新疆地區(qū)6級以上地震前小震固體潮調(diào)制比異常演化特征

李文君 曾憲偉 劉芳彤 高龍飛

1）中國銀川 750001 寧夏回族自治區(qū)地震局

2）中國遼寧 118000 丹東地震監(jiān)測中心站

3）中國山西 037000 大同地震監(jiān)測中心站

0 引言

地震預(yù)報是世界性難題，不斷豐富震例資料，有益于提升對地震孕育過程的認(rèn)知。2016—2020 年6 月26 日，新疆共發(fā)生3 次6 級以上淺源地震，積累了大量研究資料及成果，如：劉建明等（2017，2018）分別對精河6.6 級地震和呼圖壁6.2 級地震進(jìn)行序列重定位與發(fā)震構(gòu)造和地震序列譜振幅相關(guān)系數(shù)和震源機(jī)制一致性研究；趙彬彬等（2017）梳理了新疆精河MS6.6 地震前天山中段鉆孔應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)9 套鉆孔應(yīng)變資料震前有5 套出現(xiàn)異?，F(xiàn)象；楊文等（2018）對呼圖壁地震發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)此次地震屬于逆沖型事件，并推測可能發(fā)震斷裂為霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯斷裂；韓桂紅等（2019）對距離呼圖壁MS6.2 地震300 km 范圍內(nèi)形變資料震前的背景異常、中短期異常進(jìn)行分析和討論；孟令媛等（2020）系統(tǒng)總結(jié) 2020 年1 月19 日新疆伽師MS6.4 地震發(fā)生前出現(xiàn)的地震活動和地球物理觀測等異常；張帆等（2020）對新疆精河MS6.6 地震震源區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)和發(fā)震斷裂幾何特征進(jìn)行分析，并推測發(fā)震構(gòu)造為走向近EW、傾角向S 的逆沖斷層?；谡{(diào)制比方法的綜合分析尚未見于新疆幾次6 級以上地震的分析。

秦保燕等（1983）研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固體潮作用到應(yīng)力調(diào)整單元時就容易觸發(fā)小震。大量研究表明，在一些中強(qiáng)震發(fā)生前，震中周圍固體潮調(diào)制比存在一定規(guī)律，即固體潮引潮力對地震活動有調(diào)制和觸發(fā)作用，如：黎凱武等（2000）發(fā)現(xiàn)月球?qū)Φ厍虻囊绷Φ卣鸹顒佑杏|發(fā)和調(diào)制作用，認(rèn)為1966—1976 年華北地震組的隆堯6.8 級地震（1966 年3 月8 日）、寧晉7.2 級地震（1966 年3 月22 日）、河間6.3 級地震（1967 年3 月27 日）和唐山7.8 級地震（1976 年7 月28 日）均發(fā)生在朔望大潮期（農(nóng)歷初一、十五或其后1—2 天），認(rèn)為以上幾次大震是由日月引潮力觸發(fā)的；李延興等（2001）和Tanaka 等（2004，2006）研究發(fā)現(xiàn)，在一些中強(qiáng)震發(fā)生前，震中周圍固體潮調(diào)制比存在一定規(guī)律，即固體潮引潮力對地震活動有調(diào)制和觸發(fā)作用；陳榮華等（2006，2009）在研究引潮力對顯著地震觸發(fā)作用與大震關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，地震發(fā)生時水平引潮力方位與地震斷層面走向接近，可能增加斷層面上的剪應(yīng)力，有利于地震的發(fā)生；水平引潮力方位與地震主張應(yīng)力軸T軸接近，可能減小斷層面上的正應(yīng)力，從而減小斷層面上的摩擦力，也會有利于地震的發(fā)生；韓顏顏等（2017）研究了近年來西北地區(qū)3 次中強(qiáng)地震前的小震調(diào)制比時空演化過程，發(fā)現(xiàn)中強(qiáng)震與小震調(diào)制比高值異常集中區(qū)存在對應(yīng)關(guān)系。利用固體潮調(diào)制比方法，對發(fā)震區(qū)周邊2 年內(nèi)應(yīng)力狀況進(jìn)行有效檢驗，這種回溯性研究，盡管在地震危險性分析和中長期地震預(yù)測意義上價值有限，但對于反思和改進(jìn)地震危險性估計方法，填補(bǔ)該方法在新疆地區(qū)的應(yīng)用，具有一定參考價值。新疆地區(qū)2016 年以來未發(fā)生7 級以上強(qiáng)震，文中對該區(qū)3 次6 級以上地震前小震調(diào)制比變化進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期得到一些有意義的結(jié)果。

1 資料選取

1.1 震例選擇

選取新疆地區(qū)（73°—96.5°E，34°—49.5°N）2016 年1 月—2020 年5 月發(fā)生的3 次MS6.0 以上淺源地震作為震例，即2016 年12 月8 日呼圖壁MS6.2 地震、2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震和2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震，地震參數(shù)來自中國地震臺網(wǎng)中心（2016-01-01—2020-05-20）《中國強(qiáng)震目錄》。研究區(qū)3 個震例及周邊測震臺站空間分布見圖1。

圖1 2016 年以來新疆地區(qū)6 級以上淺源地震及周邊臺站空間分布Fig.1 Distribution of shallow earthquakes of magnitude 6 or above in Xinjiang since 2016 and the seismic stations

1.2 最小完整性震級

（1）呼圖壁MS6.2 地震。統(tǒng)計2016年12 月8 日呼圖壁MS6.2 地震前2 年內(nèi)（2014-12-07—2016-12-07）在（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范圍內(nèi)發(fā)生的地震資料，結(jié)果見圖2（a）。該時段內(nèi)共記錄ML≥0.0 地震2 072 次，其中ML0.0—0.9 地震436 次，ML1.0—1.9 地震1 277 次，ML2.0—2.9 地 震306 次，ML3.0—3.9 地震46 次，ML4.0—4.1 地震6 次，ML5.0—5.1 地震1 次。除客觀監(jiān)測能力和完整性震級的變化，Mc的人為設(shè)定將對空間掃描結(jié)果造成影響。繪制研究區(qū)地震目錄作lgN—M曲線，如圖3（a）所示，可見ML≥1.1 時記錄是完整的，保證了基礎(chǔ)資料的可靠性。

圖2 呼圖壁、精河、伽師地震前2 年震中周圍ML 0.0—5.9 地震分布（a）呼圖壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽師MS 6.4 地震Fig.2 The distribution of ML 0.0-5.9 earthquakes around the epicenter 2 years before the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

圖3 呼圖壁、精河、伽師地震前2 年內(nèi)研究區(qū)最小完整性震級（a）呼圖壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽師MS 6.4 地震Fig.3 The minimum magnitude of completeness in the study area within 2 years prior to the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

（2）精河MS6.6 地震。統(tǒng)計2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震前2 年內(nèi)（2015-08-08—2016-08-08）在（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范圍內(nèi)發(fā)生的地震資料，結(jié)果見圖2（b）。該時段內(nèi)共記錄ML≥0.0 地震1 509 次，其中ML0.0—0.9 地震243 次，ML1.0—1.9地震990 次，ML2.0—2.9 地震238 次，ML3.0—3.9 地震34 次，ML4.0—4.1 地震4 次。繪制該區(qū)地震目錄lgN—M曲線，如圖3（b）所示，可見ML≥1.2 時記錄是完整的。

（3）伽師MS6.4 地震。統(tǒng)計2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震前2 年內(nèi)（2018-01-18—2020-01-18）在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范圍內(nèi)發(fā)生的地震資料，結(jié)果見圖2（c）。該時段內(nèi)共記錄ML≥0.0 地震2 473 次，其中ML0.0—0.9 地震163 次，ML1.0—1.9地震1 588 次，ML2.0—2.9 地震560 次，ML3.0—3.9 地震139 次，ML4.0—4.1 地震18 次，ML5.0—5.1 地震5 次。繪制該區(qū)lgN—M曲線，如圖3（c）所示，可見ML≥1.1 時記錄是完整的。

綜上所述，分別得到呼圖壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽師MS6.4 地震最小完整性震級分別為ML1.1、ML1.2、ML1.1。

1.3 陰歷日期選擇

對于陰歷調(diào)制日期，不同學(xué)者有不同認(rèn)識。秦保燕等（1983）選擇引潮力最大時段作為調(diào)制陰歷時段，即朔日前后4 天，望日前后4 天，共計8 天；王煒等（2001）將小震調(diào)制比應(yīng)用于華北地震中期預(yù)報時，將上述8 天調(diào)制時段擴(kuò)展為對稱于朔望的10 天，即取陰歷廿九至初三、十三至十七為調(diào)制陰歷時段，共計10 天；張國民等（2001）統(tǒng)計我國大陸地區(qū)MS7.0 強(qiáng)震發(fā)生的陰歷日期分布認(rèn)為，4 個峰值區(qū)分別對應(yīng)朔、望日和上、下弦，其中朔對應(yīng)廿八至初二，望對應(yīng)十五至十七，上弦對應(yīng)初八和初九，下弦對應(yīng)廿二至廿五，共14 天。筆者經(jīng)對比分析，考慮到不同地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和觸發(fā)地震的能力有所不同，以及不同階段局部性應(yīng)變的差異程度等因素，根據(jù)新疆地域特征及歷史地震調(diào)制情況，選用張國民等（2001）定義的陰歷日期，用于空間掃描時計算調(diào)制地震的時間域。

2 結(jié)果分析

2.1 呼圖壁MS 6.2 地震

2016 年12 月8 日中國新疆呼圖壁地區(qū)發(fā)生MS6.2 地震，據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心初步測定，震中位于（43.83°N，86.35°E），震源深度6 km。此次地震余震序列豐富，截至2016 年12 月24 日22 時，新疆地震臺網(wǎng)共記錄0 級以上地震773 次，最大余震震級為ML4.5，發(fā)震時間為12 月8 日23 時23 分。

與新疆其他地區(qū)相比，呼圖壁地區(qū)地震監(jiān)測臺網(wǎng)臺站分布相對密集（圖1），監(jiān)測能力較強(qiáng)。選取2014 年12 月7 日—2016 年12 月7 日（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范圍內(nèi)ML1.1—5.0 地震，采用固體潮調(diào)制比方法，對呼圖壁MS6.2 地震震中及附近區(qū)域進(jìn)行空間掃描（圖4），掃描參數(shù)作如下設(shè)定：時間步長為2 年、1 年、0.5 年；地震數(shù)依次為20、15、12；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖4 可見，呼圖壁MS6.2 地震前2 年，震中落于調(diào)制比高值異常區(qū)邊緣，受調(diào)制作用，隨著時間的推近，該區(qū)域非調(diào)制小震逐漸積累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常調(diào)制比閾值范圍內(nèi)，未受到較明顯的調(diào)制作用。

圖4 呼圖壁6.2 級地震前2 年、1 年、0.5 年調(diào)制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Hutubi ML 6.2 earthquake

2.2 精河MS 6.6 地震

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，2017 年8 月9 日7 時27 分，新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉州精河縣發(fā)生MS6.6 地震（簡稱精河6.6 級地震），震中位于（44.27°N，82.89°E），震源深度11 km，烏魯木齊、博州、昌吉、伊犁、克拉瑪依等地震感強(qiáng)烈。據(jù)新疆區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)測定，截至2017 年9 月30 日，精河6.6 級地震震源區(qū)共記錄余震396 次，其中MS3.0—3.9 余震18 次，MS4.0—4.9 余震6 次，最大余震震級為MS4.7。

選取2015 年8 月8 日—2016 年8 月8 日（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范圍內(nèi)ML1.2—5.0 地震，對精河MS6.6 地震震中及附近區(qū)域進(jìn)行調(diào)制比空間掃描（圖5）。時掃描參數(shù)作如下設(shè)定：時間步長為2 年、1 年、0.5 年；地震數(shù)依次為20、15、10；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖5 可見，震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于調(diào)制比高值區(qū)內(nèi)，受調(diào)制作用較明顯。一般，隨著時間的逼近，總體樣本數(shù)減少，高值區(qū)域面積也相應(yīng)逐漸減小。然而，從掃描結(jié)果可知，震前0.5 年時，震中附近調(diào)制小震較活躍，相比震前1 年，調(diào)制比高值區(qū)域面積有所增大?？梢姡R震前震中區(qū)域應(yīng)力水平變化較快，調(diào)制小震數(shù)量增多，調(diào)制作用明顯。

圖5 精河MS 6.6 地震前2 年、1 年、0.5 年調(diào)制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jinghe MS 6.6 earthquake

2.3 伽師MS 6.4 地震

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2020 年1 月19 日21 時27 分在新疆喀什地區(qū)伽師縣（39.83°N，77.21°E）發(fā)生MS6.4 地震，震源深度16 km。截至2020 年2 月29 日，記錄3.0 級以上余震23 次，其中3.0—3.9 級16 次，4.0—4.9 級5 次，5.0—5.9 級2 次，最大為1 月19日22 時23 分5.2 級地震。此次地震序列發(fā)生于南天山西段地區(qū)，距柯坪斷裂約2 km。

選取2018 年1 月18 日—2020 年1 月18 日在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范圍內(nèi)發(fā)生的ML1.1—5.0 地震，利用調(diào)制比方法，對伽師MS6.4 地震震中及附近區(qū)域進(jìn)行空間掃描（圖6）。為保證結(jié)果的科學(xué)性與合理性，對掃描參數(shù)作如下設(shè)定：時間步長2年、1 年、0.5 年；地震數(shù)依次為20、15、10；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖6 可見：震前2 年震中位置落于調(diào)制比高值區(qū)內(nèi)，受調(diào)制作用較明顯；震前1 年，隨著樣本量的減少，能夠掃描的地震數(shù)不斷減少，且逐漸向震中位置靠攏，此時震中恰好位于調(diào)制比高值邊緣；震前0.5 年，震中非調(diào)制地震數(shù)多于調(diào)制地震，調(diào)制作用不明顯。

圖6 伽師MS 6.4 地震前2 年、1 年、0.5 年調(diào)制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.6 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jiashi MS 6.4 earthquake

3 結(jié)論

采用張國民等（2001）定義的陰歷月相期，對新疆地區(qū)2016 年以來3 次6 級以上淺源地震，計算研究區(qū)最小完整性震級，確定使用的小震資料，采用固體潮調(diào)制比空間掃描結(jié)果，繪制震前調(diào)制比空間分布圖，并對呼圖壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽師MS6.4 地震進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

（1）2016年12月8日呼圖壁MS6.2地震。震中落于調(diào)制比高值異常區(qū)邊緣，受調(diào)制作用，隨著時間的推近，該區(qū)域非調(diào)制小震逐漸積累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常調(diào)制比閾值范圍內(nèi)，未受到較明顯的調(diào)制作用。

（2）2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震。震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于調(diào)制比高值區(qū)內(nèi)，受調(diào)制作用較明顯。震前0.5 年，震中附近調(diào)制小震較活躍，相比震前1年時，調(diào)制比高值區(qū)域面積增大，臨震前震中區(qū)域調(diào)制作用明顯。

（3）2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震。震前2 年，震中位置落于調(diào)制比高值區(qū)內(nèi)，受調(diào)制作用較明顯；震前1 年，隨著樣本量的減少，能夠掃描的地震數(shù)在不斷減少，且逐漸向震中位置靠攏，震中位于調(diào)制比高值邊緣；震前0.5 年，小震調(diào)制作用不明顯。

綜上，新疆地區(qū)3 次6 級以上地震前均出現(xiàn)不同程度的調(diào)制比異常現(xiàn)象，對地震預(yù)測具有較好的指示意義。