辽宁地区固体潮调制比空间异常特征震例“回溯性”研究

2021-07-02邵媛媛杨士超毛佳宁

防灾减灾学报 2021年2期

邵媛媛，杨士超，王岩，钱蕊，毛佳宁

（辽宁省地震局，辽宁沈阳 110034）

0 引言

调制小震法是利用经常作用于地壳的周期性固体潮对不均匀地壳（指介质的不均匀和应力集中程度的不均匀）的调制作用所诱发的小震活动图像，探测地震活动带或区内地壳介质强弱分布，寻找高应力集中区，进行中强地震位置的预报[1-3]。固体潮主要是月亮对地球的引力作用所致，在固体潮期间发生的小震被称为调制地震[1-2]，在固体潮期间发生的小震数占总地震数的比例增加，这种比例称为小震调制比。一般认为，在临近地震前，由于震源区及周围应力水平很高，此时固体潮对该地区的调制作用增强，从而小震调制比升高。该方法首先在1972年12月3日西吉5.5级地震回顾性试探研究中得到验证[2]。此后多位研究人员分别采用中等调制地震，调制地震频次，调制小震的非稳态短期异常特征及震中附近地区的小震调制比时间序列相结合等方法进行强震预测研究[4-10]，结果表明，地震的调制特征对中强地震预报具有一定意义。在此基础上，韩颜颜（2017）针对西北地区中强地震发生前固体潮特征研究给出了固体潮调制阴历时段和小震调制比阈值[11]。

以往学者研究主要基于中国西部地区，并有较好的预报效能[4，11]，对于辽宁地区的小震调制比异常，一些学者也做了相关工作，谷光裕（1999）发现了海城7.3级地震和彰武4.8级地震前调制小震的围空和成带的特征，确定调制地震的空间分布再勾画异常统计区[5]。本文将采取全区域的空间扫描进行调制比异常的筛选，并对辽宁及邻区进行震例回溯分析，分析辽宁地区小震调制比的映震能力及时空演化特征。

1 震例与资料选取

选取1970年以来辽宁及邻区（38°~44°N，119°~126°E）11个MS≥4.6震例（表1）。首先利用震级-序号法对1970年以来辽宁及邻区地震目录的最小完整性震级进行评估[12-13]，以ML1.0作为起算震级，受1975年海城MS7.3地震的影响，1970—1989年辽宁地区最小完整性震级较高，最小完整性震级为ML3.0；1990—2007地震目录的最小完整性震级持续在ML1.5左右。2007年之后，由于数字测震台网的改造，最小完整性震级发生了一系列的波动，但仍处于一个较低的水平（约为ML2.0），2012年后，该波动略有缓解。为后续震例回溯研究的统一性，本文对于1970年至1999年的震例分析的最小完整性震级定为ML3.0，2000年以后的地震目录最小完整性震级定为ML2.0。调制阴历时段选为初一和初二（朔），初七至初九（上弦）、十五至十七（望），甘二至甘五（下弦）共计12天[11]。在辽宁地在区域空间窗扫描计算中，设定空间圆形窗半径为0.5°，空间步长经纬度各为0.2°，空间窗内统计地震个数不少于3个，震级下限设为最小完整性震级。时间窗长为1年，步长分别为3个月，6个月，1年。时间域分析小震调制比异常，异常阈值设为0.59。

2 震例回溯研究

选取表1震例分别扫描，计算震前1年、半年、3个月，窗长1年的调制比，分析震前区域调制比空间分布是否存有异常，及异常的时间演化特征，给出辽宁地区小震调制比异常的地震对应率。

图4 1980年1月8日朝鲜天摩山5.7级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.4 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before North Korea Tianmoshan M5.7 earthquake on January 8，1980

图5 1982年2月14日朝鲜殷栗5.4级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.5 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before North Korea Unryul M5.4 earthquake on February 14，1982

图6 1988年2月25日彰武4.8级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.6 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Zhangwu M4.8 earthquake on February 25，1988

图7 1996年7月17日辽蒙交界4.6级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.7 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before M4.6 earthquake in the junction area between Liaoning and Inner Mongolia on July 17，1996

图8 1999年11月29日岫岩5.4级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.8 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Xiuyan M5.4 earthquake on November 29，1999

图9 2003年8月16日内蒙巴林左旗5.9级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.9 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Bairin Left Banner M5.9 earthquake in Inner Mongolia on August 16，2003

图10 2013年1月23日灯塔5.1级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.10 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Dengta M5.1 earthquake on January 23，2013

图11 2013年4月22日科尔沁5.3级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.11 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Horqin M5.3 earthquake on April 22，2013

图12 2016年5月22日朝阳4.6级地震前1年、6个月，3个月前的小震调制比分布Fig.12 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Chaoyang M4.6 earthquake on May 22，2016

图2 -12给出了表1中11个震例震前一年内小震调制比的时空演化情况，可以发现辽蒙交界4.6级、岫岩5.4级、灯塔5.1级、朝阳4.6级这4次地震前一年在主震附近约150km的范围内出现明显的小震调制比高值异常；异常区域的异常强度和空间大小的演化特点表现不一:其中辽蒙交界4.6级和灯塔5.1级的小震调制比异常在震前一年最明显，震前6个月异常显著程度减弱，异常区域大小有所收缩，至地震前3个月异常区域变得不明显；岫岩5.4级在震前一年小震调制比异常值0.62左右，在震前6个月异常区域有所收缩，但异常程度增强，异常区域内调制比最大值为1，一直到地震前3个月，调制比异常区域有继续缩小的趋势，而异常程度依然表现明显；而朝阳4.6级地震，震前一年异常程度最显著，至地震前6个月异常区域有所扩大，至地震前3个月，小震调制比异常程度依然比较显著，但异常区域大小出现收缩，相对辽蒙交界4.6级和灯塔5.1级地震前3个月的调制比异常表现不一样。从上述分析来看，辽宁地区震前的调制比异常通常出现在震前一年，而且异常显著程度也最强，在震前的整个时空演化过程中，震前调制比异常的显著程度和异常区域的变化有明显的差异，但大部分随时间的演化，调制异常显著程度会减弱，异常区域范围会有所收缩。其他7次震例中，虽然在研究范围内出现了小震调制比异常区域，但异常与主震相距太远，难以确定是否为主震的前兆调制比异常。综合分析认为小震调制比异常对辽宁中强地震的预测是有一定的指示意义。

图2 1975年2月4日海城7.5级地震前1年、6个月、3个月前的小震调制比分布Fig.2 The modulation ratio distribution of small earthquakes one year，six months and three months before Haicheng M7.5 earthquake on February 4，1975

3 辽宁地区当前固体潮调制比空间扫描特征

前文的震例检验研究发现，固体潮调制比对辽宁地区MS≥4.6地震的发生有一定的指示意义。为此以一年窗长、步长1个月对2019年10月以来辽宁地区的固体潮调制比进行时空扫描计算（图13），结果显示辽蒙交界营口盖州附近地区在2019年10月开始出现小震调制比异常，在后续的3个月内异常幅值有增强、异常范围扩大的迹象，2020年7月至2020年8月，高值异常显著程度减弱；2020年10月后异常主要集中在辽蒙交界地区；按上述震例分析，辽蒙交界地区的异常在1975年海城7.3级、1996年7月17日辽蒙交界4.6级和2016年朝阳4.6级地震前出现过，这三次地震中有两次是报准震例。目前辽蒙交界再次出现异常，未来需继续关注辽蒙交界及辽西地区是否有发生ML5.0地震的危险性。

图1 1970—2019年辽宁地震目录最小完整性震级评估（序号法）Fig.1 Catalogue completeness analysis for Liaoning from 1970 to 2019（serial number method）

图13 辽宁地区2019年10月1日至2020年10月31日调制比时空演化Fig.13 The spatio-temporal evolution of earth tidal modulation ratio form October 1，2019 to October 31，2020 in Liaoning region

4 结论与讨论

通过对辽宁及邻区11个MS≥4.6级地震震例的调制比空间扫描计算分析，在以中国西部地区调制比异常阈值0.59为参考的情况下，固体潮调制比空间分布在辽宁地区中强地震前一年有出现明显的异常。考虑到朝鲜天摩山5.7级和朝鲜殷栗5.4级发生在辽宁境外，地震目录资料不完整，除去这两次震例，计算小震调制比异常的地震对应率为44.4%；从震例的分析结果来看，辽西地区的固体潮调制比异常特征表现相对明显些，对该地区中强地震预测发生有一定的指示意义。针对当前在辽蒙交界地区表现出的固体潮调制比异常，分析认为未来一年在辽西及辽蒙交界有发生MS≥4.6地震的可能。

潮汐力触发地震的问题一直存有争议，即使地震发生在调制时段内，也不一定是由潮汐力触发的，本文只针对现有的震例进行空间域内在震前3个月，6个月，1年前窗长1年进行空间扫描。采用的调制比阈值为0.59，该阈值以全国地震资料为统计总样本得出的结果，对于辽宁地区的适用性可能存在不足之处，但以此阈值对辽宁2016年5月22日朝阳4.6级地震前的小震调制比异常分析，有很好的前兆指示意义。为更好的应用固体潮调制比异常在区域中强地震前的预测，下一步可以深入研究适用辽宁地区的固体潮调制比异常阈值，包括异常出现时段以及震前时空演化特征。