辽宁地区5级地震前加速矩释放现象的“回溯性”研究

王 亮，王 岩，钱 蕊，张志宏，夏彩韵，段梦乔

辽宁地区5级地震前加速矩释放现象的“回溯性”研究

王 亮，王 岩，钱 蕊，张志宏，夏彩韵，段梦乔

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

强震前加速矩释放现象目前是国际上讨论比较激烈的一个话题，而不同地区的强震前的加速矩释放现象应各有不同。通过对辽宁地区1999年以来的3次MS5.0地震震前加速矩释放现象进行对比分析，并讨论了不同计算尺度和积累时间下震中附近地区m值的变化范围。认为在辽宁地区中强震前确实存在加速矩释放现象，且省内中强震发生前加速矩释放均存在累积半径较小和时间窗长较短的情况。

加速矩释放；benioff应变；m值；回溯性研究

0 引言

由于地震大多数都被看成是一种临界现象，而作为这种临界现象之前往往存在地震加速矩释放（AMR）现象。物理上对AMR现象的研究，部分来源于Sornette和其他一些物理学家[1]，他们将AMR现象与地震孕育过程中的“临界性”联系到了一起。迄今国内外学者已将AMR分析方法应用于诸多震例研究中。蒋长胜针对2010年的玉树MS7.1级地震前的矩加速释放过程进行了详细的分析，并确认得到在时间尺度10～20年和空间尺度50～120km范围内存在稳定的矩加速释放现象[2];李宇彤通过研究东北地区第五活跃期以来的几次5级以上地震显示其中4例在未来的震中附近出现稳定和集中分布的地震矩释放加速区[3];李霞对华北1989年以来的12次5级以上地震进行研究，提取出了在华北地区MS5.0～5.5地震在半径r=110km，时间窗长t=4年；MS5.6～6.4地震在半径r=180km，时间窗长t=6年的情况下，AMR现象更具有“优势”和普遍性[4]。由此可见，不同地区不同震级的中强震前AMR现象的优势取决选取的不同研究半径和时间窗长，自2012年以来郯庐地震带地震活动明显增强，震群活动明显，郯庐带先后发生了乳山震群、盖州震群[5]、金寨震群活动[6]，在此背景下，2013年辽宁地区分别发生了灯塔MS5.1级地震和辽蒙交界地区科尔沁MS5.3级地震，同时两次地震震前均出现了加速矩释放的现象，证明加速矩释放模型对辽宁地区的5级以上地震存在较好的指示意义。通过对1999年以来辽宁地区3次5级以上地震震前AMR的回溯性研究，可以确立辽宁地区地震矩加速释放的优势研究半径和时间窗长，为今后该方法在辽宁地区的应用提供更为科学的研究基础。

1 矩加速释放理论模型

Varnes、Bufe将AMR分析表示成“破裂时间分析”（Time-to-failure analysis）方程[7]：

其中Ω是地震活动性的量度，例如地震矩（或地震能量）、地震数目或Benioff应变等，A和B为常数，m为标度常数， 是大震发生的时间，由（1）式可知，标度常数m表示了地震矩释放的曲线类型，当m＜1时，累积benioff应变释放（CBS）曲线呈现“加速”行为，m＞1时为“减速”;而当m≈1，时CBS释放曲线呈现线性行为，利用（1）式研究强震的发生时间和震级，以及未来强震的发生地点，m值有时也称为“地震矩释放程度”。在本文的研究中主要以benioff应变作为对地震活动性的量度，benioff应变定义为地震能量的平方根。

2 震例与资料选取

辽宁及邻区（119～126oE，38～44oN）1999年以来共发生4次MS≥5.0地震，分别为1999年11月29日岫岩MS5.4地震，2003年8月16日巴林左MS5.9地震、2013年1月23日灯塔M5.1地震和2013年4月22日科尔沁MS5.3地震（图1）。结合辽宁地区历史地震活动规律及地质构造特点和近年来对辽宁地区区域的划分研究[8]，2003年巴林左MS5.9地震与辽宁地区地震活动规律略有不同，且与辽宁地区较远，所以不纳入研究。所以本文仅对岫岩、灯塔、科尔沁3次MS5.0以上地震进行回溯性研究。

本文选择的地震目录是由中国地震台网中心提供的1970年以来的《中国地震月报目录》，该目录由各区域台网产出的目录汇编而成。笔者曾对该目录的最小完整性震级进行过研究，认为辽宁地区1989年之后的最小完整性震级能够达到ML2.0以下[9]。所以本文选择的震级下限为MC=2.0。

图1 辽宁地区1999年以来5.0级震中分布图Fig.1 The distribution of MS≥5.0 earthquake in Liaoning area since 1999

3 矩释放回溯研究

为考察辽宁地区5级地震前AMR,分别以不同时间尺度T、以震中为圆心的不同圆形研究区半径R，对计算结果的影响，以MC=2.0作为截止震级。将（1）式中的t1固定为实际发震时刻；T以2年为步长，以震前1～7年变化；根据以往的震例以50km、70km、100km、150km、200km多尺度半径选取圆形区域；回溯研究上文提及的3次MS≥5.0地震。在研究讨论中，实际震中已知，通过不同尺度的时间窗和扫描半径，考察CBS曲线的加速程度，即AMR与地震的相关程度。而CBS的加速程度主要以1-m×C是否更接近于1来衡量[1]，表1—3分别给出了岫岩、灯塔、科尔沁地震前不同的时间窗和扫描半径下CBS的加速程度。

1999年岫岩MS5.4地震主要的CBS加速在震前的1年，其他时间窗的加速不是很明显（表1），在固定了窗长为1年的情况下，扫描半径越短，CBS加速越明显，但整体相差较小，该结果主要由于在岫岩地震前的主要地震活动为岫岩地震的前震活动。根据辽宁地区具有前震活动的地震序列来看，主震前的前震增强集中活动势必会造成主震区的benioff应变的加速积累在较短的时间窗长和较小的空间范围之内，所以该结果具有一定的特例性。

表1 岫岩地震前CBS加速程度（表格中数据为1-m×c，值越接近于1,证明加速越明显）

表2 灯塔地震前CBS加速程度（表格中数据为1-m×c，值越接近于1,证明加速越明显）

表3 科尔沁地震前CBS加速程度（表格中数据为1-m×c，值越接近于1,证明加速越明显）

对2013年1月23日灯塔M5.1地震的回溯研究显示灯塔地震前CBS加速主要表现为空间扫描半径在50km左右，随着扫描半径的增大，CBS加速呈现出减弱的特征，在扫描半径在100km之内，该减弱并不明显，但扫描半径大于100km之后，CBS的减弱则非常明显，所以可以确定灯塔地震前benioff应变的积累也是在一个较小的区域（100km以内）。由于灯塔地区地震活动特点，2012年前该地区的地震活动并不明显，所以时间窗长的选取对该地区benioff加速水平的影响不大。

2013年科尔沁MS5.3地震前并未表现出明显的时间和空间的优势范围，在空间半径100km之内该地区的benioff应变加速都较为明显。随着时间窗长的增加，CBS的加速程度更为明显，但整体相差不大。

综合分析以上3次震例，岫岩MS5.4地震由于前震的影响，显示出了其benioff应变加速特征在时间窗长和空间扫描半径的特例性之外，其他两次地震的benioff加速的优势半径都在100km之内，受时间窗长的影响较小。时间窗长以平均值计算，选择辽宁地区的优势时间窗长为3年，优势空间半径为100km。在该参数选定下对辽宁地区这3次5级地震前6个月、3个月和震前实时的AMR进行空间扫描，结果显示1999年11月29日岫岩MS5.4地震前6个月和3个月震中附近的加速矩积累现象并不明显，直至震前震中才显现出明显的加速矩释放现象，说明该MS5.4级地震前3个月以上的时间不存在明显的加速矩释放，其benioff应变加速积累可归结为由前震释放产生（图2）；2013年1月23日灯塔MS5.1级地震前6个月、3个月和震前均出现了较为明显的加速矩释放现象，证明该地震前的加速矩释放现象比较明显，出现在震前半年的时间段，而且该加速矩累积现象持续至地震发生（图3）；2013年4月22日科尔沁MS5.3级地震前6个月和3个月均出现了明显的加速矩释放现象，但至震前该现象则并不明显，说明该MS5.3级地震的加速矩释放发生在震前3～ 6个月的时间范围内（图4）。

图2 岫岩MS5.4级地震前地震矩“释放程度”扫描（a为前震6个月、b为震前3个月、c为震前、图中蓝色五角星表示微观震中）Fig.2 Seismic moment release maps before Xiuyan MS5.4 earthquake

图3 灯塔MS5.1级地震前地震矩“释放程度”扫描（a为前震6个月、b为震前3个月、c为震前、图中蓝色五角星表示微观震中）Fig.3 Seismic moment release maps before Dengta MS5.1 earthquake

图4 科尔沁MS5.3级地震前地震矩“释放程度”扫描（a为前震6个月、b为震前3个月、c为震前、图中蓝色五角星表示微观震中）Fig.4 Seismic moment release maps before Keerqin MS5.3 earthquake

4 结论与讨论

本文通过对1999年以来辽宁3次比较有代表性的MS≥5.0地震前benioff应变加速累计情况的对比分析研究，选取了辽宁地区MS≥5.0地震前benioff应变加速积累的优势空间扫描半径为100km、时间优势扫描时长为3年。

以此参数对3次震例震前6个月、3个月和震前实时的地震矩“释放程度”进行扫描，发现灯塔MS5.1地震前持续存在加速矩释放现象；岫岩MS5.4地震在震前加速矩释放现象较为明显；科尔沁MS5.3地震前加速矩释放现象出现在震前的3～6个月的时间段内。

通过对辽宁地区不同区域的3次MS≥5.0地震震前的加速矩释放现象的回溯性研究表明加速矩释放现象在辽宁地区确实为一种具有实际参考价值的地震预测物理模型。整体来说辽宁省内中强震发生前加速矩释放均存在累积半径较小和时间窗长较短的情况，但需注意不同区域的地震震前显现出了地震矩“释放程度”空间与时间的差异性。

致谢：本文中所使用的程序由中国地震局地球物理研究所蒋长胜博士提供，在此深表感谢！

[1] 蒋长胜， 吴忠良. 强震前的“加速矩释放”（AMR）现象: 对一个有争议的地震前兆的回溯性震例研究．地球物理学报， 2009， 52（3）: 691-702.

[2] 蒋长胜， 吴忠良. 2010年玉树MS7.1地震前的中长期加速矩释放（AMR）问题. 地球物理学报， 2011， 54（6）：1501-1510.

[3] 李宇彤， 蒋长胜. 东北第五活跃期中强震前的矩释放空间扫描特征研究. 地震学报， 2010， 32（6）: 680-695.

[4] 李霞， 蒋长胜， 闫德桥， 等. 1989年以来华北地区中强震前地震矩加速释放空间扫描特征的研究. 地震研究， 2015，38（3）：359-367.

[5] 王亮， 周龙泉， 焦明若， 等. 海城盖州地区速度结构和震源位置的联合反演研究. 地震， 2014， 34（3）: 13-26.

[6] 黄显良， 刘泽民， 郁建芳， 等. 2014年安徽金寨ML3.9震群序列震源一致性研究. 地震学报， 37（6）: 916-924.

[7] Varnes D J， Bufe C G. The cyclic and fractal seismic series preceding an Mb4.8 earthquake on 1980 February 14 near the Virgin Islands. Geophys. J. Int. 1996， 124: 149-158.

[8] 王岩， 邵媛媛， 曹凤娟， 等. 基于因子分析的地震综合指数在辽宁地区地震预测中的应用. 防灾减灾学报， 2016， 32（1）: 1-7.

[9] 王亮， 李彤霞， 王岩， 等. 辽宁地区地震目录最小完整性震级研究. 防灾减灾学报， 2015， 31（4）: 20-24.

Studying on Accelerating Moment Release（AMR）Before MS≥5.0 Eathquake in Liaoning Region

WANG Liang，WANG Yan，QIAN Rui，ZHANG Zhi-hong，XIA Cai-yun，DUAN Meng-qiao
（Earthquake Adminstration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

Accelerating Moment Release（AMR）before strong earthquakes is a topic of intense discussion in the world at present, and the accelerating moment release before strong earthquakes in different regions should be different. This paper makes a comparative analysis of the accelerating moment release before the three MS≥5.0 earthquakes in Liaoning area since 1999, and discusses the variation range of m value in the area near the epicenter with different scales and accumulation time. We consider that before moderate-strong earthquakes in Liaoning it exists accelerating moment release, and before the moderate-strong earthquake occurrence, accelerating moment release are cumulative smaller radius and time window length is short.

accelerating moment release；benioff strain；m value; retrospective study

P315.08

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.01.002

1674-8565（2017）01-0012-05

地震科技星火项目：“辽南至辽吉蒙交界地区速度结构与振源位置联合反演研究”（XH15013Y）

2016-07-20

2017-01-16

王亮(1983-)，男，辽宁省沈阳市人，毕业于中国科学技术大学，硕士，高级工程师，现主要从事测震学研究方面的工作。