任雪梅 蔡新華 盛菊琴
寧夏回族自治區(qū)地震局,銀川市興慶區(qū)北京東路244號(hào) 750001
大量地震觀測(cè)資料表明,震群包含豐富的震兆信息,而這些信息有可能是地震預(yù)測(cè)中重要的中、短期地震前兆。20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)震群研究取得了較多的成果。不少研究表明,一些震群發(fā)生后,在短時(shí)間、近距離內(nèi)往往有中強(qiáng)以上地震發(fā)生,如姜秀娥等(1983)的研究表明,唐山大震前在震中區(qū)外圍形成震群活動(dòng)環(huán);宋治平等(2001)研究了華北地區(qū)1970年以來的震群活動(dòng)后認(rèn)為,震群活動(dòng)的遷移性與階段性對(duì)于強(qiáng)震的中期預(yù)測(cè)具有一定指導(dǎo)意義。但也有震群并不與中強(qiáng)地震對(duì)應(yīng),李興才等(1983)研究發(fā)現(xiàn),某些震群活動(dòng)的高潮滯后于大地震,并認(rèn)為附近的震群活動(dòng)是由大地震觸發(fā)的。此外,在判定前兆性、非前兆性震群指標(biāo)方面也有不少研究(陸遠(yuǎn)忠等,1984;朱傳鎮(zhèn)等,1989;王煒等,1987),這些研究指出,由于地殼結(jié)構(gòu)和斷裂分布的差異,不同地區(qū)的震群活動(dòng)具有不同的特征。因此,前震和前兆震群的分布與判斷方法也具有一定的區(qū)域性特征,區(qū)域的差異會(huì)給前震和前兆震群的判斷帶來某些失誤。
寧夏及鄰區(qū)位于我國強(qiáng)震頻繁的南北地震帶北段,區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,無論強(qiáng)震還是中、小地震的發(fā)生頻度都較高,震群發(fā)生的概率也相對(duì)較高。分析研究寧夏及鄰區(qū)的中、小地震震群,提出寧夏及鄰區(qū)前兆震群的區(qū)域判據(jù),對(duì)于減少后續(xù)中強(qiáng)以上地震判斷的失誤、為該區(qū)域中強(qiáng)以上地震的預(yù)測(cè)提供依據(jù)等具有一定的意義。本文系統(tǒng)研究了1970年以來寧夏及鄰區(qū)發(fā)生的35次震群活動(dòng),總結(jié)了寧夏及鄰區(qū)震群活動(dòng)的參數(shù)特征,探討了該地區(qū)震群活動(dòng)與中強(qiáng)以上地震的關(guān)系,分析檢驗(yàn)了判定前兆震群性質(zhì)的指標(biāo),以期對(duì)該地區(qū)的地震預(yù)測(cè)研究及地震應(yīng)急工作有所幫助。
從地質(zhì)構(gòu)造來看,寧夏及鄰區(qū)(35°00′~40°40′N,103°30′~107°40′E)以羅山-牛首山-三關(guān)口斷裂為界,北部屬華北塊體的西緣,南部屬青藏塊體的北東緣,北、南兩側(cè)的受力方式、巖石物理性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造條件等差異明顯。從地震活動(dòng)特征特別是現(xiàn)代弱震活動(dòng)特征與中強(qiáng)地震的關(guān)系來看,北、南兩部分差異顯著。寧夏北部及鄰區(qū)中強(qiáng)地震類型主要為前-主-余型,前震活動(dòng)比較明顯,震前區(qū)域地震活動(dòng)特征以增強(qiáng)為主。寧夏南部及鄰區(qū)中強(qiáng)地震類型主要為孤立型或前-主-余型,震前區(qū)域地震活動(dòng)特征以平靜為主,或局部地震活動(dòng)稍顯增強(qiáng)。而位于北、南交接部位的靈武-吳忠地區(qū)的地震活動(dòng)又具有一定的特殊性,不僅地震空間分布相當(dāng)密集,時(shí)間分布也呈顯著密集特征,即通常情況下地震很少發(fā)生,若發(fā)生就連續(xù)發(fā)生一系列地震,乃至發(fā)生余震豐富的5級(jí)地震序列??紤]到以上地震活動(dòng)特征和區(qū)域地震構(gòu)造的差異性,根據(jù)寧夏及鄰區(qū)中強(qiáng)以上地震類型的空間分布,將寧夏及鄰區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域:寧夏北部及鄰區(qū)(Ⅰ區(qū))、寧夏南部及鄰區(qū)(Ⅱ區(qū))和靈武-吳忠地區(qū)(Ⅲ區(qū))(圖1)。
圖1 1970年以來寧夏及鄰區(qū)震群5.0級(jí)以上地震空間分布
本研究中寧夏地震臺(tái)網(wǎng)弱震目錄來自寧夏區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)資料①寧夏回族自治區(qū)地震局匯編,1982,寧夏地震目錄,因1970年以來寧夏境內(nèi)地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力逐步提高,故本文研究時(shí)段從1970年開始。全國弱震目錄China2來自中國地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的全國弱震速報(bào)資料。
為了全面、系統(tǒng)研究寧夏及鄰區(qū)中、小地震序列及震群特征,給出震群震后趨勢(shì)判定指標(biāo),依據(jù)《地震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法程式指南》(國家地震局科技監(jiān)測(cè)司,1990)中關(guān)于震群的劃分標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)寧夏地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力,對(duì)原有震群的震級(jí)下限作了一些改動(dòng),編制程序統(tǒng)一對(duì)1970年以來寧夏及鄰區(qū)弱震目錄進(jìn)行震群搜索和參數(shù)計(jì)算。震群定義如下:
(1)震群地震的震級(jí)下限為0.6級(jí)(原定義為0.2級(jí));
(2)以滑動(dòng)計(jì)算的每個(gè)震群的平均震中(經(jīng)、緯度均值)為震群震中,其半徑20km范圍內(nèi)最大日頻次≥3、總頻次≥6;
(3)地震序列中最大地震震級(jí)為4.8,最大與次大地震震級(jí)差≤1.1;
(4)如果連續(xù)15天未記錄到0.6級(jí)以上地震,則表示序列活動(dòng)結(jié)束,以第1個(gè)地震發(fā)生日期為震群序列的起始日,以最后1個(gè)地震發(fā)生日期為該序列的終止日。
按照以上定義,刪除寧夏臺(tái)網(wǎng)弱震目錄中5級(jí)以上地震的余震,編制程序?qū)幭募班弲^(qū)進(jìn)行掃描,1970年1月~2009年6月在研究區(qū)共搜尋出震群21次;由于2009年以后寧夏弱震目錄只包括邊界外50km的弱震,因此2009年7月~2014年12月采用全國弱震目錄China2,這樣該時(shí)段在研究區(qū)共搜尋出震群14次(不包括甘肅平?jīng)?、華亭和白銀等地區(qū)的礦震)(圖 1)。
對(duì)獲得的35次震群序列,以每次震群的開始時(shí)間為震群的發(fā)生時(shí)間,震群的平均經(jīng)緯度為震群震中組成一個(gè)震群目錄,表1為寧夏及鄰區(qū)震群活動(dòng)及參數(shù)一覽表。震群空間分布見圖1。
由圖1、表1可見,寧夏及鄰區(qū)的震群活動(dòng)有如下特點(diǎn):
(1)寧夏及鄰區(qū)震群主要分布于內(nèi)蒙古阿拉善左旗東北部的烏海附近,寧夏靈武-同心一帶、海原-固原一帶以及內(nèi)蒙古阿拉善左旗中西部等區(qū)域,中、小震群的這種空間分布也說明上述區(qū)域是寧夏及鄰區(qū)的地震活動(dòng)較強(qiáng)區(qū)域。研究區(qū)最北震群為1976年4月27日~5月13日內(nèi)蒙古巴音木仁4.2級(jí)震群,最南震群為固原地區(qū)的震群。
(2)1970年以來寧夏及鄰區(qū)震級(jí)最大的震群為1984年10月25日~11月21日吳忠4.3級(jí)震群和2010年6月22日~7月8日永寧4.3級(jí)震群,最小的為2011年1月20日環(huán)縣1.0級(jí)震群。震群最大震級(jí)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。
由表2可以看出,研究區(qū)震群活動(dòng)的最大震級(jí)在1.0~1.9、2.0~2.9和3.0~3.9這3個(gè)震級(jí)檔的百分比相差不太大,為26%~37%。但3個(gè)分區(qū)的情況卻相差很大,Ⅰ區(qū)統(tǒng)計(jì)的9個(gè)0.6級(jí)以上震群中有8個(gè)最大震級(jí)都在3.0級(jí)地震以上,占89%,可見該區(qū)域震群的最大震級(jí)偏大;Ⅱ區(qū)震群的最大震級(jí)主要分布在1.0~2.9之間,此類震群占該區(qū)域總數(shù)的93%,可以看出該區(qū)域震群的最大震級(jí)與Ⅰ區(qū)相比明顯偏??;Ⅲ區(qū)震群最大震級(jí)主要分布在3.0~3.9之間,與Ⅰ、Ⅱ的情況相似。
表1 寧夏及鄰區(qū)震群活動(dòng)及參數(shù)一覽表
表2 寧夏及鄰區(qū)震群的最大震級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果
(3)序列中地震頻次在20以下的震群居多,其中,Ⅰ區(qū)8次,占該區(qū)域震群總數(shù)的89%;Ⅱ區(qū)10次,占71%;Ⅲ區(qū)10次,占83%。地震頻次最多的震群為2012年3月13日~9月6日甘肅景泰1.6級(jí)震群和1976年4月16~25日內(nèi)蒙古巴音木仁3.8級(jí)震群。
(4)Ⅰ區(qū)震群活動(dòng)時(shí)間持續(xù)1~15天的5次,占該區(qū)域震群總數(shù)的56%,16~30天的4次,占44%;Ⅱ區(qū)震群活動(dòng)時(shí)間持續(xù)1~15天的6次,占43%,16~80天的7次,占50%;Ⅲ區(qū)震群活動(dòng)時(shí)間持續(xù)1~15天的7次,占58%,16~30天的3次,占25%??梢钥闯?,Ⅱ區(qū)震群持續(xù)時(shí)間比其它2個(gè)區(qū)域的要長(zhǎng),持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是2012年3月13日~9月6日甘肅景泰1.6級(jí)震群,該震群最大震級(jí)僅為1.6,但頻次為74。
總之,震群序列中地震頻次、震群持續(xù)時(shí)間與震群的最大震級(jí)之間沒有明確的線性關(guān)系;不同地區(qū)的震群活動(dòng)具有其自身特征,寧夏北部及鄰區(qū)和靈武吳忠地區(qū)震群的最大震級(jí)偏大,頻次較少,持續(xù)時(shí)間在1個(gè)月以內(nèi);寧夏南部及鄰區(qū)震群的最大震級(jí)偏小,頻次較少,持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)??梢钥闯?,寧夏北部及鄰區(qū)和靈武吳忠地區(qū)同屬于銀川-河套地震帶,震群特征相似,但靈武吳忠地區(qū)區(qū)域范圍小,震群活動(dòng)頻繁,故震群分布密度較大,不像其它2個(gè)區(qū)域的震群分布較分散,這也是單獨(dú)分區(qū)研究該區(qū)域震群特征的原因。
《地震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法程式指南》(國家地震局科技監(jiān)測(cè)司,1990)將小震群發(fā)生后1~2年內(nèi),周圍500km范圍內(nèi)發(fā)生的5級(jí)以上中強(qiáng)地震視為對(duì)應(yīng)地震。為了更好地反映寧夏及鄰區(qū)小震群的映震效果,本文將小震群發(fā)生后1年內(nèi)、300km范圍內(nèi)發(fā)生的5級(jí)以上中強(qiáng)地震視為對(duì)應(yīng)地震。為了對(duì)比二者的實(shí)際映震效果,分別按照以上的時(shí)空范圍統(tǒng)計(jì)了實(shí)際映震情況。按照《地震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法程式指南》(國家地震局科技監(jiān)測(cè)司,1990)的時(shí)空范圍,研究區(qū)35次震群中有23次對(duì)應(yīng)了地震,占66%;如果按照本文規(guī)定的時(shí)空范圍,則有8次對(duì)應(yīng)了地震,占23%。但考慮到有些對(duì)應(yīng)地震的空間距離較遠(yuǎn),其物理意義值得懷疑,綜合兩方面因素后,最終規(guī)定小震群發(fā)生后1.5年內(nèi)、周圍300km范圍內(nèi)發(fā)生的5級(jí)以上中強(qiáng)地震視為對(duì)應(yīng)地震。據(jù)此,研究區(qū)35次震群中有10次對(duì)應(yīng)了地震,占29%(表3)。
從表3可以看出:
(1)寧夏南部及鄰區(qū)的小震群與中強(qiáng)以上地震間的關(guān)系不大,1970年以來發(fā)生的14次小震群,僅有3次對(duì)應(yīng)了甘東南5級(jí)以上地震;寧夏北部及鄰區(qū)的9次小震群,有3次對(duì)應(yīng)了5級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為33%;靈武吳忠地區(qū)的12次小震群,有4次對(duì)應(yīng)了5級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為33%。
表3 寧夏及鄰區(qū)震群類型及其與中強(qiáng)地震關(guān)系統(tǒng)計(jì)結(jié)果
(2)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),1970年以來寧夏及鄰區(qū)最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群有18次,其中8次對(duì)應(yīng)了5.0級(jí)以上地震,因此建議今后在寧夏及鄰區(qū)利用震群預(yù)測(cè)5.0級(jí)以上地震時(shí),應(yīng)統(tǒng)計(jì)最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群的映震效果。
(3)1976年4月16~25日巴音木仁3.8級(jí)震群最顯著的特征是平均日頻次為7.8,在35次震群中日頻次最多,因此當(dāng)寧夏北部及鄰區(qū)再次出現(xiàn)類似的震群時(shí),應(yīng)注意該區(qū)域發(fā)生6級(jí)以上地震的可能;1970年以來靈武吳忠地區(qū)最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群有7次,其中4次對(duì)應(yīng)了5級(jí)以上地震,其映震效果在這3個(gè)地區(qū)中最好。
(4)靈武吳忠地區(qū)的震群映震效果較好,這與該地區(qū)的地震地質(zhì)條件有關(guān)。該地區(qū)位于銀川盆地南段,處于SN向斷裂與NW向斷裂的交匯部位,發(fā)震斷層由北向南分別為銀川隱伏斷裂、黃河斷裂、牛首山斷裂。該地區(qū)的地震活動(dòng)特征具有一定的特殊性,地震空間分布相當(dāng)密集,時(shí)間分布也呈顯著的密集特征。由于該地區(qū)的地震地質(zhì)條件和地震活動(dòng)具有特殊性,因此震群活動(dòng)映震效果比其它2個(gè)地區(qū)好。
(5)2009年4月開始,寧夏及鄰區(qū)的小震群活動(dòng)明顯活躍,至2012年9月8日,共有14次小震群發(fā)生,3年5個(gè)月內(nèi)的震群數(shù)量?jī)H比1970年以來43年間的20次小震群數(shù)量少6次,且寧夏南部及鄰區(qū)發(fā)生的小震群為8次,是其它2個(gè)區(qū)域的2倍,小震群開始活躍的時(shí)間也比其它2個(gè)區(qū)域早。分析認(rèn)為這是由于寧夏南部及鄰區(qū)與汶川8.0級(jí)地震震中的距離較其它2個(gè)區(qū)域近,因此受其影響也較大;2008年汶川8.0級(jí)地震后,寧夏由南向北3~4級(jí)地震活動(dòng)都出現(xiàn)了增強(qiáng),而小震群活動(dòng)增強(qiáng)的起始時(shí)間遲于3~4級(jí)地震活動(dòng),即從2009年1月初開始至2012年9月底結(jié)束,因此認(rèn)為2009~2012年寧夏及鄰區(qū)的小震群活動(dòng)可能受到了汶川8.0級(jí)地震的觸發(fā)。
6)寧夏南部及鄰區(qū)最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群有3次,其中僅有1次對(duì)應(yīng)了甘東南5.0級(jí)以上地震,這與該區(qū)域5級(jí)地震前弱震活動(dòng)出現(xiàn)中短期平靜現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)(任雪梅等,2006),因此利用震群來預(yù)測(cè)該地區(qū)5.0級(jí)以上地震是不可取的。
在震群研究中,一般先要判定其震群性質(zhì),即通過參數(shù)計(jì)算判斷出前兆震群或非前兆震群。《測(cè)震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法》(國家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司,1997)給出了判定前兆震群的指標(biāo),其中規(guī)定判定前兆震群的單項(xiàng)指標(biāo)為U>0.5、K>0.7、ρ<0.55、b>0.65、h<1.0中的任一個(gè),且認(rèn)為利用多項(xiàng)指標(biāo)判定前兆震群的效果要優(yōu)于單項(xiàng)指標(biāo)。綜合判定前兆震群的指標(biāo)有U-K、U-ρ、K-ρ和U-K-ρ等組合,本文將其中K值指標(biāo)調(diào)整為K>0.65,比文獻(xiàn)中的略小。綜合判定前兆震群的標(biāo)準(zhǔn)如下:
(1)U-K組合:當(dāng)U>0.5、K>0.65時(shí),則認(rèn)為是U-K型前兆震群;
(2)U-ρ組合:當(dāng)U>0.5、ρ<0.55時(shí),則認(rèn)為是U-ρ型前兆震群;
(3)K-ρ組合:當(dāng)K>0.65、ρ<0.55時(shí),則認(rèn)為是K-ρ型前兆震群;
(4)U-K-ρ組合:當(dāng)U>0.5、K>0.65、ρ<0.55時(shí),則認(rèn)為是U-K-ρ型前兆震群。
(5)目前所用的Mapsis軟件的前兆震群識(shí)別中增加了F值參數(shù)指標(biāo)。本研究利用該軟件對(duì)6個(gè)震群參數(shù)(U、F、K、ρ、h、b)進(jìn)行計(jì)算,除以上4種組合外,本研究還采用全組合,即6項(xiàng)指標(biāo)U>0.5、K>0.65、ρ<0.55、h<1.0、F>0.70、b>0.65中,滿足其中的任意 3項(xiàng)者,即認(rèn)為是前兆震群。
采用以上5種組合分別判定震群的類型,并對(duì)其后中強(qiáng)地震進(jìn)行對(duì)應(yīng)檢驗(yàn),探討研究區(qū)震群類型與中強(qiáng)震間的關(guān)系,尋找適合研究區(qū)震群類型判別的較好指標(biāo)。如果震群發(fā)生后判定為前兆震群,且其后發(fā)生了地震并符合本文給出的對(duì)應(yīng)地震的判定標(biāo)準(zhǔn),則認(rèn)為檢驗(yàn)是正確的;否則就是錯(cuò)誤的。相反,如果震群發(fā)生后判定為非前兆震群,且其后沒有對(duì)應(yīng)地震,則認(rèn)為檢驗(yàn)是正確的,否則就是錯(cuò)誤的。
由表 3可見,利用U-K組合檢驗(yàn)正確的 14次(14/35),占 40%;U-ρ組合 12次(12/19),占 63%;K-ρ組合 10次(10/19),占 53%;U-K-ρ組合 10次(10/19),占 53%;如果采用6個(gè)指標(biāo)的全組合判定,檢驗(yàn)正確的17次(17/35),占49%。如果僅考慮最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群,利用U-K組合,其后檢驗(yàn)正確的 9次(9/18),占 50%;U-ρ組合 5次(5/11),占 45%;K-ρ組合 3次(3/11),占 27%;U-K-ρ組合 3次(3/11),占 27%;如果采用 6個(gè)指標(biāo)的全組合判定,其后檢驗(yàn)正確的 13次(13/18),占 72%。
由此可見,研究區(qū)判定前兆、非前兆震群采用U-ρ、K-ρ、U-K-ρ等組合或全組合效果相對(duì)較好,檢驗(yàn)正確的約占50%,這可為今后震群發(fā)生后的趨勢(shì)判定提供參考。如果僅考慮最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群,則判定前兆、非前兆震群時(shí)采用全組合的效果相對(duì)較好。
但總體而言,通過前兆震群類型的判別判斷后續(xù)是否有中強(qiáng)以上地震,在寧夏及鄰區(qū)的效果并不十分理想,需要綜合其它方法和手段進(jìn)行判定。
本文系統(tǒng)研究了收集到的35次震群活動(dòng)資料,分析了寧夏及鄰區(qū)震群活動(dòng)的參數(shù)特征,探討了該地區(qū)震群活動(dòng)與中強(qiáng)以上地震間的關(guān)系,分析檢驗(yàn)了前兆震群類型的判定指標(biāo),得到以下結(jié)論:
(1)寧夏及鄰區(qū)震群序列中地震頻次和震群持續(xù)時(shí)間與震群的最大震級(jí)之間沒有明確的線性關(guān)系。不同地區(qū)震群活動(dòng)具有其自身特征,寧夏北部及鄰區(qū)和靈武吳忠地區(qū)震群的最大震級(jí)偏大,頻次較少,持續(xù)時(shí)間在1個(gè)月以內(nèi);寧夏南部及鄰區(qū)震群的最大震級(jí)偏小,頻次較少,持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
(2)寧夏南部及鄰區(qū)的小震群與中強(qiáng)以上地震間的關(guān)系不大,僅有3次對(duì)應(yīng)了甘東南5級(jí)以上地震,這與該區(qū)域5級(jí)地震前弱震活動(dòng)出現(xiàn)中短期平靜現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)(任雪梅等,2006);寧夏北部及鄰區(qū)1970年以來的9次小震群,有3次對(duì)應(yīng)了5級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為33%;靈武-吳忠地區(qū)的12次小震群,有4次對(duì)應(yīng)了5級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為33%。
(3)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),1970年以來寧夏及鄰區(qū)最大震級(jí)2.7級(jí)以上的震群有18次,其中8次對(duì)應(yīng)了5.0級(jí)以上地震。因此,今后利用震群預(yù)測(cè)寧夏及鄰區(qū)5.0級(jí)以上地震時(shí),應(yīng)統(tǒng)計(jì)最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群的映震效果;靈武-吳忠地區(qū)利用震群預(yù)測(cè)5.0級(jí)以上地震的效果最好,但不建議利用震群預(yù)測(cè)寧夏南部及鄰區(qū)5.0級(jí)以上地震。
(4)研究區(qū)判定前兆、非前兆震群采用U-ρ、K-ρ、U-K-ρ等組合或全組合效果相對(duì)較好,如果僅考慮最大震級(jí)為2.7級(jí)以上的震群,則判定前兆、非前兆震群時(shí)采用全組合的效果相對(duì)較好。
寧夏及鄰區(qū)中的靈武吳忠地區(qū)的震群映震效果較好,其他地區(qū)的震群映震效果較差,因此判定一個(gè)區(qū)域發(fā)生震群后續(xù)是否有中強(qiáng)以上地震,效果并不十分理想,需要參考其它方法和手段綜合判定。