常 明，李芳芳，張錦玲，羅國(guó)富

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

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2000年9月12日青海興海6.6級(jí)地震的“回溯性”地震矩加速釋放研究

常 明，李芳芳，張錦玲，羅國(guó)富

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

摘要：利用地震矩加速釋放模型，對(duì)2000年9月12日青海興海的6.6級(jí)地震進(jìn)行“回溯性”預(yù)測(cè)研究。采用不同的空間半徑進(jìn)行了“時(shí)—空”掃描計(jì)算，結(jié)果表明該地震前具有顯著的地震加速釋放現(xiàn)象，隨著掃描半徑的不同，異常表現(xiàn)為“異常出現(xiàn)—消失—出現(xiàn)—發(fā)震”的特點(diǎn)。分析認(rèn)為地震矩加速釋放模型在實(shí)際地震預(yù)測(cè)工作中具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：地震加速釋放；“時(shí)—空”掃描；異常

0 引言

地震活動(dòng)是地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程的一種表現(xiàn)形式，在大地構(gòu)造體系中地震事件發(fā)生局部，但其孕育卻是較大時(shí)空范圍內(nèi)的一個(gè)完整過(guò)程［1-3］。近年來(lái)，一個(gè)廣泛應(yīng)用的孕震模型—地震加速釋放模型（以下簡(jiǎn)寫為AMR），它是把地震孕育的過(guò)程看成是一種臨界現(xiàn)象［4-6］，并認(rèn)為較大地震發(fā)生前普遍出現(xiàn)AMR現(xiàn)象，即大震臨界性的一種表現(xiàn)。在地震學(xué)界使用地震活動(dòng)的相關(guān)長(zhǎng)度增長(zhǎng)及主震周圍地震矩加速釋放現(xiàn)象已獲得許多學(xué)者的廣泛認(rèn)可。但也有許多次大震前震源區(qū)地震能量釋放減弱的現(xiàn)象也被部分地震學(xué)家所關(guān)注。因此對(duì)大震發(fā)生前AMR現(xiàn)象的研究，在地震預(yù)測(cè)研究中具有積極的意義和相應(yīng)的應(yīng)用潛力，這也引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［7-9］。

近年來(lái)，圍繞AMR是否是一種可靠和普遍性的地震前兆現(xiàn)象、AMR研究是否能為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)的爭(zhēng)論也在逐步升溫。AMR現(xiàn)象的爭(zhēng)論主要圍繞兩方面展開(kāi)：首先，如何選取AMR現(xiàn)象的地震序列。Bowman等［10］曾利用震前積累的Benioff應(yīng)變 （CBS）釋放曲線的冪率和線性擬合的均方根殘差比最小來(lái)計(jì)算AMR的“臨界”時(shí)、空尺度，該方法具有實(shí)際的可操作性。但一些學(xué)者認(rèn)為該種方法僅僅是對(duì)數(shù)據(jù)本身的擬合，例如相同構(gòu)造區(qū)和相近震級(jí)的地震的AMR“臨界”尺度差異會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的情況。其次，震前的AMR現(xiàn)象是否是一種普遍的地震前兆現(xiàn)象。因?yàn)椴皇撬械卣鹎岸寄苡^測(cè)到明顯的AMR現(xiàn)象，而出現(xiàn)AMR現(xiàn)象也并不完全對(duì)應(yīng)未來(lái)強(qiáng)震的發(fā)生［11］。

為了客觀地分析2000年9月12日青海興海MS6.6級(jí)地震前的AMR現(xiàn)象，本文使用固定“時(shí)—空”尺度，通過(guò)滑動(dòng)變化可能的震中和發(fā)震時(shí)間，分別探索AMR與真實(shí)震中和發(fā)生時(shí)刻的關(guān)聯(lián)，討論震前AMR現(xiàn)象和AMR模型在實(shí)際地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作中的指導(dǎo)意義。

1 地震加速釋放（AMR）理論方法

在中強(qiáng)震發(fā)生前，許多震例都表明：震中附近區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)期前震存在一種隨時(shí)間加速發(fā)生的現(xiàn)象，一些地球物理學(xué)家認(rèn)為這種加速釋放過(guò)程可以作為一種中期的地震前兆［1］。Varnes和Bufe等［6-7］提出一個(gè)累積地震矩與時(shí)間之間的破裂時(shí)間逼近關(guān)系來(lái)定量描述這一現(xiàn)象，該關(guān)系稱為“破裂時(shí)間分析”（Time-to-failure analysis）方法，這使得利用AMR現(xiàn)象進(jìn)行回溯性檢驗(yàn)的方法具有了實(shí)際的可操作性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)將破裂時(shí)間分析方法應(yīng)用于諸多震例，對(duì)中強(qiáng)震前AMR現(xiàn)象普遍性問(wèn)題的討論也在進(jìn)行。地震的“破裂時(shí)間分析”方程一般可表示為：

其中Ω是地震活動(dòng)性的量度，如地震矩、地震波能量、地震數(shù)目或Benioff應(yīng)變等。A、B為常數(shù)，m為標(biāo)度常數(shù)，tf是主震發(fā)生時(shí)間。m決定了地震矩釋放曲線的類型，m＜1時(shí)CBS釋放曲線為加速行為；m＞1時(shí)CBS釋放曲線為減速行為；m=1時(shí)CBS釋放曲線為線性行為。

采用如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系［12］計(jì)算地震矩：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系［12］得出地震波能量為：

Benioff應(yīng)變定義為地震波能量的平方根，對(duì)（1）式擬合可計(jì)算出常數(shù)A、B和標(biāo)度常數(shù)m以及大震發(fā)生時(shí)刻tf。

2 資料選取和處理

以2000年9月12日青海省興海縣6.6級(jí)地震為例，計(jì)算震前研究區(qū)域地震矩震加速釋放。此次地震經(jīng)緯度為35.3oN，99.5oE，發(fā)震斷層為NNW向的鄂拉山—溫泉斷裂帶南端。鄂拉山—溫泉斷裂位于柴達(dá)木準(zhǔn)地臺(tái)東緣，屬于切割柴達(dá)木盆地與共和盆地的NNW向最新隆起帶的東側(cè)，是青海境內(nèi)規(guī)模最大的一條NNW向斷裂帶，構(gòu)成二級(jí)構(gòu)造分區(qū)的結(jié)合部，即青海南山褶皺帶、柴達(dá)木北緣臺(tái)緣、歐龍布魯克臺(tái)隆、柴北緣殘山斷褶皺帶、東昆侖北坡斷隆、柴達(dá)木南緣褶皺帶和阿尼瑪卿褶皺帶7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元的結(jié)合部，構(gòu)造活動(dòng)特征屬于晚更新世晚期—全新世活動(dòng)斷層，總體走向?yàn)镹15o～30oW，傾向不一，傾角35o～70o［12］。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和哈佛大學(xué)提供的結(jié)果，二者給出的震源機(jī)制解基本一致，斷層性質(zhì)都主要以走滑為主，垂直錯(cuò)動(dòng)很小，節(jié)面基本一致，只是在滑動(dòng)角上有較大的差異，兩個(gè)節(jié)面與鄂拉山斷層的走向是一致的，因此主破裂面是NNW。

蔣長(zhǎng)勝等［11］研究了2008年3月21日新疆于田MS7.3級(jí)地震，討論了多種因素對(duì)標(biāo)度常數(shù)m的可能影響，其中，余震是否刪除和地震序列截止震級(jí)對(duì)AMR計(jì)算結(jié)果影響不大，但震級(jí)在6.0左右的“干擾”事件影響較大；馬玉虎等［13］指出該研究區(qū)域內(nèi)最小完整震級(jí)為ML2.5，因此本文在對(duì)青海興海6.6級(jí)地震計(jì)算AMR時(shí)，震級(jí)下限取為ML2.5，采用固定的時(shí)空尺度，通過(guò)滑動(dòng)可能的震中和發(fā)震時(shí)刻，研究該地震的AMR的釋放現(xiàn)象。

3 矩釋放時(shí)空掃描

本文以該地震震中為中心的4o×4o為研究區(qū)域（33.30o～37.30oN，97.50o～101.50oE），使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的1970年以來(lái)的《中國(guó)地震月報(bào)目錄》，該目錄由各省臺(tái)網(wǎng)資料匯編而成，震級(jí)為ML。將研究區(qū)域網(wǎng)格化，空間各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為未來(lái)可能的震中，進(jìn)行時(shí)空掃描，具體為：在時(shí)間上，以地震可能的破裂時(shí)間tf自1995年9月開(kāi)始，向后，步長(zhǎng)窗長(zhǎng)均為0.5年，每0.5年滑動(dòng)一次，逐漸逼近實(shí)際地震發(fā)生時(shí)間2000年9月12日；在空間上，以空間節(jié)點(diǎn)為中心，分別以50km、80km和100km為半徑，滑動(dòng)計(jì)算AMR值。圖1、圖2、圖3為T=0.5a，R分別為50km、80km和100km范圍的AMR時(shí)—空掃描結(jié)果。

圖1　地震矩“釋放程度”掃描（T=0.5a，R=50km）六角形為主震震中位置，計(jì)算中地震目錄采用K-K法刪除余震Fig.1 Seismic moment release mapping （T=0.5a， R=50km）The blue hexagram shows the epicenter of main shock A declustered catalogue using K-K method is used

圖2　地震矩“釋放程度”掃描（T=0.5a，R=80km）六角形為主震震中位置，計(jì)算中地震目錄采用K-K法刪除余震Fig.2 Seismic moment release mapping （T=0.5a， R=80km）The blue hexagram shows the epicenter of main shock. A declustered catalogue using K-K method is used.

圖3　地震矩“釋放程度”掃描（T=0.5a，R=100km）六角形為主震震中位置，計(jì)算中地震目錄采用K-K法刪除余震Fig.3 Seismic moment release mapping（T=0.5a， R=100km）The blue hexagram shows the epicenter of main shock. A declustered catalogue using K-K method is used

4 結(jié)論和討論

從圖1-3中的時(shí)空掃描可以看出：

（1）本文分別采用50km、80km和100km三種空間半徑對(duì)震中區(qū)域每間隔0.5年進(jìn)行時(shí)空掃描結(jié)果表明，三種情況均能觀測(cè)到加速釋放，2000年9月12日青海興海MS6.6級(jí)地震前地震矩加速釋放震兆異常較明顯，其中80km時(shí)的半徑是研究該區(qū)域的最優(yōu)半徑，加速釋放異常顯著，且空間集中。

（2）青海興海6.6級(jí)地震前出現(xiàn)的地震矩加速釋放現(xiàn)象隨著地震目錄搜索半徑的不同，釋放現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)和釋放面積會(huì)有差異。一般認(rèn)為，搜索空間半徑越大，地震矩加速釋放現(xiàn)象出現(xiàn)的越早，釋放面積也會(huì)越大。分析主要原因?yàn)樗阉髅娣e越大，可能與主震無(wú)關(guān)的地震包括較多，異常干擾越大，加速釋放區(qū)域未必能真實(shí)反映當(dāng)時(shí)震源區(qū)域的真實(shí)應(yīng)力釋放情況。但掃描半徑的尺度選擇的越小，又無(wú)法滿足地震矩加速釋放的地震樣本量，異常也不突出，因此試探的選取不同的時(shí)空半徑，會(huì)更好地分析加速釋放異常分布。

（3）通過(guò)研究2000年青海興海6.6級(jí)地震前地震矩加速釋放異常時(shí)空分布，得出該主震前地震加速釋放模式為“異常出現(xiàn)—消失—出現(xiàn)—發(fā)震”的特點(diǎn)，該現(xiàn)象在其他震例計(jì)算中也有出現(xiàn)。

（4）通過(guò)研究2000年青海興海6.6級(jí)地震前地震矩加速釋放異常時(shí)空分布，通過(guò)研究分析AMR異常分布，對(duì)主震的震中位置具有較好的指示作用。從圖1-3中可以發(fā)現(xiàn)，加速釋放區(qū)能覆蓋實(shí)際發(fā)震位置。

另外在實(shí)際工作中，可通過(guò)嘗試采用不同的空間尺度對(duì)研究區(qū)的以往震例進(jìn)行掃描分析，確定適合本區(qū)域的目錄掃描半徑和異常判定指標(biāo)。關(guān)于如何選擇合適的掃描半徑和異常判定指標(biāo)，需要從實(shí)際震例計(jì)算中經(jīng)驗(yàn)提取，該工作也是本文今后需要深入探討的方向。

致謝：本文中所示程序由中國(guó)地震局地球物理研究所蔣長(zhǎng)勝博士提供，在此深表感謝。

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·簡(jiǎn) 訊 ·

東北地區(qū)2016年第一季度ML≥3.0級(jí)地震目錄The earthquakes （ML≥3.0） catalogue of the first quarter in northeastern area，2016.

STUDYING ON ACCELERATING MOMENT RELEASE （AMR）BEFORE XINGHAI MS6.6 EARTHQUAKE IN QINGHAI PROVINCE ON SEP. 12， 2000

CHANG Ming，LI Fang-fang，ZHANG Jin-ling，LUO Guo-fu
（Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region， Ningxia Yinchuan 750001，China）

Abstract：In this paper， based on the Accelerating Moment Release （AMR） model， we study the prediction of the Xinghai Ms6.6 earthquake on Sep.12， 2000 . Different spatial scale is used to carry out "timespatial" scan calculation. The results show that there is obvious AMR phenomenon before earthquake. Because of the different scan radius， the AMR phenomenon has the characteristic that it appears， and then disappears， and then appears， finally happens. So the AMR method has some kind of useful value for daily practical works in the future.

Key words：accelerating moment release； "time-spatial" scan； anomaly

中圖分類號(hào)：P315

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.02.003

文章編號(hào)：1674-8565（2016）02-0015-07

收稿日期：2016-01-25

修訂日期：2016-04-23

作者簡(jiǎn)介：常明（1974-），男，陜西省榆林市人，大專，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作。E-mail： 496623877@qq.com