遼寧地區5級地震前加速矩釋放現象的“回溯性”研究

王 亮，王 巖，錢 蕊，張志宏，夏彩韻，段夢喬

遼寧地區5級地震前加速矩釋放現象的“回溯性”研究

王 亮，王 巖，錢 蕊，張志宏，夏彩韻，段夢喬

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

強震前加速矩釋放現象目前是國際上討論比較激烈的一個話題，而不同地區的強震前的加速矩釋放現象應各有不同。通過對遼寧地區1999年以來的3次MS5.0地震震前加速矩釋放現象進行對比分析，并討論了不同計算尺度和積累時間下震中附近地區m值的變化范圍。認為在遼寧地區中強震前確實存在加速矩釋放現象，且省內中強震發生前加速矩釋放均存在累積半徑較小和時間窗長較短的情況。

加速矩釋放；benioff應變；m值；回溯性研究

0 引言

由于地震大多數都被看成是一種臨界現象，而作為這種臨界現象之前往往存在地震加速矩釋放（AMR）現象。物理上對AMR現象的研究，部分來源于Sornette和其他一些物理學家[1]，他們將AMR現象與地震孕育過程中的“臨界性”聯系到了一起。迄今國內外學者已將AMR分析方法應用于諸多震例研究中。蔣長勝針對2010年的玉樹MS7.1級地震前的矩加速釋放過程進行了詳細的分析，并確認得到在時間尺度10～20年和空間尺度50～120km范圍內存在穩定的矩加速釋放現象[2];李宇彤通過研究東北地區第五活躍期以來的幾次5級以上地震顯示其中4例在未來的震中附近出現穩定和集中分布的地震矩釋放加速區[3];李霞對華北1989年以來的12次5級以上地震進行研究，提取出了在華北地區MS5.0～5.5地震在半徑r=110km，時間窗長t=4年；MS5.6～6.4地震在半徑r=180km，時間窗長t=6年的情況下，AMR現象更具有“優勢”和普遍性[4]。由此可見，不同地區不同震級的中強震前AMR現象的優勢取決選取的不同研究半徑和時間窗長，自2012年以來郯廬地震帶地震活動明顯增強，震群活動明顯，郯廬帶先后發生了乳山震群、蓋州震群[5]、金寨震群活動[6]，在此背景下，2013年遼寧地區分別發生了燈塔MS5.1級地震和遼蒙交界地區科爾沁MS5.3級地震，同時兩次地震震前均出現了加速矩釋放的現象，證明加速矩釋放模型對遼寧地區的5級以上地震存在較好的指示意義。通過對1999年以來遼寧地區3次5級以上地震震前AMR的回溯性研究，可以確立遼寧地區地震矩加速釋放的優勢研究半徑和時間窗長，為今后該方法在遼寧地區的應用提供更為科學的研究基礎。

1 矩加速釋放理論模型

Varnes、Bufe將AMR分析表示成“破裂時間分析”（Time-to-failure analysis）方程[7]：

其中Ω是地震活動性的量度，例如地震矩（或地震能量）、地震數目或Benioff應變等，A和B為常數，m為標度常數， 是大震發生的時間，由（1）式可知，標度常數m表示了地震矩釋放的曲線類型，當m＜1時，累積benioff應變釋放（CBS）曲線呈現“加速”行為，m＞1時為“減速”;而當m≈1，時CBS釋放曲線呈現線性行為，利用（1）式研究強震的發生時間和震級，以及未來強震的發生地點，m值有時也稱為“地震矩釋放程度”。在本文的研究中主要以benioff應變作為對地震活動性的量度，benioff應變定義為地震能量的平方根。

2 震例與資料選取

遼寧及鄰區（119～126oE，38～44oN）1999年以來共發生4次MS≥5.0地震，分別為1999年11月29日岫巖MS5.4地震，2003年8月16日巴林左MS5.9地震、2013年1月23日燈塔M5.1地震和2013年4月22日科爾沁MS5.3地震（圖1）。結合遼寧地區歷史地震活動規律及地質構造特點和近年來對遼寧地區區域的劃分研究[8]，2003年巴林左MS5.9地震與遼寧地區地震活動規律略有不同，且與遼寧地區較遠，所以不納入研究。所以本文僅對岫巖、燈塔、科爾沁3次MS5.0以上地震進行回溯性研究。

本文選擇的地震目錄是由中國地震臺網中心提供的1970年以來的《中國地震月報目錄》，該目錄由各區域臺網產出的目錄匯編而成。筆者曾對該目錄的最小完整性震級進行過研究，認為遼寧地區1989年之后的最小完整性震級能夠達到ML2.0以下[9]。所以本文選擇的震級下限為MC=2.0。

圖1 遼寧地區1999年以來5.0級震中分布圖Fig.1 The distribution of MS≥5.0 earthquake in Liaoning area since 1999

3 矩釋放回溯研究

為考察遼寧地區5級地震前AMR,分別以不同時間尺度T、以震中為圓心的不同圓形研究區半徑R，對計算結果的影響，以MC=2.0作為截止震級。將（1）式中的t1固定為實際發震時刻；T以2年為步長，以震前1～7年變化；根據以往的震例以50km、70km、100km、150km、200km多尺度半徑選取圓形區域；回溯研究上文提及的3次MS≥5.0地震。在研究討論中，實際震中已知，通過不同尺度的時間窗和掃描半徑，考察CBS曲線的加速程度，即AMR與地震的相關程度。而CBS的加速程度主要以1-m×C是否更接近于1來衡量[1]，表1—3分別給出了岫巖、燈塔、科爾沁地震前不同的時間窗和掃描半徑下CBS的加速程度。

1999年岫巖MS5.4地震主要的CBS加速在震前的1年，其他時間窗的加速不是很明顯（表1），在固定了窗長為1年的情況下，掃描半徑越短，CBS加速越明顯，但整體相差較小，該結果主要由于在岫巖地震前的主要地震活動為岫巖地震的前震活動。根據遼寧地區具有前震活動的地震序列來看，主震前的前震增強集中活動勢必會造成主震區的benioff應變的加速積累在較短的時間窗長和較小的空間范圍之內，所以該結果具有一定的特例性。

表1 岫巖地震前CBS加速程度（表格中數據為1-m×c，值越接近于1,證明加速越明顯）

表2 燈塔地震前CBS加速程度（表格中數據為1-m×c，值越接近于1,證明加速越明顯）

表3 科爾沁地震前CBS加速程度（表格中數據為1-m×c，值越接近于1,證明加速越明顯）

對2013年1月23日燈塔M5.1地震的回溯研究顯示燈塔地震前CBS加速主要表現為空間掃描半徑在50km左右，隨著掃描半徑的增大，CBS加速呈現出減弱的特征，在掃描半徑在100km之內，該減弱并不明顯，但掃描半徑大于100km之后，CBS的減弱則非常明顯，所以可以確定燈塔地震前benioff應變的積累也是在一個較小的區域（100km以內）。由于燈塔地區地震活動特點，2012年前該地區的地震活動并不明顯，所以時間窗長的選取對該地區benioff加速水平的影響不大。

2013年科爾沁MS5.3地震前并未表現出明顯的時間和空間的優勢范圍，在空間半徑100km之內該地區的benioff應變加速都較為明顯。隨著時間窗長的增加，CBS的加速程度更為明顯，但整體相差不大。

綜合分析以上3次震例，岫巖MS5.4地震由于前震的影響，顯示出了其benioff應變加速特征在時間窗長和空間掃描半徑的特例性之外，其他兩次地震的benioff加速的優勢半徑都在100km之內，受時間窗長的影響較小。時間窗長以平均值計算，選擇遼寧地區的優勢時間窗長為3年，優勢空間半徑為100km。在該參數選定下對遼寧地區這3次5級地震前6個月、3個月和震前實時的AMR進行空間掃描，結果顯示1999年11月29日岫巖MS5.4地震前6個月和3個月震中附近的加速矩積累現象并不明顯，直至震前震中才顯現出明顯的加速矩釋放現象，說明該MS5.4級地震前3個月以上的時間不存在明顯的加速矩釋放，其benioff應變加速積累可歸結為由前震釋放產生（圖2）；2013年1月23日燈塔MS5.1級地震前6個月、3個月和震前均出現了較為明顯的加速矩釋放現象，證明該地震前的加速矩釋放現象比較明顯，出現在震前半年的時間段，而且該加速矩累積現象持續至地震發生（圖3）；2013年4月22日科爾沁MS5.3級地震前6個月和3個月均出現了明顯的加速矩釋放現象，但至震前該現象則并不明顯，說明該MS5.3級地震的加速矩釋放發生在震前3～ 6個月的時間范圍內（圖4）。

圖2 岫巖MS5.4級地震前地震矩“釋放程度”掃描（a為前震6個月、b為震前3個月、c為震前、圖中藍色五角星表示微觀震中）Fig.2 Seismic moment release maps before Xiuyan MS5.4 earthquake

圖3 燈塔MS5.1級地震前地震矩“釋放程度”掃描（a為前震6個月、b為震前3個月、c為震前、圖中藍色五角星表示微觀震中）Fig.3 Seismic moment release maps before Dengta MS5.1 earthquake

圖4 科爾沁MS5.3級地震前地震矩“釋放程度”掃描（a為前震6個月、b為震前3個月、c為震前、圖中藍色五角星表示微觀震中）Fig.4 Seismic moment release maps before Keerqin MS5.3 earthquake

4 結論與討論

本文通過對1999年以來遼寧3次比較有代表性的MS≥5.0地震前benioff應變加速累計情況的對比分析研究，選取了遼寧地區MS≥5.0地震前benioff應變加速積累的優勢空間掃描半徑為100km、時間優勢掃描時長為3年。

以此參數對3次震例震前6個月、3個月和震前實時的地震矩“釋放程度”進行掃描，發現燈塔MS5.1地震前持續存在加速矩釋放現象；岫巖MS5.4地震在震前加速矩釋放現象較為明顯；科爾沁MS5.3地震前加速矩釋放現象出現在震前的3～6個月的時間段內。

通過對遼寧地區不同區域的3次MS≥5.0地震震前的加速矩釋放現象的回溯性研究表明加速矩釋放現象在遼寧地區確實為一種具有實際參考價值的地震預測物理模型。整體來說遼寧省內中強震發生前加速矩釋放均存在累積半徑較小和時間窗長較短的情況，但需注意不同區域的地震震前顯現出了地震矩“釋放程度”空間與時間的差異性。

致謝：本文中所使用的程序由中國地震局地球物理研究所蔣長勝博士提供，在此深表感謝！

[1] 蔣長勝， 吳忠良. 強震前的“加速矩釋放”（AMR）現象: 對一個有爭議的地震前兆的回溯性震例研究．地球物理學報， 2009， 52（3）: 691-702.

[2] 蔣長勝， 吳忠良. 2010年玉樹MS7.1地震前的中長期加速矩釋放（AMR）問題. 地球物理學報， 2011， 54（6）：1501-1510.

[3] 李宇彤， 蔣長勝. 東北第五活躍期中強震前的矩釋放空間掃描特征研究. 地震學報， 2010， 32（6）: 680-695.

[4] 李霞， 蔣長勝， 閆德橋， 等. 1989年以來華北地區中強震前地震矩加速釋放空間掃描特征的研究. 地震研究， 2015，38（3）：359-367.

[5] 王亮， 周龍泉， 焦明若， 等. 海城蓋州地區速度結構和震源位置的聯合反演研究. 地震， 2014， 34（3）: 13-26.

[6] 黃顯良， 劉澤民， 郁建芳， 等. 2014年安徽金寨ML3.9震群序列震源一致性研究. 地震學報， 37（6）: 916-924.

[7] Varnes D J， Bufe C G. The cyclic and fractal seismic series preceding an Mb4.8 earthquake on 1980 February 14 near the Virgin Islands. Geophys. J. Int. 1996， 124: 149-158.

[8] 王巖， 邵媛媛， 曹鳳娟， 等. 基于因子分析的地震綜合指數在遼寧地區地震預測中的應用. 防災減災學報， 2016， 32（1）: 1-7.

[9] 王亮， 李彤霞， 王巖， 等. 遼寧地區地震目錄最小完整性震級研究. 防災減災學報， 2015， 31（4）: 20-24.

Studying on Accelerating Moment Release（AMR）Before MS≥5.0 Eathquake in Liaoning Region

WANG Liang，WANG Yan，QIAN Rui，ZHANG Zhi-hong，XIA Cai-yun，DUAN Meng-qiao
（Earthquake Adminstration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

Accelerating Moment Release（AMR）before strong earthquakes is a topic of intense discussion in the world at present, and the accelerating moment release before strong earthquakes in different regions should be different. This paper makes a comparative analysis of the accelerating moment release before the three MS≥5.0 earthquakes in Liaoning area since 1999, and discusses the variation range of m value in the area near the epicenter with different scales and accumulation time. We consider that before moderate-strong earthquakes in Liaoning it exists accelerating moment release, and before the moderate-strong earthquake occurrence, accelerating moment release are cumulative smaller radius and time window length is short.

accelerating moment release；benioff strain；m value; retrospective study

P315.08

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.01.002

1674-8565（2017）01-0012-05

地震科技星火項目：“遼南至遼吉蒙交界地區速度結構與振源位置聯合反演研究”（XH15013Y）

2016-07-20

2017-01-16

王亮(1983-)，男，遼寧省沈陽市人，畢業于中國科學技術大學，碩士，高級工程師，現主要從事測震學研究方面的工作。