内蒙古阿拉善左旗及邻区中强地震前ECRS方法的异常特征研究

陈 慧，郭 瑾

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地质环境监测中心，山西 太原 030021；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

据中国地震台网测定，2015年4月15日15：39在内蒙古自治区阿拉善左旗发生ML6.1地震。地震发生在鄂尔多斯西北缘阿拉善弧形构造带、阴山纬向构造带和南北构造带的复合部位，地质构造背景复杂，引起国内众多学者的高度重视，开展了大量的科学研究工作[1-9]。多数研究是基于震前前兆异常或地震图像进行，基于多种地震学参数的地震对应相关谱研究(Earthquake Corresponding Relevancy Spectrum，简称ECRS)尚未见文献报道。

ECRS方法由王海涛等[10]提出，重点分析北天山地区地震学参数η值不同考察时长的前兆异常时效属性，王琼等[11]就此方法进一步研究了新疆天山地区中强震前多种地震学参数综合异常时间特征，唐兰兰等[12]、王想等[13]、冯建刚等[14]、王霞等[15]、卢显等[16]和李红等[17]进一步利用此方法分别对新疆、河北、古浪窗口、山西带、郯庐带、北京等地区中强地震前地震学参数异常进行定量化的识别和分析，提取出多种地震学参数的综合异常特征。

文章利用ECRS方法，分析研究阿拉善左旗及其邻区ML≥5.0地震的多参数综合异常的时空演化特征，提取中期预测指标并对其效果进行讨论。

1 研究方法

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在计算均值和标准差的基础上,按一定规则对值域分布区间进行定义,统计每个参数值序列在各相应区间分布的频次,构建值域谱曲线。通过对上述值域谱的计算和分析,进一步求解分值域的地震对应相关谱。

2 研究区域及资料选取

内蒙古阿拉善左旗位于鄂尔多斯西北缘的阿拉善地块东南部巴彦浩特盆地内，盆地内地质构造复杂，2015年ML6.1地震就发生在构造复合交接部位[3]。1970年以来，阿拉善左旗地区及邻区共发生22次ML5.0以上地震，最大为1996年5月3日ML6.6地震(见图1)。根据地质构造背景，结合历史地震活动特征，对研究区域采用多地震活动性参数的地震对应相关谱(ECRS)方法，提取研究区多参数综合异常特征。

图1 研究区域震中分布图Fig.1 Distribution of epicenter in the research area

文章选用1970年1月至2017年12月全国地震目录(中国地震台网中心提供),对研究区域内22次ML≥5.0目标地震利用K-K方法删除余震处理后，做出震级-频度图，最小完整性震级为ML2.5(见图2)。故文章使用软件选取目录的最小震级为ML2.5。

图2 研究区震级-频度关系Fig.2 Relation of magnitude and frequency in the research area

3 结果分析

3.1 时间扫描计算结果

基于1970年1月至2017年12月ML≥2.5地震目录，目标震级定为ML≥5.0，计算相对独立且物理意义明确的7类地震活动性参数:震级—频度曲线与G-R关系式的偏离程度η值、平均震级(缺震)、地震危险度D、反映地震能量分布特征b值、地震频度N、地震调制比Rm和地震强度因子Mf，对7类地震学参数采用窗长1年步长1月的时间扫描。结果发现，7个参数值域谱均接近正态分布，在超过均值线的相对高值时段的地震对应率高，故利用此7个参数进行多参数滑动极值平均概率计算。根据地震对应率效果，选择1970-2006年为学习库时段总结，对2007年时段进行外推预测。

如第7页图3所示，研究区学习库时段(1970-2006年)内出现6次高值异常，目标地震均有对应，且都在高于均值线的上升过程中发震；2007年以来的外推结果显示，2012、2015年多参数滑动极值曲线出现两次高值异常，分别发生2012年11月20日宁夏银川ML5.0地震和2015年4月15日阿拉善左旗ML6.1地震。表明利用ECRS时间扫描能定量识别ML≥5.0地震前时序异常特征。图中显示2017年12月数据极值曲线仍处于高值，说明存在发生ML≥5.0地震的可能。

3.2 空间扫描计算结果

对研究区域进行空间扫描计算，选取1970—2017年ML≥2.5的地震目录,将研究区内22个ML≥5.0地震作为目标，以2°×2°为空间窗长,0.2°为步长,12个月为考察时间,逐月计算7个地震学参数(同上述时间扫描计算采用的)的滑动极值概率，得到空间分布值数据。结合时间计算结果，设置1970年至2006年为学习库时段，2007年为外推预测时段。其中学习库阶段目标地震共20次，有13次在震前1年左右出现高值异常，震后1～2年异常区逐渐缩小并消失；漏报的7次目标地震发生在研究区域边缘上，故认为其可能是与研究区域的选定有关。

1991年1月13日阿拉善左旗ML5.6地震前9个月，震源区域附近出现高值异常，随着时间的推进异常增强，范围扩大；震后，异常未减弱、消失，而是持续的增强扩大，随后又发生1991年6月16日ML5.6地震和9月14日ML5.4地震，震后一年内高值异常区域渐渐弱化至消失，空间演化过程如第7页图4所示。在空间演化异常过程中，高值异常后发生地震，震后异常区域未消失，且有扩大增强趋势，说明此区域仍有发生中强地震的可能。

如第8页图5所示，在外推预测时段，2015年4月15日阿拉善左旗ML6.1地震发生前，2014年1月区域出现高值，且逐渐扩大增强，随后在异常相对高值区发生地震，震后两年内异常区域逐渐弱化随即消失。

图3 研究区多参数滑动极值平均概率曲线Fig.3 Multi parameter sliding extreme average probability in the research area

图4 1991年阿拉善左旗ML5.6、ML5.6、ML5.4地震前后多参数滑动极值概率空间异常演化Fig.4 Spatial abnormal evolution of multi parameter sliding extreme probability before and after the ML5.6、ML5.6、ML5.4 earthquake in Alxa Left Banner in 1991

4 结论与讨论

基于ECRS方法，运用1970年1月至2017年12月除余震的ML≥2.5地震目录，选取研究区域22个ML≥5.0地震的目标地震，分析研究阿拉善左旗地区及邻区ML≥5.0地震多种地震学参数的地震对应相关谱时空演化特征。在多种地震学参数数据学习库的基础上分析总结时空特征，外推预测后期地震多参数概率变化过程，总结阿拉善左旗地区及邻区中强地震前多参数概率谱异常特征，得到以下认识：

图5 2015年阿拉善左旗ML6.1地震前后多参数滑动极值概率空间异常演化Fig.5 Spatial abnormal evolution of multi parameter sliding extreme probability before and after the ML6.1 earthquake in Alxa Left Banner in 2015

(1) 利用阿拉善左旗区域1970-2017年删除ML≥5.0余震的地震目录，预测目标地震震级定为ML5.0以上地震，选取η值、缺震、D值、b值、频度N、调制比Rm和Mf等7种地震学参数进行时间扫描计算，曲线显示1970-2006年研究区ML5.0以上地震前均出现高值异常，外推时段结果显示高值异常时段增值阶段发生中强地震。

(2) 空间扫描结果显示，在学习库时段的20次目标地震中有13次地震前1年左右会出现高值异常，震后1～2年高值异常会弱化至消失。若震后高值异常仍在持续，可能后续还会有ML≥5.0地震发生。在外推时段验证了学习库研究特征，外推效果较好。

(3) 在空间扫描计算中出现7次目标地震漏报，分析原因发现，此7次地震发生在研究区边缘，可能与邻区多参数滑动极值平均相关度空间异常有关，区域范围合理性仍待检验。

文章使用的ECRS软件为新疆维吾尔自治区地震局唐兰兰研究员等研究的计算程序，在此表示衷心感谢。