華南沿海地震帶地震調(diào)制比特征分析

張 慧，謝小玲，閻春恒，王小娜，黃章榮

（1.海南省地震局，?？?570203；2.廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530000；3.廣東省地震局，廣州 510070）

0 引言

華南沿海地震帶位于歐亞板塊的東南邊緣地帶，菲律賓海板塊與歐亞板塊的俯沖、碰撞近前緣地帶[1]，地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，使得華南沿海地震帶成為是華南地區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)的主體地區(qū)。華南沿海地震帶歷史上曾發(fā)生過(guò)4次7級(jí)以上地震，地震災(zāi)害嚴(yán)重，而1994、1995年在北部灣先后發(fā)生6.1、6.2 級(jí)地震，這也說(shuō)明該地區(qū)是我國(guó)地震活動(dòng)的主體區(qū)之一。有研究表明，固體潮對(duì)地震具有觸發(fā)作用，認(rèn)為當(dāng)震源系統(tǒng)巖石中的構(gòu)造應(yīng)力達(dá)到或處于臨界狀態(tài)時(shí)，受外界因素如固體潮調(diào)制等影響，在一定條件下可能會(huì)引起系統(tǒng)的突變而發(fā)生地震[2]，其時(shí)空演化過(guò)程對(duì)于地震預(yù)報(bào)有一定意義[3-4]。因此，研究華南沿海地震帶的地震固體潮調(diào)制比時(shí)空演化特征，提取震前異常的判別指標(biāo)用于地震跟蹤判定，對(duì)于了解該區(qū)域的地震活動(dòng)規(guī)律以及對(duì)中強(qiáng)震的預(yù)測(cè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

固體潮是在日、月引潮力的作用下，固體地球產(chǎn)生周期性形變的現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)處于高應(yīng)力的臨界狀態(tài)時(shí)，固體潮對(duì)地震具有觸發(fā)作用[5-8]。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者針對(duì)潮汐應(yīng)力觸發(fā)地震進(jìn)行了深入研究。如基于震源機(jī)制解完整性的基礎(chǔ)上，從潮汐應(yīng)力的角度及利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究潮汐應(yīng)力觸發(fā)作用[9-17]；另外一種更直觀有效的研究是統(tǒng)計(jì)分析研究地震活動(dòng)與月相的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體表現(xiàn)為受調(diào)制的地震個(gè)數(shù)占全部地震個(gè)數(shù)的比例，即固體潮調(diào)制比會(huì)出現(xiàn)高值現(xiàn)象，在關(guān)于地震與固體潮調(diào)制的相關(guān)性研究中，此統(tǒng)計(jì)分析方法較為普遍，多位學(xué)者認(rèn)為震前受調(diào)制地震的數(shù)量變化可以反映當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)，采用此方法進(jìn)行中強(qiáng)震預(yù)測(cè)研究[18-23]，研究結(jié)果表明，小震調(diào)制特征對(duì)中強(qiáng)地震預(yù)報(bào)具有一定意義。

1 資料選取和方法

根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心統(tǒng)一正式目錄，選用1970 至 2019 年華南沿海地震帶ML≥2.0 淺源地震目錄，并進(jìn)行了余震剔除，根據(jù)G-R關(guān)系方法評(píng)估MC，評(píng)估結(jié)果顯示華南沿海地震帶最小完整性震級(jí)為ML2.0。按照小震調(diào)制比的概念，調(diào)制陰歷時(shí)段為初一和初二（朔），初七至初九（上弦），十五至十七（望），廿二至廿五（下弦），共計(jì)12 天，占全月時(shí)長(zhǎng)的40%。在進(jìn)行調(diào)制比時(shí)空掃描時(shí)，根據(jù)《測(cè)震分析預(yù)測(cè)技術(shù)方法工作手冊(cè)》中統(tǒng)計(jì)的自1900 年以來(lái)每一自然年內(nèi)中國(guó)大陸地區(qū)MS≥5.0 地震的固體潮年調(diào)制比的平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差為0.59，即為固體潮調(diào)制比的異常閾值，因此取調(diào)制比Rm＞0.59 為異常閾值。針對(duì)選定的時(shí)空窗范圍進(jìn)行固體潮調(diào)制比時(shí)空掃描，從而得到調(diào)制比的時(shí)空演化圖，具體參數(shù)設(shè)定為：①地震目錄的震級(jí)下限為ML2.0；②掃描過(guò)程中選定的時(shí)空窗口內(nèi)，地震次數(shù)的下限值為5，若不滿足該下限則不進(jìn)行調(diào)制比計(jì)算；③空間掃描半徑100 km，滑動(dòng)步長(zhǎng)0.25°，時(shí)間窗為1年，滑動(dòng)步長(zhǎng)為1個(gè)月。

2 華南沿海地震帶地震調(diào)制比特征

1970 至 2019 年華南沿海地震帶MS≥5.0 淺源地震17 組（含雙震），其中MS6.0～6.9 地震3 次（含雙震），MS7.0～7.9 地震1 次。17 組中強(qiáng)震中，6 組地震發(fā)生在調(diào)制期內(nèi)，其中華南沿海地震帶東段調(diào)制地震占比42%（5/12），西段調(diào)制地震占比20%（1/5），調(diào)制期間發(fā)生的中強(qiáng)地震大多集中在東段（圖1）。本文選取2組震例具體分析。

圖1 1970—2019年華南沿海地震帶5級(jí)以上中強(qiáng)震空間分布Fig.1 Spatial distribution of moderate and strong earthquakes with M≥5 in the South China coastal seismic belt from 1970 to 2019

2.1 華南沿海地震帶典型震例分析

2.1.1 2018年11月26日臺(tái)灣海峽6.2級(jí)地震

2018 年 11 月 26 日，臺(tái)灣海峽（23.33°N，118.60°E）發(fā)生6.2 級(jí)地震，震源深度20 km。自1970 年以來(lái)，震中附近100 km 范圍內(nèi)曾發(fā)生1 次7級(jí)以上地震，即1994 年臺(tái)灣海峽7.3 級(jí)地震。2018年11 月26 日臺(tái)灣海峽6.2 級(jí)地震前12 個(gè)月左右，2017 年10 月末開(kāi)始震中區(qū)附近出現(xiàn)調(diào)制比高值現(xiàn)象，直至2018 年6 月末高值異常區(qū)逐漸向震中方向擴(kuò)大且覆蓋震中，2018年7月末高值異常區(qū)開(kāi)始收縮，直至震前1 個(gè)月消失，異常消失后發(fā)生6.2級(jí)地震（圖2），調(diào)制比高值演化了近12 個(gè)月左右。從調(diào)制比高值變化時(shí)間進(jìn)程圖來(lái)看（圖3），臺(tái)灣海峽6.2 級(jí)地震前調(diào)制比逐漸升高，并持續(xù)高值近12個(gè)月，在高值下降的過(guò)程中發(fā)生了臺(tái)灣海峽地震。

圖2 2018年11月26日臺(tái)灣海峽6.2級(jí)地震前固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過(guò)程Fig.2 The temporal and spatial evolution of the solid tidal modulation ratio before the Taiwan Strait M6.2 earthquake on November 26th，2018

圖3 2018年11月26日臺(tái)灣海峽6.2級(jí)地震前小震調(diào)制比時(shí)間掃描結(jié)果Fig.3 Time scan results of the small earthquake modulation ratio before the Taiwan Strait M6.2 earthquake on November 26th，2018

2.1.2 2019年10月12日廣西北流5.2級(jí)地震

2019 年 10 月 12 日 ， 廣 西 北 流（22.17°N，110.52°E）發(fā)生 5.2 級(jí)地震，自 1970 年以來(lái)，震中附近100 km 范圍內(nèi)未曾發(fā)生5 級(jí)以上地震。2019年6月，廣西南部地區(qū)出現(xiàn)調(diào)制比高值現(xiàn)象，并且持續(xù)2 個(gè)月，8 月開(kāi)始高值逐漸升高，最高值可達(dá)1.0，并且異常區(qū)域空間尺度大于15 000 km2。當(dāng)異常達(dá)到最高值時(shí)，距離異常區(qū)邊緣東側(cè)120 km 內(nèi)發(fā)生了廣西北流5.2 級(jí)地震（圖4）。從調(diào)制比高值變化時(shí)間進(jìn)程圖來(lái)看（圖5），北流地震前調(diào)制比逐漸升高，在升高過(guò)程中發(fā)生了北流地震。

圖4 2019年10月12日廣西北流5.2地震前固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過(guò)程Fig.4 The temporal and spatial evolution of the solid tidal modulation ratio before the Beiliu M5.2 earthquake on October 12th，2019

圖5 2019年10月12日廣西北流5.2地震前小震調(diào)制比時(shí)間掃描結(jié)果Fig.5 Time scan results of the small earthquake modulation ratio before the Beiliu M5.2 earthquake on October 12th，2019

2.2 華南沿海地區(qū)中強(qiáng)地震前調(diào)制比特征及預(yù)測(cè)效能評(píng)估

利用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心統(tǒng)一正式目錄，對(duì)1970 年以來(lái)華南沿海地震帶17 次5 級(jí)以上中強(qiáng)地震進(jìn)行小震調(diào)制比全時(shí)空變化特征掃描，結(jié)果顯示其中10次地震前出現(xiàn)調(diào)制比高值（表1）。時(shí)間演化方面，震前1年左右的時(shí)間震中或附近地區(qū)出現(xiàn)高值，演化時(shí)間2～12個(gè)月，根據(jù)震例特征，高值持續(xù)2個(gè)月視為異常，異常高值持續(xù)或者消失過(guò)程中發(fā)生地震，即異常開(kāi)始2～15 個(gè)月或異常消失1～10個(gè)月發(fā)生5級(jí)以上地震；空間演化方面，調(diào)制比高值異常區(qū)空間演化形式不一，主要體現(xiàn)為出現(xiàn)-擴(kuò)張-收縮減弱-消失-發(fā)震、出現(xiàn)-增強(qiáng)-發(fā)震等，但空間尺度均大于15 000 km2，并且華南沿海地震帶5級(jí)地震發(fā)生在異常區(qū)域及周邊120 km范圍內(nèi)的區(qū)域；震級(jí)方面，震級(jí)的大小與異常演化時(shí)間、空間演化特征不存在統(tǒng)一的相關(guān)性；預(yù)測(cè)效能評(píng)估方面，華南沿海地震帶5 級(jí)以上地震報(bào)準(zhǔn)率10/17（占比58.8%），R=0.50，R0=0.27，其中西段的地震報(bào)準(zhǔn)率4/5（占比80%），東段地震報(bào)準(zhǔn)率6/12（50%），而對(duì)于陸地和海域，陸地地震的報(bào)準(zhǔn)率高于海域，這和當(dāng)時(shí)海域的監(jiān)測(cè)能力有關(guān)。

表1 1970—2019年?yáng)|南沿海地震帶5級(jí)以上地震調(diào)制比統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the modulation ratio of earthquakes with M≥5 in the southeastern coastal seismic belt from 1970 to 2019

（接表1）

3 討論及結(jié)論

本研究利用調(diào)制比掃描方法，對(duì)1970—2019年華南沿海地震帶5 級(jí)以上中強(qiáng)震進(jìn)行小震調(diào)制比全時(shí)空特征分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)制比高值異常對(duì)華南沿海地震帶中強(qiáng)震有一定的指示意義。調(diào)制比大于0.59且持續(xù)2 個(gè)月則視為異常，高值異?？臻g尺度大于15 000 km2，中強(qiáng)震一般發(fā)生在異常開(kāi)始2～15 個(gè)月或異常消失1～10 個(gè)月，震中位置大多在異常區(qū)域及周邊120 km 范圍內(nèi)的區(qū)域，震級(jí)與調(diào)制比演化時(shí)間、空間特征不存在嚴(yán)格的相關(guān)性，預(yù)測(cè)效能評(píng)估R=0.50，R0=0.27。

通過(guò)震例統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)制比異常高值持續(xù)增強(qiáng)或者消失過(guò)程中均可能發(fā)生地震，大多在異常消失后發(fā)震，雖然出現(xiàn)異常高值后12 個(gè)月左右為發(fā)震優(yōu)勢(shì)時(shí)段，但整體震例回溯看，調(diào)制比高值異?？勺鳛槎唐诋惓Ｖ笜?biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。

華南沿海地震帶地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，調(diào)制比空間演化特征多樣，不存在統(tǒng)一性。另外，華南沿海地震帶東段和西段地震活動(dòng)背景存在差異，東段地震活動(dòng)強(qiáng)于西段，并且大多中強(qiáng)震集中在海域，從震例回溯結(jié)果分析，東段調(diào)制比高值異常預(yù)測(cè)效能低于西段，這主要是由于華南沿海地震帶中強(qiáng)震大多集中在上世紀(jì)90 年代，海域地震記錄能力較低，可能造成海域調(diào)制比掃描結(jié)果誤差較大。

綜上所述，華南沿海地震帶復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及地震活動(dòng)背景，可能會(huì)造成中強(qiáng)震前的調(diào)制觸發(fā)作用和演化過(guò)程的差異。通過(guò)震例回溯，調(diào)制比異?？梢宰鳛橐环N輔助手段，研判未來(lái)中強(qiáng)地震發(fā)生的時(shí)間和位置，但仍需要結(jié)合更多有效的地震活動(dòng)參數(shù)分析以及地球物理觀測(cè)方法進(jìn)行綜合研判。