劉 月 呂曉健

(中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所)

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基于區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度算法的區(qū)域地震活動(dòng)與強(qiáng)震關(guān)系研究

劉 月 呂曉健

(中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所)

基于區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度(RTL)算法， 本文以汶川MS8.0、 于田MS7.3、 蘆山MS7.0、 魯?shù)镸S6.5及景谷MS6.6地震為例， 對(duì)強(qiáng)震前地震活動(dòng)異常空間分布與發(fā)震地點(diǎn)的關(guān)系進(jìn)行分析, 并根據(jù)新提出的物理參數(shù)區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度的面積分IRTL探索區(qū)域地震活動(dòng)水平與地震發(fā)生時(shí)間的關(guān)系． 結(jié)果顯示： 3次MS≥7.0強(qiáng)震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜， 2次MS>6.0地震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)增強(qiáng)， 這些地震活動(dòng)平靜和增強(qiáng)異常主要分布在震中及其附近潛在發(fā)震斷裂帶及周邊， 異常范圍和異常程度隨時(shí)間由小到大再到?。甅S≥7.0強(qiáng)震前， 地震活動(dòng)平靜主體區(qū)的IRTL曲線在震前1—3年從零值下降至低谷后回升， 低谷點(diǎn)與地震發(fā)生的時(shí)間間隔為9—18個(gè)月； 魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6地震前，IRTL曲線分別在震前1年和1.8年由低值開(kāi)始上升， 達(dá)到峰值后回落， 峰值點(diǎn)與地震發(fā)生的時(shí)間間隔分別為3個(gè)月和9個(gè)月． 本文結(jié)果表明， 地震活動(dòng)平靜的IRTL低谷點(diǎn)和地震活動(dòng)增強(qiáng)的IRTL峰值點(diǎn)對(duì)地震發(fā)生可能有一定的指示意義．

區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度(RTL)算法 RTL面積分 地震活動(dòng)性

引言

利用地震活動(dòng)圖像演化研究強(qiáng)震孕育過(guò)程已取得一些成果， 在不同孕震階段, 地震活動(dòng)圖像典型的演化過(guò)程是： 背景空區(qū)—增強(qiáng)活動(dòng)(包括低b值現(xiàn)象)—地震條帶(含前兆震群)—地震平靜—主震(Gutenberg, Richter, 1944; Aki, 1965; Mogi, 1979; 張國(guó)民等, 2005; 聞學(xué)澤等, 2013; Gardonioetal, 2015; Hongetal, 2015; Ishibeetal, 2015)． 但在地震危險(xiǎn)性分析中， 對(duì)空區(qū)和條帶的識(shí)別及其變化特征分析存在不確定性， 而區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度(region-time-length， 簡(jiǎn)寫(xiě)為RTL)算法(Sobolev, Tyupkin, 1997)可以定量分析地震活動(dòng)水平隨時(shí)間的變化．

基于RTL算法的研究結(jié)果顯示: 在堪察加地區(qū)MS>7.0、 阪神MS7.2、 根室半島MW6.8、 土耳其MW7.4和汶川MS8.0等強(qiáng)震前1.5—3.5年均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜， 持續(xù)時(shí)間約為1—2.5年(Sobolev, Tyupkin, 1999; Huang, Sobolev, 2001; Huangetal, 2001, 2002; Chen, Wu, 2006; Huang, 2008)； 在1994—2004年發(fā)生在意大利(不包括第勒尼安海)的66%的ML4.0—4.9地震和全部ML≥5.0地震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜或增強(qiáng)(Gentili, 2010)． 蔣海昆等(2004a, b)以及梅秀蘋(píng)和劉小鳳(2013)根據(jù)改進(jìn)的RTL算法， 對(duì)我國(guó)華北、 甘肅及鄰近地區(qū)發(fā)生的MS≥5.0地震進(jìn)行回顧性檢驗(yàn)的結(jié)果表明， 大多數(shù)地震震前0.5—3年均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜或增強(qiáng)， 持續(xù)時(shí)間為0.5—2.5年．

綜上可知， 在已知震中和發(fā)震時(shí)間的前提下， RTL算法可以有效地研究目標(biāo)點(diǎn)的地震活動(dòng)平靜或增強(qiáng)的異?，F(xiàn)象， 并在許多震例分析中取得較好效果， 但在地震發(fā)生危險(xiǎn)性實(shí)踐中卻應(yīng)用不多． 在未知震中和發(fā)震時(shí)間的情況下， 尚不能根據(jù)基于RTL算法所得到的地震活動(dòng)異?？臻g分布有效地判定異常區(qū)和區(qū)域地震活動(dòng)水平， 究其原因， 一方面是對(duì)地震活動(dòng)異?？臻g分布和異常演化特征的認(rèn)識(shí)不夠， 另一方面是缺少定量衡量區(qū)域地震活動(dòng)總體水平的物理參數(shù). 這樣， 地震活動(dòng)異?？臻g分布與地震發(fā)生時(shí)間的定量關(guān)系也難以建立． 鑒于此， 本文將利用RTL算法著重分析2008年汶川MS8.0、 于田MS7.3， 2013年蘆山MS7.0和2014年魯?shù)镸S6.5、 景谷MS6.6地震， 即3次MS≥7.0和2次MS>6.0強(qiáng)震前的地震活動(dòng)異?？臻g分布及其演化特征， 并根據(jù)新提出的物理參數(shù)RTL面積分IRTL(劉月等， 2016a, b)來(lái)研究區(qū)域地震活動(dòng)水平與地震發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)的關(guān)系．

1 理論與資料

1.1 RTL算法

RTL算法由Sobolev和Tyupkin (1997)提出， 該算法以地震目錄為研究資料， 定量檢測(cè)地震活動(dòng)偏離背景水平的異常程度． 對(duì)于研究點(diǎn)(x,y)在t時(shí)刻與背景水平的偏差程度可用VRTL表示. 該值定義為震中距、 時(shí)間以及破裂尺度減去背景值后分別除以各自標(biāo)準(zhǔn)差的乘積， 其表達(dá)式為

(1)

其中，R(x,y,t)為t時(shí)刻之前發(fā)生的地震與研究點(diǎn)(x,y)的震中距函數(shù)，T(x,y,t)為時(shí)間函數(shù)，L(x,y,t)為破裂尺度函數(shù)， 其表達(dá)式分別為

(2)

式中：ri為第i次地震與研究點(diǎn)(x,y)之間的距離；r0為特征距離；ti和li分別為第i次地震的發(fā)震時(shí)間和破裂尺度；t0為特征時(shí)間；Rbk(x,y,t)，Tbk(x,y,t)和Lbk(x,y,t)分別為震中距、 時(shí)間和破裂尺度的背景值， 可分別由式(2)右邊第一項(xiàng)的均方根得到； 地震破裂尺度li可由下式得到(郭增建, 秦保燕, 1991)：

(3)

式中，Mi為第i次地震的震級(jí).

對(duì)震級(jí)、 距離、 時(shí)間及深度， 引入約束如下：

(4)

式中，Mmin通常取最小完備性震級(jí)，di為第i次地震的震源深度，d0為截止震源深度． 滿(mǎn)足以上約束條件的地震次數(shù)記為n． 理論上講， 距離點(diǎn)(x,y)越遠(yuǎn)， 與t時(shí)刻的時(shí)間間隔越長(zhǎng)， 破裂尺度越小的地震對(duì)研究點(diǎn)(x,y,t)的影響越小； 距離點(diǎn)(x,y)越近， 與t時(shí)刻的時(shí)間間隔越短， 破裂尺度越大的地震對(duì)研究點(diǎn)(x,y,t)的影響則越大．

VRTL(x,y,t)<0表示t時(shí)刻的地震活動(dòng)水平低于t時(shí)刻之前的背景水平， 表明地震活動(dòng)平靜；VRTL(x,y,t)>0表示t時(shí)刻的地震活動(dòng)水平高于t時(shí)刻之前的背景水平， 表明地震活動(dòng)增強(qiáng)． 實(shí)際分析中為了排除正常擾動(dòng)， 通常將VRTL(x,y,t)<-1視為地震活動(dòng)平靜，VRTL(x,y,t)>1視為地震活動(dòng)性增強(qiáng)．

1.2 RTL面積分IRTL

在衡量地震活動(dòng)空間異常方面， Huang等(2002)和Huang(2008)提出了參數(shù)Q， 該參數(shù)是空間區(qū)域任一掃描點(diǎn)在目標(biāo)研究點(diǎn)(震中)地震活動(dòng)平靜時(shí)段的VRTL平均值， 可以定量衡量在震中的地震活動(dòng)平靜時(shí)段內(nèi)研究區(qū)地震活動(dòng)平靜的分布情況． 震例分析時(shí)， 先根據(jù)震中的VRTL值隨時(shí)間的變化確定地震活動(dòng)平靜時(shí)段[tA,tB]， 假設(shè)在該時(shí)間段內(nèi)有m個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)， 將任一掃描點(diǎn)在該時(shí)段m個(gè)數(shù)據(jù)的均值記為Q． 計(jì)算參數(shù)Q時(shí)， 需已知研究點(diǎn)的地震活動(dòng)平靜時(shí)間范圍， 在震中和發(fā)震時(shí)間未知的情況下， 其應(yīng)用受到較大的局限； 另外， 該參數(shù)只反映了[tA,tB]時(shí)段內(nèi)的平均值， 不能體現(xiàn)地震活動(dòng)平靜隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化．

RTL面積分IRTL是VRTL與異常區(qū)面積的乘積(劉月等， 2016a， b)， 該參數(shù)不受震中位置和發(fā)震時(shí)間的限制， 可綜合反映區(qū)域地震活動(dòng)水平隨時(shí)間的變化， 其表達(dá)式為

(5)

計(jì)算過(guò)程中VRTL的選取參照實(shí)際分析時(shí)VRTL閾值的選取．IRTL值與空間統(tǒng)計(jì)區(qū)的選取直接相關(guān)， 空間范圍的選取則要根據(jù)震前研究區(qū)的VRTL空間分布隨時(shí)間的演化結(jié)果來(lái)確定. 選定空間范圍后， 再根據(jù)式(5)計(jì)算IRTL隨時(shí)間的變化．

1.3 資料及處理方法

本文所用的地震震例及其相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表1． 在地震活動(dòng)性研究中， 地震目錄中余震的刪除和震級(jí)完整性分析尤為重要． 本文使用擴(kuò)散鏈法(李閩峰, 2002)剔除余震． 該方法通過(guò)鏈?zhǔn)綌U(kuò)散刪除余震， 在Reasenberg(1985)方法的基礎(chǔ)上， 根據(jù)我國(guó)震例主震與最大余震間距離擬合得到不同震級(jí)的余震空間分布范圍， 時(shí)間范圍選取參照K-K法(Keilis-Boroketal, 1980)． 刪除余震后， 以最大曲率法(Ogataetal, 1991)和擬合度分別為90%和95%的擬合度檢測(cè)法(Wiemer, Wyss, 2000; 蔣長(zhǎng)勝, 吳忠良, 2011)定量計(jì)算區(qū)域地震最小完整性震級(jí)MC及其隨時(shí)間的變化．

表1 本文所用的地震震例及其相關(guān)參數(shù)

參考已有的震例分析過(guò)程(蔣海昆等, 2004a, b; Huang, 2008)， 在滿(mǎn)足一定時(shí)空范圍內(nèi)所研究的主震震級(jí)最大的前提下， 本文選取震前6年或更長(zhǎng)時(shí)間的地震目錄分析地震活動(dòng)性． 令特征時(shí)間t0為12個(gè)月， 滑移步長(zhǎng)為10天， 截止深度d0為50 km， 震級(jí)下限Mmin≥MC． 為保證計(jì)算結(jié)果的可靠性， 令參與計(jì)算的地震次數(shù)n≥20， 特征半徑以Δr0=10 km為變化量， 對(duì)每個(gè)震例進(jìn)行多次計(jì)算． 結(jié)果表明， 一定范圍內(nèi)參數(shù)的改變， 只會(huì)造成VRTL和IRTL值的不同， 但不會(huì)改變二者隨時(shí)間的變化趨勢(shì)， 因此不影響對(duì)異常的判斷．

2 震例分析

本文所有研究震例均以網(wǎng)格形式進(jìn)行空間掃描， 掃描點(diǎn)以0.25°N×0.25°E滑移； 特征時(shí)間t0為12個(gè)月； 滑移步長(zhǎng)為10天； 震級(jí)下限Mmin參照表1中的數(shù)據(jù)， 震級(jí)上限小于主震震級(jí)． 由于本文旨在通過(guò)震例分析， 為今后開(kāi)展全時(shí)空掃描奠定基礎(chǔ)， 所以規(guī)定： 資料獲得性較好的地區(qū)， 特征半徑r0=50 km； 資料獲得性較差的地區(qū)，r0=75 km．

2.1 2008年汶川MS8.0地震

圖1 汶川地震前震中VRTL隨時(shí)間的變化Fig.1 The temporal variation of the VRTL of the epicenter prior to Wenchuan earthquake

2008年5月12日汶川MS8.0地震發(fā)生在龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶上(徐錫偉等, 2013)． 從中期異常的角度， Huang(2008)利用RTL算法， 使用2001年1月1日至發(fā)震前一天的地震目錄分析了震前的地震活動(dòng)性變化， 結(jié)果顯示2006—2007年檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜. 本文使用相同時(shí)段的地震目錄， 令r0=50 km， 也檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜, 如圖1所示． 圖2給出了汶川地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程， 限于篇幅， 本文僅列出可反映地震活動(dòng)變化過(guò)程的圖像． 可以看出： 震前兩年左右， 在龍門(mén)山后山斷裂帶以西的理縣、 黑水一帶檢測(cè)到小范圍地震活動(dòng)平靜(圖2a)； 隨著時(shí)間的推移， 異常范圍和異常程度不斷增強(qiáng)， 至發(fā)震前1年， 在鮮水河斷裂帶與龍門(mén)山斷裂帶交匯處以及龍門(mén)山斷裂帶南段檢測(cè)到大范圍地震活動(dòng)平靜(圖2b紅色框區(qū)域)； 之后， 隨著發(fā)震時(shí)間的臨近， 異常范圍縮小， 異常程度減弱．

圖2 汶川地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程 紅色框區(qū)域代表地震活動(dòng)平靜異常區(qū)， 圖4和圖6說(shuō)明同此

圖3 汶川地震前地震活動(dòng)平靜異常區(qū)(圖2b 紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化 Fig.3 The temporal variation of IRTL in the anomalous region of seismic quiescence (red frame in Fig.2b) prior to Wenchuan earthquake

根據(jù)研究區(qū)VRTL空間分布隨時(shí)間的演化圖像， 只能定性觀察地震活動(dòng)變化. 為了定量檢驗(yàn)區(qū)域地震活動(dòng)平靜水平， 根據(jù)式(5)計(jì)算圖2b紅色框區(qū)域內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化， 令計(jì)算閾值VRTL<-1． 由于異常范圍和異常程度在圖2b中達(dá)到最大， 故根據(jù)此時(shí)的結(jié)果選擇統(tǒng)計(jì)區(qū)， 并把該區(qū)域看作汶川地震前地震活動(dòng)平靜的主體區(qū)．

圖3給出了汶川地震前地震活動(dòng)平靜異常區(qū)(圖2b紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化． 可以看出： 2003年初至2005年底，IRTL值在低值附近波動(dòng)； 2006年后IRTL值開(kāi)始下降， 于2007年5月降至谷底， 此時(shí)IRTL=-1.81×105km2； 之后迅速回升至較低水平， 地震發(fā)生． 該過(guò)程反映了區(qū)域地震活動(dòng)水平從2006年開(kāi)始不斷下降， 震前1年地震活動(dòng)平靜的異常程度達(dá)到最高， 之后逐漸向背景水平恢復(fù)的過(guò)程． 從IRTL曲線出現(xiàn)低谷至汶川地震發(fā)生的時(shí)間近1年， 作為中期前兆異常，IRTL較好地“指示”了汶川地震的發(fā)生．

2.2 2008年于田MS7.3地震

2008年3月21日新疆于田MS7.3地震發(fā)生在西昆侖地震帶康西瓦斷裂與阿爾金斷裂帶的交匯區(qū)域(徐錫偉等, 2011; 劉博研等, 2015)． 本文使用2001年1月1日—2008年3月20日的地震目錄， 令特征半徑r0=75 km， 得到于田地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程， 如圖4所示． 可以看出： 2004年10月， 在震中東北方向檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜， 主要分布在阿爾金斷裂帶西端； 隨著時(shí)間的推移， 異常由東向西發(fā)展， 異常范圍和異常程度不斷增強(qiáng)； 至2005年10月底， 即震前兩年半， 在康西瓦斷裂帶東端和龍木錯(cuò)—郭扎錯(cuò)斷裂帶附近檢測(cè)到大范圍地震活動(dòng)平靜(圖4b紅色框區(qū)域)； 之后， 異常程度逐漸減弱， 異常范圍于震前一年縮小至震中附近．

圖4 于田地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程

圖5 于田地震前地震活動(dòng)平靜異常區(qū)(圖4b 紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化 Fig.5 The temporal variation of IRTL in the anomalous region of seismic quiescence (red frame in Fig.4b) prior to Yutian earthquake

震前VRTL空間分布隨時(shí)間的變化顯示， 2005年10月31日(圖4b)， 地震活動(dòng)平靜范圍和異常程度達(dá)到最大， 圖中紅色框區(qū)域可看作地震活動(dòng)平靜異常區(qū)． 為了定量分析震前區(qū)域地震活動(dòng)水平， 根據(jù)式(5)計(jì)算了該區(qū)域IRTL隨時(shí)間的變化， 如圖5所示． 可以看出： 2003年初至2004年上半年，IRTL值在較低水平波動(dòng)； 2004年下半年至2004年底檢測(cè)到-105km2

間的回升; 從2005年2月該值開(kāi)始不斷下降， 至2005年10月降至谷底，IRTL=-4.19×105km2； 此后， 雖出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)， 但總體仍呈上升趨勢(shì)， 并于2007年下半年接近背景水平． 從IRTL曲線出現(xiàn)低谷至于田地震發(fā)生的時(shí)間間隔為18個(gè)月．

2.3 2013年蘆山MS7.0地震

2013年4月20日蘆山MS7.0地震發(fā)生在龍門(mén)山南段前山斷裂以東的構(gòu)造變形帶內(nèi)， 該地震發(fā)生時(shí)間與汶川地震僅相隔近5年， 地震震中與汶川地震起始破裂點(diǎn)相距約85 km(徐錫偉等, 2011)， 在一定程度上受到汶川地震的影響(單斌等, 2013)． 為了分析在汶川地震導(dǎo)致地震活動(dòng)增強(qiáng)的背景下蘆山地震前的地震活動(dòng)性變化， 本文使用2009年1月1日—2013年4月19日的地震目錄， 令特征半徑r0=50 km， 得到蘆山地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程， 如圖6所示． 可以看出， 蘆山地震前也檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜． 震前兩年在龍門(mén)山斷裂帶南段檢測(cè)到了地震活動(dòng)平靜，VRTL值與背景水平的偏離程度較低(圖6a)； 隨著時(shí)間的推移， 異常范圍不斷擴(kuò)大， 異常程度增強(qiáng)， 至2012年7月， 西至龍門(mén)山斷裂帶與鮮水河斷裂帶交匯區(qū)， 北至汶川—茂縣斷裂以西的黑水一帶(圖6b紅色框區(qū)域)均檢測(cè)到異常； 隨著發(fā)震時(shí)間的臨近， 異常范圍減小， 異常程度減弱． 與前面地震類(lèi)似， 震前地震活動(dòng)平靜異常區(qū)面積和異常程度呈現(xiàn)由小變大再變小的過(guò)程．

圖6 蘆山地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程

2012年7月23日的異常范圍和異常程度幾乎最大(圖6b紅色框區(qū)域)， 將此時(shí)的地震活動(dòng)平靜區(qū)看作異常主體區(qū)， 計(jì)算該區(qū)域IRTL隨時(shí)間的變化， 如圖7所示． 可以看出： 2011年初至2012年3月初，IRTL值在零值附近波動(dòng)； 從2012年3月底IRTL值開(kāi)始下降， 至2012年7月降至谷底，IRTL=-3.21×105km2； 之后向背景水平回升， 9個(gè)月后發(fā)生蘆山地震． 與前面震例類(lèi)似， 震前IRTL值不斷下降， 達(dá)到谷底后回升， 數(shù)月后發(fā)生了蘆山地震．

圖7 蘆山地震前地震活動(dòng)平靜異常區(qū)(圖6b紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化 Fig.7 The temporal variation of IRTL in the anomalous region of seismic quiescence (red frame in Fig.6b) prior to Lushan earthquake

以上MS≥7.0強(qiáng)震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜， 且VRTL空間分布和IRTL隨時(shí)間的演化過(guò)程均相同， 下面將研究MS>6.0地震前的地震活動(dòng)性變化．

2.4 2014年魯?shù)镸S6.5地震

2014年8月3日魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生在青藏高原東緣與華南地塊相互作用的邊界變形帶上， 位于小江斷裂帶東側(cè)的NE向昭通—蓮峰斷裂帶內(nèi)(李永華等, 2014; 徐錫偉等, 2014)． 該地區(qū)地震活動(dòng)較為活躍， 近十年來(lái)周邊發(fā)生了一系列MS≥5.0地震， 如2003年云南魯?shù)镸S5.0，MS5.1地震， 2012年云南彝良MS5.6，MS5.7地震以及2014年云南永善MS5.3地震等． 本文使用2008年1月1日—2014年8月2日的地震目錄， 令特征半徑r0=50 km， 得到魯?shù)榈卣鹎癡RTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程， 如圖8所示． 可以看出： 震前1年左右， 在震中北側(cè)的大涼山次級(jí)地塊(聞學(xué)澤等, 2013)內(nèi)開(kāi)始檢測(cè)到地震活動(dòng)增強(qiáng)，VRTL值約為3； 隨著時(shí)間的推移， 異常范圍和VRTL值不斷增大， 至2014年4月達(dá)到頂峰， 在馬邊構(gòu)造帶與昭通—蓮峰構(gòu)造帶圍成的區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到地震活動(dòng)增強(qiáng)； 至2014年7月， 蓮峰斷裂東段異常減弱， 其它地區(qū)地震活動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)象較之前變化不大． 總體來(lái)講， 地震活動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)象主要分布在大涼山次級(jí)地塊， 2013年8月—2014年4月異常程度不斷增加， 2014年5月后略有減弱．

圖8 魯?shù)榈卣鹎癡RTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程紅色框區(qū)域代表地震活動(dòng)增強(qiáng)異常區(qū)， 圖10說(shuō)明同此

圖9 魯?shù)榈卣鹎暗卣鸹顒?dòng)增強(qiáng)異常區(qū)(圖8b紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化及M-t圖 Fig.9 The temporal variation of IRTL in the anomalous region of seismicity enhancement (red frame in Fig.8b) prior to Ludian earthquake and M-t plot

2014年4月4日的地震活動(dòng)增強(qiáng)區(qū)(圖8b紅色框區(qū)域)可看作異常主體區(qū)． 圖9給出了該區(qū)域內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化及M-t圖． 可以看出： 2011年初至2013年7月，IRTL值在背景水平波動(dòng)； 從2013年8月IRTL值開(kāi)始不斷增大， 意味著該區(qū)域地震活動(dòng)不斷增強(qiáng)， 在此過(guò)程中發(fā)生了2014年4月5日永善MS5.3地震； 2014年5月上旬IRTL值達(dá)到峰值，IRTL=3.45×105km2； 之后回落， 峰值后3個(gè)月發(fā)生魯?shù)榈卣穑?發(fā)震時(shí)IRTL值處于下降過(guò)程中， 但數(shù)值仍較大， 表明該地區(qū)的地震活動(dòng)仍比較活躍．

2.5 2014年景谷MS6.6地震

2014年10月7日景谷MS6.6地震發(fā)生在瀾滄江斷裂以東的思茅—普洱地震帶與該斷裂帶以西的耿馬—瀾滄地震帶之間， 距思茅—普洱地震帶較近(李永華等, 2014; 徐錫偉等, 2014)． 本文使用2008年1月1日—2014年10月10日的地震目錄， 令特征半徑r0=50 km， 得到景谷地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程， 如圖10所示． 空間地震活動(dòng)增強(qiáng)異常以震中為中心， 集中在(22.5°N—24.5°N， 99°E—102°E)范圍內(nèi)． 震前14個(gè)月， 異常主要分布在震中西南的耿馬—瀾滄地震帶(圖10a)； 隨著時(shí)間的推移， 異常范圍不斷增大， 異常程度增加； 至2014年初， 以震中為中心， 在耿馬—瀾滄地震帶和思茅—普洱地震帶檢測(cè)到大范圍地震活動(dòng)增強(qiáng)； 之后， 震中以東的異常逐漸減弱甚至消失， 異常主要集中在震中西北100 km范圍內(nèi)． 景谷地震前地震活動(dòng)增強(qiáng)的空間異常范圍和異常程度由小變大再變小， 該特征與魯?shù)榈卣鸢l(fā)震前類(lèi)似．

2014年初(圖10b)， 地震活動(dòng)增強(qiáng)的異常范圍幾乎達(dá)到最大， 可將該區(qū)域看作異常主體區(qū)． 圖11給出了該區(qū)域內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化． 可以看出： 2011年年初—2012年年底， 地震活動(dòng)在背景水平波動(dòng)； 2013年之后，IRTL值不斷上升， 表明該區(qū)域地震活動(dòng)水平不斷增強(qiáng)； 2014年1月中旬，IRTL值達(dá)到峰值， 此時(shí)IRTL=8.85×105km2； 之后， 區(qū)域地震活動(dòng)水平向背景水平回落， 峰值與景谷地震發(fā)生的時(shí)間間隔為9個(gè)月． 與圖10觀察到的現(xiàn)象相比，IRTL更加定量直觀地反映了區(qū)域地震活動(dòng)水平的變化情況．

圖10 景谷地震前VRTL空間分布隨時(shí)間的演化過(guò)程

圖11 景谷地震前地震活動(dòng)增強(qiáng)異常區(qū)(圖10b紅色框)內(nèi)IRTL隨時(shí)間的變化Fig.11 The temporal variation of IRTL in the anomalous region of seismicity enhancement (red frame in Fig.10b) prior to Jinggu earthquake

3 討論與結(jié)論

本文分別以汶川MS8.0、 于田MS7.3、 蘆山MS7.0、 魯?shù)镸S6.5及景谷MS6.6地震為例， 基于RTL算法分析了強(qiáng)震前地震活動(dòng)空間演化與發(fā)震地點(diǎn)的關(guān)系， 并根據(jù)新提出的物理參數(shù)RTL面積分IRTL探索區(qū)域地震活動(dòng)水平與地震發(fā)生時(shí)間的關(guān)系．

汶川MS8.0、 于田MS7.3和蘆山MS7.0等3次MS≥7.0強(qiáng)震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜， 魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6地震前均檢測(cè)到地震活動(dòng)增強(qiáng)， 這些地震活動(dòng)平靜或增強(qiáng)異常主要分布在震中及附近的潛在發(fā)震斷裂帶及周邊， 隨著時(shí)間的推移， 異常范圍和異常程度均從小變大再變?。甅S≥7.0強(qiáng)震前， 地震活動(dòng)平靜異常主體區(qū)的IRTL值于震前1—3年從零值開(kāi)始下降， 至谷底后回升， 即震前1—3年開(kāi)始檢測(cè)到地震活動(dòng)平靜； 之后異常程度不斷增強(qiáng)， 當(dāng)IRTL值降至谷底時(shí)， 區(qū)域地震活動(dòng)平靜異常程度最高；IRTL值出現(xiàn)谷底至地震發(fā)生的時(shí)間間隔為9—18個(gè)月． 魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6地震前， 地震活動(dòng)增強(qiáng)異常區(qū)的IRTL值分別于震前1年和1.8年由低值開(kāi)始上升， 達(dá)到峰值后回落， 峰值出現(xiàn)時(shí)間與地震發(fā)生時(shí)間的間隔分別為3個(gè)月和9個(gè)月．

綜上可知， 地震活動(dòng)平靜的IRTL低谷點(diǎn)和地震活動(dòng)增強(qiáng)的IRTL峰值點(diǎn)對(duì)地震發(fā)生可能有一定的指示意義． 但不同地區(qū)的發(fā)震震級(jí)與異常程度(IRTL值)之間似乎不存在相關(guān)性， 這說(shuō)明震級(jí)、 發(fā)震時(shí)間與地震活動(dòng)異常的關(guān)系還受到研究區(qū)介質(zhì)性質(zhì)、 斷層幾何形狀和孕震動(dòng)力學(xué)條件等因素的影響． 在日后研究中， 我們將結(jié)合研究區(qū)的地球物理?xiàng)l件， 進(jìn)一步探索地震活動(dòng)異常與地震震級(jí)和發(fā)生時(shí)間的關(guān)系．

田勤儉、 聞學(xué)澤、 蔣海昆、 李閩峰研究員和李文巧助理研究員為本文提供了指導(dǎo)， 蔣長(zhǎng)勝研究員提供了區(qū)域震級(jí)完整性計(jì)算程序， 文中使用的地震目錄引自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 部分計(jì)算是由中國(guó)科學(xué)院超級(jí)計(jì)算中心完成， 審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出了寶貴的修改意見(jiàn)和建議， 作者在此一并表示感謝．

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Relationship between regional seismic activity and strong earthquake based on the region-time-length algorithm

Liu Yue Lü Xiaojian

(InstituteofEarthquakeScience,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China)

Taking WenchuanMS8.0, YutianMS7.3, LushanMS7.0, LudianMS6.5 and JingguMS6.6 earthquakes as examples, the relationship between spatial anomaly distribution of seismic activities and earthquakes occurrence location was analyzed based on the region-time-length (RTL) algorithm. And the relationship between regional seismic activity and earthquake occurrence time based on the new physical parameterIRTLwhich was the surface integral in respect to region-time-length was explored. The results show that seismic quie-scence was detected prior to the three strong earthquakes withMS≥7.0, and an enhancement of seismic activity was detected before the twoMS>6.0 earthquakes. Spatial anomalies of the above seismic quiescence and enhancement were mainly distributed in the potential causative fault and its surrounding areas near the epicenters. The range and degree of anomalies chronologically changed from small to large, and then to small again. During 1--3 years prior to the earthquakes withMS≥7.0,IRTLdecreased from the zero value; and when falling to the lowest value, it rebounded. The time length from the lowest point ofIRTLcurve to the earthquake occurrence was 9--18 months. Before the LudianMS6.5 and JingguMS6.6 earthquakes,IRTLcurve began to increase from the lowest point 1 year and 1.8 years separately, and then reduced after reaching the peak point. The time length from the peak points ofIRTLcurve to the earthquakes occurrence were three and nine months for the Ludian and Jinggu earthquakes, respectively. Therefore it is deduced that the lowest point ofIRTLcurve in the stage of seismic quiescence and the peak point ofIRTLcurve in the stage of enhanced activity may be indicators of earthquake occurrence.

region-time-length(RTL) algorithm; surface integral in respect to RTL; seismicity

劉月， 呂曉健. 2016. 基于區(qū)域-時(shí)間-長(zhǎng)度算法的區(qū)域地震活動(dòng)與強(qiáng)震關(guān)系研究. 地震學(xué)報(bào), 38(2): 208--219. doi:10.11939/jass.2016.02.006.

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國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)(2012DFR20440)資助.

2015-09-16收到初稿， 2015-12-29決定采用修改稿.

e-mail: lvxiaojian@cea-ies.ac.cn

10.11939/jass.2016.02.006

P315.5

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