新疆地區6級以上地震前小震固體潮調制比異常演化特征

李文君 曾憲偉 劉芳彤 高龍飛

1）中國銀川 750001 寧夏回族自治區地震局

2）中國遼寧 118000 丹東地震監測中心站

3）中國山西 037000 大同地震監測中心站

0 引言

地震預報是世界性難題，不斷豐富震例資料，有益于提升對地震孕育過程的認知。2016—2020 年6 月26 日，新疆共發生3 次6 級以上淺源地震，積累了大量研究資料及成果，如：劉建明等（2017，2018）分別對精河6.6 級地震和呼圖壁6.2 級地震進行序列重定位與發震構造和地震序列譜振幅相關系數和震源機制一致性研究；趙彬彬等（2017）梳理了新疆精河MS6.6 地震前天山中段鉆孔應變觀測數據，發現9 套鉆孔應變資料震前有5 套出現異常現象；楊文等（2018）對呼圖壁地震發震構造進行研究，發現此次地震屬于逆沖型事件，并推測可能發震斷裂為霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯斷裂；韓桂紅等（2019）對距離呼圖壁MS6.2 地震300 km 范圍內形變資料震前的背景異常、中短期異常進行分析和討論；孟令媛等（2020）系統總結 2020 年1 月19 日新疆伽師MS6.4 地震發生前出現的地震活動和地球物理觀測等異常；張帆等（2020）對新疆精河MS6.6 地震震源區域地殼結構和發震斷裂幾何特征進行分析，并推測發震構造為走向近EW、傾角向S 的逆沖斷層。基于調制比方法的綜合分析尚未見于新疆幾次6 級以上地震的分析。

秦保燕等（1983）研究發現，當固體潮作用到應力調整單元時就容易觸發小震。大量研究表明，在一些中強震發生前，震中周圍固體潮調制比存在一定規律，即固體潮引潮力對地震活動有調制和觸發作用，如：黎凱武等（2000）發現月球對地球的引潮力對地震活動有觸發和調制作用，認為1966—1976 年華北地震組的隆堯6.8 級地震（1966 年3 月8 日）、寧晉7.2 級地震（1966 年3 月22 日）、河間6.3 級地震（1967 年3 月27 日）和唐山7.8 級地震（1976 年7 月28 日）均發生在朔望大潮期（農歷初一、十五或其后1—2 天），認為以上幾次大震是由日月引潮力觸發的；李延興等（2001）和Tanaka 等（2004，2006）研究發現，在一些中強震發生前，震中周圍固體潮調制比存在一定規律，即固體潮引潮力對地震活動有調制和觸發作用；陳榮華等（2006，2009）在研究引潮力對顯著地震觸發作用與大震關系時發現，地震發生時水平引潮力方位與地震斷層面走向接近，可能增加斷層面上的剪應力，有利于地震的發生；水平引潮力方位與地震主張應力軸T軸接近，可能減小斷層面上的正應力，從而減小斷層面上的摩擦力，也會有利于地震的發生；韓顏顏等（2017）研究了近年來西北地區3 次中強地震前的小震調制比時空演化過程，發現中強震與小震調制比高值異常集中區存在對應關系。利用固體潮調制比方法，對發震區周邊2 年內應力狀況進行有效檢驗，這種回溯性研究，盡管在地震危險性分析和中長期地震預測意義上價值有限，但對于反思和改進地震危險性估計方法，填補該方法在新疆地區的應用，具有一定參考價值。新疆地區2016 年以來未發生7 級以上強震，文中對該區3 次6 級以上地震前小震調制比變化進行系統研究，以期得到一些有意義的結果。

1 資料選取

1.1 震例選擇

選取新疆地區（73°—96.5°E，34°—49.5°N）2016 年1 月—2020 年5 月發生的3 次MS6.0 以上淺源地震作為震例，即2016 年12 月8 日呼圖壁MS6.2 地震、2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震和2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震，地震參數來自中國地震臺網中心（2016-01-01—2020-05-20）《中國強震目錄》。研究區3 個震例及周邊測震臺站空間分布見圖1。

圖1 2016 年以來新疆地區6 級以上淺源地震及周邊臺站空間分布Fig.1 Distribution of shallow earthquakes of magnitude 6 or above in Xinjiang since 2016 and the seismic stations

1.2 最小完整性震級

（1）呼圖壁MS6.2 地震。統計2016年12 月8 日呼圖壁MS6.2 地震前2 年內（2014-12-07—2016-12-07）在（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范圍內發生的地震資料，結果見圖2（a）。該時段內共記錄ML≥0.0 地震2 072 次，其中ML0.0—0.9 地震436 次，ML1.0—1.9 地震1 277 次，ML2.0—2.9 地 震306 次，ML3.0—3.9 地震46 次，ML4.0—4.1 地震6 次，ML5.0—5.1 地震1 次。除客觀監測能力和完整性震級的變化，Mc的人為設定將對空間掃描結果造成影響。繪制研究區地震目錄作lgN—M曲線，如圖3（a）所示，可見ML≥1.1 時記錄是完整的，保證了基礎資料的可靠性。

圖2 呼圖壁、精河、伽師地震前2 年震中周圍ML 0.0—5.9 地震分布（a）呼圖壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽師MS 6.4 地震Fig.2 The distribution of ML 0.0-5.9 earthquakes around the epicenter 2 years before the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

圖3 呼圖壁、精河、伽師地震前2 年內研究區最小完整性震級（a）呼圖壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽師MS 6.4 地震Fig.3 The minimum magnitude of completeness in the study area within 2 years prior to the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

（2）精河MS6.6 地震。統計2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震前2 年內（2015-08-08—2016-08-08）在（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范圍內發生的地震資料，結果見圖2（b）。該時段內共記錄ML≥0.0 地震1 509 次，其中ML0.0—0.9 地震243 次，ML1.0—1.9地震990 次，ML2.0—2.9 地震238 次，ML3.0—3.9 地震34 次，ML4.0—4.1 地震4 次。繪制該區地震目錄lgN—M曲線，如圖3（b）所示，可見ML≥1.2 時記錄是完整的。

（3）伽師MS6.4 地震。統計2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震前2 年內（2018-01-18—2020-01-18）在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范圍內發生的地震資料，結果見圖2（c）。該時段內共記錄ML≥0.0 地震2 473 次，其中ML0.0—0.9 地震163 次，ML1.0—1.9地震1 588 次，ML2.0—2.9 地震560 次，ML3.0—3.9 地震139 次，ML4.0—4.1 地震18 次，ML5.0—5.1 地震5 次。繪制該區lgN—M曲線，如圖3（c）所示，可見ML≥1.1 時記錄是完整的。

綜上所述，分別得到呼圖壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽師MS6.4 地震最小完整性震級分別為ML1.1、ML1.2、ML1.1。

1.3 陰歷日期選擇

對于陰歷調制日期，不同學者有不同認識。秦保燕等（1983）選擇引潮力最大時段作為調制陰歷時段，即朔日前后4 天，望日前后4 天，共計8 天；王煒等（2001）將小震調制比應用于華北地震中期預報時，將上述8 天調制時段擴展為對稱于朔望的10 天，即取陰歷廿九至初三、十三至十七為調制陰歷時段，共計10 天；張國民等（2001）統計我國大陸地區MS7.0 強震發生的陰歷日期分布認為，4 個峰值區分別對應朔、望日和上、下弦，其中朔對應廿八至初二，望對應十五至十七，上弦對應初八和初九，下弦對應廿二至廿五，共14 天。筆者經對比分析，考慮到不同地區地殼結構和觸發地震的能力有所不同，以及不同階段局部性應變的差異程度等因素，根據新疆地域特征及歷史地震調制情況，選用張國民等（2001）定義的陰歷日期，用于空間掃描時計算調制地震的時間域。

2 結果分析

2.1 呼圖壁MS 6.2 地震

2016 年12 月8 日中國新疆呼圖壁地區發生MS6.2 地震，據中國地震臺網中心初步測定，震中位于（43.83°N，86.35°E），震源深度6 km。此次地震余震序列豐富，截至2016 年12 月24 日22 時，新疆地震臺網共記錄0 級以上地震773 次，最大余震震級為ML4.5，發震時間為12 月8 日23 時23 分。

與新疆其他地區相比，呼圖壁地區地震監測臺網臺站分布相對密集（圖1），監測能力較強。選取2014 年12 月7 日—2016 年12 月7 日（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范圍內ML1.1—5.0 地震，采用固體潮調制比方法，對呼圖壁MS6.2 地震震中及附近區域進行空間掃描（圖4），掃描參數作如下設定：時間步長為2 年、1 年、0.5 年；地震數依次為20、15、12；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖4 可見，呼圖壁MS6.2 地震前2 年，震中落于調制比高值異常區邊緣，受調制作用，隨著時間的推近，該區域非調制小震逐漸積累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常調制比閾值范圍內，未受到較明顯的調制作用。

圖4 呼圖壁6.2 級地震前2 年、1 年、0.5 年調制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Hutubi ML 6.2 earthquake

2.2 精河MS 6.6 地震

據中國地震臺網中心測定，2017 年8 月9 日7 時27 分，新疆維吾爾自治區博爾塔拉州精河縣發生MS6.6 地震（簡稱精河6.6 級地震），震中位于（44.27°N，82.89°E），震源深度11 km，烏魯木齊、博州、昌吉、伊犁、克拉瑪依等地震感強烈。據新疆區域數字地震臺網測定，截至2017 年9 月30 日，精河6.6 級地震震源區共記錄余震396 次，其中MS3.0—3.9 余震18 次，MS4.0—4.9 余震6 次，最大余震震級為MS4.7。

選取2015 年8 月8 日—2016 年8 月8 日（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范圍內ML1.2—5.0 地震，對精河MS6.6 地震震中及附近區域進行調制比空間掃描（圖5）。時掃描參數作如下設定：時間步長為2 年、1 年、0.5 年；地震數依次為20、15、10；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖5 可見，震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于調制比高值區內，受調制作用較明顯。一般，隨著時間的逼近，總體樣本數減少，高值區域面積也相應逐漸減小。然而，從掃描結果可知，震前0.5 年時，震中附近調制小震較活躍，相比震前1 年，調制比高值區域面積有所增大。可見，臨震前震中區域應力水平變化較快，調制小震數量增多，調制作用明顯。

圖5 精河MS 6.6 地震前2 年、1 年、0.5 年調制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jinghe MS 6.6 earthquake

2.3 伽師MS 6.4 地震

據中國地震臺網測定，2020 年1 月19 日21 時27 分在新疆喀什地區伽師縣（39.83°N，77.21°E）發生MS6.4 地震，震源深度16 km。截至2020 年2 月29 日，記錄3.0 級以上余震23 次，其中3.0—3.9 級16 次，4.0—4.9 級5 次，5.0—5.9 級2 次，最大為1 月19日22 時23 分5.2 級地震。此次地震序列發生于南天山西段地區，距柯坪斷裂約2 km。

選取2018 年1 月18 日—2020 年1 月18 日在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范圍內發生的ML1.1—5.0 地震，利用調制比方法，對伽師MS6.4 地震震中及附近區域進行空間掃描（圖6）。為保證結果的科學性與合理性，對掃描參數作如下設定：時間步長2年、1 年、0.5 年；地震數依次為20、15、10；空間掃描步長為0.05°，掃描半徑為30—50 km。由圖6 可見：震前2 年震中位置落于調制比高值區內，受調制作用較明顯；震前1 年，隨著樣本量的減少，能夠掃描的地震數不斷減少，且逐漸向震中位置靠攏，此時震中恰好位于調制比高值邊緣；震前0.5 年，震中非調制地震數多于調制地震，調制作用不明顯。

圖6 伽師MS 6.4 地震前2 年、1 年、0.5 年調制比空間分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.6 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jiashi MS 6.4 earthquake

3 結論

采用張國民等（2001）定義的陰歷月相期，對新疆地區2016 年以來3 次6 級以上淺源地震，計算研究區最小完整性震級，確定使用的小震資料，采用固體潮調制比空間掃描結果，繪制震前調制比空間分布圖，并對呼圖壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽師MS6.4 地震進行分析，結果如下。

（1）2016年12月8日呼圖壁MS6.2地震。震中落于調制比高值異常區邊緣，受調制作用，隨著時間的推近，該區域非調制小震逐漸積累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常調制比閾值范圍內，未受到較明顯的調制作用。

（2）2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震。震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于調制比高值區內，受調制作用較明顯。震前0.5 年，震中附近調制小震較活躍，相比震前1年時，調制比高值區域面積增大，臨震前震中區域調制作用明顯。

（3）2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震。震前2 年，震中位置落于調制比高值區內，受調制作用較明顯；震前1 年，隨著樣本量的減少，能夠掃描的地震數在不斷減少，且逐漸向震中位置靠攏，震中位于調制比高值邊緣；震前0.5 年，小震調制作用不明顯。

綜上，新疆地區3 次6 級以上地震前均出現不同程度的調制比異常現象，對地震預測具有較好的指示意義。