廣西北流-廣東化州交界5.2級地震前RTL異常特征

鄭永通，李文杰，劉愫昀，王紹然

（1.福建省地震局龍巖地震臺,福建 龍巖 364000；2.漳平市防震減災中心,福建 漳平 364400）

0 引言

2019年10月12日22 時55 分在廣西玉林市北流市（22.18°N，110.51°E）發(fā)生5.2 級地震，震源深度10 km。該地震位于巴馬-博白斷裂帶東南端，歸屬東南沿海地震帶西段。震中區(qū)北面由印支花崗巖基體組成的大容山、望軍山，最高峰海拔分別為1 275 m 及1 147 m；南面的天堂山最高峰海拔為1 274 m，地貌上皆屬中低山與丘陵區(qū)。該區(qū)域發(fā)生的地震均為中、小地震，未發(fā)生過6 級以上地震，最大的一次地震為1860年發(fā)生在玉林—陸川之間的5.5 級地震。

一般情況下，中強地震前在圍繞未來主地震斷層的大范圍內會出現(xiàn)地震平靜或增強現(xiàn)象。Sobolev等據(jù)此提出一種檢測地震活動水平相對變化的區(qū)域-時間-長度算法（簡稱RTL 算法，下同）[1-2]，對于給定點在t時刻的RTL 值可定義為震中距、時間以及破裂尺度函數(shù)分別除以各自標準差后的乘積；蔣海昆等[3]對該方法進行了改進，并利用改進后的RTL 算法對華北5 級以上地震進行回顧性預測研究，結果表明，改進后的RTL 算法所得到的異常大多具有短期或中短期特征；張雙鳳等利用RTL 時間掃描方法對1980—2005年發(fā)生在冀魯豫交界地區(qū)ML5.0 以上地震進行了回顧性檢驗，發(fā)現(xiàn)震前都達到了VRTL異常指標，說明RTL 算法對冀魯豫交界地區(qū)的5 級以上地震活動具有一定的預報能力[4]。

本文利用蔣海昆等[3]改進后的RTL 算法對2019年10月12日發(fā)生在廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震進行回顧性檢驗。使用該方法對震中附近進行空間掃描分析，以判定該方法在本次地震前震中及附近是否存在異常及有何特征。

1 改進后的RTL 方法簡介

對任意一個時空坐標點(x,y,z,t)，假定t之前發(fā)生的所有地震對位置(x,y,z,t)處的介質變形均產生影響，并且當一個已發(fā)生地震的時空坐標距(x,y,z,t)越近，其影響的權系數(shù)越大。經(jīng)蔣海昆等人改進后定義的震中距函數(shù)R(x,y,z,t)、時間函數(shù)T(x,y,z,t)、破裂尺度函數(shù)L(x,y,z,t)及VRTL（x,y,z,t）函數(shù)分別為：

式中：ri為第i個地震到(x,y,z)的距離；li和ti為第i個地震的破裂尺度和發(fā)生時間；Rtr、Ttr和Ltr分別為R、T和L的動態(tài)期望；n為滿足式(2)所表達條件的地震數(shù)。

當所發(fā)生地震在空間上距(x,y,z)足夠遙遠(ri→∞+)、或在時間上距t時刻足夠久遠(t-ti→∞+)、或其破裂尺度足夠小(li→0)，則其對(x,y,z)的貢獻均趨于0。在實際計算中引入約束條件：

式中：Mi為第i個地震的震級；Mmin為震級下限；r0為特征距離；t0為特征時間跨度；di為第i個地震的震源深度；d0為截止深度。

第i次地震的破裂尺度li由式（3）獲得：

式中：Mi為地震震級。

由式(1)可見，R、T、L及VRTL均為無量綱函數(shù)，VRTL以0 為期望，其數(shù)值表征了t時刻地震活動相對于動態(tài)背景變化率的偏離，偏離程度以其標準差σ=σR·σT·σL為單位進行表征。VRTL下降意味著(x,y,z)附近地震活動相對于背景變化率的降低，在一定程度上表征了地震活動的平靜；VRTL上升則表征(x,y,z)附近地震活動水平相對于背景變化率的增高，意味著地震活動增強。

蔣海昆等[3]統(tǒng)計表明，當VRTL曲線明顯偏離0 線、偏離幅度大于3.5σ（所有震例平均偏離程度的下限）以上，且VRTL極值大于150 時，可初步判定出現(xiàn)VRTL異常。震前VRTL變化型態(tài)可分為兩類：I 類具有相對完整的變化形態(tài)，大多呈現(xiàn)從0 開始的上升－轉折－下降或下降－轉折－上升形態(tài)；II 類變化形態(tài)不完整，一般從0 開始急劇上升或下降，無明顯轉折，主震發(fā)生在VRTL極值附近。在I 類RTL 異常中，VRTL曲線從極值轉折進入1σ的時間開始進行主震時間估計，在6 個月內發(fā)震的震例數(shù)約占85%，而1年內發(fā)震的比例達到96%，即多數(shù)地震是在極值轉折到1σ后的一年內發(fā)生主震。

2 資料處理

2.1 廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震震中RTL異常特征

在本文中采用中國地震臺網(wǎng)測定的地震目錄，根據(jù)LgN-M圖，可以確定廣西北流-廣東化州（經(jīng)度范圍：109.0°～112.0°E；緯度范圍：20.5°～23.5°N）的最小完整性震級Mmin取ML2.0（圖1）。公式（1）、（2）式中統(tǒng)一取t0= 12 個月、r0= 60 km；d0不加以限制，x、y取本次地震震中位置，資料時段開始取震前6年、研究時段截止于主震前1 天（即2015年10月11日至2019年10月10日），其中4年為可預測時段（初期的資料時段Tmax= 2t0= 24 個月為不預測時段），時間t以10 天為步長進行滑動，計算后根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的具體情況再進行時段調整。

圖1 廣西北流-廣東化州最小完整性震級的確定（2015—2019年）

根據(jù)設定的條件計算出廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震前震中的Mmin值（圖2），其σ值、3σ值和RTL 最大值如表1。

表1 震中RTL 的σ 值和RTL 最大值

圖2 震中RTL 曲線圖

在圖2 中，VRTL曲線一開始在0 值附近，從2016年11月下旬開始下降波動，最低值達到-0.19，到2018年7月恢復到0 值附近，2018年9月下旬開始上升，2019年4月上、中旬上升到最大，之后開始下降，下降到0 值附近（0.23）發(fā)生地震，是一個比較完整的VRTL曲線，即曲線在0 值附近波動→上升（或下降）→最大（或最?。陆担ɑ蛏仙l(fā)生地震。

由圖2 也可以看出，震前VRTL曲線明顯偏離0 值線，偏離幅度大于3.5σ（即3.5σ≤1），在2019年4月上、中旬VRTL曲線達到峰值，RTL 最大值為2 022（大于150），根據(jù)蔣海昆等的統(tǒng)計結果可判定此次地震震中位置震前RTL 存在異常。VRTL曲線最后降到0.23 時發(fā)生地震，0.23 小于1σ（0.257），VRTL曲線具有相對完整的變化形態(tài)，VRTL曲線為I 類。

2.2 廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震震中附近RTL 異常特征

在進行地震預測預報時很難確定未來的震中位置。即便震前出現(xiàn)異常，也是在一個區(qū)域范圍，無法固定在一個確定的點。因此，通常會采用空間掃描的方法分析某一個參數(shù)在某一個區(qū)域內是否存在異常，若存在異常，則判定這個區(qū)域內或附近有可能發(fā)生中強地震或大地震。根據(jù)以上觀點，利用RTL 方法對廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震的震中附近進行分析，看該區(qū)域是否存在震前異常。

在式（1）、（2）中，x、y取震中附近區(qū)域的經(jīng)、緯度。即經(jīng)度范圍：109.0°～112.0°E；緯度范圍：20.5°～23.5°N，以0.5°為步長，共49 個點進行RTL 分析。分別計算各點的RTL 值，并根據(jù)數(shù)據(jù)具體情況進行時段調整，盡量使RTL 以最大限度異常成立為目標進行時段調整，計算結束時間盡可能截止到2019年10月10日。

根據(jù)以上設定條件計算了廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震震中附近各點VRTL值（圖3），并計算各點曲線的σ值、3σ值和RTL 最大值，判定各點曲線的類型，根據(jù)異常是否成立的判據(jù)判定每點的RTL 異常是否成立(表2)。

圖3 震中附近RTL 曲線圖

表2 震中附近RTL 各點的σ 值和RTL 最大值

續(xù)表2

在表2 中，粗體字是3σ值≤1、RTL 最大值≥150，即符合RTL 異常成立條件的點。從表2 中可知，共有13 個點符合條件，這13 個點VRTL曲線類型都屬于I 類。再將這13 個異常點的類型進行細化，即：異?？旖Y束時發(fā)生主震的為IA 類，異常結束后經(jīng)過一段時間再發(fā)生主震的為IB 類（表3），將符合IA 類和IB 類的點繪制到地圖上（圖4）。

圖4 震中附近RTL 異常成立點分布圖

由圖4 看出，這13 個點中有8 個點分布于震中及附近南北兩側，異常類型均為IA 類。由圖3 也可以看出，這8 個點的曲線都是先達到峰值，之后開始下降，在即將接近0 值線時發(fā)生地震。

在圖4 中，另有5 個點分布于廣東省南部海外和廣東省陽江市，這5 個點的異常類型都是IB 類，這5 個點是否是廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震前的異常，需進一步分析。

通過分析表3，發(fā)現(xiàn)這5 個點的異常結束時間均在2018年3月20日以后，因此認為這5 個點的異常是受廣東省陽江市2018年3月20日M3.7 地震影響。蔣海昆等的統(tǒng)計表明，RTL 異常結束后1年內發(fā)生地震的比例為96%，而這5 個點異常結束到發(fā)生廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震的時間達到17.8～18.5 個月，異常結束到發(fā)震已超過1年時間，因此判定這5 個點的異常已經(jīng)失效。如果將截止時間定為2018年5月31日，向前推6年，起始時間定為2014年10月19日，計算這5 個點的RTL 值，則這5 個點的VRTL曲線如圖5，5 個點VRTL曲線的σ值、3σ值和RTL 最大值見表4。在表4 中，除了（21.0°N，112.0°E）這個點異常成立外，其余4 個點的異常不成立。加上這5 個點距離廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震震中較遠，所以這5 個點的異常不能作為廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震前的異常。

表3 RTL 異常成立點的異常信息

表4 廣東省海外和陽江市5 個點RTL 的σ 值、RTL 最大值

圖5 廣東海外和陽江市5 個點截止到2018年5月31日RTL 曲線圖

3 結論

從利用RTL 算法對廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震震中及其附近區(qū)域的計算結果分析顯示，震前震中及其南北兩側共有8 個點存在RTL 異常。這8 個點的曲線均表現(xiàn)為初始上升，當曲線到達峰值后轉折下降，在曲線即將接近0 值線時發(fā)生廣西北流-廣東化州交界5.2 級地震，此次震中就位于RTL 異常區(qū)內。因此認為，RTL 方法可以作為本次地震前的一項異常指標。