2019年廣西北流—廣東化州MS 5.2地震前活動性參數(shù)異常分析

鄭永通 劉愫昀 全建軍 張年明

1）中國福建 364000 龍巖地震臺

2）中國福建 366000 永安地震臺

0 引言

2019年10月12日22時(shí)55分，在廣西北流與廣東化州交界處發(fā)生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km，是一次走滑型破裂事件。該地震發(fā)生在NW 走向的石窩斷裂和NE 走向的新豐斷裂交匯部位，發(fā)震構(gòu)造為石窩斷裂（李冰溯等，2019），應(yīng)為應(yīng)力應(yīng)變積累到一定程度后突然釋放的表現(xiàn)。此次地震震中位于巴馬—博白斷裂帶東南端，屬東南沿海地震帶西段，地貌上屬于中低山與丘陵區(qū)，其中震中區(qū)以北為由印支花崗巖基體組成的大容山、望軍山，最高峰海拔分別為1 275 m、1 147 m；以南的天堂山最高峰海拔1 274 m。

據(jù)調(diào)查，該區(qū)域發(fā)生的地震均為中、小地震，未發(fā)生過6 級以上地震，最大一次地震為1860 年廣西玉林—陸川51/2級地震。據(jù)黃德瑜等（1981）的分析，中強(qiáng)震發(fā)生前，由于應(yīng)力的集中加強(qiáng)以及在震源附近區(qū)域引起的非彈性變形，區(qū)域地震活動性可能存在一些異常特征?；诖?，文中對此次北流—化州交界MS5.2 地震進(jìn)行震前活動性參數(shù)的時(shí)空掃描和地震空區(qū)分析，研究震中區(qū)域可能存在的異常特征，尋找與地震發(fā)生相關(guān)的異常信息。

1 資料選取

2019年10月12日22時(shí)55分，在廣西北流與廣東化州交界處發(fā)生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km。以廣西北流—廣東化州區(qū)域（107°—113°E；19°—25°N）為研究區(qū)域，選取中國地震臺網(wǎng)中心提供的2010 年1 月1 日—2019 年12 月31 日ML≥2.0 地震目錄，分析此次MS5.2 地震震前異常。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010 年1 月1 日至2019 年12 月31 日，研究區(qū)共記錄ML≥2.0 地震1 162 次，其中，ML2.0—2.9 地震1 041 次，ML3.0—3.9 地震107 次，ML4.0—4.9 地震11 次，ML5.0—5.9 地震3 次（圖1）。對所選地震，進(jìn)行b值時(shí)空掃描和孕震空區(qū)分析，以期發(fā)現(xiàn)此次MS5.2 地震前存在的異常。

圖1 2010—2019 年廣西北流—廣東化州區(qū)域ML ≥2.0 地震分布Fig.1 Distribution of ML ≥2.0 earthquakes in Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou region from 2010 to 2019

2 地震活動性參數(shù)時(shí)空掃描

b值是描述地震震級頻度分布特征與地震活動水平的重要參數(shù)，是地震預(yù)測的一個(gè)常用指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于地震危險(xiǎn)性分析和地震預(yù)測研究。

2.1 b 值時(shí)空掃描

（1）b值定義。Gutenberg 等（1951）在研究世界地震活動時(shí)，根據(jù)全球各大地震區(qū)6級以上地震數(shù)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提出地震震級與頻度有如下關(guān)系

式（1）亦稱為古登堡公式或G—R 關(guān)系式。式中：N代表震級M以上地震的頻度；a、b為統(tǒng)計(jì)常數(shù)，a表示區(qū)域內(nèi)地震活動水平，b值代表一個(gè)區(qū)域內(nèi)不同大小地震頻度的比例關(guān)系。計(jì)算b值主要采用線性最小二乘法、極大似然法、非線性最小二乘法、矩估計(jì)方法等。進(jìn)行b值空間掃描，常采用極大似然法，而b值時(shí)間掃描則一般采用線性最小二乘法（陸遠(yuǎn)忠等，2002）。

（2）起算震級的選取。在地震活動性參數(shù)進(jìn)行時(shí)空掃描前，需對選定區(qū)域的地震監(jiān)控能力，即所能記錄的最低可靠震級進(jìn)行確定，然后利用起算震級來計(jì)算地震活動性各參數(shù)值。此次地震震級—頻次擬合結(jié)果見圖2，可知線性擬合最佳震級為ML=2.0—5.1，因此取ML=2.0 地震作為計(jì)算本次地震活動性參數(shù)的起算震級。

圖2 廣西北流—廣東化州交界區(qū)起算震級選取（2000—2019 年）Fig.2 Selection of earthquake magnitude for starting calculation in Guangxi Beiliu -Guangdong Huazhou(from 2000 to 2019)

（3）b值時(shí)間掃描。設(shè)時(shí)間窗長為6 個(gè)月，步長為1 個(gè)月，繪制廣西北流—廣東化州交界區(qū)2010—2019 年b值時(shí)間掃描曲線，結(jié)果見圖3，可見當(dāng)b值曲線高于均值且持續(xù)1年以上時(shí)，均有中強(qiáng)地震與之對應(yīng)。由圖3 可見，2018 年6 月開始，該區(qū)域b值出現(xiàn)大于均值現(xiàn)象，持續(xù)至2019 年9 月此次MS5.2 地震的發(fā)生，震后b值曲線呈快速下降趨勢。

圖3 b 值時(shí)間掃描（2010—2019 年，ML ≥2.0）Fig.3 Time scan of b-value(from 2010 to 2019,ML ≥2.0)

（4）b值空間掃描。設(shè)時(shí)間窗長為6 個(gè)月，步長為1 個(gè)月，緯度窗長和經(jīng)度窗長均設(shè)為1.0°，步長均設(shè)為0.5°，時(shí)間截取2016 年7 月至2019 年12 月，計(jì)算廣西北流—廣東化州MS5.2 地震前b值，并繪制b值空間掃描圖像，結(jié)果見表1、圖4（圖中空心圓為震中位置）。

表1 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前b 值空間掃描結(jié)果Table 1 The spatial scanning results of b-value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

由表1 和圖4 可知，2017 年8 月至2017 年10 月，震中及附近出現(xiàn)b值異常，數(shù)值介于2.0—2.9；2017 年11 月至2018 年5 月，震中b值減小，數(shù)值介于1.0—2.0；2018年6—8 月，震中及附近未出現(xiàn)b值異常；2018 年9 月，震中及附近再次出現(xiàn)b值異常變化，數(shù)值介于1.0—1.9，2019 年10 月12 日廣西北流—廣東化州MS5.2 地震發(fā)生后，異常消失。

圖4 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前b 值空間掃描圖像（紅色圓點(diǎn)表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應(yīng)的位置）Fig.4 Spatial scanning image of b-value before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

2.2 C、D 值空間掃描

地震活動性參數(shù)C、D值分別表示地震空間集中度和地震危險(xiǎn)度。中強(qiáng)地震前小地震活動增強(qiáng)會影響地震空間集中度和地震危險(xiǎn)度的數(shù)值，對其予以分析，可為地震異常區(qū)域的劃定提供一定參考。

基于所選震例資料，對廣西北流—廣東化州交界區(qū)MS5.2 地震前的C值和D值進(jìn)行空間掃描，結(jié)果見表2、圖5、圖6。由圖5、圖6 可見，2018 年10 月至2019 年6 月，在震中及附近出現(xiàn)C值和D值異常，C值異常范圍在0.04—0.32，D值異常范圍在0.01—0.09，異常結(jié)束3 個(gè)多月后發(fā)生廣西北流—廣東化州MS5.2 地震（表2）。

表2 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前C 值和D 值空間掃描結(jié)果Table 2 Spatial scanning results of C value and D value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

圖5 地震活動性參數(shù)C 值空間掃描圖像（紅色圓點(diǎn)表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應(yīng)的位置）Fig.5 Spatial scanning image of C value of seismicity parameter

圖6 地震活動性參數(shù)D 值空間掃描圖像（紅色圓點(diǎn)表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應(yīng)位置）Fig.6 Spatial scanning image of D value of seismicity parameter

2 孕震空區(qū)

在地震孕育過程中，由小震所包圍或部分包圍、處于斷裂活動構(gòu)造帶上的無震區(qū)域，即為地震空區(qū)。廣西北流—廣東化州MS5.2 地震前，即2016 年7 月1 日至2019 年10 月11日，在震中附近出現(xiàn)ML2.4 以上地震空區(qū)，空區(qū)分布在（108°30′—111°00′E；20°30′—22°30′N）范圍內(nèi)，見圖7。該階段空區(qū)外內(nèi)頻度比以及空區(qū)和外圍累計(jì)應(yīng)變能曲線見圖8，可知空區(qū)外內(nèi)頻度比2016 年11 月—2019 年3 月呈上升趨勢，空區(qū)及外圍累計(jì)應(yīng)變能2016年11 月起呈持續(xù)上升趨勢。繪制此次MS5.2地震前震中距與發(fā)震時(shí)間曲線圖，見圖9，可見2016 年11 月起，在震中附近形成地震空區(qū)，2018 年6 月空區(qū)范圍出現(xiàn)收縮。

圖7 廣西北流—廣東化州ML 2.4 以上地震空區(qū)Fig.7 Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou ML ≥2.4 seismic gap

圖8 廣西北流—廣東化州空區(qū)外內(nèi)頻度比以及空區(qū)和外圍累計(jì)應(yīng)變能曲線Fig.8 Frequency ratio of the outside-inside seismic gap and cumulative strain energy curve of seismic gap and periphery of Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou

圖9 廣西北流—廣東化州MS 5.2地震前震中距與發(fā)震時(shí)間曲線Fig.9 The curve of epicentral distance and seismogenic time before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

3 結(jié)論

2019 年廣西北流—廣東化州MS5.2 地震發(fā)生前出現(xiàn)一些異常，文中從震前地震活動性參數(shù)空間掃描和地震空區(qū)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常具有以下特征。

（1）地震活動性參數(shù)空間掃描結(jié)果顯示，多項(xiàng)指標(biāo)存在異常。b值時(shí)間掃描結(jié)果顯示，在此次地震發(fā)生前，b值時(shí)間掃描曲線持續(xù)一年以上處于均值線之上。b值空間掃描結(jié)果顯示，2017 年8 月至2018 年5 月，震中出現(xiàn)b值異常，后異常消失；2018 年9 月至2019年9 月，震中再次出現(xiàn)異常，直至此次MS5.2 地震發(fā)生。C值、D值空間掃描結(jié)果顯示，2018 年10 月至2019 年6 月，震中及附近持續(xù)出現(xiàn)異常。

（2）此次MS5.2 地震發(fā)生前，震中附近存在地震空區(qū)。該地震空區(qū)于2016 年11 月開始形成，經(jīng)2 年10 個(gè)月，在空區(qū)邊緣發(fā)生MS5.2 地震。