李敏娟, 毛冬瑤, 張 輝, 王麗霞, 馬海萍, 張?jiān)鰮Q, 竇喜英

(1. 甘肅省地震局, 甘肅 蘭州 730000; 2. 蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué), 甘肅 蘭州 730060)

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)(CENC)測(cè)定,2022年1月8日1時(shí)45分27秒,青海海北州門源縣(37.77°N,101.26°E)發(fā)生6.9級(jí)地震(簡(jiǎn)稱門源6.9級(jí)地震),震源深度10 km。截至2月7日,已記錄到1 000多次余震活動(dòng),其中MS3.0以上地震22次,MS3.0～3.9地震15次,MS4.0～4.9地震5次,MS5.0～5.9地震2次。余震主要沿主震的西側(cè)及東南側(cè)方向展布,呈雙側(cè)破裂特征。1900年以來(lái),震中100 km范圍內(nèi)曾發(fā)生5級(jí)以上地震24次,其中震級(jí)最大一次為1927年5月23日甘肅古浪8.0級(jí)地震。

門源6.9級(jí)地震位于青藏高原東北緣祁連山中東段,發(fā)震構(gòu)造為冷龍嶺斷裂。該斷裂位于北祁連褶皺帶內(nèi),斷裂東端與金強(qiáng)河斷裂、毛毛山斷裂相接,西端與托萊山斷裂相連[1-2]。該斷層是一條全新世巨型活斷層,早期活動(dòng)以擠壓逆沖為主,晚第四紀(jì)表現(xiàn)為以左旋走滑為主兼正斷層性質(zhì),斷錯(cuò)地貌特征明顯。該斷層歷史上發(fā)生多次大震,如1932年昌馬7.6級(jí)地震,1709年中衛(wèi)南7級(jí)地震,1920年海原8級(jí)地震及1927年古浪8級(jí)地震(如圖1所示)[3]。1980年至今,冷龍嶺斷裂先后發(fā)生了1986年門源6.5級(jí)地震、2016年門源6.4級(jí)地震以及2022年門源6.9級(jí)地震。

紅色五角星表示門源6.9級(jí)地震,黃色五角星表示1900年以來(lái)7級(jí)以上地震,白色圓圈表示1980年以來(lái)6級(jí)以上地震,F1:冷龍嶺斷裂,F2:金強(qiáng)河斷裂,F3:毛毛山斷裂,F4:托萊山斷裂圖1 北祁連構(gòu)造背景圖Fig.1 Simplified structural map of the north Qilian area

一次強(qiáng)震從孕育到發(fā)震前一段時(shí)間內(nèi),在孕震區(qū)附近的地震活動(dòng)均會(huì)表現(xiàn)出平靜特征,很多學(xué)者關(guān)注到了這一現(xiàn)象并對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)得到了許多有意義的地震平靜模型,用以解釋觀測(cè)到的前兆平靜現(xiàn)象并進(jìn)行物理機(jī)理分析。因此,地震平靜現(xiàn)象是具有顯著物理意義的地震前兆,被認(rèn)為是地震預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者也總結(jié)出了中國(guó)大陸強(qiáng)震前平靜的一系列特征。地震平靜被作為地震前兆廣泛應(yīng)用于中、強(qiáng)地震預(yù)測(cè),并在一定程度上取得了較好的效果[4-10]。本文著重整理和分析了門源6.9級(jí)地震前存在的2項(xiàng)地震平靜打破異常:祁連山地震帶5級(jí)地震平靜打破和祁連山中東段ML3.6地震平靜打破異常,這2項(xiàng)異常均于震前提出。鑒于這2次平靜打破異常對(duì)門源6.9級(jí)地震有較好的指示意義,本文詳細(xì)討論其中短期異常的特征。

1 祁連山地震帶5級(jí)地震平靜打破

2019年9月16日甘肅張掖5.0級(jí)地震發(fā)生后,祁連山地震帶整體進(jìn)入相對(duì)平靜階段,且其平靜時(shí)間遠(yuǎn)超1900年以來(lái)該區(qū)域5級(jí)以上地震的平均發(fā)震時(shí)間間隔(672天),2021年8月26日阿克塞5.5級(jí)地震的發(fā)生打破了該區(qū)長(zhǎng)達(dá)1.95年的地震平靜。震前總結(jié)發(fā)現(xiàn),祁連山地震帶5級(jí)地震平靜打破后,對(duì)應(yīng)的6級(jí)以上地震多發(fā)生于平靜打破后半年內(nèi),空間上多集中在平靜區(qū)內(nèi)及祁連山地震帶中東段。2022年1月8日發(fā)生的門源6.9級(jí)地震在空間上位于該平靜區(qū)內(nèi)(圖2),時(shí)間上在阿克塞5.5級(jí)地震后4.5個(gè)月,屬于平靜打破后發(fā)生的目標(biāo)地震,因此認(rèn)為該異常與本次地震相對(duì)應(yīng)。

圖2 祁連山地震帶5級(jí)地震平靜Fig.2 Seismic quiescence of M5 earthquakes in the Qilian Mountain seismic zone

1.1 震例回溯情況

1900年以來(lái),祁連山地震帶5級(jí)地震的平均發(fā)震間隔為672天(圖3),其平靜被打破后存在多次發(fā)生6級(jí)以上地震的現(xiàn)象,具體對(duì)應(yīng)情況列于表1。這些強(qiáng)震前長(zhǎng)期平靜異常被打破表明,祁連山地震帶5級(jí)地震平靜異常對(duì)于祁連地震帶及祁連中東段的強(qiáng)震具有較好的預(yù)測(cè)意義。2019年9月16日張掖5.0級(jí)地震后,祁連山地震帶進(jìn)入平靜時(shí)段(平靜持續(xù)長(zhǎng)達(dá)1.95年),被2021年8月26日甘肅阿克塞5.5級(jí)地震打破,該平靜被打破后發(fā)生了2022年1月8日青海門源6.9級(jí)地震。總體來(lái)看,該區(qū)域超過(guò)672天的平靜異常共有23次,7次平靜異常打破后未有6級(jí)以上地震對(duì)應(yīng)發(fā)生,16次平靜異常打破后對(duì)應(yīng)有6級(jí)以上地震發(fā)生(含本次門源6.9級(jí)地震),其中10次為平靜打破后后續(xù)發(fā)生的6級(jí)以上地震,6次為平靜直接被6級(jí)地震打破。對(duì)應(yīng)的地震主要發(fā)生在祁連地震帶平靜區(qū)域內(nèi)部以及祁連中東段。由此可見(jiàn),祁連山地震帶5級(jí)地震平靜對(duì)于強(qiáng)震的發(fā)生具有顯著指示意義。

圖3 祁連地震帶M≥5.0地震M-t及時(shí)間間隔圖Fig.3 The M-t chart and time interval of M≥5 earthquakes in the Qilian Mountain seismic zone

1.2 預(yù)報(bào)效能評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步分析該方法的預(yù)報(bào)效能,本研究使用R值[11]進(jìn)行效能評(píng)價(jià):

(1)

當(dāng)R>0,表示該方法預(yù)測(cè)效能高于隨機(jī)預(yù)測(cè),具有預(yù)測(cè)意義。當(dāng)R≥R0時(shí),表明該方法預(yù)測(cè)效能通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。其中,R0表示考慮了報(bào)準(zhǔn)率和漏報(bào)率時(shí)置信度為97.5%的最低R值。

根據(jù)表1中5級(jí)地震平靜異常與后續(xù)6級(jí)以上地震的對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì),利用式(1)進(jìn)行效能評(píng)估測(cè)試,所得測(cè)試結(jié)果為R=0.47,高于R0=0.26,通過(guò)效能顯著性檢驗(yàn)。說(shuō)明祁連山地震帶5級(jí)平靜現(xiàn)象具備一定的預(yù)報(bào)效能,可作為強(qiáng)震的預(yù)測(cè)指標(biāo)之一,在平靜異常出現(xiàn)后,平靜區(qū)內(nèi)部或邊緣地區(qū)存在發(fā)生強(qiáng)震的可能,且1年內(nèi)對(duì)應(yīng)6級(jí)地震的對(duì)應(yīng)率為62.5%(10/16),優(yōu)勢(shì)發(fā)震地點(diǎn)為平靜區(qū)內(nèi)及祁連山中東段。

表1 祁連山地震帶5級(jí)地震平靜打破與對(duì)應(yīng)M≥6.0地震統(tǒng)計(jì)

從平靜打破對(duì)6級(jí)以上地震的預(yù)測(cè)時(shí)間、預(yù)測(cè)概率以及6級(jí)以上地震本身的自然發(fā)生概率統(tǒng)計(jì)來(lái)看(表2),平靜打破后1年內(nèi)發(fā)生6級(jí)以上地震的概率是69.6%,6個(gè)月內(nèi)的概率是56.5%,3個(gè)月內(nèi)的概率是43.5%,1個(gè)月內(nèi)的概率是30.4%,以上均高于發(fā)生6級(jí)以上地震的自然概率。因此,對(duì)于中短期預(yù)測(cè)而言,平靜打破異常具有顯著的強(qiáng)震預(yù)測(cè)意義,應(yīng)在以后震情研判中特別關(guān)注。

表2 平靜異常打破后對(duì)應(yīng)強(qiáng)震的預(yù)測(cè)概率統(tǒng)計(jì)

2 祁連山中東段ML3.6地震平靜打破

2019年1月24日寧夏海原ML3.8地震后,祁連山東段地區(qū)景泰—天祝斷裂至海原斷裂[12]附近區(qū)域出現(xiàn)ML3.6地震平靜(圖4),2021年6月22日寧夏固原ML3.6地震的發(fā)生打破該區(qū)域長(zhǎng)達(dá)880天的地震平靜,遠(yuǎn)超1980年以來(lái)區(qū)域內(nèi)ML3.6地震平靜的最高記錄。2022年1月8日門源6.9級(jí)地震發(fā)生在平靜打破后200天,位于該平靜區(qū)邊緣,在平靜指標(biāo)的預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi),因此認(rèn)為該異常對(duì)應(yīng)門源6.9級(jí)地震。

圖4 祁連山中東段ML3.6地震平靜Fig.4 The seismic quiescence of ML3.6 earthquakes in the middle-eastern section of Qilian Mountain seismic zone

2.1 震例回溯與預(yù)報(bào)效能評(píng)估

統(tǒng)計(jì)1980年以來(lái)祁連山中東段ML3.6地震平靜異常與祁連帶5級(jí)以上地震發(fā)生的對(duì)應(yīng)情況(表3),祁連山中東段共7次400天以上的ML3.6地震平靜異常,平靜區(qū)內(nèi)及附近有5次對(duì)應(yīng)5級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為71.43%,其中3次對(duì)應(yīng)6級(jí)以上地震,對(duì)應(yīng)率為42.86%。對(duì)應(yīng)5級(jí)以上地震分別為1984年1月6日天祝5.3級(jí)地震和1996年6月1日天祝5.4級(jí)地震,對(duì)應(yīng)3次6級(jí)以上地震分別為1990年10月30日景泰6.2級(jí)、2016年1月21日門源6.4級(jí)和2022年1月8日門源6.9級(jí)。2次5級(jí)地震直接打破了平靜異常,而3次6級(jí)地震于平靜打破后發(fā)震,且對(duì)應(yīng)的平靜時(shí)間均超過(guò)500天,發(fā)震時(shí)間為平靜打破后一年左右。因此,平靜及平靜打破異常對(duì)祁連山中東段5級(jí)以上地震的發(fā)生具有顯著的指示意義。從1980年以來(lái)祁連山中東段ML3.6地震平靜的M-t和時(shí)間間隔圖來(lái)看[圖5(a)、(b)],2000年之前,祁連山中東段5級(jí)地震較活躍,地震平靜與地震發(fā)生的對(duì)應(yīng)較好;2000年6月6日景泰5.9級(jí)地震之后,祁連帶5級(jí)地震活動(dòng)減弱,中強(qiáng)地震處于弱活動(dòng)狀態(tài),2000—2012年期間,平靜區(qū)及附近沒(méi)有發(fā)生5級(jí)以上地震活動(dòng),因此2次平靜超過(guò)400天沒(méi)有對(duì)應(yīng)發(fā)生地震。

圖5 祁連山中東段ML3.6地震平靜M-t圖及時(shí)間間隔圖Fig.5 The M-t chart and time interval of the seismic quiescence of ML3.6 earthquakes in the middle-eastern section of Qilian Mountain seismic zone

根據(jù)表3中祁連中東段ML3.6地震平靜及對(duì)應(yīng)地震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,利用式(1)進(jìn)行預(yù)報(bào)效能評(píng)估測(cè)試,測(cè)試結(jié)果通過(guò)效能顯著性檢驗(yàn)(R=0.52,R0=0.28)。由此說(shuō)明祁連山中東段ML3.6地震平靜現(xiàn)象具有一定的預(yù)報(bào)效能,對(duì)祁連山構(gòu)造帶東段5級(jí)以上地震活動(dòng)及異常平靜區(qū)附近6級(jí)左右地震具有很好的指示意義,是祁連山地震帶中強(qiáng)地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)之一。

表3 1980年以來(lái)祁連中東段ML3.6地震平靜及對(duì)應(yīng)M≥5.0級(jí)地震統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

本文詳細(xì)分析了門源6.9級(jí)地震前祁連山地震帶5級(jí)地震平靜打破和祁連山中東段ML3.6地震平靜打破的時(shí)空異常特征,認(rèn)為祁連山地震帶5級(jí)地震平靜對(duì)平靜區(qū)及周邊發(fā)生6級(jí)以上地震具有指示意義,祁連山中東段ML3.6地震平靜對(duì)祁連山中東段5級(jí)以上地震有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。兩項(xiàng)異常均在門源6.9級(jí)地震震前提出,其預(yù)測(cè)區(qū)域的交匯部位發(fā)生了門源6.9級(jí)地震,未來(lái)強(qiáng)震的發(fā)震地點(diǎn)可能與平靜區(qū)的交匯地區(qū)密切相關(guān)。平靜區(qū)的打破使中強(qiáng)地震發(fā)震的時(shí)間緊迫性進(jìn)一步增強(qiáng),平靜打破后一年發(fā)震。出現(xiàn)兩項(xiàng)以上地震平靜打破異常時(shí)需特別關(guān)注。

總結(jié)兩項(xiàng)異常指標(biāo)的預(yù)測(cè)意義,對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)效能評(píng)估,評(píng)估結(jié)果均通過(guò)效能顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明兩項(xiàng)異常均具備一定的預(yù)報(bào)效能,可以作為中強(qiáng)地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)。由于以往祁連山地震帶發(fā)生強(qiáng)震的兩項(xiàng)短期指標(biāo)——古浪窗開(kāi)窗和祁連山地震帶小震頻度三月增強(qiáng)指標(biāo)[13-14]在本次門源6.9級(jí)地震前均未出現(xiàn)異常,因此較長(zhǎng)時(shí)間的地震平靜及平靜打破指標(biāo)作為地震預(yù)測(cè)中的中期異常對(duì)中強(qiáng)地震的發(fā)生具有十分重要的指示意義。祁連山地震帶構(gòu)造復(fù)雜,梳理每次地震發(fā)生相關(guān)的長(zhǎng)期、中期和短期異常,總結(jié)震例異常特征可為后續(xù)研判強(qiáng)震危險(xiǎn)性提供參考經(jīng)驗(yàn)[15-16]。