唐古拉地震带东段视应力特征研究

黄浩，袁伏全，赵玉红

(青海省地震局，青海 西宁 810001)

0 引 言

地震孕育过程研究的一个基本问题是震源区周边的应力调整过程，即对其空间分布和时间演化特征进行分析，以及对其作为前兆现象的特征进行提取。但由于多方面的原因，目前难以对应力分布情况和应力水平做出一个直接的测量或估计[1]。近年来，地震视应力逐渐被应用于断裂带应力状态分析与地震趋势判定[2-9]。

唐古拉地震带中强地震活跃，近年来发生了2013年杂多5.1级地震、2015年玛多5.2级地震、2016年丁青5.5级地震、2016年10月17日杂多6.2级地震、2017年6月唐古拉4级震群、2018年5月6日称多5.3级地震、2018年8月3日治多5.1级地震、2020年1月25日丁青5.1级地震和2020年4月1日石渠5.6级地震。唐古拉地区的监测能力有限，前兆方面仅玉树地震台架设了观测手段，在震情跟踪时常面临预测指标较少、数字地震学提取指标研究不深入等问题。

为了提取有效预测指标满足震情跟踪需要，根据监测能力筛选唐古拉地震带东段2012年1月至2020年4月间2.5≤ML≤3.5地震计算地震视应力，研究地震视应力演化特征与5.0级以上地震之间的关系，提取唐古拉地震带中强地震视应力预测指标，为震情跟踪提供科学依据。

1 资料选取

选取2012年1月至2020年4月青海区域数字地震台网记录的发生在唐古拉地震带东段2.5≤ML≤3.5地震波形(图1)。在近震源条件下，选用震中距在250 km以内的台站。根据各台站记录的波形情况，选取信噪比较高、记录较清晰的波形数据，将这些台站记录到的波形数据进行去倾和仪器响应校正。

2 方 法

地震视应力σapp[10]是表征震源区应力水平的物理量，地震视应力可作为区域绝对应力水平的下限估计[11]，其定义为：

(1)

其中ES为地震波辐射能量；M0为地震矩；μ为震源区介质剪切模量，通常取3.0×104MPa。

利用波形数据计算地震能量和地震矩时，首先将波形数据进行去倾处理，然后进行傅氏变换得到观测谱。在近震源条件下，震源距较小，可以忽略非弹性衰减的影响，通过仪器响应和几何扩散校正得到震源谱。若忽略非弹性衰减，震源谱[12]可以表示为:

(2)

图1 唐古拉地震带中小地震与台站分布

上式中Ω0为震源谱零频极限值，fc为拐角频率。当Ω0和fc给定时可由式(2)确定震源谱[2]。

地震矩M0[13]可以根据下式求得：

(3)

其中ρ为地壳介质密度(取2.71 g/cm3)；ν为波速(S 波取3.5 km/s)；d为震源距；Ω0为震源谱零频极限值；R为辐射因子，可用其均方根代替(S 波取为0.63)[14]。

地震辐射能量可由对速度谱的平方积分求得[15]：

(4)

根据上述方法得到每个台站的地震矩M0、地震波辐射能量ES，即可根据式(1)对各台站求平均、并消除个别台站的异常高值对平均值的影响[16]得到地震视应力。

3 计算结果及时空特征

选取了至少2个台站参与计算的事件，最终获得了278次2.5≤ML≤3.5地震的视应力。由于选取的地震震级相差较小、在一定程度上减小了视应力与震级相关的影响，因此采用视应力时序变化分析区域应力波动情况。在分析视应力演化特征时，定义视应力超过1倍均方差为视应力高值异常。

2012年1月至2020年4月，唐古拉地震带东段共发生了7次5级以上地震，即2013年杂多5.1级地震、2015年玛多5.2级地震、2016年丁青5.5级地震、2016年杂多6.2级地震、2018年称多5.3级地震、2020年丁青5.1级地震和2020年石渠5.6级地震。图2展示了278次2.5≤ML≤3.5地震的震级和视应力时序变化，结果显示视应力数值在中强地震前均存在明显异常波动。虽然我们选择的地震震级相差较小，但震级与视应力仍然存在一定相关性。因此采用多项式拟合震级与视应力之间的关系，获得的拟合关系为：σapp=0.202 2×ML-0.406 1。为了在一定程度上减小震级与视应力相关的影响，将震级与视应力拟合关系作为背景值，再将278次2.5≤ML≤3.5地震的视应力减去背景值，得到规准化视应力。

从空间分布特征来看，7次5级以上地震均发生在规准化视应力异常区边缘，地震并没有发生在规准化视应力异常最显著的地方(由于图件较多不作逐一展示)。以下分别或成组对7次5级以上地震前后的规准化视应力时间演化特征进行分析。

图2 选取资料M-T(a)和视应力时序图(b)

3.1 2013年杂多5.1级地震

2012年1月7日～2012年2月10日视应力在2个月内出现2次高于1倍均方差的高值异常，其后131天规准化视应力持续正常，2012年6月22日～2012年7月29日规准化视应力再次出现高值异常。规准化视应力演化经历了异常出现—恢复—异常再次出现的过程、持续202天，异常结束后6个月发生2013年1月30日杂多5.1级地震(图3)。

图3 选取资料M-T(a)和规准化视应力时序图(b)

3.2 2015年玛多5.2、2016年丁青5.5和杂多6.2级地震

2014年7月20日～2014年8月17日视应力在1个月内出现2次高于1倍均方差的高值异常，其后226天规准化视应力持续正常，2015年4月2日～2015年5月17日规准化视应力再次出现高值异常。规准化视应力演化经历了异常出现—恢复—异常再次出现的过程、持续301天，异常结束后5个月、12个月和17个月分别发生了2015年10月12日玛多5.2级地震、2016年5月11日丁青5.5级地震和2016年10月17日杂多6.2级地震(图4)。

图4 选取资料M-T(a)和规准化视应力时序图(b)

3.3 2018年称多5.3级地震

2018年1月3日～2018年2月8日规准化视应力在2个月内出现2次高于1倍均方差的高值异常，异常结束后3个月发生2018年5月6日称多5.3级地震(图5)。

图5 选取资料M-T(a)和规准化视应力时序图(b)

3.4 2020年丁青5.1级地震和石渠5.6级地震

2019年2月16日～2019年4月12日规准化视应力在2个月内出现2次高于1倍均方差的高值异常，其后227天规准化视应力持续正常，2019年11月27日～2020年1月3日规准化视应力再次出现高值异常。规准化视应力演化经历了异常出现—恢复—异常再次出现的过程、持续321天，异常结束后1个月和3个月分别发生了2020年1月25日丁青5.1级地震和2020年4月1日石渠5.6级地震(图6)。

图6 选取资料M-T(a)和规准化视应力时序图(b)

4 结论与讨论

基于青海区域数字地震台网观测资料，获得了2012年以来唐古拉地震带东部278次2.5≤ML≤3.5地震的视应力。对比分析研究区域规准化视应力不同时段的时空特征，获得以下结论：

(1)唐古拉地震带东段2.5≤ML≤3.5地震规准化视应力，在中强地震前表现出“规准化视应力异常—恢复—再次出现异常”的演化过程，表明中强地震前震源区域及附近的应力水平相对较高，可以作为唐古拉地震带中强地震预测指标。规准化视应力异常演化时间与中强地震对应情况表明，规准化视应力异常演化过程在200～300天存在发生5级地震的可能，超过300天形成中强地震成组的可能性较大。

(2)7次中强地震均发生在规准化视应力异常区域边缘，表明中强地震震中可能不发生在规准化视应力异常最高的位置，对中强地震地点预测应关注整个异常区及边缘。

(3)目前，唐古拉地震带东段视应力演化过程和持续时间与2014～2015年类似，表明唐古拉地震带东段近期应力水平相对较高，应密切跟踪视应力演化过程、注意中强地震的可能。