前震或广义前震识别的频谱偏移法在2023年10月24日肃北5.5级地震预测中的应用

余娜,杨立明,孙玺皓

(青海省地震局,青海 西宁 810005)

0 引 言

直接前震或广义前震与强震的孕育密切相关,识别直接前震或广义前震对地震短临预测意义重大。近年来,2010年玉树Ms7.1、2021年漾濞Ms6.4等地震前具有明显的直接前震,因而判断一次中等地震是否是直接前震或广义前震显得尤为重要。

5级以上强震前发生的对未来主震时间、地点具有一定指示意义的中等地震是地震孕育进入短期阶段的时间判据之一[1-2]。为了识别这种显著地震事件与正常背景性同类强度地震活动,利用数字化资料分析这类地震的频谱特征,发现5级以上地震前,发生的显著地震事件的频谱存在频谱范围变窄、向低频端偏移的特征,而无5级以上地震发生的正常背景性同类强度中等地震的频带较宽、没有向低频偏移的特征,进而提出了直接前震或广义前震的频谱偏移法,主要是用来识别是正常背景性的中等地震活动还是强震前的直接前震或广义前震[2]。其判定依据为:中等地震的频谱范围变窄且向低频端偏移说明是直接前震或广义前震,优势频段集中在0～1.5 Hz,中等地震的频谱范围较宽且没有向低频端偏移说明是正常背景的中等震级地震活动[2-6]。

上述判据,与岩体爆破实验[7]和声发射实验[8]结果一致。强震前中等地震的频带具有向低频端偏移特征,其原因可能与强震前区域应力场积累到临界状态时,区域介质亚稳态扩展或破碎损伤、裂隙扩展等过程有关。

本文利用青海、甘肃两省的25个测震台记录的数字波形资料,通过Mapsis 软件的快速傅里叶变换(FFT)对2023年10月22日23时14分甘肃酒泉市肃北4.7级地震进行均方谱处理。

1 频谱偏移法

频谱偏移法是利用快速傅里叶变换(FFT)对地震波形数据进行处理并频谱特征分析[6],根据其频谱特征判断中等地震是否是直接前震或广义前震。序列频谱特征其理论公式为:

(1)

地震事件三分量(NS、EW、UD)的频谱分析结果一致,本文采用UD分量的波形资料进行频谱计算。目前我国数字地震资料的采样间隔为0.01 s,最大频率为50 Hz[2-6]。

2 频谱特征分析

2023年10月22日23时14分甘肃酒泉市肃北发生了4.7级地震,震中附近测震台站稀疏,0～400 km半径范围内共有25个测震台站(图1)。其中,0～200 km半径范围内9个测震台站,包括昌马(CHM)、青头山(QTS)、嘉峪关(JYG)、安西(AXX)、金佛寺(JFS)、石包城(SBC)、俞井子(YJZ)、音凹峡(YWX)和德令哈(DLH);200～300 km半径范围内8个测震台站,包括锡铁山(XTS)、敦煌(DHT)、高台(GTA)、柳园(LYT)、肃南(SNT)、大柴旦(DCD)、天峻(TIJ)和乌兰(WUL);300～400 km半径范围内8个测震台站,包括温泉(WEQ)、山丹(SDT)、张掖(ZHY)、都兰(DUL)、格尔木(GOM)、冷湖(LEH)、NMH和祁连(QIL)。通过计算这25个测震台记录的波形数据UD分量的频谱,发现其中有23个测震台站的频带有明显变窄且向低频端偏移的现象,优势频段在0～1.5 Hz(图2),因此认为该地震存在明显的频谱偏移现象,并据此结果认为10月22日23时14分肃北4.7级地震具有前震或广义前震的属性。

图1 肃北4.7级地震附近台站的空间分布

图2 肃北4.7级地震震中附近部分偏移台站的FFT均方谱

10月24日19时32分在甘肃酒泉市肃北县发生了5.5级地震,空间上距10月22号肃北4.7级地震7 km,时间上相距2天。根据梅世蓉等人[9]对直接前震的定义,“强震震前40天、距主震100 km内发生中等地震被认为是直接前震”。因此,认为10月22日肃北4.7级地震属于直接前震。

随着24日肃北县5.5级地震的发生,作者10月23日在震前利用前震或广义前震识别的频谱偏移法对10月22日肃北4.7级地震前震或广义前震属性的判定,进一步验证了前震或广义前震识别的频谱偏移法的有效性,是一次地震预测实践中的成功震例。

3 结 论

2023年10月22日23时14分甘肃酒泉市肃北发生4.7级地震,空间位置距10月24日19时32分甘肃酒泉市肃北5.5级地震7 km,时间上相距2天,两次地震的震级差为0.8。根据前震的定义,从两次地震的时间间隔、空间位置等可知,肃北4.7级地震属于肃北5.5级地震的直接前震。

利用直接前震或广义前震识别的频谱偏移法计算10月22日肃北4.7级地震的频率谱,发现肃北4.7级地震具有频带变窄、向低频端偏移的特征,认为肃北4.7级地震属于直接前震或广义前震,随后10月24日肃北县发生了5.5级地震,因此,震前对肃北4.7级地震直接前震或广义前震属性的判定,进一步验证了前震或广义前震识别的频谱偏移法的有效性。