1970年以來“固原窗”ML ≥3.0地震活動增強現(xiàn)象及震兆意義

任雪梅，李文君，羅國富

（寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001）

0 引言

Kanamori[1]在1972年對日本附近海域8級以上地震前，特定區(qū)域內(nèi)中小地震頻次明顯增強與周邊8級地震對應(yīng)關(guān)系研究中首次提出“地震窗”概念。國內(nèi)王澤皋、姜秀娥等在1980年前后研究邢臺地震的余震頻度衰減時首次提出“地震窗”概念，即某些能以微震活動形式靈敏反映區(qū)域應(yīng)力場變化的特殊構(gòu)造部位[2-3]。

前人對“地震窗”的物理意義、預(yù)報方法和預(yù)測能力以及震群活動的特征參數(shù)等開展了較為系統(tǒng)的探索和研究[2-9]。許多學(xué)者圍繞“地震窗”開展的工作已顯著拓展了研究思路。例如，利用小震調(diào)制作用研究區(qū)域應(yīng)力場變化和中強以上地震的活動特征，研究窗內(nèi)小震序列的構(gòu)造背景應(yīng)力和視應(yīng)力變化特征[10]；陳宇衛(wèi)等[11]利用安徽及鄰區(qū)的數(shù)字化地震資料，總結(jié)了“霍山震情窗”小震序列的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)力和視應(yīng)力變化特征；利用不同的數(shù)字地震學(xué)方法開展窗口內(nèi)地震的震源機制解和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系，以及精定位地震與地震構(gòu)造的關(guān)系等研究[12-13]。

寧夏“固原窗”位于青藏高原東北緣的邊界，以北為華北塊體，以東為鄂爾多斯塊體，東北是阿拉善塊體，周圍塊體相互作用反映出窗口內(nèi)小震相對集中活躍的特點，更為重要的是窗口內(nèi)顯著地震增強對南北地震帶北段的中強以上地震活動具有一定指示意義[14]。任雪梅等[15-16]的研究發(fā)現(xiàn)寧夏南部及鄰區(qū)的弱震地震平靜現(xiàn)象與中強地震關(guān)系密切。筆者近期研究發(fā)現(xiàn)1970年以來“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級地震活動增強與南北地震帶中北段5級以上地震的發(fā)生有密切關(guān)系。

1 1970年以來“固原窗”ML≥3.0級地震增強現(xiàn)象

本文使用中國地震臺網(wǎng)中心提供的《中國強震目錄》（1970-01-01—2020-09-31）和《中國弱震目錄》（1970-01-01—2020-09-31）。1970年以來寧夏南部及鄰區(qū)ML≥3.0級地震活動資料完整。

為了更好地反映1970年以來“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級地震活動增強與南北地震帶中北段5級以上地震之間的關(guān)系，本文選取圖1中的范圍（35.70°～36.80°N，105.80°～106.50°E）為“固原窗”。因研究的對象選取有差別，與楊明芝等[14]選定的固原窗的范圍略有不同，結(jié)果表明：本文中設(shè)定增強時段指3個月內(nèi)至少發(fā)生2次以上ML≥3.0級地震活動，且總數(shù)大于等于4次，最大地震至少有一個ML≥4.0級地震，因此符合條件的僅有7次（表1）。

圖1 1970年以來“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級地震活動分布Fig.1 Distribution of earthquake activity with ML≥3.0 in"Guyuan window"since 1970

本文選取1970年至2020年9月發(fā)生在南北地震帶中北段，即北緯（32.5°～37.8°），東經(jīng)（101°～108°）范圍內(nèi)的5級以上地震和北緯（31.0°～32.5°），東經(jīng)（101°～108°）范圍內(nèi)的7級以上地震為研究對象（不包括余震）。

2 1970年以來“固原窗”ML≥3.0級地震增強與南北地震帶中北段5級以上地震的關(guān)系

以下分別討論“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級以上地震在7個增強時段內(nèi)與南北地震帶中北段（上一節(jié)給定范圍內(nèi)）的5級和7級以上地震之間的關(guān)系（圖2）。

圖2 1970年以來“固原窗”ML≥3.0級地震增強與南北地震帶中北段5級以上地震的震中分布圖Fig.2 Seismic enhancement of"Guyuan window"with ML≥3.0 since 1970 and epicenter distribution of earthquakes with ML≥5 in the middle and northern section of the North-South Seismic Belt

從圖3和表1可以看出，“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級以上地震的7個增強時段內(nèi)僅有前兩次增強時段發(fā)生了5.0～5.9級地震，4次增強時段后1.1年發(fā)生了5組6級以上地震（6個），2000后兩次增強時段前0.5年發(fā)生了7級以上地震。

表1 1970年以來“固原窗”ML≥3.0級地震增強與南北地震帶中北段5級以上地震的關(guān)系Table 1 Relationship between the enhancement of earthquakes with ML≥3.0 in"Guyuan window"since 1970 and earthquakes with ML≥5 in the middle and northern section of the North-South Seismic Belt

可以看出，“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級以上地震活動增強，對于近距離范圍內(nèi)的5級以上地震的發(fā)生有一定的預(yù)測意義，較遠(yuǎn)距離的強震7級以上地震發(fā)生在“固原窗”內(nèi)的ML≥3.0級以上地震活動增強之前半年內(nèi)。

3 1970年以來南北地震帶中北段的強震活動與“固原窗”ML≥3.0級地震增強時段關(guān)系

南北地震帶中北段即北緯（32.5°～38.0°），東經(jīng)（101°～108°）范圍內(nèi)的5～5.9級地震19次（不包括余震），其中發(fā)生在1970年以來“固原窗”內(nèi)ML≥3.0級以上地震的7個增強時段內(nèi)的僅有3次，1次發(fā)生在1970年以來“固原窗”內(nèi)ML≥3.0級以上地震的7個增強時段結(jié)束后（表1），且這4次中3次地震（1973年5月8日四川南坪南5.1級地震、1974年1月16日四川松潘5.7級地 震 和1974年11月17日四川南坪南5.7級地震都是成組（發(fā)生間隔在12個月內(nèi)，發(fā)生距離在20 km以內(nèi)）發(fā)生的（圖3），這3次5級以上地震的發(fā)生與1976年松潘—平武的兩次7.2級地震相關(guān)。

區(qū)內(nèi)6級以上地震有9次，包括發(fā)生在北緯（32.5°～38.0°），東經(jīng)（101°～108°）范圍內(nèi)的6級以上地震8次（不包括余震）和發(fā)生在北緯（31.0°～32.5°），東經(jīng)（101°～108°）范圍內(nèi)的7級以上地震1次（汶川8級地震），其中2次6級以上地震（2008年5月12日汶川8.0級地震和2017年8月8日九寨溝7.0級地震）發(fā)生在“固原窗”內(nèi)ML≥3.0級以上地震的增強時段前0.5年，5次發(fā)生在“固原窗”內(nèi)ML≥3.0級以上地震的增強時段后1.1年內(nèi)（表1），僅有2次6級以上地震（1990年10月20日甘肅景泰6.2級地震和2013年7月22日甘肅岷縣6.6級地震）沒有發(fā)生在這7個增強時段前0.5年、增強過程中和增強時段后1.1年內(nèi)（圖3）。但這兩次6級以上地震是這9次6級以上地震中與“固原窗”的距離最近的，位于寧夏南部及鄰區(qū)北緯（35.0°～38.0°），東經(jīng)（103.5°～108°）），該區(qū)域的5級以上地震前都存在近1年ML≥3.0級以上地震平靜現(xiàn)象[15-16]。

圖3 1970年以來南北地震帶中北段5級以上地震的震中分布圖Fig.3 Epicenter distribution of earthquakes with MS≥5 in the middle and northern section of the North-South seismic belt since 1970

4 1970年以來“固原窗”ML≥3.0級地震增強與寧夏南部及鄰區(qū)ML≥3.0級地震平靜的震兆意義討論

從圖4中與“固原窗”距離最近5～6級地震（綠色地震）即可以看出，寧夏南部及鄰區(qū)的5級以上地震前都存在近1年ML≥3.0級以上地震平靜現(xiàn)象[15-16]，這些地震位于祁連地震帶中東段，是1920年海原81/2地震的震中區(qū)和余震區(qū)，海原81/2地震使得這些區(qū)域的應(yīng)力釋放很充分，1970年以來這些區(qū)域的最大地震震級為6.2，震前表現(xiàn)為近1年ML≥3.0級以上地震平靜現(xiàn)象。

1970年以來研究區(qū)內(nèi)5～5.9級地震19次，除去上文提到的3次成組地震（1973年5月8日四川南坪南5.1級地震、1974年1月16日四川松潘5.7級地震和1974年11月17日四川南坪南5.7級地震，這3次四川松潘—平武的3次5級地震成組地震發(fā)生在“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強活動過程中和結(jié)束后），其中12次距離“固原窗”較遠(yuǎn)（300～500 km，圖4中紫色的5～5.9級地震），這12次5.0～5.9級地震與“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強活動沒有明顯的相關(guān)關(guān)系），表明區(qū)內(nèi)成組5～5.9級地震活動與“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強有關(guān)。

而在這些區(qū)域的6級以上地震甚至更遠(yuǎn)的汶川8級地震，與ML≥3.0級以上地震增強活動有明顯的相關(guān)關(guān)系，主要表現(xiàn)為：距離“固原窗”300 km多的5次6級地震都發(fā)生在“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強活動結(jié)束后，包括青海門源2次6級地震和四川松潘—平武的1次6級地震和2次7級地震；其中2次7級以上地震（2008年5月12日汶川8.0級地震和2017年8月8日九寨溝7.0級地震）發(fā)生在“固原窗”內(nèi)ML≥3.0級以上地震的增強時段前0.5年，該現(xiàn)象表明強震在一定程度上使“固原窗”ML≥3.0級以上地震活動增強。

5 1920年海原8 1/2地震對寧夏南部及鄰區(qū)5級以上地震活動的影響

從圖4可以看出，1920年12月16日至1924年4月，海原81/2地震發(fā)生后3.5年寧夏南部及鄰區(qū)的5級以上地震主要集中在北緯（34.5°～37.3°），東經(jīng)（103.4°～106.5°）范圍內(nèi)，1924年至今該區(qū)域僅發(fā)生1次6級以上地震，即1990年10月20日甘肅景泰6.2級地震；而外圍強震活動活躍，1927年發(fā)生了甘肅古浪8.0級地震，古浪8.0級地震后該區(qū)域7級以上地震活動平靜，49年后在區(qū)域南部發(fā)生了1976年松潘兩次7.2級地震和2017年九寨溝7.0級地震。1924年至今寧夏南部及鄰區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)不同于距離“固原窗”較遠(yuǎn)的祁連山地震帶中段和甘東南地區(qū)，主要原因為：1920年12月16日海原81/2地震發(fā)生時海原斷裂帶能量釋放較強，而后能量釋放強度衰減，1924年后震區(qū)寧夏南部及鄰區(qū)6級以上地震平靜，僅在西北端發(fā)生1次6.2級地震，表明該區(qū)域斷裂1924年后僅有發(fā)生5、6級地震的孕震強度，根據(jù)8級地震活躍周期，未來該區(qū)域?qū)⒕S持5、6級地震的活動水平，而外圍的強度較高。

圖4 1920年以來寧夏南部及鄰區(qū)5級以上地震的震中分布圖Fig.4 Epicenter distribution of earthquakes with MS≥5 in Southern Ningxia and its adjacent areas since 1920

寧夏南部及鄰區(qū)5級以上地震前都存在近1年ML≥3.0級以上地震平靜現(xiàn)象，而祁連山地震帶中段和甘東南地區(qū)的6級以上地震與甚至更遠(yuǎn)的汶川8級地震，與ML≥3.0級以上地震增強活動有明顯的相關(guān)關(guān)系，似乎這些區(qū)域的強震觸發(fā)了“固原窗”ML≥3.0級以上地震活動的增強。這些現(xiàn)象的原因為：“固原窗”位于特殊的構(gòu)造部位，是北西向海原斷裂帶與南北向六盤山斷裂帶的構(gòu)造交匯處，在1920年海原81/2地震發(fā)生時該處斷裂帶能量釋放強烈，因此成為反映區(qū)域構(gòu)造活動的敏感窗口，也為近區(qū)域5級地震和遠(yuǎn)區(qū)域7級以上強震的發(fā)生能提供先兆指示或同期、后期關(guān)聯(lián)活動。

6 結(jié)論與討論

本文梳理了1970年以來年南北地震帶中5級以上地震與寧夏南部及鄰區(qū)“固原窗”ML≥3.0級以上地震活動之間的關(guān)系，得到如下認(rèn)識：

（1）寧夏南部及鄰區(qū)位于祁連地震帶中東段，是1920年海原81/2地震的震中區(qū)和余震區(qū)，海原81/2地震使得這些區(qū)域的應(yīng)力釋放很強烈，因此未來該區(qū)域發(fā)生強震的可能性不大；該區(qū)域的5級以上地震前都存在近1年ML≥3.0級以上地震平靜現(xiàn)象，表明該區(qū)域斷裂在5級地震前存在短期應(yīng)力積累現(xiàn)象。

（2）距離“固原窗”較遠(yuǎn)（300～500 km）的單個5.0～5.9級地震與“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強活動沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，而四川松潘—平武的5級地震成組地震發(fā)生在“固原窗”ML≥3.0級以上地震增強活動過程中和結(jié)束后；祁連山地震帶中段和甘東南地區(qū)的6級以上地震與甚至更遠(yuǎn)的汶川8級地震，與ML≥3.0級以上地震增強活動有明顯的相關(guān)關(guān)系，似乎這些區(qū)域的強震觸發(fā)了“固原窗”ML≥3.0級以上地震活動的增強。

（3）“固原窗”位于特殊的構(gòu)造部位，是北西向海原斷裂帶與南北向六盤山斷裂帶的構(gòu)造交匯處，在1920年海原81/2地震發(fā)生時該處斷裂帶能量釋放強烈，因此成為反映區(qū)域構(gòu)造活動的敏感窗口，也為近區(qū)域5級地震和遠(yuǎn)區(qū)域7級以上強震的發(fā)生能提供先兆指示或同期、后期關(guān)聯(lián)活動。