2022年青海門源6.9級地震前祁連山地震帶平靜打破異常特征

李敏娟, 毛冬瑤, 張 輝, 王麗霞, 馬海萍, 張增換, 竇喜英

(1. 甘肅省地震局, 甘肅 蘭州 730000; 2. 蘭州石化職業(yè)技術大學, 甘肅 蘭州 730060)

0 引言

據中國地震臺網(CENC)測定,2022年1月8日1時45分27秒,青海海北州門源縣(37.77°N,101.26°E)發(fā)生6.9級地震(簡稱門源6.9級地震),震源深度10 km。截至2月7日,已記錄到1 000多次余震活動,其中MS3.0以上地震22次,MS3.0～3.9地震15次,MS4.0～4.9地震5次,MS5.0～5.9地震2次。余震主要沿主震的西側及東南側方向展布,呈雙側破裂特征。1900年以來,震中100 km范圍內曾發(fā)生5級以上地震24次,其中震級最大一次為1927年5月23日甘肅古浪8.0級地震。

門源6.9級地震位于青藏高原東北緣祁連山中東段,發(fā)震構造為冷龍嶺斷裂。該斷裂位于北祁連褶皺帶內,斷裂東端與金強河斷裂、毛毛山斷裂相接,西端與托萊山斷裂相連[1-2]。該斷層是一條全新世巨型活斷層,早期活動以擠壓逆沖為主,晚第四紀表現(xiàn)為以左旋走滑為主兼正斷層性質,斷錯地貌特征明顯。該斷層歷史上發(fā)生多次大震,如1932年昌馬7.6級地震,1709年中衛(wèi)南7級地震,1920年海原8級地震及1927年古浪8級地震(如圖1所示)[3]。1980年至今,冷龍嶺斷裂先后發(fā)生了1986年門源6.5級地震、2016年門源6.4級地震以及2022年門源6.9級地震。

紅色五角星表示門源6.9級地震,黃色五角星表示1900年以來7級以上地震,白色圓圈表示1980年以來6級以上地震,F1:冷龍嶺斷裂,F2:金強河斷裂,F3:毛毛山斷裂,F4:托萊山斷裂圖1 北祁連構造背景圖Fig.1 Simplified structural map of the north Qilian area

一次強震從孕育到發(fā)震前一段時間內,在孕震區(qū)附近的地震活動均會表現(xiàn)出平靜特征,很多學者關注到了這一現(xiàn)象并對其進行了大量的研究。通過理論與實驗得到了許多有意義的地震平靜模型,用以解釋觀測到的前兆平靜現(xiàn)象并進行物理機理分析。因此,地震平靜現(xiàn)象是具有顯著物理意義的地震前兆,被認為是地震預報的重要依據。國內不少學者也總結出了中國大陸強震前平靜的一系列特征。地震平靜被作為地震前兆廣泛應用于中、強地震預測,并在一定程度上取得了較好的效果[4-10]。本文著重整理和分析了門源6.9級地震前存在的2項地震平靜打破異常:祁連山地震帶5級地震平靜打破和祁連山中東段ML3.6地震平靜打破異常,這2項異常均于震前提出。鑒于這2次平靜打破異常對門源6.9級地震有較好的指示意義,本文詳細討論其中短期異常的特征。

1 祁連山地震帶5級地震平靜打破

2019年9月16日甘肅張掖5.0級地震發(fā)生后,祁連山地震帶整體進入相對平靜階段,且其平靜時間遠超1900年以來該區(qū)域5級以上地震的平均發(fā)震時間間隔(672天),2021年8月26日阿克塞5.5級地震的發(fā)生打破了該區(qū)長達1.95年的地震平靜。震前總結發(fā)現(xiàn),祁連山地震帶5級地震平靜打破后,對應的6級以上地震多發(fā)生于平靜打破后半年內,空間上多集中在平靜區(qū)內及祁連山地震帶中東段。2022年1月8日發(fā)生的門源6.9級地震在空間上位于該平靜區(qū)內(圖2),時間上在阿克塞5.5級地震后4.5個月,屬于平靜打破后發(fā)生的目標地震,因此認為該異常與本次地震相對應。

圖2 祁連山地震帶5級地震平靜Fig.2 Seismic quiescence of M5 earthquakes in the Qilian Mountain seismic zone

1.1 震例回溯情況

1900年以來,祁連山地震帶5級地震的平均發(fā)震間隔為672天(圖3),其平靜被打破后存在多次發(fā)生6級以上地震的現(xiàn)象,具體對應情況列于表1。這些強震前長期平靜異常被打破表明,祁連山地震帶5級地震平靜異常對于祁連地震帶及祁連中東段的強震具有較好的預測意義。2019年9月16日張掖5.0級地震后,祁連山地震帶進入平靜時段(平靜持續(xù)長達1.95年),被2021年8月26日甘肅阿克塞5.5級地震打破,該平靜被打破后發(fā)生了2022年1月8日青海門源6.9級地震?？傮w來看,該區(qū)域超過672天的平靜異常共有23次,7次平靜異常打破后未有6級以上地震對應發(fā)生,16次平靜異常打破后對應有6級以上地震發(fā)生(含本次門源6.9級地震),其中10次為平靜打破后后續(xù)發(fā)生的6級以上地震,6次為平靜直接被6級地震打破。對應的地震主要發(fā)生在祁連地震帶平靜區(qū)域內部以及祁連中東段。由此可見,祁連山地震帶5級地震平靜對于強震的發(fā)生具有顯著指示意義。

圖3 祁連地震帶M≥5.0地震M-t及時間間隔圖Fig.3 The M-t chart and time interval of M≥5 earthquakes in the Qilian Mountain seismic zone

1.2 預報效能評價

為進一步分析該方法的預報效能,本研究使用R值[11]進行效能評價:

(1)

當R>0,表示該方法預測效能高于隨機預測,具有預測意義。當R≥R0時,表明該方法預測效能通過顯著性檢驗。其中,R0表示考慮了報準率和漏報率時置信度為97.5%的最低R值。

根據表1中5級地震平靜異常與后續(xù)6級以上地震的對應統(tǒng)計,利用式(1)進行效能評估測試,所得測試結果為R=0.47,高于R0=0.26,通過效能顯著性檢驗。說明祁連山地震帶5級平靜現(xiàn)象具備一定的預報效能,可作為強震的預測指標之一,在平靜異常出現(xiàn)后,平靜區(qū)內部或邊緣地區(qū)存在發(fā)生強震的可能,且1年內對應6級地震的對應率為62.5%(10/16),優(yōu)勢發(fā)震地點為平靜區(qū)內及祁連山中東段。

表1 祁連山地震帶5級地震平靜打破與對應M≥6.0地震統(tǒng)計

從平靜打破對6級以上地震的預測時間、預測概率以及6級以上地震本身的自然發(fā)生概率統(tǒng)計來看(表2),平靜打破后1年內發(fā)生6級以上地震的概率是69.6%,6個月內的概率是56.5%,3個月內的概率是43.5%,1個月內的概率是30.4%,以上均高于發(fā)生6級以上地震的自然概率。因此,對于中短期預測而言,平靜打破異常具有顯著的強震預測意義,應在以后震情研判中特別關注。

表2 平靜異常打破后對應強震的預測概率統(tǒng)計

2 祁連山中東段ML3.6地震平靜打破

2019年1月24日寧夏海原ML3.8地震后,祁連山東段地區(qū)景泰—天祝斷裂至海原斷裂[12]附近區(qū)域出現(xiàn)ML3.6地震平靜(圖4),2021年6月22日寧夏固原ML3.6地震的發(fā)生打破該區(qū)域長達880天的地震平靜,遠超1980年以來區(qū)域內ML3.6地震平靜的最高記錄。2022年1月8日門源6.9級地震發(fā)生在平靜打破后200天,位于該平靜區(qū)邊緣,在平靜指標的預測區(qū)域內,因此認為該異常對應門源6.9級地震。

圖4 祁連山中東段ML3.6地震平靜Fig.4 The seismic quiescence of ML3.6 earthquakes in the middle-eastern section of Qilian Mountain seismic zone

2.1 震例回溯與預報效能評估

統(tǒng)計1980年以來祁連山中東段ML3.6地震平靜異常與祁連帶5級以上地震發(fā)生的對應情況(表3),祁連山中東段共7次400天以上的ML3.6地震平靜異常,平靜區(qū)內及附近有5次對應5級以上地震,對應率為71.43%,其中3次對應6級以上地震,對應率為42.86%。對應5級以上地震分別為1984年1月6日天祝5.3級地震和1996年6月1日天祝5.4級地震,對應3次6級以上地震分別為1990年10月30日景泰6.2級、2016年1月21日門源6.4級和2022年1月8日門源6.9級。2次5級地震直接打破了平靜異常,而3次6級地震于平靜打破后發(fā)震,且對應的平靜時間均超過500天,發(fā)震時間為平靜打破后一年左右。因此,平靜及平靜打破異常對祁連山中東段5級以上地震的發(fā)生具有顯著的指示意義。從1980年以來祁連山中東段ML3.6地震平靜的M-t和時間間隔圖來看[圖5(a)、(b)],2000年之前,祁連山中東段5級地震較活躍,地震平靜與地震發(fā)生的對應較好;2000年6月6日景泰5.9級地震之后,祁連帶5級地震活動減弱,中強地震處于弱活動狀態(tài),2000—2012年期間,平靜區(qū)及附近沒有發(fā)生5級以上地震活動,因此2次平靜超過400天沒有對應發(fā)生地震。

圖5 祁連山中東段ML3.6地震平靜M-t圖及時間間隔圖Fig.5 The M-t chart and time interval of the seismic quiescence of ML3.6 earthquakes in the middle-eastern section of Qilian Mountain seismic zone

根據表3中祁連中東段ML3.6地震平靜及對應地震的統(tǒng)計結果,利用式(1)進行預報效能評估測試,測試結果通過效能顯著性檢驗(R=0.52,R0=0.28)。由此說明祁連山中東段ML3.6地震平靜現(xiàn)象具有一定的預報效能,對祁連山構造帶東段5級以上地震活動及異常平靜區(qū)附近6級左右地震具有很好的指示意義,是祁連山地震帶中強地震的預測指標之一。

表3 1980年以來祁連中東段ML3.6地震平靜及對應M≥5.0級地震統(tǒng)計

3 結論與討論

本文詳細分析了門源6.9級地震前祁連山地震帶5級地震平靜打破和祁連山中東段ML3.6地震平靜打破的時空異常特征,認為祁連山地震帶5級地震平靜對平靜區(qū)及周邊發(fā)生6級以上地震具有指示意義,祁連山中東段ML3.6地震平靜對祁連山中東段5級以上地震有良好的對應關系。兩項異常均在門源6.9級地震震前提出,其預測區(qū)域的交匯部位發(fā)生了門源6.9級地震,未來強震的發(fā)震地點可能與平靜區(qū)的交匯地區(qū)密切相關。平靜區(qū)的打破使中強地震發(fā)震的時間緊迫性進一步增強,平靜打破后一年發(fā)震。出現(xiàn)兩項以上地震平靜打破異常時需特別關注。

總結兩項異常指標的預測意義,對其進行預測效能評估,評估結果均通過效能顯著性檢驗,說明兩項異常均具備一定的預報效能,可以作為中強地震的預測指標。由于以往祁連山地震帶發(fā)生強震的兩項短期指標——古浪窗開窗和祁連山地震帶小震頻度三月增強指標[13-14]在本次門源6.9級地震前均未出現(xiàn)異常,因此較長時間的地震平靜及平靜打破指標作為地震預測中的中期異常對中強地震的發(fā)生具有十分重要的指示意義。祁連山地震帶構造復雜,梳理每次地震發(fā)生相關的長期、中期和短期異常,總結震例異常特征可為后續(xù)研判強震危險性提供參考經驗[15-16]。