2020-01-19伽師6.4級地震前后視應力變化

郭 寅 劉建明 高 榮

1 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市科學二街338號，830011

新疆伽師地區(qū)人口密集，強震多發(fā)且地震序列復雜。2020-01-19伽師縣發(fā)生MS6.4地震，震前出現(xiàn)地震條帶、地震平靜、小震群等傳統(tǒng)地震活動性異常，但是震中附近地球物理觀測測項較少，因此用于震情判定的依據(jù)略顯不足。視應力是有效的數(shù)字地震學預測方法，在中強地震前會出現(xiàn)不同程度的異常[1-6]。本文總結(jié)了2010年以來柯坪塊體5.0級及以上地震震前視應力異常特征，分析伽師6.4級地震前后視應力的時空變化，以期為后續(xù)柯坪塊體5.0級及以上地震研判提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及資料選取

伽師6.4級地震發(fā)生在柯坪逆沖推覆構(gòu)造帶，由5～6排褶皺-逆斷裂帶及其之間的新生代盆地或谷地構(gòu)成。李金等[7]根據(jù)伽師6.4級地震主震的位置、余震的空間分布特征及震源區(qū)斷裂的產(chǎn)狀特征推測其發(fā)震構(gòu)造為SN向的緩傾角破裂，其滑動可能主要集中在柯坪塔格推覆構(gòu)造滑脫面附近的區(qū)域。

本文以柯坪塊體(39.10°～42.07°N，76.24°～81.59°E，圖1)為研究對象。目前柯坪塊體的地震監(jiān)測能力可達到ML2.7[8]。為避免余震對計算結(jié)果的影響，本文選用的地震目錄已刪除余震?？紤]到波形質(zhì)量對計算結(jié)果的影響，資料選取時遵循以下要求：2010～2020年ML≥3.0且震中距≤220 km的非余震地震事件；記錄清楚、信噪比大于等于2；地震波至少被5個臺站記錄到。

圖1 柯坪塊體2010年以來5.0級及以上地震震中及臺站分布Fig.1 Distribution of seismic stations and M≥5.0 earthquake epicenters in Keping block since 2010

2 視應力與震級的標度關(guān)系

根據(jù)上節(jié)資料計算研究區(qū)地震視應力與震級關(guān)系(圖2)。可以看出，地震視應力與震級具有一定的正相關(guān)關(guān)系，ML4.0～4.9地震視應力值明顯高于ML3.0～3.9地震。擬合可得地震視應力和震級的關(guān)系式為logσapp=1.589 2ML-5.008 5，兩者相關(guān)系數(shù)r=0.879 3。

圖2 視應力與震級關(guān)系Fig.2 Relationship between apparent stress and magnitude

3 視應力結(jié)果分析

3.1 柯坪塊體視應力計算結(jié)果

因ML4.0～4.9地震平均視應力明顯高于ML3.0～3.9地震，故將震級分成2段分別計算與視應力的關(guān)系。計算可得，ML3.0～3.9地震視應力為0.030～0.584 MPa，平均視應力為0.146 MPa；ML4.0～4.9地震視應力為0.174～2.217 MPa，平均視應力為0.448 MPa。

3.2 柯坪塊體地震視應力隨時間的變化

2010年以來，柯坪塊體5.0級及以上地震呈活躍-平靜-活躍狀態(tài)：2010～2015-01為活躍狀態(tài)；2015-02～2018-08呈平靜狀態(tài)；2018-09以后再次呈活躍狀態(tài)(圖3)。

圖3 2010年以來柯坪塊體5.0級及以上地震M-T圖Fig.3 M-T chart with M≥5.0 earthquakes in Kepingblock since 2010

以15個地震視應力值為窗長，1個地震視應力值為步長，滑動計算視應力平均值，得到其時序曲線(圖4)?？梢钥闯?，2010～2011-06 ML3.0～3.9地震視應力值變化較為穩(wěn)定；2011-07～2015-02地震視應力值出現(xiàn)明顯的高值-低值變化，期間發(fā)生6次中強地震；2015-03～2018-02地震視應力值在低值狀態(tài)平穩(wěn)變化；2018-03開始，地震視應力值出現(xiàn)上升變化，2018-08恢復到低值水平，2018-09-04發(fā)生伽師5.5級地震、2018-11-04發(fā)生阿圖什5.1級地震，此后視應力值處于低值狀態(tài)；2019-08開始，視應力值出現(xiàn)高值現(xiàn)象，在高值過程中發(fā)生2019-10-27烏什5.0級地震，震后異常仍持續(xù)，2019-12達到最高值，之后2020-01-19發(fā)生伽師6.4級地震、2020-05-09發(fā)生柯坪5.2級地震；2020-06視應力值恢復低值水平。由圖3、4可知，柯坪塊體5.0級及以上地震活躍時期，地震視應力值出現(xiàn)明顯高值變化；柯坪塊體5.0級及以上地震平靜時期，地震視應力值較低且變化平穩(wěn)。

圖4 柯坪塊體ML3.0～3.9地震視應力隨時間變化序列Fig.4 Temporal sequence of apparent stress of ML3.0-3.9 earthquakes in Keping block

從圖4還可以看出，柯坪塊體2011年以來發(fā)生11次5.0級及以上地震，其中10次地震前出現(xiàn)視應力值高于0.160 MPa的現(xiàn)象。視應力高值異常持續(xù)時間為3～11個月，當視應力值超閾值(0.160 MPa)時間達到3個月則認定為視應力高值異常，地震發(fā)生在高值過程中或異常結(jié)束3個月內(nèi)，震后3個月內(nèi)地震視應力值恢復至低值水平(表1)。

表1 柯坪塊體5.0級及以上地震視應力異常特征

3.3 伽師6.4級地震前視應力空間變化特征

表2為柯坪塊體2010年以來發(fā)生的5.0級及以上地震前后的ML3.0～3.9地震視應力空間分布?？梢钥闯?，該區(qū)2011～2020年發(fā)生11次5.0級及以上地震，9次地震前地震視應力出現(xiàn)異常，地震發(fā)生在異常過程中或異常結(jié)束后2個月內(nèi)，震中位于異常區(qū)內(nèi)或周邊50 km范圍內(nèi)。地震視應力高值異常出現(xiàn)于震前1～6個月，震后0～5個月異常消失。

表2 柯坪塊體5.0級及以上地震視應力空間異常

以2019-10-27烏什5.0級和2020-01-19伽師6.4級地震為例分析柯坪塊體5.0級及以上地震前后視應力的空間演化特征。2019-07在烏什西南部出現(xiàn)視應力高值異常(圖5(a))，2019-08異常持續(xù)，同時在喀什-巴楚地區(qū)出現(xiàn)視應力高值異常(圖5(b))，2019-09異常持續(xù)，2019-10-27在烏什西南異常區(qū)北部發(fā)生烏什5.0級地震(圖5(c))。地震后2020-01該異常區(qū)域消失(圖5(e))。喀什-巴楚地區(qū)視應力高值異常在2019-10有所降低(圖5(c))，2020-01-19在異常區(qū)內(nèi)發(fā)生伽師6.4級地震，2020-04異常消失(圖5(f))。

圖5 烏什5.0級地震和伽師6.4級地震前后視應力演化Fig.5 Apparent stress evolution before and after Wushi MS5.0 and Jiashi MS6.4 earthquakes

4 結(jié) 語

1)分析震源參數(shù)的標度關(guān)系可知，地震視應力與震級呈較好的正相關(guān)關(guān)系。

2)柯坪塊體ML3.0～3.9地震視應力隨時間變化特征顯示，柯坪塊體5.0級及以上地震發(fā)生前視應力異常特征表現(xiàn)為高值-低值-發(fā)震或者高值-發(fā)震，表明柯坪塊體5.0級及以上地震發(fā)生前該區(qū)域存在應力增強現(xiàn)象。視應力高值異常持續(xù)3～11個月，地震發(fā)生在高值過程中或異常結(jié)束后3個月內(nèi)，地震發(fā)生后3個月內(nèi)視應力恢復到低值水平。伽師6.4級地震發(fā)生在視應力高值過程中，地震后3個月視應力恢復到低值水平。

3)從視應力空間分布特征來看，柯坪塊體5.0級及以上地震前震源區(qū)及附近50 km范圍內(nèi)會出現(xiàn)視應力高值異常集中區(qū)。視應力高值異常出現(xiàn)于震前1～6個月，震后0～5個月異常消失。伽師6.4級地震震前5個月在震源區(qū)出現(xiàn)高值異常，地震后3個月后高值異常消失。

綜合分析認為，柯坪塊體ML3.0～3.9地震視應力在時間和空間上的異常變化特征可為柯坪塊體5.0級及以上地震的判定提供參考依據(jù)，該區(qū)地震視應力異常閾值為0.160 MPa。

由于地震的復雜性和影響視應力計算的因素較多，本文提取的異常指標也是經(jīng)驗性的，且2010年以來柯坪塊體僅發(fā)生1次6.0級及以上地震，下一步將根據(jù)該區(qū)的實際地震活動檢驗6.0級及以上地震和5.0級及以上地震前視應力異常有無區(qū)別，以期為該區(qū)的震情判定提供更準確的依據(jù)。