华南西部地区震群活动与中强震关系研究

2023-01-04郭培兰黄惠宁

华南地震 2022年4期

郭培兰，黄惠宁，李莎，苏珊

（广西壮族自治区地震局，南宁 530022）

0 引言

震群是地震活动的一种形式，震群类型或性质的判定，即科学地识别前兆震群，是地震预测预报研究的重要内容之一，国内外对震群的性质或类型判别方法及其相关研究已有大量的成果，主要有三方面：一是震群序列类型判别的地震活动图像方法研究；二是基于数字化地震波形的震群序列判别方法研究；三是震群序列形成机理的研究等。在上述针对单个震群的各种研究基础上，还可以开展研究较大区域范围内震群时间演化的群体特征，寻找与强震孕育和发生的时间关系，区域震群活动的时间变化表明了震群活动和大震发生之间有显著的关系，姜秀娥等[1-4]研究认为强震前的区域震群活动增强可能是一个共性特征。同时也开展研究震群空间演化的群体特征，寻找震群的空间分布与强震位置的关系，将陆续发生的震群或序列标在震中分布图上，看是否成条带状分布，如果呈条带分布，则未来主震可能发生的部位是：条带上震群时间集中活动频繁的一端；两条带的相交之处；条带的两端等处[5]。薛艳等[4]认为大范围区域内的多个小震群活动是强震（一组强震）的一种“场兆”，这是由于在大区域应力场扰动增强时，某些对应力场扰动敏感的特殊区域，容易形成应力集中点，且以频繁的小震活动来释放应变能，从而形成多点震群活动。本文作者在日常震情跟踪工作中积累了2010—2021 年华南地区西部（20°～27°N，104°～113°E）的震群资料，应用震群频次的起伏变化预测该区中强以上地震，应用震群有序分布的特征寻找发震地点。本文将系统研究区域震群活动与中强以上地震的关系，同时提炼震群预测指标，为震情跟踪提供判定依据。

1 华南西部地区 2010 年至 2021 年地震目录最小完整性震级

地震目录是进行地震活动性研究的基础资料，完整的地震目录是地震活动性研究结果可靠性的保证。1973 年 1 月至 1973 年 8 月ML2.6 地震基本完整[6]；1973 年 9 月后至 2001 年 12 月，监控能力逐渐提高，2002年1月至2007年5月，柳州数字地震台网及南宁数字地震台网相继建成，ML2.1 地震基本完整，2007年6月后，广西数字地震台网通过验收，并与广东、海南、贵州、云南、湖南等省份进行联网，发展成拥有75 个台站的测震台网，ML1.8 地震基本完整；至2010 年，又增建了较多地震台站，使得地震观测技术有了重要进步，大大加强了地震观测的灵活性和可靠性，ML1.0 地震基本完整[7]。

2 资料

采用2010 至2021 年广西地震台网记录的资料，在参考陆远忠等[8]、宋俊高等[9]对震群的定义的同时，充分考虑广西地区中小地震活动特点，将广西地区的震群统计约定为：地震序列的震中分布在20×20 km 的矩形区域内，与外围地震有较明显的分界线；序列总次数ML≥1.0地震不少于8或序列总次数ML≥2.0地震不少于3；序列中最大震级满足2.0≤ML≤4.0，且最大震震级与次大震级之差≤1.1；序列开始前与结束后连续15 天内未记录到ML≥1.0 地震，则以第1 个地震开始日为震群序列的起始日，以最后1 个地震所在日为该序列的终止日。根据以上震群统计约定，选取2010 至2021 年来发生在华南西部地区的记录相对较完整的25 次震群序列，各震群序列的具体情况详见表1。选取的25次震群空间分布主要集中在桂东南与桂西北地区。表 2 是 2010 年至 2021 年广西地区Ms≥4.5 地震，分析中强地震与震群活动在时间空间上的对应关系。

表2 广西地区MS≥4.5级地震目录(2010—2021)Table 2 Earthquake catalogue with MS≥4.5 in Guangxi from 2010 to 2021

3 震群特征

3.1 统计特征

由表1 可见，震群中最大地震的震级较低，3级左右，没有超过4级。地震频次不丰富，最大地震的震级越大，相应地2 至3 级地震频次也较多，最大地震震级与地震频次没有正比关系。震群的持续活动时间较短，一般20 d以内。

表1 2010年至2021年华南西部地区震群序列基本信息Table 1 Basic information of earthquake swarm sequence in western South China from 2010 to 2021

3.2 前兆震群识别

使用前兆震群定量判定指标U值、K值、ρ值、h值、b值判定震群的前兆性质，判定前兆震群单项指标规定为：U＞0.5；K＞0.7；ρ＜0.55；b＞0.65；h＜1.0，凡满足其中一项，即判断该震群为前兆震群[10-11]，利用多项指标判定前兆震群的效果一般要优于单项指标。典型的UKρ型前兆震群只有 4 次占 19%，UK、Uρ 型前兆震群 5 次占 24%，单项指标前兆震群只有11 次占52%，不能计算参数的震群序列2 次5%，为2015 年8 月都安震群与2019年6月上思震群，华南西部地区震群一般是单项指标前兆震群（表3）。

表3 华南西部地区震群参数表Table 3 Parameters of earthquake swarm in western South China

4 震群与主震的时间关系

4.1 地震活动增强后有震群活动

不少震例表明，大震前出现地震活动性增强，是人们观测到的一种震前地震活动异常变化的普遍现象。伴随着地震活动增强，地震活动在时、空、强等方面将表现出一系列异常特征。如在空间分布上将可能出现孕震空区、异常地震条带、中小地震集中分布、区域震群活动以及地震空间集中度C值升高等[5]。利用震中分布图、地震M-T图、地震ΔT-T、蠕变曲线找出区域地震活动开始增强时间，区域地震活动开始增强后，首次发生的震群为第一次震群。表4 是第1 次震群与中强地震对应表，通过对2010年至2021年我区的M4.5以上地震进行分析，地震活动平静时段，较少震群发生，我区中强震的活动方式是3.0 级地震活动逐渐增强过程中，发生多次小震群活动后，然后发生中强地震[12]。

表4 第1次震群时间与中强地震对应表Table 4 Correspondence table between the time of the first earthquake swarm and moderate-strong earthquakes

4.2 震群活动的群体性

2011 年 6 月至 2013 年 2 月广西及邻区出现 3 级地震异常增强，发生了3次震群，2013年2月20日平果4.5地震后震群频次下降（图1），2014年7月至2016 年7 月广西及邻区出现3 级地震异常增强，发生了 6 次震群[13]，2016 年 7 月 31 日苍梧 5.4 地震后震群频次下降。2018 年1 月至2019 年10 月广西及邻区出现3 级地震异常增强，发生了10 次震群[14]，震群发生在粤桂交界地区，2019 年10 月12 日发生北流 5.2 地震，2019 年 11 月 25 日靖西 5.2 级地震前半年内在靖西附近发生4次震群活动，分别为2019年6月上思震群、2019年7月龙州震群、2019年10月贵州安龙震群、2019 年11 月靖西震群。2020 年4 月至2021 年8 月广西及邻区出现3 级地震异常增强，发生了4 次震群，均在桂西地区附近。分析广西地区震群进行频次（月频次半年滑动）异常，震群频次超阈值2 为异常（图1）。表5 是广西地区震群频次异常与中强地震对应表。

表5 华南西部地区震群频次异常与中强地震对应表Table 5 Correspondence table of earthquake swarm frequency anomalies and moderate-strong earthquakes in western South China

图1 华南西部地区震群频次（月频次半年滑动）Fig.1 Earthquake swarm frequency in western South China(monthly frequency sliding half a year)

判别震群频次异常是否具有统计上的预测意义，必须严格遵循一定的预测规则，进行预测评分R检验。预测评分通常采用内符检验方法，即利用已有震例进行评价。2010 年1 月至2021 年12 月共132 个月内，出现4 次震群频次异常，华南地区西部共发生M≥4.5 地震5 次，4 次异常全部对应了地震，漏报1 次地震。预测时间为1 年，4 次异常占用时间48个月，异常研究时间132个月。

根据地震预报清理攻关研究所提出的地震预报能力评分公式[15]：

对震群频次异常与中强地震关系预测效果进行内符检验[16]。预测评分R值为：R=4/5-48/132=0.4095，R＜R0=0.453，未通过统计检验。但是5 次4.5 级以上地震，4 次地震前均出现震群频次异常，出现异常至发生中强地震时间在16 个月以内，地震对应率80%，对应率较高，对1 年半时间的中期预测还是可以参考使用。

5 震群与主震的空间关系

5.1 震群成条带状分布

2010—2021年，华南西部地区发生了M≥4.5地震 5 次，分别为 2013 年 2 月平果 4.5、2016 年 7 月广西苍梧 5.4、2019 年 10 月北流 5.2、2019 年 11 月靖西 5.2、2021 年 8 月德保 4.8 级地震。5 次地震前均出现小震群活动，随着区域应力增强，震群的分布呈现有序条带状分布[5]，中强地震发生在震群条带上，震群的空间分布对地震危险区具有指示意义。2014年7月至2016年7月广西及邻区地震活动增强，发生6次震群活动，呈近东西向条带状分布（图 2），2016 年 7 月 31 日苍梧 5.4 级地震发生在震群条带。2018 年1 月至2019 年10 月广西及邻区地震活动增强，发生10 次震群活动，呈北西向条带状分布（图 3），2019 年 10 月 12 日北流 5.2 级地震发生在震群条带端部。2018 年3 月至2019 年11 月广西及邻区地震活动增强，发生4次震群活动，震群空间分布呈北北西向，靖西5.2 级地震发生在北北西向震群条带中部（图 4）。2021 年 3 月 18 日至2021 年10 月25 日，广西及邻区发生了4 次震群活动，分别为2020 年4 月北部湾震群、2021 年3 月18 日贵州安龙、2021 年4 月17 日贵州安龙、2021年7 月广西崇左震群，4 次震群均发生在桂西地区与北部湾地区，4 次震群呈北北西带状分布，2021年8月德保4.8级地震发生在震群连线中部（图5）。

图2 2014年8月至2016年7月震群分布图Fig.2 Earthquake swarm distribution from August 2014 to July 2016

图3 2018年8月至2019年10月震群分布图Fig.3 Earthquake swarm distribution from August 2018 to October 2019

图5 2020年4月至2021年10月震群分布图Fig.5 Earthquake swarm distribution from April 2020 to October 2021

5.2 震群由远到近分布

通过对表1 的分析，可以看出：①平果地震前震群及地震序列主要有2011 年6 月广西靖西2.5 震群（150 km），2012 年11 月柳州3.2 震群（200 km），平果地震前只记录到2 个前兆震群，在位置变化上无法找出规律性，时间跨度超1 年，最远距离200 km，主震震级比震群高2.4 级；但在时间上和震级比例上符合规律。前兆震群可以发生在未来主震的周围一定空间范围或距主震有一定距离的地方；②苍梧地震前震群有2014 年10 月广西隆安3.1 震群（380 km），2015 年6 月广西大化2.7 震群（370 km），2015 年 8 月广西都安 2.6 震群（340 km），2015 年 9月广西合山2.4 震群（270 km），2016 年1 月广西合山1.6震群（270 km），2016年1月广西灵川2.7震群（190 km），时间和地点都是由远到近，时间跨度超1 年，最远距离380 km，主震震级比震群高2.6级[17]；③北流地震前震群有2018 年2 月广东阳江4.2 震群（140 km），2018 年 6 月广东茂名 2.9 震群（120 km），2018 年10 月广东高州2.4 震群（60 km），2018 年 10 月广东信宜 2.4 震群（40 km），2019 年 3月广东高州3.0震群（60 km），2019年1月广西陆川2.7震群（30 km），时间和地点都是由远到近，时间跨度超1年，最远距离140 km，主震震级比震群高2.4级；④靖西地震前有2019年6 月广西上思3.3震群（160 km），2019 年 7 月广西龙州 3.5 震群（50 km），2019 年 10 月贵州安龙 3.2 震群（300 km，水库震群），2019 年 11 月22 日广西靖西3.1 震群（50 km），时间和地点都是由远到近，时间跨度约1年，最远距离160 km，主震震级比震群高2.4 级，主震震级比震群高2.1 级；⑤德保地震前震群有2020 年4月北部湾3.0震群（360 km），2021年3月贵州安龙3.5震群（240 km），2021年4月贵州安龙ML3.2震群（240 km），2021 年 7 月广西崇左ML2.9 震群（130 km），时间和地点都是由远到近，时间跨度超1年，最远距离360 km，主震震级比震群高2.2级。