2020年7月23日西藏尼瑪MS6.6地震總結(jié)

姜祥華解孟雨馬未宇宋治平屠泓為劉文邦高錦瑞

1）中國北京100045 中國地震臺(tái)網(wǎng)中心

2）中國西寧810001 青海省地震局

3）中國拉薩850000 西藏自治區(qū)地震局

0 引言

根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，2020 年7 月23 日4 時(shí)7 分在西藏那曲市尼瑪縣（33.19°N，86.81°E）發(fā)生MS6.6 地震，震源深度10 km。截至2020 年12 月31 日，共記錄MS3.0 以上余震15 次，其中MS3.0—3.9 余震9 次，MS4.0—4.9 余震6 次，無MS5.0 以上余震，最大余震為7 月23 日18 時(shí)50 分MS4.8 地震。

2020 年西藏尼瑪MS6.6 地震震中位于可可西里—唐古拉山地區(qū)，構(gòu)造位置屬青藏塊體內(nèi)羌塘塊體中部。西藏西部地區(qū)地震監(jiān)測能力偏低（魏富勝等，2009，2010），隨著“十五”中國地震數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的順利建成，2008 年10 月以來，中國地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力獲得明顯提高（王亞文等，2017）。文中對(duì)尼瑪MS6.6 地震序列，從構(gòu)造背景、歷史地震、震源參數(shù)、序列演化特征進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)震前存在的異常進(jìn)行梳理、總結(jié)，發(fā)現(xiàn)震中500 km 范圍內(nèi)無地球物理觀測異常，震前存在少量的地震活動(dòng)性參數(shù)異常和1 項(xiàng)熱紅外異常。通過此次震例總結(jié)，以期為西藏西部地區(qū)強(qiáng)震短臨預(yù)報(bào)實(shí)踐提供震例參考。

1 構(gòu)造背景及震源特征

1.1 構(gòu)造背景與歷史地震

2020 年7 月23 日西藏尼瑪MS6.6 地震位于羌塘塊體中部。羌塘塊體與其南部的拉薩塊體皆屬青藏高原核心部分，在印度板塊相對(duì)于歐亞板塊向北運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的持續(xù)推擠作用下，自第四紀(jì)以來，伴隨著青藏高原的強(qiáng)烈隆起，羌塘和拉薩塊體同時(shí)經(jīng)歷著近NS 向的擠壓和近EW 向的拉張作用，并在內(nèi)部發(fā)育了一系列近NS 走向的地塹（鄧起東等，2002）。拉薩塊體和羌塘塊體的碰撞連接處為班公湖—怒江縫合帶，在該縫合帶兩側(cè)發(fā)育了一系列共軛走滑斷裂和近NS 走向的地塹，研究表明，這些構(gòu)造變形對(duì)高原中部的近NS 向擠壓和近EW 向伸展起到了調(diào)節(jié)作用（Taylor et al，2003；Taylor and Yin，2009）。

此次尼瑪MS6.6 地震發(fā)生在依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂的分支附近，該分支與主斷裂呈小角度相交。依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂位于班公湖—怒江縫合帶北側(cè)，整體呈NE 走向，是一條以左旋走滑為主的斷裂，并在局部兼具一定張性活動(dòng)特征（Michael et al，2003，2006）。主斷裂與分支斷裂之間為依布茶卡地塹，內(nèi)部發(fā)育有第四紀(jì)沉積。在2 條斷裂之間，曾于1973 年發(fā)生1 組中強(qiáng)地震，即為1973 年8 月16 日西藏沙里西5.5 級(jí)地震及9 月8 日西藏沙里西南6.0 級(jí)和5.3 級(jí)地震，3 次地震與本次尼瑪MS6.6 地震震中距離分別為8.5 km、13 km 和21 km。此外，在此次尼瑪MS6.6 地震震中西南約168 km，依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂西南端與改則—洞錯(cuò)斷裂交匯處，曾于2008 年1 月9 日發(fā)生西藏改則6.9 級(jí)地震，且1 周后發(fā)生6.0級(jí)余震，并于1 月23 日發(fā)生5.5 級(jí)余震，為一次典型的主震—余震型地震事件（圖1）。

圖1 尼瑪MS6.6 地震震中（黃色五角星）、ML≥2.0余震分布（紅色實(shí)心圓）、5.0 級(jí)以上歷史地震（藍(lán)色五角星）及主要斷裂（綠色實(shí)線）分布Fig.1 The epicenter of the MS6.6 Nyima earthquake (yellow pentacle),aftershocks with ML≥2.0 (solid red circle),historical earthquakes with MS≥5.0 (blue pentacle),and major faults (solid green line)

1.2 震源參數(shù)

地震的震源機(jī)制解和主要滑動(dòng)量分布對(duì)于確定發(fā)震斷層和孕震機(jī)制具有重要意義（Xie et al，2015）。2020 年 尼 瑪6.6 級(jí)地震發(fā)生后，國內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)分別確定了此次地震的矩震級(jí)和震源機(jī)制解（表1，圖2）。不同震源機(jī)制解結(jié)果均顯示，此次地震破裂方式為正斷型，文中對(duì)震源性質(zhì)的分析采用中國地震臺(tái)網(wǎng)中心（CENC）給出的結(jié)果：矩震級(jí)為MW6.3；節(jié)面Ⅰ走向10°，傾角50°，滑動(dòng)角-81°；節(jié)面Ⅱ走向177°，傾角41°，滑動(dòng)角-100°。節(jié)面解顯示，此次地震破裂方向?yàn)榻麼S 向，為一次拉張型破裂，拉張方向?yàn)榻麰W 向，與羌塘塊體NS 向擠壓和EW 向拉張的構(gòu)造背景較為一致（Tapponnier et al，2001）。此外，據(jù)王家慶等（2016）對(duì)2008 年1 月9 日改則6.9 級(jí)地震及其6.0 級(jí)、5.5 級(jí)余震的分析，此地震序列同為近NS 走向的正斷型破裂，表明羌塘塊體內(nèi)中強(qiáng)震的發(fā)生明顯受到區(qū)域主應(yīng)力場的影響和控制。

圖2 尼瑪MS6.6 地震震源機(jī)制解（a）中國地震臺(tái)網(wǎng)中心；（b）中國地震局地球物理研究所；（c）美國地質(zhì)調(diào)查局；（d）哈佛大學(xué)矩心矩張量Fig.2 The focal mechanism solution graphs of the Nyima MS6.6 earthquake

2 地震序列特征

2.1 序列概況

截至2020 年12 月31 日，尼瑪MS6.6 地震序列共有16 次MS3.0 以上地震發(fā)生（表2），其中8 次余震在主震后2 天之內(nèi)發(fā)生，且6 次余震在主震當(dāng)天發(fā)生。7 月24 日之后，余震間隔明顯變大，至8 月9 日，MS3.0 以上余震活動(dòng)間隔約3—5 天。此后，余震間隔時(shí)間快速變長，活動(dòng)水平表現(xiàn)出較為明顯的衰減特征。

表2 尼瑪MS6.6 地震序列目錄（MS≥3.0）Table 2 Earthquake catalog of the Nyima MS6.6 sequence for MS≥3.0

2.2 序列M—t圖與頻次圖特征

2020 年尼瑪MS6.6 地震序列發(fā)生在西藏西部地區(qū)。該區(qū)地震監(jiān)測能力較低，因此序列中ML3.0以下地震記錄較少。自尼瑪MS6.6地震發(fā)生，截至2020年12月31日，序列中ML2.0—2.9 地震僅記錄2 次，而ML3.0 以上地震記錄50 次，其中ML3.0—3.9 地震36 次，ML4.0—4.9 地震12 次，ML5.0—5.9 地震1 次，ML6.0—6.9 地震1 次。

由2020 年尼瑪MS6.6 地震序列ML≥3.0 地震的M—t圖和日頻次時(shí)序圖（圖3）可知，震后3 天之內(nèi)余震較為密集，震級(jí)大小和頻次均呈良好的衰減特征，此后余震表現(xiàn)為稀疏的起伏活動(dòng)。綜合上述特征可知，尼瑪MS6.6 地震是一次余震衰減較快的主震—余震型事件。

圖3 尼瑪MS6.6 地震序列ML≥3.0 地震M—t圖(a)和日頻次圖(b)Fig.3 M-t(a) and daily frequency diagram (b) for ML≥3.0 earthquakes of the Nyima MS6.6 sequence

2.3 最大2 次事件的震級(jí)和能量

地震序列類型通常可根據(jù)主震在全序列的能量釋放占比進(jìn)行定量判別（周慧蘭等，1980）。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在此次尼瑪MS6.6 地震序列中，主震釋放能量占序列總能量的98.2%，介于90%—99.99%，符合主震—余震型地震序列特征（表3）。此外，可根據(jù)最大與次大地震的震級(jí)差來進(jìn)行序列分類（蔣海昆等，2006a）。據(jù)知，尼瑪?shù)卣鹦蛄械淖畲笥嗾馂? 月23 日18 時(shí)50 分MS4.8（ML5.3）地震，與主震震級(jí)相差約MS1.8（ML1.5），震級(jí)差在0.6—2.4范圍內(nèi)，符合主震—余震型地震序列的判別標(biāo)準(zhǔn)。

表3 尼瑪MS6.6 地震序列最大2 次事件的震級(jí)和能量Table 3 Magnitudes and energies of the two largest events in the Nyima MS6.6 sequence

2.4 序列b值及最大余震震級(jí)估計(jì)

某個(gè)震級(jí)以上地震的累積頻度（N）和震級(jí)（M）近似滿足古登堡—里克特定律（Gutenberg and Richter，1944）：lgN=a–bM，其中常數(shù)a反映了區(qū)域的地震活動(dòng)性，常數(shù)b反映了大小地震的相對(duì)比例。采用b值截距法可估計(jì)序列的最大余震震級(jí)，具體做法是，將擬合直線與震級(jí)軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)作為估計(jì)值。在誤差范圍內(nèi)，利用該方法可以較好地估計(jì)最大余震的震級(jí)（吳開統(tǒng)等，1984；解孟雨等，2017）。

為了計(jì)算得到準(zhǔn)確的b值，首先需要確定地震目錄的最小完整性震級(jí)。采用最大曲率法（Wiemer and Wyss，2000），計(jì)算得到尼瑪MS6.6 地震序列的最小完整性震級(jí)為ML3.3。在此基礎(chǔ)上，采用最大似然法（Aki，1965；Bender，1983）計(jì)算該序列b值，結(jié)果見圖4，可知尼瑪?shù)卣鹦蛄械腷值約為0.68。采用截距法進(jìn)行估算，得到該序列的最大余震震級(jí)為ML5.6，與當(dāng)前最大余震震級(jí)ML5.3（MS4.8）較為接近，表明最大余震應(yīng)已發(fā)生。

圖4 尼瑪MS6.6 級(jí)地震序列b值Fig.4 The bvalue fit of the Nyima MS6.6 sequence

2.5 序列h值

劉正榮和孔昭麟（1986）對(duì)修正的大森公式進(jìn)行一定修改，提出h值，將其定義為余震日頻度隨時(shí)間的衰減系數(shù)，此后h值被用于判斷一個(gè)地震序列是否為前震序列（王錚錚等，1996；蔣海昆等，2006b；馬茹瑩等，2016）。通常，當(dāng)h＞1 時(shí)，地震序列為正常衰減，當(dāng)h＜1 時(shí)，為前震序列。采用最小二乘法擬合尼瑪MS6.6 地震序列日頻度衰減關(guān)系，得到h=1.62 ＞1，表明該地震序列衰減較為正常（圖5）。

圖5 尼瑪MS6.6 地震序列h值擬合結(jié)果Fig.5 The hvalue fit of the Nyima MS6.6 sequence

3 震前異常現(xiàn)象

此次尼瑪MS6.6 地震震中500 km 范圍內(nèi)無地球物理觀測測項(xiàng)。在針對(duì)震前的震情跟蹤和震后梳理中，發(fā)現(xiàn)存在少量地震活動(dòng)性參數(shù)異常和1 項(xiàng)熱紅外異常。

3.1 地震發(fā)生率指數(shù)異常

在強(qiáng)震發(fā)生前普遍存在地震活動(dòng)頻度增強(qiáng)與平靜現(xiàn)象（梅世蓉等，1997；陸遠(yuǎn)忠等，1997）。不少研究表明，地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)或顯著減弱與強(qiáng)震發(fā)生具有一定的時(shí)空相關(guān)性（平建軍等，2001；易桂喜等，2004）。地震發(fā)生率指數(shù)可對(duì)地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)與顯著減弱的典型異常同時(shí)進(jìn)行定量識(shí)別。參照背景地震發(fā)生率，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，將實(shí)際地震發(fā)生率換算為0—1 之間的概率值，接近1 反映地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，用紅色顯示，接近0 反映地震活動(dòng)顯著減弱，用藍(lán)色顯示（姜祥華，2020）。在尼瑪MS6.6 地震發(fā)生前4 個(gè)月，西藏阿里及附近地區(qū)存在地震發(fā)生率指數(shù)高值異常，隨著時(shí)間的演化，該處異常持續(xù)發(fā)展，在震前1 天依然存在，尼瑪MS6.6 地震即發(fā)生在上述異常區(qū)域內(nèi)部（圖6）。

圖6 尼瑪MS6.6 地震前地震發(fā)生率指數(shù)異常演化（a）震前4 個(gè)月異常分布；（b）震前2 個(gè)月異常分布；（c）震前1 天異常分布Fig.6 Anomaly evolution of earthquake rate before the Nyima MS6.6 earthquake

3.2 固體潮調(diào)制比異常

調(diào)制比即定時(shí)空窗內(nèi)受固體潮調(diào)制的地震次數(shù)與地震總次數(shù)的比值（秦保燕等，1983，1986）。近期研究表明，小震調(diào)制比時(shí)空掃描高值異常集中地區(qū)與未來強(qiáng)震震中存在相關(guān)性（韓顏顏等，2017）。此次尼瑪MS6.6 地震發(fā)生前，調(diào)制比異常持續(xù)存在，異常區(qū)在震中附近變化，且在震前短時(shí)間內(nèi)高值異常突出。

尼瑪MS6.6 地震發(fā)生前約6 個(gè)月，震中附近出現(xiàn)調(diào)制比高值異常。2020 年1 月底，該異常區(qū)逐步向震中東側(cè)擴(kuò)展，且異常值有所升高，3 月底向NW、SE 發(fā)生調(diào)整變化，集中分布在震中西北和東南2 個(gè)區(qū)域。此后，對(duì)于西北異常區(qū)，調(diào)制比異常值逐漸減小，且異常區(qū)范圍逐漸收縮；對(duì)于東南異常區(qū)，異常區(qū)逐漸擴(kuò)展，且異常值不斷上升，至5 月底達(dá)最高值，6 月底異常值出現(xiàn)減小趨勢，但調(diào)制比高值異常依舊突出，后于2020 年7 月23日發(fā)生尼瑪MS6.6 地震（圖7）。

圖7 尼瑪MS6.6 地震前固體潮調(diào)制比時(shí)空演化過程 (a) 2019-05-01—2019-10-31；(b) 2019-06-01—2019-11-30；(c) 2019-07-01—2019-12-30；(d) 2019-08-01—2020-01-31；(e) 2019-09-01—2020-02-29；(f) 2019-10-01—2020-03-31；(g) 2019-11-01—2020-04-30；(h) 2019-12-01—2020-05-31；(i) 2020-01-01—2020-06-30Fig.7 The spatio-temporal evolution of earth tidal modulation ratio before the Nyima MS6.6 earthquake

3.3 b值異常

研究表明，b值變化可以反映地殼應(yīng)力狀態(tài)，通常低b值反映的是高應(yīng)力狀態(tài)（Schorlemmer et al，2005；Narteau et al，2009；Mousavi et al，2017）。不少大震發(fā)生前，在震源區(qū)觀察到低b值現(xiàn)象（Nanjo et al，2012；王鵬等，2017；史海霞等，2018），例如，2004年印度尼西亞蘇門答臘MW9.1 地震和2011 年日本東北MW9.0 地震（Nanjo et al，2012），以及2008 年汶川8.0 級(jí)地震（史海霞等，2018）。此次尼瑪MS6.6 地震前，b值異常表現(xiàn)為持續(xù)增強(qiáng)，并集中在震中西部地區(qū)，異常區(qū)域位置和大小未見明顯變化。

通過時(shí)空掃描，得到尼瑪MS6.6 地震前西藏西部地區(qū)b值演化圖，見圖8，可見：在主震發(fā)生約5 個(gè)月前，即2020 年3 月22 日前，震中附近地區(qū)地震活動(dòng)較弱，地震數(shù)無法滿足b值計(jì)算要求；2020 年3 月開始，震中附近出現(xiàn)低b值異常，異常區(qū)主要分布在震中西部；至7 月22 日，該低b值異常區(qū)大小和空間位置基本無變化且持續(xù)存在，雖然異常區(qū)b值有所升高，但低值異常仍較為突出，直至于7 月23 日發(fā)生尼瑪MS6.6 地震（圖8）。

圖8 尼瑪MS6.6 地震前b值時(shí)空演化過程(a) 2019-05-22—2019-11-22；(b) 2019-06-22—2019-12-22；(c) 2019-07-22—2020-01-22；(d) 2019-08-22—2020-02-22；(e) 2019-09-22—2020-03-22；(f) 2019-10-22—2020-04-22；(g) 2019-11-22—2020-05-22；(h) 2019-12-22—2020-06-22；(i) 2020-01-22—2020-07-22Fig.8 The spatio-temporal evolution of b-value before the Nyima MS6.6 earthquake

3.4 熱紅外異常

2020 年尼瑪MS6.6 地震發(fā)生前，在震中附近，近地表10 m 高處的大氣溫度存在局部升高現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為：7 月15 日，震中附近無明顯大氣增溫，7 月16 日開始增溫，且持續(xù)至7 月21 日，7 月22 日增溫現(xiàn)象消失，后于7 月23 日發(fā)震（圖9）。

圖9 尼瑪MS6.6 地震前大氣溫度時(shí)空演化(a) 2020-07-15；(b) 2020-07-16；(c) 2020-07-21；(d) 2020-07-22Fig.9 The spatio-temporal evolution of atmospheric temperature before the Nyima MS6.6 earthquake

4 討論與結(jié)論

文中針對(duì)2020 年7 月23 日尼瑪MS6.6 地震，從構(gòu)造背景、震源參數(shù)、序列特征和震前異常現(xiàn)象等方面進(jìn)行分析總結(jié)，并獲得如下認(rèn)識(shí)。

（1）尼瑪MS6.6 地震發(fā)生在青藏高原班公湖—怒江縫合帶北側(cè)，震中所在的羌塘塊體在青藏高原隆升過程中整體伴隨著NS 向擠壓和EW 向拉張變形，其內(nèi)部易發(fā)生拉張型破裂。本次地震震中位于依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂的分支附近，該分支與主斷裂呈小角度相交。依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂整體呈NE 走向，是一條以左旋走滑為主的斷裂，并在局部兼具一定張性活動(dòng)特征，主斷裂與分支斷裂之間為依布茶卡地塹。震源機(jī)制解顯示，此次地震為一次近NS 向的拉張型破裂，與羌塘塊體地下介質(zhì)的整體變形方式一致。

（2）在尼瑪MS6.6 地震序列中，一半多3.0 級(jí)以上余震發(fā)生在主震后2 天內(nèi)，M—t圖和日頻次圖均顯示出余震的快速衰減特征，且能量釋放占比和最大與次大地震的震級(jí)差計(jì)算結(jié)果均符合主震—余震型序列特征。采用b值截距估算的最大余震震級(jí)與序列已發(fā)生的最大余震震級(jí)大小相當(dāng)，且序列h值明顯大于1。綜合M—t圖、頻次圖、能量釋放、最大與次大地震震級(jí)差、b值、h值等分析認(rèn)為，此次地震序列為一次主震—余震型序列。

（3）震中所處的西藏西部地區(qū)無地球物理測項(xiàng)，但地震臺(tái)網(wǎng)具備一定監(jiān)測能力，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在震前存在少量地震活動(dòng)性參數(shù)異常和1 項(xiàng)熱紅外異常。表現(xiàn)為：①地震活動(dòng)性參數(shù)：主震發(fā)生半年以前，在震中及附近地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)地震發(fā)生率指數(shù)異常、固體潮調(diào)制比異常和b值異常；②熱紅外異常：在震前一周之內(nèi)，震中上空近地表觀測到大氣增溫現(xiàn)象。結(jié)果表明，以上觀測手段或許可為地震監(jiān)測能力較低的西藏地區(qū)強(qiáng)震預(yù)測提供一定支持。

（4）在依布茶卡—日干配錯(cuò)斷裂西南端與改則—洞錯(cuò)斷裂交匯處，2008 年發(fā)生改則6.9 級(jí)地震序列（余震震級(jí)6.0、5.5），與此次尼瑪6.6 級(jí)地震震中距離約168 km。雖然2 次序列均為主震—余震型地震序列，但從能量釋放看，改則6.9 級(jí)主震釋放能量占序列總能量的95.0%，尼瑪6.6 級(jí)主震釋放能量則占比高達(dá)98.2%，前者的余震活動(dòng)水平明顯高于后者。上述差異在一定程度上表明，在同一斷裂帶不同構(gòu)造部位發(fā)生的地震可能具有不同的序列特征。

本文撰寫得到王海濤研究員和劉杰研究員的指導(dǎo)和鼓勵(lì)，蔣海昆研究員、晏銳研究員、孟令媛研究員和閆偉高級(jí)工程師亦給予幫助，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.earthquake.cn）提供數(shù)據(jù)支撐，在此對(duì)他們及中國地震臺(tái)網(wǎng)中心預(yù)報(bào)部同事的辛苦工作，一并表示衷心感謝。