2021年3月24日拜城 MS5.4地震前拜城地震窗異常分析①

張琳琳, 聶曉紅

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

地震窗做為測震學(xué)異常分析的一種方法，新疆維吾爾自治區(qū)地震局在天山地區(qū)篩選出20多個地震窗進行分析研究，該方法已運用到日常震情分析和研判中。地震發(fā)生頻次較高、集中活動的區(qū)域有可能會形成窗口效應(yīng)，地震窗被稱為震兆感應(yīng)點或是窗口，主要是以微小地震活動形式較為敏感的反應(yīng)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的變化[1-2]。由于地震窗可以較好反映區(qū)域與震源區(qū)應(yīng)力場之間的相互變化，因此該方法研究越來越受到地震預(yù)測分析人員的重視[3]。前人對地震窗可能存在的物理意義、預(yù)測的可靠性等已經(jīng)展開了一系列較為系統(tǒng)的分析和研究[4-5]。

國內(nèi)外的一些學(xué)者針對不同研究區(qū)進行相關(guān)地震窗的研究，取得了一定的預(yù)報效能，其后對地震窗的開窗標(biāo)準(zhǔn)和窗口內(nèi)應(yīng)力水平特征等開展了一系列的研究[6-9]。地震窗內(nèi)顯著地震的發(fā)生或是小震頻次明顯增多等均可以成為開窗指標(biāo)，分析地震窗口內(nèi)小地震在研究區(qū)內(nèi)中強地震前后應(yīng)力狀態(tài)存在明顯差異。

新疆地震局也相繼開展了地震窗的相關(guān)研究，主要是基于天山地區(qū)單臺或綜合定位數(shù)字化地震資料進行分析研究，通過小震集中活動引起的區(qū)域應(yīng)力變化來探尋源場位置，從而達到“以場追源”的目的。目前，地震窗作為測震學(xué)分析研究的一種方法已經(jīng)運用到日常震情跟蹤和中強地震趨勢研判中[10-13]。張琳琳等采用新疆烏恰單臺數(shù)據(jù)進行烏恰窗的構(gòu)建和分析，最后得出烏恰地震窗的異常特征以及其與研究區(qū)內(nèi)中強地震的對應(yīng)關(guān)系[14-15]。張琳琳等對2017年精河MS6.6、庫車MS5.7地震前“庫米什地震窗”異常特征進行分析，分析認(rèn)為庫米什地震窗與天山中段中強地震映震關(guān)系較好[16-17]。

1 拜城地震窗地質(zhì)背景

拜城地震窗位于南天山東段，是以拜城臺為中心，其89 km范圍的附近區(qū)域，窗口內(nèi)部斷裂主要為庫木格熱木斷裂和秋里塔格斷裂，其中庫木格熱木斷裂為逆沖型，斷層走向為63°，傾向為153°，傾角為50°～80°。該斷裂為邁丹斷裂的組成部分，秋里塔格斷裂是位于天山南麓庫車坳陷，該斷裂為左旋逆沖型，斷層走向70°～90°，傾向為S，傾角為10°～80°[18]。拜城地震窗位于新構(gòu)造運動異常強烈區(qū)域，內(nèi)部發(fā)育有多條逆斷裂—背斜帶，多數(shù)斷層傾角較陡，局部地段發(fā)生倒轉(zhuǎn)，深層的斷坡構(gòu)造時孕震的主要場所，一些斷層上有古地震破裂形跡[19]。

1900年以來，拜城地震窗100 km范圍內(nèi)共發(fā)生MS≥5.0地震13次，其中MS5.0～5.9共11次，MS6.0～6.9共1次，MS7.0～7.9共1次，即1906年3月2日庫車MS7.3地震(圖1)。該地區(qū)歷史地震活動以MS5.0～5.9為主，歷史活動水平較強。

圖1 拜城地震窗口位置和歷史地震活動分布

2 研究數(shù)據(jù)與方法

拜城地震窗選取方法依據(jù)窗口內(nèi)頻度異常變化，主要是針對拜城地震窗口內(nèi)微小地震的月頻次的變化進行分析研究[14,20]，通過歷史震例回溯獲得拜城地震窗的開窗指標(biāo)，即拜城地震窗小震月頻次閾值大小的設(shè)定。系統(tǒng)分析拜城地震窗異常與其后中強以上地震的對應(yīng)關(guān)系。

3 異常特征及其預(yù)報判據(jù)指標(biāo)

3.1 異常判定

通過對拜城地震窗內(nèi)月頻次、最大震級、應(yīng)變能等參數(shù)進行提取，從中選擇較好的開窗指標(biāo)，分析認(rèn)為，小震月頻次變化能很好體現(xiàn)出拜城窗窗口異常特征。因此，基于拜城窗2008年1月至2021年3月窗口內(nèi)小震月頻次的變化及其與附近中強以上地震對應(yīng)關(guān)系的分析，從圖2中可以看出，多數(shù)情況下，窗口內(nèi)小震活動水平較低，其值在31次/月以下的范圍內(nèi)波動變化，但是其中有9個時段月頻度呈現(xiàn)出大于70次/月的異常高值，其中2021年1～3月連續(xù)3個高值時段為一組異常，而其后6個月內(nèi)有3次MS≥5.0中強地震與之對應(yīng)。異常對應(yīng)率為50%。這3次中強地震均發(fā)生在天山中段，窗口內(nèi)小震月頻次異常變化特征與中強地震的映震關(guān)系見表1。根據(jù)歷史震例分析結(jié)果，為了更好的突出異常對應(yīng)率，將窗口內(nèi)小震月頻次70次/月作為其經(jīng)驗性閾值線，若小震月頻次≥70則視為異常，也是研究區(qū)域內(nèi)MS≥5.0地震發(fā)生的震兆異常判定依據(jù)之一[14]。

圖2 拜城地震窗微小地震月頻次與強震的對應(yīng)關(guān)系(MS≥5.0)

表1 拜城地震窗微小地震月頻次異常與地震的對應(yīng)關(guān)系(MS≥5.0)

3.2 異常的時間特征與短期發(fā)震時間判定

分析表1中的小震月頻次異常時間T1(月)與其后對應(yīng)的中強以上地震發(fā)生時間T2(月)之差ΔT(月)可見，各個震例的ΔT不盡相同，但其值多數(shù)為異常過程中發(fā)震。異常時間為單月小震頻次異常，2008年2月拜城地震窗小震月頻次達74，2018年10月其頻次為70，而2021年1～3月拜城窗小震月頻次分別為110、102和72次。3組震例(2021年1～3月地震窗3次異常對應(yīng)1次地震發(fā)生)當(dāng)中，異常超前時間(ΔT)最長(6個月)的是發(fā)生在2008年8月30日和靜MS5.6地震之前，此次地震與拜城窗相距210 km；其余2次異常結(jié)束后直接發(fā)生MS≥5.0地震。對應(yīng)中強地震與拜城地震窗震中距范圍為45～267 km。從表1中可以看出，異常持續(xù)時間和異常幅度的大小與其后對應(yīng)的地震震級無直接相關(guān)性。

3.3 異常形態(tài)

根據(jù)前人研究獲得的“多點場”理論[21]，當(dāng)局部應(yīng)力增強時，在斷裂的閉鎖區(qū)或頂部引起應(yīng)力集中，因此，形成多個應(yīng)力的聚集點，而其中有的應(yīng)力集中點則發(fā)展成未來的震源位置，并以失穩(wěn)斷錯的方式造成大震的發(fā)生，而另外其他一些集中點則通過地震窗等形式出現(xiàn)[22]，由于受到特殊地下介質(zhì)和構(gòu)造背景的影響，在中強地震之前一般會出現(xiàn)小震增多的現(xiàn)象，窗口內(nèi)微小地震頻次的增多是反應(yīng)應(yīng)力場增強的特征之一，同時也是中強地震震前的短臨震兆[17,23]。

由圖2可見，拜城窗內(nèi)微小地震月頻次異常的形態(tài)一般表現(xiàn)為高值—發(fā)震。3組震例當(dāng)中有2次屬于該情況，其余1次為高值異常—恢復(fù)—發(fā)震，窗口內(nèi)中強地震多數(shù)為直接打破地震。高值異常一般表現(xiàn)為單點高值的形式。異常對應(yīng)中強地震強度以MS5.0～5.9為主。

3.4 對應(yīng)地震的空間分布

拜城窗的地理位置及其所對應(yīng)的3組中強地震震中空間分布(圖3)，2009年11月、2010年6月和2010年9月拜城地震窗出現(xiàn)異常，但其后均無MS≥5.0地震發(fā)生，從圖3和表1可見，3組中強地震與拜城窗的距離為45～267 km，其地震震中位置主要分布在天山中段及窗口鄰近區(qū)域，因此，天山中段以及地震窗口區(qū)域為地震窗出現(xiàn)異常之后所要預(yù)測地震的地點范圍[14]。

圖3 拜城地震窗異常與MS≥5.0地震對應(yīng)的區(qū)域范圍

4 結(jié) 語

拜城窗小震月頻次出現(xiàn)高值現(xiàn)象，窗口內(nèi)小震活動增大，局部區(qū)域應(yīng)力水平增強，可能會對應(yīng)中強地震的發(fā)生，通過區(qū)域應(yīng)力的變化從而達到“以場求源”的目的，2021年3月24日拜城MS5.4地震發(fā)生前拜城地震窗出現(xiàn)異常，通過歷史震例回溯分析，獲得拜城地震窗的開窗指標(biāo)及其與中強以上地震的對應(yīng)關(guān)系。

基于2008年以來新疆地震臺網(wǎng)綜合定位數(shù)據(jù)結(jié)果分析，多數(shù)情況下，窗口內(nèi)小震活動水平較低，其值在31次/月以下的范圍內(nèi)波動變化，拜城地震窗小震月頻次超過70則視為異常，若異常出現(xiàn)，其后6個月內(nèi)天山中段以及該窗鄰近區(qū)域有MS≥5.0地震發(fā)生,異常對應(yīng)率為50%。拜城地震窗與映震地震的震中距范圍為45～267 km，優(yōu)勢發(fā)震區(qū)域較難確定。拜城地震窗的異常形態(tài)多數(shù)表現(xiàn)為高值—發(fā)震。異常出現(xiàn)后，其后多次中強地震與此對應(yīng)，即異常存在成組出現(xiàn)的形態(tài)。從拜城地震窗異常時間、異常幅度等特征參數(shù)大小與其后對應(yīng)的中強地震分析來看，拜城地震窗異常時間長短、異常幅度大小與其后映震的震級無相關(guān)關(guān)系。

綜合以上分析研究，拜城地震窗對判定天山中段以及拜城地震窗鄰近區(qū)域有無MS≥5.0地震有一定的依據(jù)支持，但其不足之處是，發(fā)震地點預(yù)報范圍(45～267 km)偏大，在實際預(yù)報應(yīng)用中難于把握地點這一要素。這個問題的解決需要通過聯(lián)合采用地震窗口網(wǎng)和震群活動特征等方法加以解決。拜城地震窗預(yù)報地震的震級下限為MS5.0，天山中段MS≥5.0地震的發(fā)震概率也較高，對于天山中段MS≥5.0地震預(yù)測可能存在一定的有效性，對其MS≥5.0地震預(yù)測提供一定的參考依據(jù)。由于新疆?dāng)?shù)字地震臺改造自2008年開始，研究時段較短和可用于分析的震例較少，分析研究結(jié)果只是初步嘗試，需要今后積累震例資料并加強對其分析，這也是今后進一步研究的重點。