險(xiǎn)性(易桂喜等，2019；Long et al，2020)。因此，為給后續(xù)研究長(zhǎng)寧地區(qū)工業(yè)活動(dòng)影響以及進(jìn)行相應(yīng)地震震情監(jiān)視跟蹤工作提供參考依據(jù)，本文利用統(tǒng)一地震目錄和該區(qū)域加密臺(tái)網(wǎng)目錄的合成目錄，系統(tǒng)分析了四川盆地川東南長(zhǎng)寧地區(qū)地震頻次、強(qiáng)度的時(shí)空分布特征，并在此基礎(chǔ)上分析了長(zhǎng)寧地區(qū)區(qū)域b值的時(shí)空演化，討論了區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的變化，同時(shí)針對(duì)區(qū)域內(nèi)中強(qiáng)地震，重點(diǎn)分析了震前低b值異常的時(shí)空特征。

1 區(qū)域地震活動(dòng)特征

本文選擇川東南長(zhǎng)寧地區(qū)作為研究區(qū)(104.39°E～105.18°E，27.95°N～28.60°N)。在該區(qū)域內(nèi)，根據(jù)固定臺(tái)站得到的全國(guó)統(tǒng)一目錄，篩選出1970年以來(lái)共59664個(gè)ML≥0地震事件數(shù)據(jù)。同時(shí)該區(qū)域自2015年2月以來(lái)，先后分兩批布設(shè)了21個(gè)流動(dòng)地震臺(tái)站(圖2)，顯著增強(qiáng)了該區(qū)域的監(jiān)測(cè)能力(Meng et al，2019)。為擴(kuò)大數(shù)據(jù)量，獲得更多有效信息，本文收集了21個(gè)加密觀測(cè)臺(tái)站2015—2020年記錄到的25137個(gè)ML≥0地震目錄數(shù)據(jù)。為將全國(guó)統(tǒng)一目錄和加密觀測(cè)臺(tái)站目錄合在一起，首先對(duì)比了全國(guó)統(tǒng)一目錄和加密觀測(cè)臺(tái)站目錄，當(dāng)二者的記錄時(shí)間差小于1s且震中距小于10km時(shí)，認(rèn)為是同一個(gè)地震，此時(shí)將全國(guó)統(tǒng)一目錄中的記錄替換為加密觀測(cè)臺(tái)站的記錄。對(duì)于其他不是同一個(gè)地震的記錄，則以全國(guó)統(tǒng)一目錄為主，將加密觀測(cè)臺(tái)站目錄中的記錄按時(shí)間順序添加到全國(guó)統(tǒng)一目錄中，最終將二者合并為一個(gè)目錄。本文采用該合成目錄分析長(zhǎng)寧地區(qū)的地震活動(dòng)特征。

圖 2 長(zhǎng)寧地區(qū)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站分布(臺(tái)站信息據(jù)Meng等(2019))

由圖 1 可見，在空間上長(zhǎng)寧地區(qū)的地震活動(dòng)主要叢集在以28.3°N為界的南北2個(gè)區(qū)域，將北區(qū)記為A區(qū)，南區(qū)記為B區(qū)(圖1(b))，而在時(shí)間上則存在明顯的分段特征。2000年之前長(zhǎng)寧地區(qū)的地震以ML≥3.0為主，除1975年12月4日發(fā)生的ML5.1地震外，其余地震震級(jí)未超過(guò)ML4.5，ML≥1.0地震平均日頻次為0.01次/天；2000年之后，該區(qū)域ML≤3.0地震記錄較豐富，地震累積個(gè)數(shù)也隨時(shí)間快速升高，特別是在2015年后地震累積速度增大。2000—2015年ML≥1.0地震平均日頻次為1.02次/天，2015—2020年ML≥1.0地震平均日頻次為13.54次/天，3個(gè)月ML≥1.0地震頻次在2015年后也呈現(xiàn)明顯的升高特征，特別是2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震發(fā)生后，3個(gè)月ML≥1.0地震頻次接近4000次，達(dá)到歷史最高值，其后續(xù)的頻次雖然持續(xù)衰減，但相對(duì)于長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震發(fā)震前，頻次仍然較高，整體上地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)(圖3)。

圖 3 長(zhǎng)寧地區(qū)ML≥1.0地震M-t圖和累積頻度以及3個(gè)月頻次

2 方法與原理

通常情況下，在給定的區(qū)域和時(shí)間段內(nèi)，大于震級(jí)M的地震數(shù)N(≥M)滿足 Gutenberg-Richter 定律(簡(jiǎn)稱G-R定律)，即

lgN(≥M)=a-bM

(1)

其中，M大于等于最小完備震級(jí)Mc；a、b為正常數(shù)，a給出了選定區(qū)域和時(shí)間段內(nèi)0級(jí)以上地震數(shù)的對(duì)數(shù)，其依賴于選定區(qū)域和觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間尺度的大小，而b值則刻畫了區(qū)域內(nèi)地震大小的相對(duì)分布情況，其值為0.6～1.4(Marzocchi et al，2003；Shcherbakov et al，2004；Wang et al，2015；Hamdache et al，2017)。

實(shí)驗(yàn)研究表明b值大小與應(yīng)力水平呈反比(Scholz，1968；Schorlemmer et al，2005b；Ricière et al，2018)，同時(shí)實(shí)際斷層計(jì)算顯示凹凸體區(qū)域的b值一般較低(Wiemer et al，1997；Schorlemmer et al，2004；Schorlemmer et al，2005a；易桂喜等，2008；聞學(xué)澤等，2013)，且在大震前表現(xiàn)出明顯的低b值異常(Gulia et al，2019)。因此，b值的大小可以用來(lái)指示區(qū)域地震危險(xiǎn)性水平(吳開統(tǒng)等，1984；吳萍萍等，2015；Hamdache et al，2017)。

本文利用合成目錄計(jì)算b值，用來(lái)分析長(zhǎng)寧地區(qū)中強(qiáng)地震前和不同區(qū)域的應(yīng)力演化特征。在計(jì)算b值時(shí)，應(yīng)首先確定目錄的最小完備震級(jí)Mc，即在給定的時(shí)間、空間范圍內(nèi)可全部測(cè)定地震的最小震級(jí)。若Mc值估算得太高，會(huì)導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)使用不充足，不能獲得完整的地震信息，而如果Mc估算值比真實(shí)值低，則會(huì)使得后續(xù)分析時(shí)使用不完整的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)誤的模型參數(shù)值，進(jìn)而得出錯(cuò)誤的結(jié)論(Mignan et al，2012；蔣長(zhǎng)勝等，2013)。

目前，Mc值的估算方法主要有最大曲率(MAXC)方法、最優(yōu)擬合度(GFT)方法、完整性震級(jí)范圍(EMR)方法、b值穩(wěn)定性(MBS)方法、基于概率的完整性震級(jí)(PMC)方法等(Hamdache et al，2017；司政亞，2019)。其中，MAXC方法不需要任何的參數(shù)擬合，是一種快速直接且穩(wěn)健性好的方法。同時(shí)該方法也可在目錄數(shù)據(jù)較少的情況下得出合理的Mc值(Mignan et al，2012)。然而，MAXC方法會(huì)低估地震目錄的最小完備震級(jí)，需要添加修正系數(shù)，一般設(shè)定修正系數(shù)為0.2(Woessner et al，2005)，即Mc=Mc(MAXC)+0.2。本文采用上述修正的MAXC方法進(jìn)行最小完備震級(jí)Mc值的估算。

對(duì)于b值的計(jì)算方法，主要分為最小二乘法和最大似然法兩類。為避免b值計(jì)算中出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差(Sandri et al，2007；Hamdache et al，2017)，本文選擇最大似然法估計(jì)b值，即b值及不確定度(Uncertainty)δb的計(jì)算公式(Marzocchi et al，2003)為

(2)

(3)

3 計(jì)算結(jié)果

長(zhǎng)寧地區(qū)自2005年開始加密觀測(cè)，地震目錄個(gè)數(shù)顯著增多(Meng et al，2019)，本文選擇參與計(jì)算的目錄時(shí)間范圍為2005年1月1日—2020年12月31日，同時(shí)采用滑動(dòng)地震個(gè)數(shù)窗的方式，計(jì)算不同時(shí)間點(diǎn)的b值。參照易桂喜等(2008)的計(jì)算方法，同時(shí)為了保證每次計(jì)算時(shí)地震個(gè)數(shù)盡量一致，也考慮到不同大小計(jì)算范圍內(nèi)2005—2010年地震個(gè)數(shù)相差較大，因此對(duì)于A區(qū)和B區(qū)的計(jì)算，分別取300個(gè)地震為一個(gè)地震窗，然后以30個(gè)地震為步長(zhǎng)滑動(dòng)，由2005年逐步滑動(dòng)至2010年并計(jì)算出不同地震窗的b值和Mc值；而對(duì)于震例b值的計(jì)算，則取地震窗個(gè)數(shù)為80個(gè)，滑動(dòng)步長(zhǎng)為5個(gè)。此外，在采用最大似然法計(jì)算b值時(shí)，震級(jí)M滿足M≥Mc的地震個(gè)數(shù)N必須足夠大，一般需要滿足N≥30(Aki，1965；吳果，2018)。Benber(1983)在研究非連續(xù)震級(jí)條件下b值的計(jì)算時(shí)指出，當(dāng)N太小時(shí)，無(wú)論使用何種形式的公式，b值的估計(jì)值均不可信，且N越大b值的可信度就越高。因此，本文設(shè)定N需要滿足N≥50。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于每300個(gè)或80個(gè)地震的地震窗，首先計(jì)算出最小完備震級(jí)Mc，然后判斷N是否滿足N≥50，如果滿足則計(jì)算出相應(yīng)地震窗的b值，否則不進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，本文還設(shè)定b值的時(shí)刻為地震窗最后一個(gè)地震的時(shí)刻。為方便分析低b值異常，采用Gulia等(2019)提出的背景b值的思路，選擇2005—2010年的地震目錄計(jì)算不同時(shí)刻的背景b值，并選擇計(jì)算結(jié)果的中位數(shù)作為背景b值。計(jì)算背景b值時(shí)，地震窗和滑動(dòng)步長(zhǎng)的取值與計(jì)算后續(xù)關(guān)注時(shí)段b值時(shí)相應(yīng)參數(shù)的取值一致。

圖 4 川東南長(zhǎng)寧地區(qū)地震窗參數(shù)、b值和最小完備震級(jí)Mc演化圖(a)、(b)為計(jì)算A區(qū)、B區(qū)b值時(shí)，每個(gè)地震窗中的地震個(gè)數(shù)N散點(diǎn)圖及覆蓋時(shí)間T曲線；(c)、(d)A區(qū)的b值及最小完備震級(jí)Mc曲線；(e)、(f)B區(qū)的b值及最小完備震級(jí)Mc曲線

3.1 完備震級(jí)和b值特征

長(zhǎng)寧地區(qū)的地震活動(dòng)顯示出明顯的地震活動(dòng)空間叢集分區(qū)特征，主要集中在以28.3°N分隔的以北、以南2個(gè)區(qū)域，即A區(qū)和B區(qū)，因此，為更詳細(xì)地分析長(zhǎng)寧地區(qū)b值的變化特征，分別計(jì)算出A區(qū)和B區(qū)的最小完備震級(jí)Mc值(圖4(c)、4(e))及b值的演化曲線(圖4(d)、 4(f))。對(duì)于每個(gè)地震窗的參數(shù)N和地震窗的覆蓋時(shí)間T，其分布特征如圖4(a)、 4(b)所示。其中A區(qū)和B區(qū)的N值主要在100～250個(gè)之間，遠(yuǎn)大于設(shè)定的50個(gè)地震閾值。對(duì)于覆蓋時(shí)間T，整體上隨著時(shí)間流逝，T值逐漸減小，顯示出區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)隨時(shí)間越來(lái)越活躍。具體而言，2015年7月前，B區(qū)T值明顯大于A區(qū)，表明2015年7月前A區(qū)地震活動(dòng)較強(qiáng)；2015年7月至長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前，A區(qū)T值則相對(duì)較高，顯示在這一時(shí)段內(nèi)A區(qū)活動(dòng)較弱，而在長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震后，兩區(qū)T值相近，反映長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震后兩區(qū)域地震活動(dòng)活躍程度相近。

對(duì)于A區(qū)，2011年3月至2012年3月最小完備震級(jí)Mc持續(xù)下降，顯示地震監(jiān)測(cè)能力逐步增強(qiáng)。之后2012年4月至2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前，最小完備震級(jí)Mc演化曲線雖然存在不同程度的振蕩變化，然而整體上最小完備震級(jí)Mc基本穩(wěn)定在ML1.0附近，其均值為ML0.9，標(biāo)準(zhǔn)差為ML0.2。長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震發(fā)生后，最小完備震級(jí)Mc突升至ML2.0，之后Mc值大幅振蕩后逐步上升至ML1.2附近(圖4(c))。

A區(qū)的b值整體上呈現(xiàn)不同幅度的起伏變化(圖4(d))，從b值曲線的趨勢(shì)來(lái)看，可以分為4個(gè)階段：第一階段自2011年6月至2013年9月，b值主要在均值0.86上下振蕩變化，均值小于背景b值(0.93±0.09)，顯示該時(shí)期內(nèi)A區(qū)地下應(yīng)力水平高于背景時(shí)段；第二階段自2013年9月至2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前，在此時(shí)段內(nèi)b值振蕩變化，且振幅較大，總體上在均值1.10附近變化，顯示在該時(shí)段內(nèi)總體上應(yīng)力水平有所降低；第三階段自長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震起至2019年12月，在該階段b值振蕩幅度較低，而且在長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震后b值降至最低值 0.42±0.02，其均值為0.72，為背景b值的77%，這一階段b值較低可能是因?yàn)殚L(zhǎng)寧6.0級(jí)地震后在該區(qū)域相繼發(fā)生了一系列較大震級(jí)的地震，包括2019年6月17日珙縣5.1級(jí)、2019年6月18日長(zhǎng)寧5.3級(jí)、2019年6月22日珙縣5.4級(jí)和2019年7月4日珙縣5.6級(jí)等地震；第四階段自2019年12月至2020年12月，該階段b值振蕩幅度增大，同時(shí)相比第三階段整體b值有所上升，其均值為0.90，與背景b值基本一致。

1.1 試驗(yàn)試劑 硝酸銀(AgNO3)、二水合檸檬酸三鈉(C6H5Na3O7·2H2O)、氯化鈉(NaCl)、三羥甲基氨基甲烷(Tris)均為分析純，購(gòu)買于江蘇強(qiáng)盛功能化工股份有限公司；BPA及其類似物，分析純，購(gòu)買于上海百靈威科技；試驗(yàn)用水均為超純水。BPA核酸適配子ssDNA，其序列為5’-CCGGTGGGTGGTCAGGTGGGATAGCGTTCCGCGTATGGCCCAGCGCATCACGGGTTCGCACCA-3’，購(gòu)買于上海生工公司。

對(duì)于B區(qū)，2012年1月至2013年2月最小完備震級(jí)Mc持續(xù)下降(圖4(e))，降至ML1.0附近，同樣顯示出隨時(shí)間推移區(qū)域監(jiān)測(cè)能力逐步增強(qiáng)。隨后在2013年2月至2015年12月最小完備震級(jí)Mc未顯現(xiàn)出明顯的上升或者下降趨勢(shì)，其均值為ML0.94。2015年12月至2018年7月最小完備震級(jí)Mc突降至ML0.1±0.1后逐步上升至ML1.5±0.2，然后降回ML1.0左右。之后2018年7月至2020年1月最小完備震級(jí)Mc重新穩(wěn)定在ML1.0附近振蕩變化，其均值為ML1.03。2020年1月至2020年12月，最小完備震級(jí)Mc先降至 0.3±0.2，后升高至ML1.0左右。

B區(qū)的b值按照其變化特征可以分為2個(gè)階段(圖4(f))：第一階段自2012年1月至2016年6月，在該時(shí)間段內(nèi)地震個(gè)數(shù)較少，b值振蕩變化弱，其變化趨勢(shì)為先平穩(wěn)，后下降再上升，其均值為0.69，大于背景b值(0.57±0.00)，顯示區(qū)域應(yīng)力水平相比于背景時(shí)段有所降低；第二階段為2016年6月至2020年12月，該時(shí)段內(nèi)b值振蕩變化明顯加劇，總體上未有上升或下降的趨勢(shì)，其均值為0.95，大于背景b值(0.57±0.00)以及第一階段均值，顯示在總體上區(qū)域應(yīng)力水平相比于前一時(shí)段有所降低。

3.2 中強(qiáng)地震前b值特征

為分析總結(jié)長(zhǎng)寧地區(qū)中強(qiáng)地震震前短期b值的演化特征，針對(duì)長(zhǎng)寧地區(qū)3個(gè)主要的5級(jí)以上地震事件，即2018年12月16日興文5.7級(jí)、2019年1月3日珙縣5.3級(jí)和2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震，分別計(jì)算了震前、震后短期內(nèi)震中10km、15km、20km、25km、30km和50km范圍內(nèi)b值的空間演化情況，背景b值則由主震前5年且在主震震中50km范圍內(nèi)的地震目錄計(jì)算得到。

3.2.1 2018年12月16日興文5.7級(jí)地震

興文5.7級(jí)地震前后不同計(jì)算范圍內(nèi)地震窗參數(shù)N和b值演化曲線，如圖5 所示。對(duì)于N值，不同計(jì)算范圍下的變化情況基本一致，主要集中在50～56個(gè)。T值曲線則整體上隨時(shí)間推移而降低，特別是在興文5.7級(jí)和珙縣5.3級(jí)地震后，T值存在明顯降低，表明在這2個(gè)5級(jí)地震后，興文5.7級(jí)地震震中附近地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)。此外，計(jì)算范圍越大，其中包含的地震越多，因而相近時(shí)段地震窗的T值越小。

圖 5 興文5.7級(jí)地震前不同計(jì)算范圍內(nèi)地震窗參數(shù)和b值曲線(a)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗中地震個(gè)數(shù)N的散點(diǎn)圖；(b)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗覆蓋時(shí)間T的曲線；(c)計(jì)算范圍10km；(d)計(jì)算范圍15km；(e)計(jì)算范圍20km；(f)計(jì)算范圍25km；(g)計(jì)算范圍30km；(h)計(jì)算范圍50km

圖 6 珙縣5.3級(jí)地震前不同計(jì)算范圍內(nèi)地震窗參數(shù)和b值曲線(a)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗中地震個(gè)數(shù)N的散點(diǎn)圖；(b)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗覆蓋時(shí)間T的曲線；(c)計(jì)算范圍10km；(d)計(jì)算范圍15km；(e)計(jì)算范圍20km；(f)計(jì)算范圍25km；(g)計(jì)算范圍30km；(h)計(jì)算范圍50km

3.2.3 2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震

長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前后不同計(jì)算范圍內(nèi)地震窗參數(shù)和b值演化曲線，如圖7 所示。對(duì)于地震窗參數(shù)N，不同計(jì)算范圍內(nèi)的變化情況相近。以長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震為分界，震前N值相對(duì)較小，主要集中在50～55個(gè)之間，而長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震后，N值明顯增加，主要集中在50～65個(gè)之間。T值曲線總體上也以長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震為分界，震前T值較大，震后T值先明顯減小后逐步增大。同時(shí)計(jì)算范圍越小，長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前后T值曲線變化的差異越顯著，這可能是由于震前震中附近的地震活動(dòng)相對(duì)較弱引起的。

圖 7 長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前不同計(jì)算范圍內(nèi)地震窗參數(shù)和b值曲線(a)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗中地震個(gè)數(shù)N的散點(diǎn)圖；(b)不同計(jì)算范圍內(nèi)每個(gè)地震窗覆蓋時(shí)間T的曲線；(c)計(jì)算范圍10km；(d)計(jì)算范圍15km；(e)計(jì)算范圍20km；(f)計(jì)算范圍25km；(g)計(jì)算范圍30km；(h)計(jì)算范圍50km

對(duì)于長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前后的b值曲線，10～50km計(jì)算范圍內(nèi)主震前b值的均值分別為0.87、0.90、0.78、0.88、0.86和0.80，主震震后的b值均值則分別為0.72、0.74、0.74、0.74、0.73和0.73，總體上主震發(fā)生后b值有所降低，且近2個(gè)月時(shí)間內(nèi)b值大都小于背景b值(0.93±0.30)(圖7)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震發(fā)生后，又接連發(fā)生了包括珙縣5.1級(jí)、長(zhǎng)寧5.3級(jí)、珙縣5.4級(jí)和珙縣5.6級(jí)地震在內(nèi)的一系列較大震級(jí)的地震。而主震前的b值曲線，則隨計(jì)算范圍的擴(kuò)大，變化趨勢(shì)存在差異，且曲線的振蕩變化逐漸加劇。具體而言，當(dāng)計(jì)算范圍為10～15km時(shí)，震前地震活動(dòng)較少，在震前近1個(gè)月范圍內(nèi)的b值均小于背景b值，且b值逐漸降低直至主震發(fā)生，出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的低b值異常，其均值分別為0.87和0.88，最低值分別為 0.76±0.08和 0.80±0.10，為背景b值(0.93±0.03)的82%和86%，明顯低于Gulia等(2018)統(tǒng)計(jì)全球范圍內(nèi)58個(gè)地震序列后發(fā)現(xiàn)的震前最小b值(背景b值的90%)；當(dāng)計(jì)算范圍為20～25km時(shí)，主震近1個(gè)月前的b值依然持續(xù)下降且低于背景b值，然而相比于計(jì)算范圍10～15km，在該計(jì)算范圍內(nèi)震前地震個(gè)數(shù)較多，且相對(duì)b值更低，其b值均值分別為0.77和0.84，b值最小值分別為 0.68±0.08和 0.73±0.08，為背景值的73%和78%，且z評(píng)分為-1.34 和-1.12，顯示低b值異常較為顯著。當(dāng)計(jì)算范圍為 30～50km 時(shí)，震前1個(gè)月b值未出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的低b值異常。

圖 8 長(zhǎng)寧地區(qū)合成目錄和全國(guó)統(tǒng)一目錄的震級(jí)-頻次對(duì)比

4 討論

本研究將四川省地震臺(tái)網(wǎng)、宜賓市地震臺(tái)網(wǎng)和珙縣境內(nèi)的21個(gè)流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站自2015年2月至2020年12月記錄的地震目錄與全國(guó)統(tǒng)一目錄合并，用于地震活動(dòng)和地震參數(shù)的分析。從總體上看，相比全國(guó)統(tǒng)一地震目錄，合成目錄地震記錄增加了9856個(gè)地震，增量約為全國(guó)統(tǒng)一地震目錄的17%，同時(shí)也為其余重復(fù)的地震提供了更高精度的位置信息。如圖8 所示，震級(jí)在ML0.3～2.8時(shí)，合成目錄地震頻次均大于全國(guó)統(tǒng)一目錄，而在ML≥2.8，特別是ML5.0左右時(shí)，全國(guó)統(tǒng)一目錄的地震頻次大于合成目錄，表明流動(dòng)臺(tái)站記錄的數(shù)據(jù)震級(jí)相對(duì)偏低。此外，地震目錄數(shù)量的增加并未明顯改變震級(jí)-頻次分布的特征，合成地震目錄與全國(guó)統(tǒng)一目錄的Mc值一致，而b值則分別為 0.89±0.01和 0.86±0.01，兩者相差不大。

實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際震例的研究表明，b值的升降變化不僅直接反映了區(qū)域內(nèi)不同震級(jí)地震的比例關(guān)系，也體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)地下介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)變化，一般應(yīng)力水平升高則b值降低，b值升高則反映應(yīng)力水平的降低(易桂喜等，2013；El-Isa et al，2014)。在巖石實(shí)驗(yàn)中，斷層失穩(wěn)前剪切應(yīng)力不斷增大，微破裂個(gè)數(shù)顯著增加，b值不斷降低(Rivière et al，2018)。然而在實(shí)際震例中，中強(qiáng)地震前b值的變化有多種不同的形式(El-Isa et al，2014)，是否廣泛存在類似前震出現(xiàn)時(shí)的震前低b值現(xiàn)象(蔣海昆等，2020)，也是一直未解決的問(wèn)題。

對(duì)興文5.7級(jí)、珙縣5.3級(jí)和長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震b值的研究結(jié)果顯示，在震中不同范圍內(nèi)的b值計(jì)算結(jié)果存在明顯的差異，例如對(duì)于長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震，當(dāng)計(jì)算范圍為20km時(shí)，震前持續(xù)存在低b值異常，而計(jì)算范圍為50km時(shí)，類似的低b值異常則不存在了，因此，b值計(jì)算范圍的差異是造成中強(qiáng)地震前b值變化形式多樣性的可能原因之一。

此外，本文的震例研究表明在主震前震中20km范圍內(nèi)均存在低b值異常，且總體上20km范圍內(nèi)低b值異常的z評(píng)分更低、占背景b值的比例更低，因而后續(xù)的研究中可以重點(diǎn)關(guān)注20km范圍內(nèi)的低b值異常。同時(shí)，震例的研究也顯示長(zhǎng)寧地區(qū)內(nèi)5級(jí)地震發(fā)生前b值最低可低于背景b值的90%，這一現(xiàn)象與Gulia等(2018)針對(duì)58個(gè)地震序列的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，同時(shí)也符合Gulia等(2019)針對(duì)MW6.0以上前震提出的識(shí)別準(zhǔn)則，表明在長(zhǎng)寧地區(qū)可以以背景b值的90%為閾值，進(jìn)而對(duì)區(qū)域未來(lái)地震危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估。

5 結(jié)論

本文利用全國(guó)統(tǒng)一地震目錄和流動(dòng)臺(tái)站目錄的合成目錄，分析了長(zhǎng)寧地區(qū)的地震活動(dòng)特征和區(qū)域b值的演化特征。結(jié)果顯示，長(zhǎng)寧地區(qū)的地震活動(dòng)在時(shí)間上存在明顯的分段特征，即2015年以后地震活動(dòng)明顯更加活躍；在空間上，長(zhǎng)寧地區(qū)的地震則主要集中在以28.3°N為界的北、南2個(gè)區(qū)域(A區(qū)、B區(qū))，2個(gè)區(qū)域的b值在時(shí)間上也呈現(xiàn)明顯的分段特征，并且2個(gè)區(qū)域的b值變化也呈現(xiàn)不同的形式，總體上A區(qū)的b值低于背景b值，而B區(qū)的b值高于背景b值。

此外，針對(duì)長(zhǎng)寧地區(qū)的興文5.7級(jí)、珙縣5.3級(jí)和長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震，計(jì)算了不同統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)主震前、后b值的時(shí)間演化曲線。計(jì)算結(jié)果顯示，不同計(jì)算范圍內(nèi)b值曲線的演化特征存在明顯的差異，當(dāng)計(jì)算范圍為20km時(shí)，主震前短期內(nèi)存在較顯著的低b值異常，表明在利用b值分析區(qū)域地震危險(xiǎn)性時(shí)可以采用較小的計(jì)算范圍。