东北地区中强震前的小震频度特征分析

来源:用户上传      作者: 李永振

　　摘要：1970年以来东北地区共发生13次5.0级以上地震，其中8次地震在时间和空间上相对独立。通过系统研究东北及其邻区这8次中强地震前的小震，发现这些中强地震前存在比较明显的小震增强现象。结合东北地区小震活动的特点，提出根据小震活动空间格局是否改变统计小震频度的方法，并进行了初步的应用。结果表明：利用新方法统计小震的频度更能突出中强地震前的小震频度异常，能够有效的提取东北地区中强地震前的中短期异常指标。
　　关键词：中强地震；小震活动；中短期异常；东北地区
　　中图分类号：A　文献标识码：P315.75　文章编号：1000―0666(2012)01―0012―06
　　引言
　　一般来说，中强以上地震的孕育、发生、发展是一个系统的科学问题，伴随着一系列的地球物理、地震活动、前兆反映等变化，在震前、震时、震后以不同的形式体现出来。中强震前后小震活动格局变化和小震活动增强现象，可能蕴含着地震孕育阶段的重要信息，具有深刻的物理内涵。国内外地震学者针对不同区域不同中强地震前的小震增强现象进行了大量的研究(刘蒲雄等，1982，1997；杨立明，车时，2004；马宏生等，2002；宋治平等，1999；刁守中等，2002；黄圣睦，董瑞英，2005；任雪梅等，2002；程建武等，2002；兰从欣等，2003；易桂喜，韩渭宾，2004；李献智，侯建盛，2000)。曹凤娟和徐心同(2010)发现辽宁及邻区中强震前地震活动增强现象，梅世蓉等(1993)认为中强震前小震活动增强现象是普遍存在的，谢智等(2001)论证了河南及邻区5级以上地震存在中等地震活动增强，茂木清夫(1994)也指出：“巨大地震发生前，广大范围内的应力场要发生长期的变化，与此同时还会有地震活动的变化”。
　　
　　
　　虽然在多数中强地震前普遍存在小震增强现象，但是利用小震增强现象对未来中强地震进行预测的可行性不强。首先是空间窗的选择对结果的影响很大，在震例总结中是以中强地震的震中为中心进行研究的，在对未来中强地震进行预测研究时，中心点未知是预测研究中的主要问题，有时候选择空间范围的大小不同，可能会得出相反的结论；其次在没有中强地震发生的时期，小震活动也有增强一减弱一增强的起伏过程，也就是说，在一定的区域范围内小震有其自身的活动规律，中强地震前的小震频度曲线是小震正常活动背景和中强地震前小震活动增强的叠加结果，在研究一定范围内的小震活动增强时很难去除小震正常活动背景值。由于上述两方面的原因，利用小震活动增强对未来中强地震的预测较难。
　　冯建刚等(2009)提出小震频度异常新方法，在青藏块体东北缘中强震预测中取得较好的效果，并认为这种方法具有普遍性。本文尝试根据小震频度异常新方法，结合东北地区地震活动特点，并对此方法进行必要的调整，来研究东北地区中强地震前小震活动特征。
　　东北地区中强地震前小震活动增强
　　笔者首先利用主震震级法，对1970年1月至2006年12月东北地区M>2.0的小震目录中的余震进行删除，然后以Ms≥5.0的中强地震震中为中心，以1年为窗长、1个月为步长分别做出每次中强地震前不同空间范围的小震频度曲线，只要4个不同扫描半径中有一个的小震频度曲线高于年频次均值线，就定义该次中强地震前有小震增强现象。
　　
　　
　　1970年以来在东北地区共发生13次Ms≥5.0地震，其中8次地震在时间和空间上相对独立，且发现这些中强地震前均有不同程度的小震增强现象。为2005年林甸5.1级地震前，半径分别为80、120、160和200 km的小震频度曲线。林甸M5.1地震是震前出现小震增强现象较理想的一次，4个不同扫描半径内地震活动均出现了同步的增强现象，多数情况下只有一个或者两个扫描半径内会出现小震增强现象，因此必须寻找一种可靠的方法来突出小震增强现象。本文采用统计过去一定时间内不活动、现在开始活动的小震频度的方法，突出中强地震前小震活动的增强异常。
　　1.1研究方法
　　本文采用东北地区ML≥2.0的小震目录，首先根据中强地震确定一定的研究区域，统计过去一定时间内不活动、现在开始活动的小震频度，小震频度异常新方法主要反映的是小震在空间格局上的变化。利用该方法进行小震频度扫描时，引入主要的7个参数，分别为空间范围：2.5。×2.5。；震级下限：2.0级；窗长：1年；步长：1个月；对比时间：2年；平静半径：20 km；允许地震次数：0次。根据不同地区小震的活动特点，改变这7个参数的值来扫描小震的异常频度。
　　以2003年8月16日巴林左旗Ms5，9地震为例，做出小震频度异常新方法说明示意图。图中研究区域为2.5。×2.5。的矩形区域，震级下限选MI.2.0，实心小圆为2001年1月1日至2002年12月31日(窗长：1年)在该区域发生的M。I>2.0地震；空心小圆为1999年1月1日至2000年12月31日(对比时间：2年)，在该区域发生的M>2.0地震；大实线圆是以实心小圆为圆心、半径为20 km(平静半径)的圆，假如允许地震次数为0，小实心圆周围20 km范围内没有小空心圆的只有4个大实心圆，那么这4次小震异常频度值就作为2002年12月31日这一时间点的小震异常频度值。假如允许地震次数为1，也就是说，在实线大圆内最多允许有一个空心小圆，满足条件的地震次数为6次，6就作为2002年12月31日这一时间点的小震异常频度值。按照同样方法，以1个月为步长滑动，最后做出小震异常频度曲线。小震异常频度曲线的起伏，意味着该区域小震空间格局随时间的变化。
　　1.2东北中强震小震频度异常分析
　　
　　利用小震频度异常新方法对1970年以来东北地区Ms≥5.0地震进行了初步的应用研究。1970年以来，东北地区共发生13次MsI>5.0地震，其中在时间和空间上相对独立的为8次，这8次地震前均有较明显的小震频度异常。给出了其中2次地震的研究结果。为所有小震的原始频度曲线，利用新方法做出的小震异常频度曲线。2003年8月16日巴林左旗5.9级地震前的小震频度曲线，研究范围是以巴林左旗地震震中为中心，研究区域为2.5。×2.5。的矩形区域，震级下限为M2.0。小震原始频度曲线上可以看出，自1990年以来，该区域小震活动在衰减过程中有起伏变化，自2002年8月邻区小震活动频次开始转折增强，直至巴林左旗地震发生，历时12个月，从原始频度曲线上则很难判定中强地震的中短期异常。是利用新方法做出的小震频度曲线和1倍方差线，小震活动出现大幅度异常的时间为2002年8月，在高值持续10个月后下降，恢复过程中发震，很容易根据1倍方差线判定异常。
　　1999年11月29日岫岩5.4级地震前的小震频度曲线，从原始频度曲线上可以看出，自1990年以来研究区域内小震活动出现了两

次增强，1999年岫岩地震前小震增强幅度明显比1990年低，容易误认为这种现象是小震活动正常的强弱交替。这种以几年为周期的小震活动强弱交替轮回过程，是普遍存在的，给单独利用小震频度预测未来中强地震带来困难。由改变小震活动空间格局统计小震频度的新方法绘制的小震频度曲线中可以看出，相对1990年的小震增强被压制了，这说明了这两次小震增强活动在空间格局上有很大的变化。也可以说，1999年岫岩地震前在一些小区域内(20 km为半径的圆内)前2年处于平静状态，在中强地震前突然出现小震的活动增强，小震活动从平静一增强的变化有可能成为中强地震的前兆信息。图4a与图4b对比可知：由图4a中的原始小震频度曲线是在1997年2月幅度达到极大值后回落，图4b中新方法小震频度曲线是在1998年6月达最大值，后者较前者滞后16个月。这说明了由于中强地震造成的小震增强是叠加在小震正常活动背景之上的，新方法统计的小震频度很好地去除了小震正常活动背景，突出了中强地震前的小震异常幅度。
　　采用与巴林左旗地震、岫岩地震震例相同的分析方法，引入主要的7个参数，分别是空间范围：2.5。×2.5。；震级下限：2.0；窗长：1年；步长：1个月；对比时问：2年；平静半径：20 km；允许地震次数：0次，绘制了其余6次地震(1975年海城7.3级地震、1980年博克图5.3级地震、1986年德都5.0级地震、2004年东乌珠5.9级地震、2005年林甸5.1级地震、2006年前郭5.0级地震)的小震频度异常曲线。由图5可知，小震频度均表现为增高异常，在中强震地震发生前0.5～3a的中期阶段，小震频度都出现明显的增高，异常幅值超过一倍方差。有的震例是在小震频度出现高值发震，如海城、东乌珠地震；有的震例是在小震频度出现高值恢复后发震，如博克图、林甸、德都、前郭地震。这表明使用新方法统计的小震频度异常，能够去除在空间格局上变化不大的正常小震活动背景，从而突出中强地震前的小震增强。
　　讨论
　　中强地震前邻区小震频度曲线的起伏过程随空间范围的变化而变化，因时空范围不同会导致相反的结论。为了检验新方法对空间范围大小的敏感程度，在扫描小震频度时只改变空间范围大小，观察中强地震前小震异常幅度是否还依然突出。图6a、b分别给出了巴林左旗地震前3。×3。和1.5。×1.5。的频度扫描结果，除了空间范围改变以外，其他参数保持与图3b中的扫描参数一致，从图6a、b中可以看出，小震频度异常空间范围大小改变时，震前异常幅度依然很突出，即小震频度曲线受空间范围影响不大。
　　结论
　　在某些中强地震前，有些小区域过去几年小震活动很弱，而在中强地震前出现增强，这些小震增强的区域极有可能就是孕育中强地震过程中的应力集中区，这种类型的小震频度增强有可能成为中强地震的可靠前兆信息。小震活动在没有中强地震发生的时期，小震活动也有增强一平静一增强的轮回过程，并且在轮回过程中小震的空间分布格局不会有太大的变化，但是由于中强地震引起的小震增强在空间格局上会有较大的变化。在一定空问范围内，所有的小震活动是小震正常活动背景和中强地震造成的小震增强相互叠加的结果，新方法能够去除这种在空问格局上没有任何变化的正常小震活动背景，从而突出中强地震前的小震增强。
　　利用新方法统计中强地震前小震活动频度具有以下优势：(1)中强地震前小震频度异常幅度更加突出，能够有效压制小震正常的强弱交替幅度；(2)小震频度异常的时间缩短，有利于提取中强地震的中短期异常指标；(3)小震的异常幅度受空间范围的影响不大，增强了对未来中强地震预测的可行性；(4)新方法得到的小震频度曲线能够直观反映出一定区域内小震活动空间格局的变化情况。
　　参考文献：
　　曹凤娟，徐心同，2010，辽宁地区M≥5.0地震前4级地震集中活动的震兆研究[J].防灾减灾学报，26(3)：18―24.程建武，杨立明，王振亚，2002，祁连山地震带地震活动性增强现象研究[J].西北地震学报，24(4)：330―334.刁守中，刘西林，华爱军，2002，苍山5.2级地震异常群体时空演化特征[J].东北地震研究，18(2)：1―9.冯建刚，周龙泉，杨立明，等，2009，青藏快体东北缘中强地震前小震
　　频度异常研究[J].地震，29(3)：19―26.黄圣睦，董瑞英，2005.地震活动图像特征与强震危险区经验性预测
　　依据的初步研究[J].四川地震，(4)：12―20.兰从欣，朱红彬，郭心，2003，首都圈地区中等地震前小震活动异常
　　特征分析[J].华北地震科学，21(1)：11―14.李献智，侯建盛，2000.20世纪中国大陆6级以上地震活动图像及其
　　意义[J].地震研究，23(3)：263―268.刘蒲雄，陈兆恩，高伟，等，1997.大震前地震活动图像演变及中期向
　　短期过渡的地震活动性标志[J].地震，17(2)：113―125.刘蒲雄，1982，强震前地震活动增强特征[J].地震，2(2)：5―7.马宏生，刘杰，张国民，等，2002，用应变积累释放模型研究中国大陆。

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