遼寧地區(qū)固體潮調(diào)制比空間異常特征震例“回溯性”研究

邵媛媛，楊士超，王 巖，錢 蕊，毛佳寧

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

調(diào)制小震法是利用經(jīng)常作用于地殼的周期性固體潮對不均勻地殼（指介質(zhì)的不均勻和應(yīng)力集中程度的不均勻）的調(diào)制作用所誘發(fā)的小震活動圖像，探測地震活動帶或區(qū)內(nèi)地殼介質(zhì)強弱分布，尋找高應(yīng)力集中區(qū)，進行中強地震位置的預(yù)報[1-3]。固體潮主要是月亮對地球的引力作用所致，在固體潮期間發(fā)生的小震被稱為調(diào)制地震[1-2]，在固體潮期間發(fā)生的小震數(shù)占總地震數(shù)的比例增加，這種比例稱為小震調(diào)制比。一般認為，在臨近地震前，由于震源區(qū)及周圍應(yīng)力水平很高，此時固體潮對該地區(qū)的調(diào)制作用增強，從而小震調(diào)制比升高。該方法首先在1972年12月3日西吉5.5級地震回顧性試探研究中得到驗證[2]。此后多位研究人員分別采用中等調(diào)制地震，調(diào)制地震頻次，調(diào)制小震的非穩(wěn)態(tài)短期異常特征及震中附近地區(qū)的小震調(diào)制比時間序列相結(jié)合等方法進行強震預(yù)測研究[4-10]，結(jié)果表明，地震的調(diào)制特征對中強地震預(yù)報具有一定意義。在此基礎(chǔ)上，韓顏顏（2017）針對西北地區(qū)中強地震發(fā)生前固體潮特征研究給出了固體潮調(diào)制陰歷時段和小震調(diào)制比閾值[11]。

以往學(xué)者研究主要基于中國西部地區(qū)，并有較好的預(yù)報效能[4，11]，對于遼寧地區(qū)的小震調(diào)制比異常，一些學(xué)者也做了相關(guān)工作，谷光裕（1999）發(fā)現(xiàn)了海城7.3級地震和彰武4.8級地震前調(diào)制小震的圍空和成帶的特征，確定調(diào)制地震的空間分布再勾畫異常統(tǒng)計區(qū)[5]。本文將采取全區(qū)域的空間掃描進行調(diào)制比異常的篩選，并對遼寧及鄰區(qū)進行震例回溯分析，分析遼寧地區(qū)小震調(diào)制比的映震能力及時空演化特征。

1 震例與資料選取

選取1970年以來遼寧及鄰區(qū)（38°~44°N，119°~126°E）11個MS≥4.6震例（表1）。首先利用震級-序號法對1970年以來遼寧及鄰區(qū)地震目錄的最小完整性震級進行評估[12-13]，以ML1.0作為起算震級，受1975年海城MS7.3地震的影響，1970—1989年遼寧地區(qū)最小完整性震級較高，最小完整性震級為ML3.0；1990—2007地震目錄的最小完整性震級持續(xù)在ML1.5左右。2007年之后，由于數(shù)字測震臺網(wǎng)的改造，最小完整性震級發(fā)生了一系列的波動，但仍處于一個較低的水平（約為ML2.0），2012年后，該波動略有緩解。為后續(xù)震例回溯研究的統(tǒng)一性，本文對于1970年至1999年的震例分析的最小完整性震級定為ML3.0，2000年以后的地震目錄最小完整性震級定為ML2.0。調(diào)制陰歷時段選為初一和初二（朔），初七至初九（上弦）、十五至十七（望），甘二至甘五（下弦）共計12天[11]。在遼寧地在區(qū)域空間窗掃描計算中，設(shè)定空間圓形窗半徑為0.5°，空間步長經(jīng)緯度各為0.2°，空間窗內(nèi)統(tǒng)計地震個數(shù)不少于3個，震級下限設(shè)為最小完整性震級。時間窗長為1年，步長分別為3個月，6個月，1年。時間域分析小震調(diào)制比異常，異常閾值設(shè)為0.59。

2 震例回溯研究

選取表1震例分別掃描，計算震前1年、半年、3個月，窗長1年的調(diào)制比，分析震前區(qū)域調(diào)制比空間分布是否存有異常，及異常的時間演化特征，給出遼寧地區(qū)小震調(diào)制比異常的地震對應(yīng)率。

圖4 1980年1月8日朝鮮天摩山5.7級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.4 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before North Korea Tianmoshan M5.7 earthquake on January 8，1980

圖5 1982年2月14日朝鮮殷栗5.4級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.5 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before North Korea Unryul M5.4 earthquake on February 14，1982

圖6 1988年2月25日彰武4.8級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.6 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Zhangwu M4.8 earthquake on February 25，1988

圖7 1996年7月17日遼蒙交界4.6級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.7 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before M4.6 earthquake in the junction area between Liaoning and Inner Mongolia on July 17，1996

圖8 1999年11月29日岫巖5.4級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.8 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Xiuyan M5.4 earthquake on November 29，1999

圖9 2003年8月16日內(nèi)蒙巴林左旗5.9級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.9 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Bairin Left Banner M5.9 earthquake in Inner Mongolia on August 16，2003

圖10 2013年1月23日燈塔5.1級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.10 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Dengta M5.1 earthquake on January 23，2013

圖11 2013年4月22日科爾沁5.3級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.11 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Horqin M5.3 earthquake on April 22，2013

圖12 2016年5月22日朝陽4.6級地震前1年、6個月，3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.12 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Chaoyang M4.6 earthquake on May 22，2016

圖2 -12給出了表1中11個震例震前一年內(nèi)小震調(diào)制比的時空演化情況，可以發(fā)現(xiàn)遼蒙交界4.6級、岫巖5.4級、燈塔5.1級、朝陽4.6級這4次地震前一年在主震附近約150km的范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的小震調(diào)制比高值異常；異常區(qū)域的異常強度和空間大小的演化特點表現(xiàn)不一:其中遼蒙交界4.6級和燈塔5.1級的小震調(diào)制比異常在震前一年最明顯，震前6個月異常顯著程度減弱，異常區(qū)域大小有所收縮，至地震前3個月異常區(qū)域變得不明顯；岫巖5.4級在震前一年小震調(diào)制比異常值0.62左右，在震前6個月異常區(qū)域有所收縮，但異常程度增強，異常區(qū)域內(nèi)調(diào)制比最大值為1，一直到地震前3個月，調(diào)制比異常區(qū)域有繼續(xù)縮小的趨勢，而異常程度依然表現(xiàn)明顯；而朝陽4.6級地震，震前一年異常程度最顯著，至地震前6個月異常區(qū)域有所擴大，至地震前3個月，小震調(diào)制比異常程度依然比較顯著，但異常區(qū)域大小出現(xiàn)收縮，相對遼蒙交界4.6級和燈塔5.1級地震前3個月的調(diào)制比異常表現(xiàn)不一樣。從上述分析來看，遼寧地區(qū)震前的調(diào)制比異常通常出現(xiàn)在震前一年，而且異常顯著程度也最強，在震前的整個時空演化過程中，震前調(diào)制比異常的顯著程度和異常區(qū)域的變化有明顯的差異，但大部分隨時間的演化，調(diào)制異常顯著程度會減弱，異常區(qū)域范圍會有所收縮。其他7次震例中，雖然在研究范圍內(nèi)出現(xiàn)了小震調(diào)制比異常區(qū)域，但異常與主震相距太遠，難以確定是否為主震的前兆調(diào)制比異常。綜合分析認為小震調(diào)制比異常對遼寧中強地震的預(yù)測是有一定的指示意義。

圖2 1975年2月4日海城7.5級地震前1年、6個月、3個月前的小震調(diào)制比分布Fig.2 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Haicheng M7.5 earthquake on February 4，1975

3 遼寧地區(qū)當(dāng)前固體潮調(diào)制比空間掃描特征

前文的震例檢驗研究發(fā)現(xiàn)，固體潮調(diào)制比對遼寧地區(qū)MS≥4.6地震的發(fā)生有一定的指示意義。為此以一年窗長、步長1個月對2019年10月以來遼寧地區(qū)的固體潮調(diào)制比進行時空掃描計算（圖13），結(jié)果顯示遼蒙交界營口蓋州附近地區(qū)在2019年10月開始出現(xiàn)小震調(diào)制比異常，在后續(xù)的3個月內(nèi)異常幅值有增強、異常范圍擴大的跡象，2020年7月至2020年8月，高值異常顯著程度減弱；2020年10月后異常主要集中在遼蒙交界地區(qū)；按上述震例分析，遼蒙交界地區(qū)的異常在1975年海城7.3級、1996年7月17日遼蒙交界4.6級和2016年朝陽4.6級地震前出現(xiàn)過，這三次地震中有兩次是報準(zhǔn)震例。目前遼蒙交界再次出現(xiàn)異常，未來需繼續(xù)關(guān)注遼蒙交界及遼西地區(qū)是否有發(fā)生ML5.0地震的危險性。

圖1 1970—2019年遼寧地震目錄最小完整性震級評估（序號法）Fig.1 Catalogue completeness analysis for Liaoning from 1970 to 2019（serial number method）

圖13 遼寧地區(qū)2019年10月1日至2020年10月31日調(diào)制比時空演化Fig.13 The spatio-temporal evolution of earth tidal modulation ratio form October 1，2019 to October 31，2020 in Liaoning region

4 結(jié)論與討論

通過對遼寧及鄰區(qū)11個MS≥4.6級地震震例的調(diào)制比空間掃描計算分析，在以中國西部地區(qū)調(diào)制比異常閾值0.59為參考的情況下，固體潮調(diào)制比空間分布在遼寧地區(qū)中強地震前一年有出現(xiàn)明顯的異常。考慮到朝鮮天摩山5.7級和朝鮮殷栗5.4級發(fā)生在遼寧境外，地震目錄資料不完整，除去這兩次震例，計算小震調(diào)制比異常的地震對應(yīng)率為44.4%；從震例的分析結(jié)果來看，遼西地區(qū)的固體潮調(diào)制比異常特征表現(xiàn)相對明顯些，對該地區(qū)中強地震預(yù)測發(fā)生有一定的指示意義。針對當(dāng)前在遼蒙交界地區(qū)表現(xiàn)出的固體潮調(diào)制比異常，分析認為未來一年在遼西及遼蒙交界有發(fā)生MS≥4.6地震的可能。

潮汐力觸發(fā)地震的問題一直存有爭議，即使地震發(fā)生在調(diào)制時段內(nèi)，也不一定是由潮汐力觸發(fā)的，本文只針對現(xiàn)有的震例進行空間域內(nèi)在震前3個月，6個月，1年前窗長1年進行空間掃描。采用的調(diào)制比閾值為0.59，該閾值以全國地震資料為統(tǒng)計總樣本得出的結(jié)果，對于遼寧地區(qū)的適用性可能存在不足之處，但以此閾值對遼寧2016年5月22日朝陽4.6級地震前的小震調(diào)制比異常分析，有很好的前兆指示意義。為更好的應(yīng)用固體潮調(diào)制比異常在區(qū)域中強地震前的預(yù)測，下一步可以深入研究適用遼寧地區(qū)的固體潮調(diào)制比異常閾值，包括異常出現(xiàn)時段以及震前時空演化特征。

東北地區(qū)2021年第一季度M L≥3.0級地震目錄The earthquakes（M L≥3.0）catalogue of first quarter in northeastern area，2021.

致謝：感謝中國地震臺網(wǎng)中心預(yù)報部韓顏顏博士提供的調(diào)制比計算程序!