玛多7.4级地震前青海省地震拟合优度异常特征分析

李滔，孙丽，丁宁霞

(青海省地震局西宁地震台，青海 西宁 810008)

0 引 言

G-R关系logN=a-bM，是古登堡和里希特在研究全球地震活动性时，对各地区6级以上地震进行统计得到的经验公式。N为地震频度，M为震级，b值即为拟合直线的斜率，直接反映了大小地震之间的比例关系。有专家经过研究认为，区域地震活动并不完全遵从这一公式。据b值震例研究结果，中强地震震前有一定时期b值高低起伏显著变化，其原因在于区域地震活动在震级分布上存在着明显的比例失调[1]。地震能量在主破裂面及邻区积累，势必导致中小地震的发生在震级分配比例上严重失调。这时所拟合的G-R公式，也会因数据太离散而使得相关系数r降低[2]。

图1 2021年5月22日玛多7.4级地震震中位置

李志雄等人在对我国东部地区(108°E以东)部分Ms≥5.0中强地震前一定时空尺度内中小地震频次与震级线性拟合优度(线性相关系数r)进行研究后，认为利用中强地震前震中区一定范围内的中小地震进行G-R关系式拟合时，其线性拟合优度在地震前出现不同程度的异常现象[3]。其变化特点是：在中强地震发生前期，震源区及其附近中小地震的发生在能级上分配均匀，线性拟合优度接近1；随着中强地震的临近，该区中小地震在能级上的分配存在着较显著的不均匀现象，表现为线性拟合优度明显下降。这种拟合优度的异常变化具有中期异常性质，有可能为中强地震的中期判定提供依据[3]。

按照这种思路，郭德科、马建新、桂荣、李滔等人,先后对华北地区、全国以及新疆和青海的中强地震进行了研究，总结出了地震拟合优度在震前的异常变化特征，认为大多数中强地震前，地震拟合优度均有过明显的下降异常过程[2，4-6]。

2021年5月22日，青海省玛多县发生了7.4级地震。在地震发生前1～2年左右，笔者在震中周边区域发现了一系列的地震拟合优度下降异常，并据此提出了相关的预报意见。本文即对玛多7.4级地震前，周边区域的地震拟合优度的变化特征进行了总结分析。

1 地震基本情况

2021年5月22日，玛多发生7.4级地震，震中位置为34.59°N、98.34°E。震中位于青海省果洛州玛多县黄河乡，距离乡政府驻地7 km，震源深度17 km。此次地震发生在巴颜喀拉块体内部的玛多—甘德断裂带上。

2 地震拟合优度的计算公式

以G-R关系式logN=a-bM为基础，其中，N为地震个数、M为震级，运用数理统计的方法，对地震数据进行最小二乘法计算。

对于一对数据序列{xi}、{yi}(i=1,2……,n)若变量x,y之间服从y=a+bx统计关系，则由最小二乘法便可确定式中常数a,b及表征x,y两个变量按y=a+bx关系式拟合其拟合优度好坏的相关系数r，具体表达式如下[3]：

(1)

其中，r为反映y与x之间相关程度的相关系数，亦为文中所谓的线性拟合优度[3]。式中:

(2)

(3)

(4)

(6)

3 资料和计算参数的选取

本文地震拟合优度计算采用的是青海地震台提供的青海省小震目录，震级为ML震级，目录截止时间为2021年4月30日。图中标注采用的是EQDown软件下载的全国地震目录，震级为Ms震级。

表1 地震拟合优度计算所选择的区域情况统计

由于余震和震群活动掩盖了地震作为独立事件的活动特征，因此计算前，首先对地震目录进行了余震删除。采用MAPSIS软件，用主震震级法进行了余震删除[7]。

图2 青海省地震拟合优度计算区域位置(1900年以来，Ms≥7.0)

多年来，笔者坚持进行青海省及邻区地震拟合优度的计算，并据此对区域地震趋势进行分析和研判。为了增加发震地点的判断佐证，选择了青海省内多个显著地震的震中区域进行计算。因甘青川交界近年来无显著地震，故在该区域选取了果洛州政府所在地大武镇。由于地震拟合优度的计算需要完整的地震目录，结合青海省不同区域的地震监测能力，所选取的计算区域均位于青海省中东部，西部由于监测能力低，无法保证小震目录的完整，因此不进行计算和分析。

笔者之前的研究中共选取了5个区域，即表1中除玛多地震震中以外的各区域。本文在以上5个区域的基础上，增加了玛多地震震中区域进行地震拟合优度计算分析，计算参数如下：

空间参数—每个点以表1中经纬度为中心，选取周边3°×3°区域。

时间扫描参数—时间步长为1月、时间窗长为12个月。

震级参数—震级下限为2.0、震级分档为0.5。

图中标注500 km以内Ms≥6.0级地震为主，Ms≥7.0级地震则适当放宽震中距范围。

4 各区域计算结果分析

4.1 门源及周边区域

2016年1月21日门源6.4级地震的震中，位于玛多地震震中北东方向 462 km。从图3中可以看出，门源及周边区域地震拟合优度曲线的低值过程，大多对应了周边6.0级以上地震。地震大多发生在曲线的下降、回升阶段和回升之后一段时间内。

2003年10月25日民乐6.1级地震之后，门源及周边区域地震拟合优度曲线于11月份出现下降，到2007年7月累计下降了0.186，之后数据回升，到2008年9月份回升基本结束。回升过程中发生了汶川8.0级地震(距离767 km)，回升之后还发生2008年11月10日和2009年8月28日大柴旦6.3、6.4级地震(距离504 km)和2010年4月14日玉树7.1级地震(距离677 km)。

2016年1月26日门源6.4级地震前，2013年8月起曲线出现明显下降并减缓，2016年1月发震。2016年2月起，曲线再次发生大幅度下降，2017年2月降到最低值。之后逐渐回升，到2017年11月转平。回升过程中发生了2017年8月8日九寨沟7.0级地震(距离537 km)。2018年7月起，门源及周边区域地震拟合优度曲线再次发生下降至低值持续，2019年8月起快速回升。2021年3月起回升速率明显减缓，有转平趋势。2021年5月22日发生玛多7.4级地震(距离462 km)。

图3 门源及周边区域地震拟合优度曲线

4.2 共和及周边区域

1990年4月26日共和7.0级地震的震中，位于玛多7.4级地震震中北东方向244 km。从图4中看，共和及周边区域地震拟合优度曲线在出现明显的低值持续或回升过程中，周边大多有6.0级以上地震发生。但有个别地震前未出现低值过程，如2010年4月14日玉树7.1级地震(距离468 km)。还有个别地震震前未出现异常，但同震发生了下降，如2017年8月8日九寨沟7.0级地震(距离451 km)。

2018年6月起，共和及周边区域曲线出现下降，到2019年8月，累计下降约0.094后，转为回升。到2021年4月，共和及周边区域曲线仍在回升过程，已经接近最高值1。截止2021年4月份，此次低值过已经程持续33个月。低值持续过程中未发生6.0级以上地震。在回升即将结束时，2021年5月22日发生了玛多7.4级地震(距离244 km)。

图4 共和及周边区域地震拟合优度曲线

4.3 大武及周边区域

图5 大武及周边区域地震拟合优度曲线

果洛州大武镇，位于玛多7.4级地震震中北东东方向约176 km。从图5中看，大武及周边地震拟合优度曲线在周边6.0级以上地震前，大多有明显的下降—低值持续过程。

2017年6～7月，大武及周边地震拟合优度曲线发生快速下降，下降过程中2017年8月8日发生了九寨沟7.0级地震(距离360 km)。到11月份累计下降了0.087后下降过程结束转为快速回升。2018年1月份回升过程结束，大武及周边地震拟合优度曲线转平。4月份起，数据再次下降，10月份降到最低值，之后转平；2019年6月起，数据起伏回升，截止2021年4月份，数据已经接近最高值1。数据回升过程即将结束。5月22日发生了玛多7.4级地震。

4.4 玉树及周边区域

2010年4月14日玉树7.1级地震，位于玛多7.4级地震震中西南方向约225 km。从图6中看，玉树及周边区域的地震拟合优度曲线，在每次明显的低值过程的回升阶段或回升之后的一段时间内，周边都有6.0级以上地震发生。

图6 玉树周边区域地震拟合优度曲线

2018年6月，玉树及周边区域的地震拟合优度曲线突降0.041后，开始低值持续并略有缓慢回升。在缓慢回升的过程中发生了2021年3月19日西藏比如6.1级地震和2021年5月22日玛多7.4级地震。

4.5 玛多及周边区域

从图7中看，玛多及周边区域地震拟合优度曲线在周边6.0级以上地震发生前，均有明显的低值过程出现。地震大多发生在低值持续或回升过程中。

2008年6月起，数据突降0.036后开始低值持续。2019年6月起转为缓慢回升。截止2021年4月份，玛多及周边区域地震拟合优度曲线仍在缓慢回升过程中，2021年5月22日发生玛多7.4级地震。

图7 玛多及周边区域地震拟合优度曲线

4.6 大柴旦及周边区域

图8 大柴旦及周边区域地震拟合优度曲线

2008年11月10日大柴旦6.3级地震震中区域，位于玛多7.4级地震震中西北400 km。从图8中看，大部分地震震前大多有明显的低值过程，少数地震如2010年4月14日玉树7.1级地震(距离505 km)，则仅有小幅度的下降—低值过程。大柴旦及周边区域地震拟合优度曲线从2014年9月起回升至高值并持续，2016年起出现小幅度的起伏。2021年5月22日玛多7.4级地震前，但并没有明显的下降和低值持续过程。

5 综合分析

综合以上分析，2018年6～7月，门源、共和、大武、玉树、玛多区域的地震拟合优度曲线先后出现幅度明显的突降。虽然之后各曲线的变化不尽相同。但都出现了低值持续—回升的变化过程。且地理位置越靠北，玛多7.4级地震发生时有异常的地震拟合优度曲线的异常形态越接近于结束。其变化幅度与所处的位置关系不明显。大柴旦区域的曲线则没有明显的异常变化(图9、表2)。

表2 各区域地震拟合优度曲线2021年5月22日玛多7.4级地震前异常统计

玛多7.4地震的发震构造为玛多—甘德断裂带。在地震发生前的2018年6～7月，由于地震的孕育过程使得周边的区域应力场发生变化，使得这些区域的大小地震的比例出现失衡，不能较好地拟合G-R公式，所以地震拟合优度曲线出现同步的下降。各点位于地质构造的不同部位，其区域应力场的变化也不尽相同，地震拟合优度曲线的响应情况也不一样，从而导致了各区域地震拟合优度曲线虽有同步变化，但又不尽相同。其中门源、共和和大武三条地震拟合优度曲线，在已回升或基本回升至高值后发震，而玉树和玛多两条地震拟合优度曲线则在低值持续并缓慢回升的过程中发震。

从图2、9可以看出，位于青海省东部和南部的观测点均出现了异常变化，而西部的大柴旦则没有出现异常。其中玉树、大武、共和和玛多均位于巴颜喀拉块体周边和内部，门源则位于祁连山构造带中东段。根据南北地震带的分布及分区情况[8-9]，门源、共和、大武和玛多均位于南北地震带北段，玉树则位于巴颜喀拉块体的甘孜—玉树断裂带上[10]，巴颜喀拉块体的东段与南北地震带重合。这几个点所处的构造位置之间，均有着明显的构造联系。因此，其同步出现了地震拟合优度的异常。而大柴旦震中所处的大柴旦—宗务隆山断裂带，与玛多7.4级地震震中区域之间的构造联系则相对较弱。因此孕震过程的区域应力场变化对位于大柴旦区域未产生明显影响。

同时，由地震拟合优度变化所显示的孕震过程的应力场变化区域，可能存在着由北向南收缩的过程，从而导致玛多7.4级地震发生时，各条地震拟合优度曲线处于不同的异常时段，越靠北的区域异常越接近于结束。

图9 各区域地震拟合优度对比曲线

6 结论和讨论

(1)2021年5月22日青海玛多7.4级地震前，震中以及门源、共和、大武和玉树区域同步出现了地震拟合优度下降的异常，而大柴旦区域则没有出现。

(2)玛多7.4级地震震前的地震拟合优度异常的分布区域主要位于南北地震带北段区域及其附近，与玛多7.4级地震的发震构造同受南北地震带构造运动的控制。

(3)大柴旦地震的发震构造为大柴旦—宗务隆山断裂，与南北地震带和巴颜喀拉块体的构造联系均较弱，因此在玛多7.4级地震前，大柴旦及周边区域地震拟合优度未出现明显的异常。

(4)通过地震拟合优度变化显示，孕震过程的应力场变化区域，可能存在着由北向南的收缩过程。其他几个方向是否也存在这种类似现象，尚需要进行进一步的研究。