新疆南天山地區(qū)震群前兆性分析①

鄧明文， 宋春燕

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)地震局庫爾勒地震臺, 新疆 庫爾勒 841200； 2. 新疆維吾爾自治區(qū)地震局,新疆 烏魯木齊 830011)

震群活動是地殼運動增強的客觀反映，當大范圍構造應力出現(xiàn)增強時，首先會在介質薄弱的部位發(fā)生顯著地震或以震群活動的方式表現(xiàn)出來[1]。小震群活動的出現(xiàn)不是偶然的，它們大多發(fā)生在地殼運動增強的背景之上[2]。早在1977年，Evison[3]認為大震前幾年，在未來大震震中區(qū)周圍幾百千米范圍里所發(fā)生的小震群活動可能與大震的孕育有關，故稱之為“前兆震群”。自1966年邢臺地震以來，科研人員一直致力于震群活動及其在預測預報中的作用，并積累了有益的成果。大量研究表明有些大地震前常常在本區(qū)或鄰區(qū)先發(fā)生一系列在時空上比較集中的中小地震活動，如1966年邢臺[4]、1975年海城[5]等地震前，在震中或其附近就出現(xiàn)過此類似震群活動；姜秀娥[6]的研究表明，唐山大震前在震中區(qū)外圍形成震群活動環(huán)。因此，在判定前兆性、非前兆震群指標方面也有不少研究[7-8]。許多研究也提出，前兆震群的分布與判斷方法具有一定的區(qū)域性，區(qū)域的差異會給前震和前兆震群的判斷帶來一定的失誤，由于地殼結構和斷裂分布的差異，不同地區(qū)的震群活動具有不同特征。

目前，有關區(qū)域內(nèi)的多個震群與該區(qū)域中強地震之間的關系并將它運用到大地震預報的研究，已取得了較多的成果。主要研究方向有以下3個方面：① 對震群序列的地震學參數(shù)特征和性質(前兆震群和非前兆震群)分析[9]；② 結合震群序列和地質構造的時空分布關系，尋求震群與中強地震的關系；③ 從研究震群序列的地震學特征(振幅比、記錄波形、震源參數(shù)等)來探討研究區(qū)發(fā)生中強地震的可能[10]。

2017年6月以來新疆南天山地區(qū)震群活躍，空間上主要集中在烏恰—伽師地區(qū)和庫車—拜城地區(qū)，共計17次小震群，震群活動期間集中區(qū)及附近發(fā)生5次中強地震，分別為2017年9月16日庫車MS5.7地震、2018年9月4日伽師MS5.5地震、2018年11月4日阿圖什MS5.1地震、2018年12月20日阿克陶MS5.2地震和2019年1月12日疏附MS5.1地震。這2個地區(qū)的震群活動對預報中強地震的發(fā)生是否有預測意義？本文中總結2017年6月～2019年2月17次震群序列的地震學參數(shù)特征，采用能量釋放均勻度(U值)、時間叢集程度(ρ值)、能量分布均勻度(k值)等指標對這些震群序列進行判別，確定其是否為前兆震群。分析震群與中強地震在時空上的對應關系，找尋南天山地區(qū)判別震群性質方法，為識別南天山震群活動提供科學依據(jù)，對南天山地區(qū)的中強地震的預測可提供參考。

1 研究方法及資料選取

1.1 研究方法和震群選取標準

主要依據(jù)《地震學預報方法程式指南》[11]及《基于GIS地震預報分析系統(tǒng)》[12]的方法與軟件，對新疆測震臺網(wǎng)測定的17個震群序列進行系統(tǒng)的處理、計算、分析。

根據(jù)文獻和研究區(qū)的需要，參照陸遠忠[12]的定義，結合南天山震群活動特征，對南天山地區(qū)的震群有如下的定義：(1) 單個震群在20 km范圍內(nèi)的，且滿足最大日頻次≥3 次，地震總個數(shù)≥6個；對于個別呈帶狀集中分布的震群進行整理、計算。(2) 震群序列中最大震級ML≤5.2， 最大與次級大地震震級差ΔML≤1.1，且滿足單個地震震級ML≥1.0。(3) 震群序列開始前和結束后連續(xù)7天記錄到ML≥1.0地震次數(shù)不超過3次，則以序列第一個地震所在日為起始時間，以序列最后一個地震所在日為結束時間。

該定義對震群范圍和震群序列前后起止時間做了重新定義，提高震群參數(shù)的可信度。

1.2 選取震群

隨著新疆數(shù)字測震臺網(wǎng)的發(fā)展，依據(jù)新疆臺網(wǎng)地震觀測報告，2017年以來新疆南天山地區(qū)地震監(jiān)測能力明顯提高，震級下限為ML1.0。根據(jù)震群的定義，判定2017年6月～2019年2月南天山地區(qū)共發(fā)生的17次小震群活動。2017年6月以來南天山地區(qū)的小震群活動空間分布如圖1所示。

1.3 震群數(shù)據(jù)統(tǒng)計

據(jù)新疆測震臺網(wǎng)測定，烏恰—伽師地區(qū)共發(fā)生9次小震群活動(表1)，庫車—拜城地區(qū)共發(fā)生8次小震群活動(表2)。

表1 烏恰—伽師地區(qū)震群序列特征表

表2 庫車—拜城地區(qū)震群序列特征表

2 震群序列參數(shù)和震群類型探討

2.1 前兆震群識別和檢驗

20世紀80年代以來國內(nèi)許多學者依據(jù)傳統(tǒng)參數(shù)方面研究震群與中強地震的關系，用單個震群的參數(shù)特征值來預測未來中強地震的發(fā)生，并給出應用震群預測中強地震的震群參數(shù)指標。一般來認為，判定前兆震群單項指標規(guī)定為：U>0.5，K>0.7，ρ<0.55，b>0.65，h<1.0。凡滿足其中一項，即判斷該震群為前兆震群[13]。利用多項指標判定前兆震群的效果一般要優(yōu)于單項指標，并結合烏恰—伽師地區(qū)ρ型前兆震群有較好的對應，綜合判定前兆震群指標類型有單ρ值、U-K組合、U-ρ組合、K-ρ組合這4類組合。若滿足其中一種，則判定為相應類型前兆震群；若同時滿足U-K組合、U-ρ組合、K-ρ組合這3類，則判定為U-K-ρ型前兆震群，并稱其為典型的前兆震群[14-16]。

2.2 前兆震群類型及分析

本文中統(tǒng)計烏恰—伽師地區(qū)(表3)和庫車—拜城地區(qū)(表4)出現(xiàn)的17次震群序列，以單次震群中最大震級地震震中位置作為該序列的名稱，利用MAPSIS軟件進行參數(shù)計算。

表3 烏恰—伽師地區(qū)震群序列參數(shù)特征表

表4 新疆南天山庫車—拜城地區(qū)震群序列參數(shù)特征表

南天山西段的烏恰—伽師地區(qū)位于西昆侖造山帶、南天山造山帶和塔里木地塊的交匯處，區(qū)內(nèi)有庫孜貢斷裂、托特拱拜孜—阿爾帕雷克斷裂、喀什山前凹陷等構造。2018年9月至2019年1月，在烏恰—伽師地區(qū)共發(fā)生了4次5級以上的中強地震，具有間隔時間短，震中位置集中的特點?！兜卣饘W分析預報方法程式指南》[11]將小震群發(fā)生后1～2年內(nèi)，周圍500 km范圍內(nèi)發(fā)生的5級以上中強地震視為對應地震，系統(tǒng)統(tǒng)計2017～2019年烏恰—伽師地區(qū)的9次小震群活動，利用震群序列參數(shù)綜合判定,屬于前兆震群占比為67%，主要為ρ型前兆震群、U-ρ型前兆震群和U-K-ρ型前兆震群。2017年6月以來該地區(qū)的震群活動水平有所提高，上述的6個前兆震群形成一個區(qū)域小震群組，與后期4次5級中強地震發(fā)生有一定聯(lián)系，主要依據(jù)：① 空間上震群序列對應中強地震的范圍為500 km，4次中強地震均發(fā)生在6個前兆震群對應范圍內(nèi)，結果顯示非一一對應的關系，而是一次中強地震對應多個前兆震群。② 震群活動和中強地震在該地區(qū)的較集中出現(xiàn)，表明近期該地區(qū)的地震活動性有所增強。③ 前兆震群組起止時間為2017年6月～2018年10月，中強地震起止時間為2018年9月～2019年1月，兩者在時間上符合對應關系。

2017年6月～2019年2月庫車—拜城地區(qū)出現(xiàn)較為集中的震群活動，震群主要位于南天山中段，該地區(qū)分布著北輪臺斷裂、哈爾克山斷裂、克孜爾斷裂等。系統(tǒng)統(tǒng)計庫車—拜城地區(qū)的8次小震群活動，利用震群序列參數(shù)綜合判定[17], 該地區(qū)以非前兆震群為主，屬于前兆震群有2次，占0.28 %，為U-ρ型前兆震群和ρ型前兆震群。

此外，2017年7月19日拜城地震序列和2017年9月16日庫車MS5.7地震同處于北輪臺斷裂，相距65 km，時間相差60 d，震群屬于U-ρ型前兆震群，結果表明該前兆震群對應此次中強地震。

3 結 語

新疆地震頻繁，特別是小震更為活躍，通過以往震群活動研究表明，新疆地區(qū)單組小震群活動與后續(xù)中強以上地震的相關性不突出，但成組小震群活動時，與中強地震具有明顯的對應關系。(1) 烏恰—伽師地區(qū)的9次震群，前兆震群占67%，主要為U-K-ρ型前兆震群和U-ρ型前兆震群。該地區(qū)的前兆震群組與之后4次中強地震在空間分布、時間順序、地質構造方面具有良好的對應關系。從地震對應范圍和時間順序來看，該地區(qū)震群活動與后續(xù)中強地震之間并不是一一對應的關系，前兆震群中對應4次中強地震占67%，對應1次中強地震的占17%。(2) 庫車—拜城地區(qū)的8次震群，主要以非前兆為主，前兆震群占28%。(3) 研究區(qū)內(nèi)前兆震群判別較好的類型為U-ρ型和U-K-ρ型，利用ρ值作為主要判別值正確率高。僅僅通過檢驗前兆震群來預測中強地震存在許多不足，應結合本地區(qū)多方面的異常資料綜合分析。