王 瓊,曲延軍,高 歌,聶曉紅

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局,烏魯木齊 830011)

新疆天山南部構(gòu)造區(qū)不同時段小地震目錄完整性分析＊

王 瓊,曲延軍,高 歌,聶曉紅

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局,烏魯木齊 830011)

依據(jù)天山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、運動強度和歷史地震活動的差異性,將南部天山地區(qū)劃分為南天山東段和南天山西段兩個構(gòu)造區(qū)?？紤]到新疆臺網(wǎng)建設(shè)的區(qū)域差異性和時間的階段性,在對兩個構(gòu)造區(qū)不同震級下限地震頻度時間特征分析的基礎(chǔ)上,研究了各構(gòu)造區(qū)不同時段的 G—R關(guān)系和震級分布特征,并運用 Z檢驗方法對各區(qū)不同時段小地震目錄差異的顯著性進行了分析,進而評估了兩個構(gòu)造區(qū) 1970年以來不同時段的小地震目錄完整性,為區(qū)域地震活動性研究中地震目錄的合理運用提供參考依據(jù)。

新疆南部構(gòu)造區(qū);不同時段;小地震目錄完整性分析;天山

0 引言

地震目錄是地震研究的基礎(chǔ)資料,其完整性直接影響著地震工作者對地震活動規(guī)律的認(rèn)識(黃緯瓊等,1994;皇甫崗,李忠華,2010)。地震目錄完整性是指某一震級以上的地震都能被觀測或記錄到。許多地震學(xué)家對地震目錄的完整性都做過研究,黃緯瓊等(1994)以構(gòu)造帶為對象,研究了中國大陸幾個分區(qū) 5級以上地震目錄的完整性,并對 1970年以來全國地方臺網(wǎng)監(jiān)測能力進行了初步分析。蘇有錦等(2003)采用 G—R關(guān)系方法對川滇地區(qū)最小完整性震級進行了分析研究。王海濤等(2006)基于震級—頻度關(guān)系,對新疆及其境內(nèi)南天山、北天山歷史地震目錄的完整性進行分析,通過地震頻度、b值擬合以及地震遺失率估計,大致確定了不同下限震級(4.7級以上)地震的完整目錄起始時間?；矢徍屠钪胰A(2010)對 20世紀(jì)云南地區(qū)地震記錄完全性進行了評價。

現(xiàn)代小震記錄的完整性依賴于地震臺網(wǎng)的監(jiān)控能力。隨著臺網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展和完善,新疆地震臺網(wǎng)的地震監(jiān)控能力逐步提高,對小地震的記錄能力逐漸提升。新疆地震臺網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了 5個階段(朱令人,2002),小地震的記錄能力也不斷提升。1964～1970年,僅在烏魯木齊地區(qū)建成監(jiān)測網(wǎng);1971～1975年,新疆臺站數(shù)量和分布面積有所增大,對全新疆地震有了初步監(jiān)測能力,南天山西段監(jiān)測能力達 MS≥3.5;1976～1992年,新疆測震臺站迅猛發(fā)展,南北天山地震臺站密度明顯增大,監(jiān)控能力大大增強。南天山東段和南天山西段喀什以東地區(qū)監(jiān)測能力達MS≥2.5;喀什—烏恰地區(qū)監(jiān)測能力達 MS≥3.0。1993年,由于遙測臺網(wǎng)的建成和臺網(wǎng)的現(xiàn)代化、數(shù)字化改造,新疆測震臺站達到 34個,臺網(wǎng)監(jiān)測能力日趨穩(wěn)定。南天山東段和南天山西段阿合奇以東地區(qū)的監(jiān)測能力達MS≥1.2;南天山西段阿合奇以西至烏恰地區(qū)監(jiān)測能力達MS≥1.8;喀什—烏恰地區(qū)監(jiān)測能力達MS≥2.3。2005年以來,經(jīng)過 “十五”測震臺網(wǎng)建設(shè),新疆的國家級和區(qū)域測震臺站達 63個,其中包括 15個國家級數(shù)字地震臺和 48個區(qū)域數(shù)字地震臺。“十五”區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)的建成,使得天山地區(qū)地震監(jiān)控能力普遍提高,南天山東段和南天山西段現(xiàn)今的地震監(jiān)測能力達到 MS≥1.0～1.5,喀什重點監(jiān)視區(qū)監(jiān)測能力達到MS≥0.5～1.8(尹光華等 ,2010)。

以往學(xué)者主要側(cè)重于中強以上地震目錄的完整性分析,而地震活動性特征研究很大程度上依賴于小地震目錄的完整性,如地震活動圖像中條帶、空區(qū)等的識別,以及頻度、b值等的計算。本研究擬對 1970年以來新疆南部天山地區(qū)不同時段小地震目錄的完整性進行評估分析,為區(qū)域地震活動性研究中地震目錄的合理應(yīng)用提供參考依據(jù)。

依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、運動強度和歷史地震活動的差異性,本研究將南部天山地區(qū)劃分為南天山東段和南天山西段兩個構(gòu)造區(qū)?？紤]到新疆臺網(wǎng)建設(shè)區(qū)域的差異性和時間的階段性,本研究對這兩個構(gòu)造區(qū)1970年以來的小地震目錄完整性進行了分時段評估分析。首先,在南天山東段和西段不同震級下限地震頻度時序分析的基礎(chǔ)上,初步確定兩個區(qū)域的小震目錄的時間分段。然后,分析各區(qū)不同時段的G—R關(guān)系和震級分布特征,并應(yīng)用 Z檢驗方法對比各區(qū)不同時段小地震目錄的差異特征,進而評估各區(qū)不同時段的地震目錄完整性。

1 小地震目錄完整性分析方法

1.1 年頻度時序分析

對于某個構(gòu)造區(qū)帶,其地震活動有其自身規(guī)律,即相同震級段地震的年頻度基本上接近(黃緯瓊等,1994)。通過比較不同震級下限范圍地震年頻度時間演化特征,尋找年頻度接近的時間段,就可以初步劃分出小地震目錄完整性分析的時間分段。

1.2 G—R關(guān)系

G—R關(guān)系是地震活動研究中一個普適的關(guān)系,它表明地震的頻次與震級之間存在一定的關(guān)系,是當(dāng)前地震目錄完整性分析的主要依據(jù)(王海濤等,2006;馬宏升等,2005)。在較大區(qū)域或地震帶上統(tǒng)計各種震級的頻度,存在地震頻度與震級呈半對數(shù)—線性的 G—R關(guān)系(Gutenberg,Richter,1941)

式中,M為地震震級,N為震級范圍為M～ (M+ΔM)的地震數(shù),a和 b為統(tǒng)計常數(shù)。

由實際觀測資料導(dǎo)出的 G—R關(guān)系常常在低震級端和高震級端偏離線性(王海濤等,2006),在高震級端的偏離是由于實際觀測資料中統(tǒng)計的大震事件稀少而帶來的漲落以及震級飽和引起的,從實質(zhì)上說是隨機性的反映。在低震級端的偏離主要是由于區(qū)域臺網(wǎng)缺乏足夠的地震監(jiān)測能力,也是由于地震目錄的不完全性而引起。在實際工作中,可以將系統(tǒng)偏離直線初始點 lgN所對應(yīng)的震級看作是記錄地震的下限值。

1.3 震級年頻度分布

對于某一構(gòu)造帶,若某震級段地震目錄自某時段起基本完整,那么該震級段地震的年頻度基本上接近(黃緯瓊等,1994)。通過比較各時段不同震級范圍地震年頻度分布,尋找到年頻度接近的震級段,從而確定不同時段地震目錄的最小完整震級。

Z檢驗通常用來檢驗來自同一序列的兩組獨立樣本平均值之間的差異。當(dāng)│Z│≥2.58時,差異非常顯著;當(dāng) │Z│＜1.96時,差異不顯著(Aron,Hardebeck,2009)。Z值定義為

通過 Z檢驗方法,分析不同時段小地震目錄存在顯著差異的震級段,就可定量分析小地震目錄完整的起始震級。

2 研究區(qū)域和資料的選取

依據(jù)南部天山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、運動強度、歷史地震活動和地殼縮短速率的差異性(馬集遐,1994;李瑩甄等,2005;張培震等,2002;鄧起東等,2003),筆者將南部天山地區(qū)劃分為南天山東段(Ⅰ)和南天山西段(Ⅱ)2個構(gòu)造區(qū)(圖 1),再采用新疆區(qū)域臺網(wǎng)測定的 1970～2009年0級以上地震目錄研究這兩個區(qū)域地震目錄的完整性。

圖1 研究區(qū)范圍示意圖Fig.1 Sketch of the study area

3 南部天山構(gòu)造區(qū)分時段小地震目錄完整性分析

在南天山東段和西段不同震級下限地震年頻度時序分析的基礎(chǔ)上,初步確定兩個區(qū)域小地震目錄時間分段。然后,分析各區(qū)不同時段 G—R關(guān)系和震級分布特征,并應(yīng)用 Z檢驗方法對各構(gòu)造區(qū)不同時段小地震目錄的差異特征進行分析,進而定量分析 1970年以來不同時段的小地震目錄完整性。研究中運用 K—K法刪除了余震。

3.1 年頻度時序分析

3.1.1 南天山東段

1975年以前南天山東段僅有兩個臨時臺站,1976年以后測震臺逐步增加,1993年增至 6個,經(jīng)過“十五”數(shù)字化改造和建設(shè),2008年該區(qū)測震臺達 8個。

圖2a是 1970～2009年南天山東段分別以MS1.0、MS1.5、MS2.0和 MS2.5作為震級下限,1 a為時間窗、1個月為步長的地震頻度圖。圖中豎線劃分出 4個地震頻度時段。由圖 2a可見,1977年以后MS≤1.5地震頻度逐步增加,總體上呈階段性上升趨勢,特別是 1987年以來的趨勢上升變化,與該區(qū)監(jiān)測能力逐步提高有關(guān)。各時段頻度曲線顯示,1977～1986年2.0級以下地震頻度存在起伏波動變化,2.5級以上地震頻度較為穩(wěn)定;1987～1997年1.5級以下地震頻度存在起伏上升變化,2.0級以上地震頻度較為穩(wěn)定;1998～2009年1.5級以下地震頻度仍呈波動變化,其波動變化可能與區(qū)域小地震活動有關(guān),而與記錄能力無關(guān)(與前一時段相比,該時段測震臺僅增加 2個)?？傮w來說,1977年以來該區(qū)MS≥2.5地震頻度較為穩(wěn)定,1987年以來MS≥2.0地震頻度較為穩(wěn)定。

3.1.2 南天山西段

1978年以前,南天山西段臺站變遷及增減變化較大,1979年以后測震臺逐步增加至 5個,1985～1993年該區(qū)測震臺基本穩(wěn)定在 7個,經(jīng)過“十五”數(shù)字化改建后,該區(qū)測震臺增至 14個。

圖2b是 1970～2009年南天山西段分別以MS1.0、1.5、2.0和 2.5作為震級下限,1 a為時間窗、1個月為步長的地震頻度圖。由圖 2b可見,1979年以前,該區(qū) 2.0級以下地震頻度與其后各時段相比,地震年頻度極不穩(wěn)定,這種現(xiàn)象與該時段該區(qū)臺站變遷及增減變化較大有關(guān),而 1972～1973年該區(qū) 2.0級以下地震頻度異常變化與該時段柯坪塊體小震群異?；钴S有關(guān)。1979年以后2.0級以下地震頻度逐步增加,總體來說呈階段性上升趨勢并趨于穩(wěn)定。各時段頻度曲線顯示,1979～1986年2.0級以下地震頻度存在起伏波動變化,2.0級以上地震頻度則趨于穩(wěn)定;1987年以來 1.5級以下地震頻度出現(xiàn)起伏波動變化,2.0級以上地震頻度則趨于穩(wěn)定;2006年以來 1.5級以下地震出現(xiàn)明顯的波動上升變化,這可能與測震臺網(wǎng)經(jīng)過“十五”數(shù)字化改造和建設(shè)以后,該區(qū)臺網(wǎng)監(jiān)測能力大幅提高有關(guān)(該時段測震臺 7個增至 14個);MS≥1.5地震頻度相對穩(wěn)定?？傮w來說,該區(qū) 1979年以來MS≥2.5地震頻度較為穩(wěn)定,1987年以來MS≥2.0地震頻度較為穩(wěn)定,2006年以來MS≥1.5地震頻度較為穩(wěn)定。

圖2 研究區(qū)不同震級下限地震頻度時序圖(a)南天山東段;(b)南天山西段Fig.2 Frequency curves for differentmagnitude thresholds in the study regions(a)East part of South TianshanMountain;(b)West part of South TianshanMountain

3.2 G—R關(guān)系分析

依據(jù)南天山東段和西段年頻度時序分析,將臺網(wǎng)在各區(qū)的小地震的記錄能力劃分為不同階段。由震級—頻度關(guān)系 lgN=a-b M初步確定出不同時段偏離線性關(guān)系的震級下限和上限,然后通過同時變化震級上、下限確定擬合標(biāo)準(zhǔn)差最小的震級下限和上限,從而確定不同時段臺網(wǎng)的小地震監(jiān)控能力。

3.2.1 南天山東段

依據(jù)南天山東段年頻度時序分析,將臺網(wǎng)在該區(qū)的小地震記錄能力劃分為 1977～1986年、1987～1997年和 1998～2009年3個階段。

由震級—頻度關(guān)系初步確定南天山東段 1977～1986年時段偏離線性關(guān)系的震級下限和上限分別為MS1.8和MS4.8(圖 3a),在此基礎(chǔ)上,通過改變震級上、下限范圍,確定擬合標(biāo)準(zhǔn)差最小的震級區(qū)間為MS1.9～5.0(表 1)。由此,確定南天山東段該時段的小地震監(jiān)控能力為MS1.9。同理,初步確定該區(qū) 1987～1997年和 1998～2009年時段偏離線性關(guān)系的震級下限和上限分別為MS1.4和MS5.7、MS1.2和 MS5.0(圖 3a),擬合最小標(biāo)準(zhǔn)差分析得到表 1,1987～1997年南天山東段小地震監(jiān)控能力為MS1.3;1998～2009年南天山東段的小地震監(jiān)控能力為 MS1.1。總體來說,1977年以來該段地震監(jiān)控能力達MS≥1.9。

圖3 南天山東段不同時段震級—頻度關(guān)系(a)1977～1986年;(b)1987～1997年;(c)1998～2009Fig.3 Magnitude-frequency maps for different periods in the eastern segment of South TianshanMountain(a)1977-1986;(b)1987-1997;(c)1998-2009

3.2.2 南天山西段

依據(jù)南天山西段年頻度時序分析劃分的臺網(wǎng)在該區(qū)的小地震目錄記錄能力分為 1979～1986年、1987～2005年和 2006～2009年3個階段。

由震級—頻度關(guān)系 lgN=a-b M初步確定南天山西段 1979～1986年、1987～2005年和 2006～2009年3個階段偏離線性關(guān)系的震級下限和上限分別為 MS1.9和 MS5.4、MS1.2和 MS5.2、MS1.0和MS5.1。擬合最小標(biāo)準(zhǔn)差分析得到南天山西段1979～1986年的小地震監(jiān)控能力為MS1.9;1987～2005年的小地震監(jiān)控能力為 MS1.1;2006～2009年的小地震監(jiān)控能力為MS0.9(表 1)?？傮w來說,1979年以來該帶地震監(jiān)控能力達MS≥1.9。

本文關(guān)于南天山東段和西段小地震監(jiān)測能力的研究結(jié)果與朱令人(2002)、尹光華等(2010)的研究結(jié)果具有一致性,但由于研究時段、區(qū)域和方法的不同,結(jié)果也存在一定的差異。

3.3 震級年頻度分布

年頻度時序分析顯示,臺網(wǎng)在南天山東段和西段的小地震記錄能力存在階段性。通過對比分析各時段不同震級檔小地震頻度的差異性,就可以定量分析不同時段研究區(qū)地震目錄的最小完整震級。

3.3.1 南天山東段

圖4為南天山東段和西段不同時段各震級檔年頻度分布圖。由圖可見 1987～1997年,0≤MS≤1.9地震的年頻度明顯高于 1977～1986年的年頻度,而MS≥2.0地震年頻度基本變化不大(圖 4a中虛線)。1977～1986年年頻度最大值為 1.9(圖4a中豎線),1987～1997年年頻度最大值為 1.4(圖 4a中豎線 )。1998～2009年0≤MS≤1.7地震的年頻度明顯高于 1987～1997年時段的年頻度,而 1987年以來 MS≥1.8地震的年頻度變化不大(圖 4b中虛線)。1987～1997年最大年頻度對應(yīng)的震級下限為 MS1.4(圖 4b中豎線);1998～2009年最大年頻度對應(yīng)的震級下限為MS1.1(圖 4b中豎線)。

Z檢驗表明(表 2),1977～1986年、1987～1997年兩個時段 0≤MS≤1.9地震的年頻度差異

非常顯著,而兩個時段 MS≥2.0地震的年頻度差異并不顯著。1987～1997年、1998～2009年兩個時段 0≤MS≤1.7地震的年頻度差異非常顯著,而兩個時段MS≥1.8地震的年頻度差異并不顯著。

表1 南天山東段和西段不同震級限地震 G—R關(guān)系擬合 b值和標(biāo)準(zhǔn)差表Tab.1 bvalue and standard deviation fitted by G—R relation with differentmagnitude thresholds in the eastern and western segment of South TianshanMountain

表2 南天山東段和西段不同時段各震級檔年頻度 Z值Tab.2 Zvalue for the differentmagnitude scale at the different phases in the eastern and western segment of South TianshanMountain

圖4 南天山東段和西段不同時段各震級檔年頻度分布圖(a)、(b)南天山東段;(c)、(d)南天山西段Fig.4 Annual frequency distribution map for the differentmagnitude scales in different periods in the eastern(a),(b)and western(c),(d)segment of South TianshanMountain

由此得出,1977年以來南天山東段MS≥2.0地震目錄相對較為完整,1987年以來南天山東段MS≥1.8地震目錄相對較為完整。

3.3.2 南天山西段

圖4c、d為南天山西段不同時段各震級檔年頻度分布圖。1987～2005年0≤MS≤2.4地震的年頻度明顯高于 1979～1986年的年頻度,而這兩個時段的MS≥2.5地震的年頻度差別不大(圖 4c中虛線)。1979～1986年年頻度最大值為 1.9(圖 4c中豎線),1987～2005年年頻度最大值為 1.2(圖 4c中豎線)。2006～2009年0≤MS≤1.7地震的年頻度高于 1987～2005年,而 1987年以來MS≥1.8地震的年頻度變化不大(圖 4d中虛線)。1987～2005年最大年頻度對應(yīng)的震級下限為 MS1.2(圖4d中豎線),2006～2009年最大年頻度對應(yīng)的震級下限為 MS0.6(圖 4d中豎線)。

通過微生物形態(tài)學(xué)鑒定及全自動鑒定系統(tǒng)，對照組中約60%為表葡菌。鼻淵舒口服液治療前兩個地區(qū)CRS患者中約61.1%為表葡菌；治療后約63.8%為表葡菌（具體細菌分布見表1、圖1）。

Z檢驗方法顯示(表 2),1979～1986年、1987～2005年2個時段的 0≤MS≤2.4地震的年頻度差異非常顯著,而MS≥2.5地震年頻度差異并不顯著。1987～2005年、2006～2009年2個時段0≤MS≤1.7地震的年頻度差異非常顯著,而MS≥1.8地震年頻度差異不大。由此得出該區(qū) 1979年以來MS≥2.5地震目錄相對較為完整,而 1987年以來MS≥1.8地震目錄相對較為完整。

4 結(jié)論

(1)南天山東段 1977年以來地震監(jiān)控能力達MS≥1.9,2.0級以上地震記錄較為完備;1987～1997年地震監(jiān)控能力達MS≥1.3,1.8級以上地震記錄較為完整;1998～2009年地震監(jiān)控能力達MS≥1.1?？傮w來說,1977年以來該區(qū) 2.0級以上地震記錄較為完整。

(2)南天山西段 1979～1986年時段的地震監(jiān)控能力達MS≥1.9地震,2.5級以上地震記錄較為完整;1987～2005年監(jiān)控能力達 MS≥1.1,1.8級以上地震記錄較為完整;2006～2009年監(jiān)控能力可能達MS≥0.9。總體來說,1979年以來該區(qū) 2.5級以上地震目錄較為完整。

(3)由于區(qū)域地震活動存在非平穩(wěn)性,因此,依據(jù)年頻度時序分析劃分小震監(jiān)測能力時間段具有一定的局限性。對于年頻度出現(xiàn)顯著偏離的時段,可以與其它時段臺網(wǎng)的監(jiān)測能力作對比以及分析該時段的地震活動特征,如震群活動、強震活動等。

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Earthquake-catalogue Completeness of the Small Earthquakes in the Southern Tecton ic Region of the Tianshan M ounta in,Xinjiang in Different Periods

WANG Q iong,QU Yan-jun,GAO Ge,N IE X iao-hong(Earthquake Adm inistration of Xinjiang Uygur Autonomous Region,U rumqi830011,Xinjiang,China)

A ccording to geological tectonics,motion strength and the difference betw een the historical earthquake activities in the Tianshan Mountain region,we divide the South Tianshan M ountain into tw o tectonic regions—the eastern segm ent and the w estern one.Considering the fact that the sub-stations of X injiang Seism ic N etw ork w as established in different periods and distributed not so w ell,and based on the analysis of the frequency character w ith the different m agnitude thresholds in the two tectonic regions,w e study G-R expression and character of m agnitude distribution in different periods in the tw o regions,and apply ZTest to analyze the difference betw een the sm all earthquake catalogues in different periods,then w e evaluate the catalogue completeness of sm all earthquakes in different periods since1970.The resultm ay provide reference for people to apply reasonably the earthquake catalogue to the regional seism icity research.

southern tectonic region of X injiang; different periods; analysis of completeness the of sm all earthquake catalogue;Tianshan M ountain

P315.63

A

1000-0666(2011)01-0035-07

2010-06-21.

地震行業(yè)科研專項中國大陸地震活動狀態(tài)動態(tài)評價系統(tǒng)研制(200708020)和 2010年度震情跟蹤合同制定向工作任務(wù)(2010010101)聯(lián)合資助 .