李 莎，閻春恒，周 斌，郭培蘭，周軍學(xué)

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530022）

0 引言

2016年7月31日廣西蒼梧縣沙頭鎮(zhèn)發(fā)生Ms5.4地震（下文簡稱蒼梧地震），極震區(qū)烈度達到Ⅶ度，造成梧州市蒼梧縣沙頭鎮(zhèn)和石橋鎮(zhèn)、賀州市八步區(qū)仁義鎮(zhèn)、賀州市平桂區(qū)共45個行政村不同程度破壞，直接經(jīng)濟損失達10 204.41萬元[1]。蒼梧地震地處華南褶皺系二級地質(zhì)構(gòu)造單元湘桂褶皺帶的南部，是1959年以來廣西內(nèi)陸發(fā)生的最大地震，并打破了東南沿海地震帶長達17年的5級地震平靜。地震研究人員對此次地震的孕震機理、前兆異?，F(xiàn)象高度關(guān)注。徐曉楓等[2]、姚海東等[3]和莫佩嬋等[4]分別利用CAP方法反演了蒼梧地震震源機制，討論了此次地震發(fā)震構(gòu)造。胡久常等[5]研究結(jié)果顯示，蒼梧地震前兩天，海南、廣西、廣東、湖南、江西、福建6個省區(qū)的地磁臺站普遍出現(xiàn)地磁垂直分量日變不同程度的“雙低點”異常；王新勝等[6]分析了梧州臺連續(xù)重力資料，發(fā)現(xiàn)蒼梧地震前數(shù)月存在重力非潮汐持續(xù)上升變化；周斌等[7]解譯了蒼梧地區(qū)流動重力和GNSS監(jiān)測資料，發(fā)現(xiàn)蒼梧地震位于重力變化梯度帶附近，也處于面應(yīng)變梯度帶零值過渡區(qū)和最大剪應(yīng)變率高值區(qū)的邊緣部位；莫佩嬋等[4,8]總結(jié)了蒼梧地震前廣西及鄰區(qū)測震學(xué)及前兆異常變化特征，得到了多項前兆觀測資料異常；郭培蘭等[9]對蒼梧地震的地震活動、震害特征及應(yīng)急對策開展了分析。以上研究成果為區(qū)域地震活動圖像分析積累了寶貴經(jīng)驗和成果。

地震活動圖像是指區(qū)域地震活動的時空展布方式，包括地震活動的增強和平靜、空區(qū)、條帶等，是中強地震預(yù)測的重要技術(shù)指標[10-13]。如薛艷等[14]指出汶川地震前出現(xiàn)大范圍地震活動增強區(qū)以及不同時空尺度的地震空區(qū)；陳大慶等[15]認為，1987年江西尋烏5.4級及1994年臺灣海峽7.3級地震前出現(xiàn)壓應(yīng)力區(qū)閉鎖地震活動減弱，張應(yīng)力區(qū)中小地震活動呈活躍的趨勢。除地震活動圖像外，近年來視應(yīng)力在地殼應(yīng)力場動態(tài)變化監(jiān)視和地震預(yù)測研究中的應(yīng)用等方面也受到了一些學(xué)者的重視，也相應(yīng)開展了大量的研究工作[16-20]。地震視應(yīng)力是震源區(qū)絕對應(yīng)力水平的下限估計[21-22]，地震視應(yīng)力越高，表明震源區(qū)的應(yīng)力水平越高；反之，應(yīng)力水平則低[23-26]。李艷娥等[27]研究發(fā)現(xiàn)，2011年日本Mw9.1大地震前，自2002年中起視應(yīng)力開始呈趨勢性上升變化；彭關(guān)靈等[28]研究結(jié)果顯示，2018年通海Ms5.0地震前視應(yīng)力出現(xiàn)高值異常。

蒼梧地震前，華南地區(qū)中等地震、小震群活躍現(xiàn)象突出。莫佩嬋等[4]分析了蒼梧地震前廣西及鄰區(qū)小震活動增強和震群活躍現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象對蒼梧地震具有一定前兆指示意義，但資料時間段較短，研究范圍較小。為此，本文系統(tǒng)分析蒼梧地震前華南地區(qū)地震活動增強現(xiàn)象，并利用小震視應(yīng)力時空變化研究區(qū)域應(yīng)力場變化，探討地震圖像演化與蒼梧地震活動的內(nèi)在關(guān)系。若無特別說明，文中的地震標度均為ML震級。

1 資料和方法

1.1 資料概況

據(jù)廣西地震臺網(wǎng)中心資料，公元288—1969年，蒼梧震中250 km范圍內(nèi)共記錄4.0以上地震191次，其中5.0～5.9地震36次，6.0～6.9地震1次，最大地震為1969年7月26日廣東陽江6.6級地震。1970年至2016年7月31日，蒼梧震中250 km范圍內(nèi)共記錄3.0級以上地震181次，4.0～4.9級地震11次，5.0～5.9地震1次，最大地震為2016年7月31日廣西蒼梧Ms5.4地震，地震主要分布于粵西地區(qū)（圖1）。該范圍內(nèi)地震總體活動水平不高，蒼梧地震前，有歷史記載以來最大地震為1946年8月1日蒼梧4.5級。利用最大曲率法（MAXC），計算得到2008年以來蒼梧震中250 km范圍內(nèi)的完備性震級Mc為1.2。

圖 1 蒼梧震中250 km范圍地震分布圖

1.2 地震活動圖像分析方法

根據(jù)蒼梧地震前的區(qū)域地震活動，本文擬采用小震活動增強、地震遷移及震群活動等地震活動圖像分析方法和思路來研究蒼梧地震前地震活動圖像演化特征。

1）小震活動增強。焦遠碧等[29]將巖石蠕變聲發(fā)射實驗中觀測到的瞬態(tài)蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變、加速蠕變3個階段的聲發(fā)射變化與地震活動相對比，發(fā)現(xiàn)大震前震中區(qū)域地震活動可能出現(xiàn)于穩(wěn)態(tài)階段后期，地震頻度較低但幅值大，可能出現(xiàn)在主破裂前較長時間，是一種中期前兆，而且在大多數(shù)強震前可能觀測到。眾多震例研究表明，在較大地震前，震中周圍200～300 km范圍內(nèi)的地震活動增強是一種具有普適性的震兆[30-31]。本文主要分析廣西及鄰區(qū)，特別是蒼梧震中250 km范圍內(nèi)3.0級以上地震活動變化特征。

2）地震活動遷移。地震遷移是指地震按一定的時間、空間相繼發(fā)生的現(xiàn)象，是由邊界動力源脈動式推壓引起的動力波傳播決定的[32]。地震遷移現(xiàn)象在國內(nèi)外研究甚多，在全球[33]、東亞大陸[34]、中國[35]、日本關(guān)東地區(qū)[36]、南北地震帶[37-38]、鮮水河斷裂帶[39-40]、祁連山地震帶[41]、東南沿海地震帶[42-44]等，均存在類似的地震有序遷移現(xiàn)象，在潛在震源區(qū)的劃分及地震活動危險區(qū)預(yù)測方面已得到廣泛應(yīng)用。本文將分析2012年至蒼梧地震華南及鄰區(qū)（107°～120°E，21°～32°N）4.0 級以上地震遷移特征及其與蒼梧地震的關(guān)系。

3）震群活躍。震群是地震活動的一種形式，被認為由一組相當(dāng)震級的地震組成，在時間和空間上聚集，缺乏一個明顯的主震[45-46]。震群可能是由流體（巖漿或水庫蓄水）侵入引起，也可能是因為區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的增強導(dǎo)致。Toda等[47]認為震群可作為判斷區(qū)域應(yīng)力變化的一個重要指標，即利用震群活動來預(yù)測未來發(fā)生地震危險性升高。本文對震群的判定規(guī)則為：最大地震釋放的能量占全序列地震釋放總能量的比小于90%[48]，或與最大地震震級差ΔM＜0.6的地震次數(shù)在3次及3次以上[49]。據(jù)此，分析蒼梧地震前華南地區(qū)（106.5°～118.5°E，18°～30°N）震群活動的時空特征及其與蒼梧地震的關(guān)系。

1.3 視應(yīng)力計算方法

為分析蒼梧地震前區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場變化特征，利用華南地區(qū)數(shù)字化臺網(wǎng)記錄的寬頻帶地震波形資料，結(jié)合臺站分布和地震頻次，計算2012年以來蒼梧震中250 km范圍內(nèi)2.5級以上地震視應(yīng)力。通常視應(yīng)力與地震震級之間存在相關(guān)性，為消除震級對視應(yīng)力的影響，對視應(yīng)力計算結(jié)果進行擬合，再用視應(yīng)力減去對應(yīng)震級的視應(yīng)力擬合值，得到差視應(yīng)力，并以8個地震為一組，1個地震為步長進行滑動繪制差視應(yīng)力隨時間演化曲線。

2 蒼梧地震前地震活動圖像演化特征分析

2.1 小震活動增強特征分析

M-t圖（圖2）顯示，2008—2011年，蒼梧震中250 km范圍內(nèi)3.0級以上地震活動水平較弱，僅發(fā)生4次3.0級以上地震，最大地震為2010年9月23日廣東高州3.5級。2012年開始，蒼梧震中250 km范圍內(nèi)3.0級以上地震開始活動，2012年11月至2013年5月出現(xiàn)3級地震活躍，7個月內(nèi)發(fā)生5次3.0級以上地震，且地震強度逐漸增強。此后，3.0級以上地震平靜6個月，被2013年12月6日廣東高州4.2級地震打破。后約1年時間內(nèi)，再次出現(xiàn)小震活躍，發(fā)生5次3.0級以上地震，最大震級4.1，地震應(yīng)變釋放曲線呈現(xiàn)加速特征。2015年1月至2016年6月，地震活動減弱，僅發(fā)生2015年8月26日廣東高州3.6級和2016年3月7日廣西平樂3.0級地震，隨后發(fā)生2016年7月31日廣西蒼梧地震。郭培蘭[52]分析了1970—2009年廣西及鄰區(qū)13次4.5級以上震例，發(fā)現(xiàn)12次震例前存在3.0級小震活動明顯增強現(xiàn)象，認為小震活動增強對廣西未來中強地震趨勢分析有指示意義。楊向東等[53]研究發(fā)現(xiàn)，地震活動增強一段時間后，其活動水平明顯下降，震中附近中小地震在時間軸上往往表現(xiàn)為增強—平靜的異常特征。劉蒲雄等[54]研究結(jié)果顯示，在地震活動增強過程中，累積頻度和地震應(yīng)變釋放曲線顯示加速形態(tài)。結(jié)合前人研究成果綜合分析，蒼梧地震前存在小震活動增強現(xiàn)象，呈現(xiàn)“小震活動增強—小震持續(xù)活躍—小震相對平靜—發(fā)生中強地震”特征。其中，2012年11月至2013年底為增強時段，2013年底至2014年為活躍時段，2015年至發(fā)震前為平靜時段。

圖 2 蒼梧震中250 km范圍內(nèi)3.0級以上地震M-t、蠕變圖

蒼梧地震前，震中附近表現(xiàn)出短時間小震相對平靜，但位于右江地震帶的桂西北地區(qū)（圖3黑框區(qū)域）出現(xiàn)3級地震頻次增強現(xiàn)象（圖4）。1970年以來，廣西及其鄰近北部灣海域共記錄到Ms5.0以上地震5次，其中1977年廣西平果Ms5.0、1994年底和1995年初北部灣Ms6.1、Ms6.2雙震前，桂西北地區(qū)均出現(xiàn)3.0級以上地震季頻度增強現(xiàn)象，季頻度均達到4次。1988年北部灣Ms5.0前小震增強現(xiàn)象不明顯（圖4）。蒼梧地震前，桂西北地區(qū)再次出現(xiàn)小震活躍。從2016年起至蒼梧地震前，廣西地震臺網(wǎng)分別記錄到1月11日靖西3.4級、1月21日平果3.0級、2月1日南寧3.8級、4月3日扶綏3.4級及7月16日平果3.4級共5次地震，季頻度達到4次。上述表明桂西北地區(qū)3級以上地震活動與廣西及其鄰近北部灣海域5.0級以上地震存在較好的對應(yīng)關(guān)系，可將桂西北地區(qū)3級地震季頻度達到4次作為廣西及其鄰近北部灣海域5級以上地震活動的中期異常指標。

圖 3 2016年1—11月廣西及鄰區(qū)3.0級以上地震分布

圖 4 1970—2016年桂西北地區(qū)3.0級以上地震季頻度與廣西及北部灣MS5.0以上地震

2.2 華南及鄰區(qū)地震遷移及震群活動分析

據(jù)統(tǒng)計，2012年至蒼梧地震前華南及其鄰區(qū)4.0級以上地震較活躍，并呈現(xiàn)較規(guī)律的震中分布特征。2012年2月至2015年3月，華南及鄰區(qū)共發(fā)生18次4.0級以上地震，其中14次地震震中位于水庫地區(qū)，占地震總數(shù)的78%。而2015年6月至蒼梧地震前，華南及其鄰區(qū)發(fā)生的5次4.0級以上地震震中均位于非水庫地區(qū)（圖5，表1）。即與前幾年相比，華南及其鄰區(qū)顯著地震活動主體地區(qū)已由水庫區(qū)向非水庫區(qū)遷移。地震的孕育，是應(yīng)力-應(yīng)變集中發(fā)展的過程。水庫蓄水后，庫水對庫區(qū)介質(zhì)的作用會產(chǎn)生一個附加應(yīng)力場，并與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場疊加，共同控制區(qū)域構(gòu)造活動[55-56]。當(dāng)區(qū)域應(yīng)力積累到較高水平時，受水庫蓄水影響，水庫地區(qū)更容易達到應(yīng)力臨界狀態(tài)而率先進入失穩(wěn)滑動。因此，區(qū)域應(yīng)力場增強過程中，對區(qū)域應(yīng)力調(diào)整相對敏感的水庫地區(qū)可能會先發(fā)生中小地震。這些對區(qū)域應(yīng)力場變化的“敏感點”，可視為“應(yīng)力窗口”或多（應(yīng)力集中）點場[57-58]。

圖 5 2012—2016年華南及鄰區(qū)4.0級以上地震和蒼梧地震前華南地區(qū)震群分布圖

與華南及鄰區(qū)中等地震由水庫區(qū)遷移至非水庫區(qū)同期，華南地區(qū)共記錄到10次小震震群及1次小震序列活動，震中主要位于廣西中部、廣東東北部、湖南東南部、福建西南部，呈近NE向的條帶狀分布，蒼梧地震發(fā)生在條帶中西部（表2，圖5）。統(tǒng)計2000年以來華南地區(qū)2.0級以上震群活動，發(fā)現(xiàn)2015年3月30日貴州劍河Ms5.5地震前9個月，震群季頻次達到5次；蒼梧地震前3個月，震群季頻次達到4次。蒼梧和劍河地震前，震群季頻度均升高，可能對華南地區(qū)5.5級左右地震活動具有指示意義。

3 蒼梧地震前震中區(qū)應(yīng)力變化特征

通過計算獲得2012年以來蒼梧震中250 km范圍內(nèi)2.5～3.6級共41次地震的視應(yīng)力，這些地震主要集中分布于蒼梧地震南部。從差視應(yīng)力的空間分布可知，蒼梧地震南部差視應(yīng)力以偏高為主（圖6）。考慮到地震樣本的空間分布及時間連續(xù)性，選取地震相對密集的蒼梧地震南部26次地震（圖6紅色線圈內(nèi)地震）進行視應(yīng)力時間序列分析。結(jié)果顯示，2014年6月，該地區(qū)視應(yīng)力出現(xiàn)上升現(xiàn)象，并于2014年10月左右達到最高值，高視應(yīng)力持續(xù)至2016年初，6個月后發(fā)生蒼梧地震（圖7a）。差視應(yīng)力在2014年中開始急速上升，約2個月后出現(xiàn)最大值，高值持續(xù)10個月，2015年5月恢復(fù)至正常水平，14個月后發(fā)生蒼梧地震（圖7b）。由此表明，蒼梧地震發(fā)生在區(qū)域應(yīng)力場增強過程中。

4 討論與結(jié)論

本文系統(tǒng)分析了蒼梧地震前華南地區(qū)地震活動圖像演化特征，并結(jié)合震前震中周邊地區(qū)中小地震視應(yīng)力變化，探討了地震活動圖像與蒼梧地震活動的內(nèi)在關(guān)系，得出以下結(jié)論。

表 1 2012—2016年華南及鄰區(qū)4.0級以上地震及參數(shù)

表 2 蒼梧地震前華南地區(qū)震群及參數(shù)

圖 6 蒼梧地震前震中250 km范圍內(nèi)2.5～3.6級地震差視應(yīng)力空間分布

圖 7 蒼梧地震前震中南部2.5～3.6級地震應(yīng)力變化時間序列

1）蒼梧地震前，廣西地區(qū)存在小震增強和集中活躍現(xiàn)象。蒼梧地震前4年，震中250 km范圍內(nèi)小震增強和持續(xù)活躍，呈現(xiàn)“小震活動增強—小震持續(xù)活躍—小震相對平靜—發(fā)生中強地震”特征，同時伴隨地震應(yīng)變釋放曲線呈現(xiàn)加速。鄭萍等[59]也指出蒼梧地震前出現(xiàn)中期區(qū)域地震增強-密集活躍、短期區(qū)域地震顯著平靜現(xiàn)象。隨著發(fā)震時間的逼近，桂西北地區(qū)出現(xiàn)3.0級以上地震頻次增強，蒼梧地震前，3.0級以上地震季頻度達到4次。震例回溯顯示，1977年平果Ms5.0、1994和1995年北部灣Ms6.1、Ms6.2雙震前亦出現(xiàn)桂西北地區(qū)3.0級以上地震季頻度升高現(xiàn)象。

2）蒼梧地震前，華南及鄰區(qū)出現(xiàn)中等地震遷移和小震群活躍。2012年至2015年6月，中等地震集中發(fā)生在對區(qū)域應(yīng)力相對敏感的水庫地區(qū)，中等地震活動一定程度上釋放了水庫地區(qū)積累起來的應(yīng)變能。由于非水庫地區(qū)未發(fā)生顯著地震活動，成為應(yīng)變能積累相對較高地區(qū)。在此背景下，隨著華南地區(qū)應(yīng)力水平進一步增強，2015年6月至2016年7月，中等地震活動主體地區(qū)遷移至對應(yīng)力變化較敏感的非水庫地區(qū)。與此同時，蒼梧地震前1年內(nèi)，華南地區(qū)發(fā)生10次小震震群及1次小震序列活動，呈近NE向的條帶狀分布，蒼梧地震就發(fā)生在條帶中西部。2015年貴州劍河Ms5.5地震前9個月，華南地區(qū)震群季頻次達到5次，蒼梧地震前3個月震群季頻次達到4次。華南地區(qū)震群、季頻度均升高，有可能對該區(qū)5.5級左右地震活動具有指示意義。

3）蒼梧地震前，區(qū)域應(yīng)力出現(xiàn)增強過程。視應(yīng)力計算結(jié)果顯示，蒼梧地震前2年差視應(yīng)力升高，表明震源區(qū)應(yīng)力水平存在增強過程。受地震資料限制，未能分析更大范圍的區(qū)域應(yīng)力變化情況。但應(yīng)力增強現(xiàn)象與震中附近小震活動增強、桂西北地區(qū)3級地震活動增強以及華南地區(qū)中等地震遷移存在很好的同步性。據(jù)此推測，蒼梧地震發(fā)生在華南地區(qū)應(yīng)力水平增強背景下。2012年以來，華南地區(qū)中等地震遷移、小震群活躍及廣西地區(qū)小震活動增強等地震活動圖像的演化，是區(qū)域應(yīng)力增強過程中的伴隨現(xiàn)象。因此，華南地區(qū)地震活動對蒼梧地震具有一定前兆指示意義。

綜上，“小震活動增強—小震持續(xù)活躍—小震相對平靜—發(fā)生中強地震”的小震演化特征及桂西地區(qū)3.0級以上地震季頻次達到4次可作為廣西及其鄰近北部灣鄰近海域5.0級左右地震活動的參考指標；華南及鄰區(qū)中等地震由水庫地區(qū)向非水庫地區(qū)的有序遷移，可反映該地區(qū)區(qū)域應(yīng)力水平的增強；華南地區(qū)2.0級以上小震群季頻次達到4次對華南地區(qū)5.5級左右地震活動具有較好對應(yīng)關(guān)系。中小地震活躍是中強地震前普遍存在的現(xiàn)象，其活動特征受地質(zhì)構(gòu)造、巖石物性、受力方式等諸多因素影響，不同構(gòu)造區(qū)或同一構(gòu)造區(qū)不同地震活動期內(nèi)，中強地震前的中小地震活動圖像演化可能會存在差異。

致謝 廣東、福建、湖南、海南、貴州、廣西數(shù)字地震臺網(wǎng)為本研究提供的地震數(shù)字波形，中國地震局地球物理研究所陳學(xué)忠研究員和重慶市地震局陳麗娟工程師在視應(yīng)力計算方面提供了指導(dǎo)和幫助，研究圖件主要采用GMT繪制，在此對以上單位和個人表示衷心感謝。