2021年瑪多MS7.4地震的PI熱點(diǎn)特征回溯性預(yù)測(cè)研究

宋程 張永仙 周少輝 畢金孟 徐小遠(yuǎn)

摘要：應(yīng)用圖像信息（PI）方法研究2021年瑪多MS7.4地震前后的熱點(diǎn)特征變化。以8 a預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)、0.8°×0.8°網(wǎng)格尺度為主要參數(shù)，獲取2009—2028年逐年滑動(dòng)的預(yù)測(cè)窗熱點(diǎn)分布圖像。結(jié)果顯示：① 在2009—2020年的5個(gè)連續(xù)回溯性預(yù)測(cè)窗口中，瑪多地震的震中所在網(wǎng)格及其摩爾鄰近網(wǎng)格持續(xù)存在密集熱點(diǎn)，對(duì)發(fā)震地點(diǎn)指示作用較強(qiáng)。② 2014—2028年，多數(shù)預(yù)測(cè)窗口內(nèi)瑪多地震震中或摩爾鄰近網(wǎng)格出現(xiàn)過(guò)PI熱點(diǎn)；在最后3個(gè)連續(xù)預(yù)測(cè)窗口內(nèi)（2019—2026年、2020—2027年、2021—2028年），震中附近出現(xiàn)密集深色熱點(diǎn)且呈逐漸收縮的趨勢(shì)，對(duì)發(fā)震緊迫性具有一定的指示意義。③ 綜合2009年以來(lái)的熱點(diǎn)演化圖像可知，巴顏喀拉地塊、柴達(dá)木地塊、祁連地塊和羌塘地塊內(nèi)都出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，出現(xiàn)在巴顏喀拉地塊與柴達(dá)木地塊交界瑪多縣附近的熱點(diǎn)頻次高、顏色深、覆蓋面較大，表明青藏塊體內(nèi)部巴顏喀拉地塊中北緣地震活動(dòng)性較強(qiáng)、相對(duì)發(fā)震風(fēng)險(xiǎn)較高。

關(guān)鍵詞：瑪多MS7.4地震；PI方法；熱點(diǎn)；回溯性預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：P315.7?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2023）02-0226-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0027

0 引言

2021年5月22日在青海省東部果洛州瑪多縣（34.59°N，98.34°E）發(fā)生MS7.4地震，震源深度17 km?，敹郙S7.4地震震中位于青藏塊體內(nèi)次級(jí)塊體巴顏喀拉地塊內(nèi)部，距離塊體北邊界東昆侖斷裂帶以南約70 km（岳沖等，2021；詹艷等，2021）。20世紀(jì)末以來(lái)，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震主要分布在巴顏喀拉地塊周緣，如1997年西藏瑪尼MS7.9地震、2001年青海昆侖山口西MS8.1地震、2008年四川汶川MS8.0地震、2010年青海玉樹MS7.1地震、2013年四川蘆山MS7.0地震和2017年四川九寨溝MS7.0地震。自印度—?dú)W亞板塊新生代碰撞以來(lái)，青藏高原及其周緣山地不斷隆升，構(gòu)造變形及應(yīng)力傳遞對(duì)整個(gè)東亞地區(qū)的構(gòu)造也都帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響（Yin，Harrison，2000）。其中青藏高原中北緣巴顏喀拉地塊及周緣地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈（李海兵等，2021），除其邊界斷裂的持續(xù)變形外，其內(nèi)部斷裂系統(tǒng)也較為復(fù)雜，形成了一個(gè)天然的構(gòu)造地震研究試驗(yàn)場(chǎng)。地震目錄是跟蹤統(tǒng)計(jì)及研究天然地震的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，前人曾結(jié)合地震目錄將圖像信息方法（Pattern informatics method，簡(jiǎn)稱PI方法）應(yīng)用于青海地區(qū)及青藏塊體的震例回溯研究（Zhang et al，2013，2017；張小濤等，2014；夏彩韻等，2015；袁伏全等，2016；余娜等，2021）。

PI方法從時(shí)、空、強(qiáng)三要素上將一定區(qū)域內(nèi)地震目錄建模計(jì)算后以“熱點(diǎn)”的形式呈現(xiàn)，是基于統(tǒng)計(jì)物理的地震預(yù)測(cè)方法（Holliday et al，2007；蔣長(zhǎng)勝等，2009；蔣卉等，2013；Zhang et al，2013；Kawamura et al，2014；張小濤等，2014）。結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造及斷裂分布情況，分析熱點(diǎn)分布、演化、遷移趨勢(shì)等，可綜合判斷未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)可能的發(fā)震位置（Kawamura et al，2013，2014；Zhang et al，2013，2017）。近20年來(lái)，PI方法經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在全球不同地域的應(yīng)用和檢驗(yàn)，充分驗(yàn)證了其良好的預(yù)測(cè)效果，如日本局部地區(qū)（Nanjo et al，2006a，b；Kawamura et al，2013，2014；宋程等，2017，2018），印度尼西亞爪哇島地區(qū)（Wibowo et al，2017），中國(guó)川滇地區(qū)（Jiang，Wu，2010；蔣卉等，2013；Zhang et al，2013；張小濤等，2014）、華北地區(qū)（張小濤，2009；孫麗娜等，2012）、青藏地區(qū)（Zhang et al，2013，2017；余娜等，2021）以及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)（Chen et al，2005；Chang et al，2016）。絕大多數(shù)回溯性震例檢驗(yàn)結(jié)果顯示，大地震前震中及其附近存在PI熱點(diǎn)。無(wú)論是板間地震還是板內(nèi)地震，在前人的研究中都驗(yàn)證了PI方法熱點(diǎn)預(yù)測(cè)的效果明顯優(yōu)于隨機(jī)預(yù)測(cè)（張小濤等，2014；夏彩韻等，2015；尼魯帕爾· 買買吐孫等，2018；宋程等，2018；余娜等，2021）。

針對(duì)不同的目標(biāo)地震進(jìn)行研究時(shí)，考慮到孕震環(huán)境的復(fù)雜性和地震活動(dòng)性起伏等不同原因，應(yīng)選擇相對(duì)合理的模型參數(shù)，才能體現(xiàn)出更好的熱點(diǎn)效果（Zhang et al，2013；Kawamura et al，2013，2014；張小濤等，2014；宋程等，2018）。在“大震”未發(fā)生之前，充分利用研究區(qū)內(nèi)相對(duì)較小的地震“預(yù)判”后續(xù)中強(qiáng)震可能的發(fā)震情況，不失為一種震前提取異常的中長(zhǎng)期方法。在前人的研究中，大面積的熱點(diǎn)很可能覆蓋了主震破裂區(qū)（蔣長(zhǎng)勝，2010），這對(duì)于震前應(yīng)急防御、震后應(yīng)急救援具有一定的輔助作用。本文以2021年5月22日青海瑪多MS7.4地震為主要研究對(duì)象，使用PI方法對(duì)瑪多地震前后進(jìn)行多窗口PI熱點(diǎn)特征研究，通過(guò)不同預(yù)測(cè)窗時(shí)段內(nèi)地震熱點(diǎn)的變化特征，探索識(shí)別并捕捉未來(lái)可能發(fā)生強(qiáng)震的異常信息。

1 方法簡(jiǎn)介及參數(shù)設(shè)置

1.1 計(jì)算方法簡(jiǎn)介

前人的研究中對(duì)PI 方法已有詳細(xì)介紹，本文只簡(jiǎn)述其計(jì)算方法。主要分為4個(gè)步驟：①首先對(duì)選定的研究區(qū)域進(jìn)行時(shí)空網(wǎng)格化，參與計(jì)算的目錄數(shù)據(jù)其截止震級(jí)MC在不低于最小完備性震級(jí)的同時(shí)至少要小于“目標(biāo)地震震級(jí)MT”兩個(gè)震級(jí)單位（Holliday et al，2005；Zhang et al，2013）。②對(duì)落入相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)的地震活動(dòng)頻度構(gòu)建其時(shí)間序列，并定義為3個(gè)時(shí)段（圖1）。通常設(shè)定研究資料起始時(shí)刻為t0；滑動(dòng)變化的時(shí)間序列起始時(shí)刻為tb（tb≥t0），tb從t0時(shí)刻向［t1-（t2-t1）］時(shí)刻滑動(dòng)（tb

1.2 研究區(qū)及模型參數(shù)選取

針對(duì)2021年青海瑪多MS7.4地震，選?。?0°～40°N，94°～106°E）為研究區(qū)，并從中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心獲取1980年1月1日至2021年5月22日瑪多地震前研究區(qū)的地震目錄。近20年來(lái)中國(guó)大陸7級(jí)以上地震主要發(fā)生在巴顏喀拉地塊周緣，但瑪多MS7.4地震發(fā)生于巴顏喀拉地塊內(nèi)部，本文主要針對(duì)研究區(qū)內(nèi)4個(gè)二級(jí)塊體（圖2）進(jìn)行分析討論。由于PI方法計(jì)算中的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)于熱點(diǎn)效果都存在一定的影響，需要根據(jù)震例實(shí)際情況對(duì)參與計(jì)算的震級(jí)下限、震源深度、網(wǎng)格尺度、時(shí)間窗長(zhǎng)等進(jìn)行選擇設(shè)置（Zhang et al，2013；張小濤等，2014；宋程等，2018；余娜等；2021）。

在袁伏全等（2016）對(duì)青海地區(qū)MS≥5.0目標(biāo)地震和余娜等（2021）對(duì)青藏塊體（30.0°～41.0°N，88.0°～105.0°E）MS≥6.0目標(biāo)地震的回溯研究中，認(rèn)為在網(wǎng)格尺度0.2°×0.2°、預(yù)測(cè)時(shí)間窗長(zhǎng)3 a、截止震級(jí)MC≥ML2.8（1980年以來(lái)，滿足不低于最小完備性震級(jí)）的參數(shù)組合下熱點(diǎn)效能較好。最小完備性震級(jí)可以有效地反映地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力（Schaff，2008；馮建剛等，2012），而輸入目錄數(shù)據(jù)的MC是PI方法計(jì)算中直接影響熱點(diǎn)效果的重要參數(shù)。MC偏高會(huì)導(dǎo)致輸入數(shù)據(jù)量不足，偏低則會(huì)導(dǎo)致輸入量過(guò)多降低熱點(diǎn)對(duì)于目標(biāo)地震的敏銳性。蔣長(zhǎng)勝（2010）研究表明，對(duì)于板內(nèi)地震研究的模型參數(shù)選取中設(shè)定MC低于“目標(biāo)地震震級(jí)MT”兩個(gè)震級(jí)單位的常用標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。而本文針對(duì)瑪多MS7.4地震預(yù)設(shè)目標(biāo)地震下限為MT=MS7.0，明顯高于5～6級(jí)震例，在保證MC+2≤MT的情況下理論上最高可取MS5.0（Rundle et al，2002；Tiampo et al，2002a；Holliday et al，2005；Nanjo et al，2006a）。為進(jìn)一步選定合適的MC，分時(shí)段畫出1981年至2021年5月21日研究區(qū)的G-R關(guān)系圖（圖3），從圖3中能夠看到4個(gè)時(shí)段研究區(qū)內(nèi)整體數(shù)據(jù)擬合較好。但圖3b、d中在ML4.8處局部擬合線與整體擬合線的斜率出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，故綜合考慮后本文選擇輸入震級(jí)下限為ML4.8，亦可保證數(shù)據(jù)量充足。

前人應(yīng)用PI方法研究中國(guó)西部強(qiáng)震用到的網(wǎng)格尺度參數(shù)各有不同，包括青藏地區(qū)1.0°×1.0°（夏彩韻等，2015；Zhang et al，2017）和0.2°×0.2°（袁伏全等，2016；余娜等，2021）、新疆局部地區(qū)0.4°×0.4°（李志海，黃瑜，2010；尼魯帕爾·買買吐孫等，2018）和0.5°×0.5°（尼魯帕爾·買買吐孫，2020）、川滇地區(qū)1.0°×1.0°（蔣長(zhǎng)勝等，2009；Zhang et al，2013）和2.0°×2.0°（張小濤等，2014）。參考前人在應(yīng)用PI方法研究中國(guó)大陸西部及國(guó)內(nèi)外7級(jí)以上震例時(shí)的參數(shù)設(shè)置（蔣長(zhǎng)勝，2010；Zhang et al，2013，2017；蔣卉等，2013；張小濤等，2014；夏彩韻等，2015；宋程等，2018），通常網(wǎng)格尺度較大且預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)，熱點(diǎn)效果更為集中和顯著（Zhang et al，2013，2017；張小濤等，2014；宋程等，2018）。蔣長(zhǎng)勝（2010）對(duì)于2008年5月12日汶川MS8.0地震的PI算法回溯性研究結(jié)果表明，震前PI熱點(diǎn)會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格參數(shù)的變化而覆蓋到主震破裂區(qū)，說(shuō)明網(wǎng)格尺度要因地、因震制宜。在確定目標(biāo)地震震級(jí)下限和截止震級(jí)后，考慮到瑪多MS7.4地震的位置特殊性、網(wǎng)格內(nèi)計(jì)算數(shù)據(jù)量充足性以及熱點(diǎn)遷移性，本文設(shè)定網(wǎng)格尺度為0.8°×0.8°。

瑪多地震距中國(guó)大陸上一次7級(jí)以上強(qiáng)震（2017年8月8日四川九寨溝MS8.0地震）發(fā)震時(shí)間間隔3.4 a，距青海省內(nèi)上一次7級(jí)以上地震（2010年4月14日青海玉樹MS7.1地震）發(fā)震時(shí)間間隔11.2 a。7級(jí)地震孕震機(jī)制較為復(fù)雜，結(jié)合之前不同學(xué)者對(duì)于國(guó)內(nèi)中強(qiáng)震例的研究經(jīng)驗(yàn)（Zhang et al，2013；張小濤等，2014；夏彩韻等，2015；Zhang et al，2017；宋程等，2018），本文設(shè)定時(shí)間窗長(zhǎng)為8 a，閾值選擇前人慣用的lg（ΔPi/ΔPmax）=-0.6（Zhang et al，2013；張小濤等，2014；夏彩韻等，2015；宋程等，2018）。

通常選取與研究的目標(biāo)地震震源深度相接近的范圍內(nèi)的事件參與計(jì)算，更能符合其構(gòu)造環(huán)境、孕震過(guò)程、熱點(diǎn)追蹤的目的和效果?？紤]到本次瑪多地震為淺緣地震（震源深度17 km）以及保證數(shù)據(jù)量的充足，本文選擇60 km以內(nèi)的淺源地震事件參與計(jì)算。

考慮到余震也是應(yīng)力釋放的一種表現(xiàn)，刪除余震可能會(huì)造成地震目錄一定程度上的畸變（張小濤等，2014），故本文并未將其刪除。本次針對(duì)的目標(biāo)地震震級(jí)為MT≥MS7.0，參與計(jì)算地震的最小震級(jí)為ML4.8，刪除目錄中的較小余震對(duì)于計(jì)算結(jié)果無(wú)實(shí)質(zhì)性影響，刪除ML>4.8的所有余震則可能無(wú)法恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)局部區(qū)域的熱點(diǎn)特征。Tiampo 等（2002b）認(rèn)為余震反映了局部區(qū)域應(yīng)力的高水平釋放；在物理上，較小的地震事件仍能攜帶較為豐富的強(qiáng)震危險(xiǎn)性增強(qiáng)的信息（蔣長(zhǎng)勝，2010）。

2 PI熱點(diǎn)圖多窗口連續(xù)演化特征分析

按照設(shè)定的時(shí)空參數(shù)，從2009年（即汶川MS8.0大地震后）開始以年尺度向未來(lái)滑動(dòng)，得到圖4、5中連續(xù)的PI熱點(diǎn)分布圖，其中包含瑪多地震發(fā)震年份的時(shí)間窗有8個(gè)（圖5）。摩爾鄰近網(wǎng)格，指緊密包圍在某一網(wǎng)格周圍的8個(gè)網(wǎng)格（Moore，1962；Wolfram，2002）。當(dāng)目標(biāo)地震震中所在網(wǎng)格及其摩爾鄰近網(wǎng)格存在熱點(diǎn)時(shí)，認(rèn)為目標(biāo)地震可以被PI熱點(diǎn)有效預(yù)測(cè)，則針對(duì)一個(gè)目標(biāo)地震，有效熱點(diǎn)數(shù)最多為9個(gè)。

2.1 汶川地震后至瑪多地震前年尺度熱點(diǎn)演化特征分析

圖4顯示2009—2020年研究區(qū)內(nèi)5個(gè)連續(xù)預(yù)測(cè)窗口中的熱點(diǎn)變化情形，青海瑪多縣附近持續(xù)出現(xiàn)成片密集熱點(diǎn)。雖然瑪多地震發(fā)生在2021年，但在5個(gè)預(yù)測(cè)窗口中，瑪多地震震中所在網(wǎng)格及其3個(gè)摩爾鄰近網(wǎng)格持續(xù)存在熱點(diǎn)，即這5個(gè)回溯性預(yù)測(cè)窗口中顯示了明確的高發(fā)震風(fēng)險(xiǎn)覆蓋范圍，具有強(qiáng)震發(fā)震危險(xiǎn)性地點(diǎn)指示意義。

圖4中分布于巴顏喀拉塊體南邊界的2010年青海玉樹MS7.1地震、東邊界的2013年四川蘆山MS7.0地震和2017年四川九寨溝MS7.0地震并未出現(xiàn)過(guò)有效PI熱點(diǎn)。甚至整個(gè)研究區(qū)內(nèi)34°N以南地區(qū)幾乎無(wú)熱點(diǎn)，只在2011—2018年預(yù)測(cè)窗口內(nèi)青海中南部出現(xiàn)過(guò)2個(gè)熱點(diǎn)。Zhang等（2013）對(duì)中國(guó)西部大陸（20°～50°N，70°～110°E）進(jìn)行PI 方法回溯性預(yù)測(cè)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)2008 年于田 MS7.3地震和汶川MS8.0地震震中存在熱點(diǎn)。張小濤等（2014）對(duì)川滇地區(qū)（21°～35°N，97°～109°E）進(jìn)行 PI 方法熱點(diǎn)回溯性預(yù)測(cè)研究得出，蘆山地震震中落入熱點(diǎn)網(wǎng)格內(nèi)。而圖4中蘆山地震和九寨溝地震未出現(xiàn)有效熱點(diǎn)的原因，除了與所選擇的研究區(qū)主體范圍不同（本文選擇研究區(qū)相對(duì)較?。┩猓€和PI方法對(duì)于模型參數(shù)的依賴性有關(guān)。張小濤等（2014）對(duì)蘆山MS7.0地震前的PI熱點(diǎn)特征研究中設(shè)置的主要參數(shù)為2°×2°/1°×1°網(wǎng)格尺度、9 a預(yù)測(cè)時(shí)間窗長(zhǎng)。Zhang等（2013）針對(duì)2008年汶川MS8.0和于田MS7.3地震的PI熱點(diǎn)回溯性研究中，選取的主要參數(shù)為2°×2°/1°×1°網(wǎng)格尺度，預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)為4～8 a的ROC檢驗(yàn)效果較好。以上研究中截止震級(jí)皆為ML4.5，不低于區(qū)域最小完備性震級(jí)，但低于本文所選的最小輸入震級(jí)ML4.8，數(shù)據(jù)量可能更大。本文所選的預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)為8 a，跨度時(shí)長(zhǎng)接近或重疊于上述時(shí)間參數(shù)。差異最大的參數(shù)為網(wǎng)格尺度，本文設(shè)定為0.8°×0.8°。模型參數(shù)的差異性，可能是本文研究中其他7級(jí)以上地震缺少有效PI 熱點(diǎn)的主要原因。

2.2 2014—2028年瑪多MS7.4地震相關(guān)熱點(diǎn)演化特征分析

按照相同的時(shí)空參數(shù)，從2014年開始向未來(lái)滑動(dòng)，則包含瑪多地震發(fā)震時(shí)間（2021年）的窗口有8個(gè)。從時(shí)間先后順序來(lái)看，8個(gè)預(yù)測(cè)窗口中瑪多地震的相關(guān)PI熱點(diǎn)呈現(xiàn)為“出現(xiàn)—減弱—消失—強(qiáng)密集—收縮”的趨勢(shì)變化。

在前3個(gè)窗口中（圖5a～c）熱點(diǎn)相對(duì)分散，且主要分布于研究區(qū)的西北部，但瑪多地震震中或摩爾鄰近網(wǎng)格出現(xiàn)了熱點(diǎn)。相對(duì)于圖4預(yù)測(cè)窗口中部相對(duì)穩(wěn)定連續(xù)的密集PI熱點(diǎn)，圖5中瑪多地震附近的熱點(diǎn)分布呈不連續(xù)、不穩(wěn)定、叢集性不明顯特征。在2017—2024年、2018—2025年2個(gè)預(yù)測(cè)窗口中（圖5d、e），預(yù)測(cè)窗口起始時(shí)間距離發(fā)震年份為4～5 a，即發(fā)震年份處于窗口近乎中間的年份，瑪多地震及其摩爾鄰近網(wǎng)格未出現(xiàn)相關(guān)熱點(diǎn)，研究區(qū)內(nèi)熱點(diǎn)主要分布在青海最南部，玉樹藏族自治州囊謙縣及玉樹縣（青川藏交界附近）。在 2019—2026 年預(yù)測(cè)窗口中（圖5f），瑪多地震震中及其摩爾鄰近網(wǎng)格出現(xiàn)明顯密集深色熱點(diǎn)，且只有2個(gè)零散熱點(diǎn)，熱點(diǎn)整體叢集性較強(qiáng)。至最后2個(gè)窗口時(shí)段（5g、h），瑪多地震摩爾鄰近網(wǎng)格密集熱點(diǎn)顏色幾乎無(wú)變化但覆蓋面積有所收縮，彰顯了發(fā)震緊迫性的增強(qiáng)，對(duì)瑪多地震的發(fā)震時(shí)間及位置具有一定的指示意義。

在研究區(qū)內(nèi)13個(gè)連續(xù)滑動(dòng)的預(yù)測(cè)窗熱點(diǎn)圖像中，只有2013—2020年預(yù)測(cè)窗口出現(xiàn)了19個(gè)熱點(diǎn)，其余12個(gè)預(yù)測(cè)窗口中熱點(diǎn)總數(shù)不超過(guò)15個(gè)。在圖5中，只有2個(gè)窗口在瑪多地震震中或摩爾鄰近網(wǎng)格皆無(wú)熱點(diǎn)，有效熱點(diǎn)占比數(shù)最高的時(shí)段為2019—2026年預(yù)測(cè)窗。

2.3 熱點(diǎn)遷移分析

從2009年以來(lái)研究區(qū)內(nèi)的13個(gè)連續(xù)滑動(dòng)預(yù)測(cè)窗熱點(diǎn)圖像（圖4、5）中可見，巴顏喀拉地塊內(nèi)部始終存在PI 熱點(diǎn)，說(shuō)明其地震活躍程度相對(duì)于其他次級(jí)地塊更為活躍。其中11個(gè)預(yù)測(cè)窗中，巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊交界處存在熱點(diǎn)；在羌塘地塊和祁連地塊內(nèi)，各有8個(gè)預(yù)測(cè)窗口出現(xiàn)過(guò)至少1個(gè)熱點(diǎn)。在2009—2020年預(yù)測(cè)窗口中，5個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊交界處青?，敹嗫h附近持續(xù)存在密集熱點(diǎn)（圖4）。在2012—2019年、2013—2020年預(yù)測(cè)窗口中，祁連地塊出現(xiàn)了明顯熱點(diǎn)，主要分布在青海海西州德令哈市附近。在2014—2021年、2015—2022年、2016—2023年3個(gè)預(yù)測(cè)窗口時(shí)段內(nèi)（圖5a～c），熱點(diǎn)主要在南北向上跨巴顏喀拉地塊、柴達(dá)木地塊和祁連地塊3個(gè)二級(jí)塊體。

在2014—2021年預(yù)測(cè)窗口中（圖5a）無(wú)零散熱點(diǎn)，巴顏喀拉地塊內(nèi)瑪多地震震中所在網(wǎng)格熱點(diǎn)顏色最深，發(fā)震危險(xiǎn)性最高。從2015—2022年預(yù)測(cè)窗口開始至2021—2028年窗口（圖5b～h），在羌塘地塊內(nèi)始終存在熱點(diǎn)。在2016—2023年預(yù)測(cè)窗口內(nèi)（圖5c），熱點(diǎn)總數(shù)變少，羌塘地塊以北的3個(gè)地塊內(nèi)熱點(diǎn)數(shù)皆有減少。瑪多地震東側(cè)巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊交界處熱點(diǎn)變少但顏色加深，危險(xiǎn)性增強(qiáng)。至2017—2024年、2018—2025年預(yù)測(cè)窗口（圖5d、e），瑪多地震震中及其摩爾鄰近網(wǎng)格不存在有效熱點(diǎn)。在2017—2024年預(yù)測(cè)窗口中，柴達(dá)木地塊和祁連地塊的最北端熱點(diǎn)延伸到了甘肅境內(nèi)。至2018—2025年預(yù)測(cè)窗口中（圖5e），巴顏喀拉地塊以北的熱點(diǎn)全部消失，淺色熱點(diǎn)集中于巴顏喀拉地塊和羌塘地塊交匯處（青海南部），且在巴顏喀拉地塊東北緣（四川北部甘川交界附近）出現(xiàn)了一個(gè)深色熱點(diǎn)。

在最后3個(gè)連續(xù)的預(yù)測(cè)窗口中（圖5f～h），瑪多地震東側(cè)巴顏喀拉地塊（北部）和柴達(dá)木地塊的交匯處存在密集深色熱點(diǎn)，且熱點(diǎn)個(gè)數(shù)逐漸減少。2019—2026年預(yù)測(cè)窗口（圖5f），相對(duì)于前2個(gè)滑動(dòng)窗，瑪多地震震中及摩爾鄰近網(wǎng)格出現(xiàn)深色密集熱點(diǎn)，發(fā)震危險(xiǎn)性顯著增強(qiáng)。2020—2027年預(yù)測(cè)窗口（圖5g），相對(duì)于上一個(gè)窗口熱點(diǎn)總個(gè)數(shù)不變，但零散熱點(diǎn)危險(xiǎn)性降低。巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊的交匯處的密集熱點(diǎn)危險(xiǎn)性增強(qiáng)，瑪多地震震中熱點(diǎn)消失。至2021—2028年預(yù)測(cè)窗口（圖5h），巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊的交匯處密集熱點(diǎn)進(jìn)一步收縮，體現(xiàn)了后續(xù)發(fā)生強(qiáng)震的危險(xiǎn)性在向瑪多地震的東側(cè)遷移，并且可能和震源區(qū)及其附近仍然主要受到NEE向近水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)的控制有關(guān)（呂苗苗等，2022）。

青藏高原具有持續(xù)變形的特點(diǎn)（許志琴等，2006），熱點(diǎn)的遷移也是相對(duì)變化的，本文研究中沒有任意2個(gè)預(yù)測(cè)窗口內(nèi)熱點(diǎn)的分布及發(fā)震概率是完全相同的。從2014—2021年預(yù)測(cè)窗口開始至2021—2028年預(yù)測(cè)窗口，瑪多地震的有效熱點(diǎn)的個(gè)數(shù)、分布位置和發(fā)震危險(xiǎn)性并不具有穩(wěn)定性、持續(xù)性，這體現(xiàn)了7級(jí)以上強(qiáng)震孕震物理過(guò)程的復(fù)雜性。研究區(qū)內(nèi)所有熱點(diǎn)在不同次級(jí)塊體內(nèi)的遷移也不具有明確的規(guī)律性，其內(nèi)部地震的發(fā)生和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力背景與次級(jí)活動(dòng)地塊息息相關(guān)。徐志國(guó)等（2021）通過(guò)應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果得出，研究區(qū)整體的背景應(yīng)力場(chǎng)具有近EW向擠壓應(yīng)力場(chǎng)特征，與巴顏喀拉塊體的水平最大主應(yīng)力方向總體上為EW向（范桃園等，2013）具有較好的一致性。區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)能夠影響震源區(qū)的變形和破裂，本次瑪多MS7.4地震為雙側(cè)破裂（李智敏等，2021；王未來(lái)等，2021），但圖5不同預(yù)測(cè)窗口中瑪多地震的西側(cè)并沒有顯著熱點(diǎn)分布。中國(guó)大陸強(qiáng)震孕育發(fā)生的動(dòng)力學(xué)環(huán)境整體呈“縱向分層、橫向分塊”的特征（邵志剛等，2022），塊體之間也存在一定的相互作用，而塊體運(yùn)動(dòng)受深部物質(zhì)作用驅(qū)動(dòng)。大型走滑型地震發(fā)生時(shí)，復(fù)雜的平移錯(cuò)動(dòng)引起的淺部破裂面和深部破裂面是存在差異的（徐志國(guó)等，2021），其深部物質(zhì)運(yùn)移和深部地下結(jié)構(gòu)異常會(huì)對(duì)后續(xù)地震產(chǎn)生影響（許志琴等，2006；王椿鏞等，2008；嘉世旭等，2017；宋向輝等，2021）。用PI方法計(jì)算得到的熱點(diǎn)對(duì)局部區(qū)域某個(gè)時(shí)段的發(fā)震范圍具有參考作用，但不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)發(fā)震地點(diǎn)和震源深度。研究區(qū)內(nèi)的熱點(diǎn)分布與遷移和淺層破裂展布并不完全對(duì)應(yīng)，可能和強(qiáng)震孕育過(guò)程、深部動(dòng)力、地下深部結(jié)構(gòu)等因素存在一定關(guān)系。

3 討論

在本次研究中，我們注意到3個(gè)值得思考的問(wèn)題。第一，雖然瑪多地震震級(jí)高達(dá)MS7.4，但在2014年以來(lái)向未來(lái)滑動(dòng)的連續(xù)預(yù)測(cè)窗內(nèi)，并不是每個(gè)預(yù)測(cè)窗圖像都能提取到與瑪多地震相關(guān)的有效PI熱點(diǎn)信息。這不僅和PI方法對(duì)于數(shù)據(jù)的依賴性以及模型參數(shù)的選取有關(guān)，更與青藏塊體構(gòu)造環(huán)境特點(diǎn)和7級(jí)強(qiáng)震的孕震復(fù)雜性有關(guān)。第二，在回溯性預(yù)測(cè)PI熱點(diǎn)圖像中，雖然瑪多地震附近存在密集PI熱點(diǎn)，但瑪多地震的震中并不位于成片密集熱點(diǎn)的“中心”，這個(gè)結(jié)果顯示預(yù)測(cè)目標(biāo)地震發(fā)震地點(diǎn)及破裂區(qū)范圍存在困難。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為左旋走滑的昆侖山口—江措斷裂為瑪多MS7.4地震的發(fā)震斷裂（李經(jīng)緯等，2021；李智敏等，2021；潘家偉等，2021；宋向輝等，2021；談洪波等，2021；王未來(lái)等，2021；姚生海等，2021；尹欣欣等，2021；岳沖等，2021；趙韜等，2021），瑪多MS7.4地震為雙側(cè)破裂（李智敏等，2021），但其相關(guān)熱點(diǎn)主要分布于震中及東側(cè)，未能完全覆蓋住破裂區(qū)及余震區(qū)。第三，在不包含瑪多地震發(fā)震年份的回溯性預(yù)測(cè)窗口內(nèi)，瑪多地震震中及鄰近網(wǎng)格存在熱點(diǎn)，但在包含目標(biāo)地震年份的預(yù)測(cè)窗口中，有效熱點(diǎn)是間歇性存在的，這進(jìn)一步增加了判定發(fā)震年份的難度。

印度板塊與歐亞板塊碰撞后持續(xù)向北推擠，在青藏塊體內(nèi)部形成了若干構(gòu)造塊體分別沿大型走滑斷裂帶向東和南東方向“逃逸”的構(gòu)造環(huán)境（陳兵等，2003）。作為晚新生代以來(lái)從青藏高原朝東和東南方向“逃逸”的活動(dòng)地塊之一（聞學(xué)澤，2018），巴顏喀拉塊體東邊界帶及其鄰近地區(qū)的活動(dòng)構(gòu)造作用以及地震動(dòng)力源，均來(lái)自該塊體的“逃逸”運(yùn)動(dòng)（Zhang et al，2004；聞學(xué)澤等，2011；Zhang，2013）。2021年瑪多MS7.4地震是巴顏喀拉地塊最新活動(dòng)的體現(xiàn)，表明中國(guó)大陸7級(jí)地震主體活躍區(qū)域依然是巴顏喀拉塊體（姚生海等，2021），亦表明巴顏喀拉塊體具有向東走滑的特性且東向運(yùn)動(dòng)仍在持續(xù)中（Xu et al，2013；聞學(xué)澤，2018；尹海權(quán)等，2020），這可能正是熱點(diǎn)在后續(xù)的“未來(lái)窗口”中向東收縮的內(nèi)在原因。

4 結(jié)論

本文利用PI方法，參考前人對(duì)中強(qiáng)震震例的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)2021年瑪多MS7.4地震進(jìn)行回溯性預(yù)測(cè)研究，選取計(jì)算參數(shù)為空間網(wǎng)格0.8°×0.8°，預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)8 a，震源深度60 km以內(nèi)ML≥4.8的地震事件參與PI方法計(jì)算，主要得到以下結(jié)論：

（1）在瑪多地震發(fā)生前的5個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間窗中，瑪多地震震中所在網(wǎng)格及摩爾鄰近網(wǎng)格持續(xù)存在熱點(diǎn)，且在巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊交界處始終存在成片密集熱點(diǎn)，這對(duì)發(fā)震地點(diǎn)指示作用較強(qiáng)。

（2）在包含2021年的8個(gè)預(yù)測(cè)窗熱點(diǎn)圖像中，瑪多地震震中及摩爾鄰近網(wǎng)格熱點(diǎn)形態(tài)變化并不穩(wěn)定，出現(xiàn)了斷續(xù)起伏的情形。

（3）在2018年之后的3個(gè)預(yù)測(cè)窗口中，瑪多地震震中附近熱點(diǎn)顏色逐漸加深且出現(xiàn)了向東收縮的趨勢(shì)，這對(duì)瑪多縣附近的發(fā)震危險(xiǎn)性具有一定的指示意義。

（4）在2014—2021年、2015—2022年、2016—2023年3個(gè)窗口中，熱點(diǎn)主要分布在巴顏喀拉地塊、柴達(dá)木地塊和祁連地塊內(nèi)；在2019—2026年、2020—2027年和2021—2028年預(yù)測(cè)窗口中，深色密集熱點(diǎn)主要分布在巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊的交界處。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供地震目錄數(shù)據(jù)，本文圖件使用Matlab 和GMT軟件繪制，在此一并表示感謝！

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Retrospective Study on the Forecast of the 2021 MaduoMS7.4 Earthquake by PI Method

SONG Cheng1，ZHANG Yongxian2，ZHOU Shaohui3，BI Jinmeng1，XU Xiaoyuan1

（1.Tianjin Earthquake Agency，Tianjin 300201，China）

（2.Institute of Earthquake Forecasting，China Earthquake Administration，Beijing 100036，China）

（3.Shandong Earthquake Agency，Jinan 250014，Shandong，China）

Abstract

In this paper，the Pattern Informatics（PI）method was applied to the retrospective study on the forecast of the 2021 Maduo MS7.4 earthquake.The local area（30.0°N-40.0°N，94.0°E-106.0°E）of Qinghai-Tibet tectonic block was chosen as the study region.With parameters of the 8-year-long forecasting window and the 0.8°× 0.8°-sized grid，successive forecasting hotspot diagrams were obtained in the period from 2009 to 2028.The results showed that：①In five successive forecasting windows covering the period from 2009 to 2020，continuous dense hotspots appeared in the grid in which the Maduo epicenter located and in its neighboring Moore grids.These hotspots strongly indicated the location of the Maduo earthquake.②In the period from 2014 to 2028，PI hotspots appeared in the grid in which the Maduo epicenter located or in its neighboring Moore grids in most forecasting windows.In the three continuous forecasting windows after 2018（2019-2026，2020-2027 and 2021-2028），dark hotspots appeared near the epicenter of the Maduo MS7.4 earthquake and showed a gradual tendency of contraction，which indicated the impending occurrence of the Maduo MS7.4 earthquake.③According to the continuous hotspot diagrams since 2009，hotspots appeared in the Bayankala block，the Qaidam block，the Qilian block and the Qiangtang block.Relatively，hotspots appearing at the junction of the Bayankala block and the Qaidam block near Maduo county had higher frequency，darker color，larger coverage.The results indicates that the middle part of the northern margin of the Bayankala block in the Qinghai-Tibet tectonic block has stronger seismicity and higher potential earthquake risk.

Keywords：the Maduo MS7.4 earthquake；the Pattern Informatics（PI） method；hotspot；retrospective forecast

收稿日期：2022-04-07.

基金項(xiàng)目：震情跟蹤定向任務(wù)（2021010104，2021010128）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的地震可預(yù)測(cè)性國(guó)際合作研究（2018YFE0109700）；國(guó)家自然基金委地震聯(lián)合基金“基于數(shù)值模擬的確定性——概率地震危險(xiǎn)性分析方法研究（U2039207）；天津市地震局局內(nèi)重點(diǎn)科研項(xiàng)目（Zd202202，Zd202304）.

第一作者簡(jiǎn)介：宋 程（1992-），工程師，主要從事地震預(yù)報(bào)分析相關(guān)研究.E-mail：nibushiwode798@163.com.

通訊作者簡(jiǎn)介：張永仙（1965-），研究員，主要從事地震預(yù)測(cè)理論與方法研究.E-mail：yxzhseis@sina.com.

宋程，張永仙，周少輝，等.2023.2021年瑪多MS7.4地震的PI熱點(diǎn)特征回溯性預(yù)測(cè)研究［J］.地震研究，46（2）：226-236，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0027.