2019年广西北流—广东化州MS 5.2地震前活动性参数异常分析

郑永通 刘愫昀 全建军 张年明

1）中国福建 364000 龙岩地震台

2）中国福建 366000 永安地震台

0 引言

2019年10月12日22时55分，在广西北流与广东化州交界处发生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km，是一次走滑型破裂事件。该地震发生在NW 走向的石窝断裂和NE 走向的新丰断裂交汇部位，发震构造为石窝断裂（李冰溯等，2019），应为应力应变积累到一定程度后突然释放的表现。此次地震震中位于巴马—博白断裂带东南端，属东南沿海地震带西段，地貌上属于中低山与丘陵区，其中震中区以北为由印支花岗岩基体组成的大容山、望军山，最高峰海拔分别为1 275 m、1 147 m；以南的天堂山最高峰海拔1 274 m。

据调查，该区域发生的地震均为中、小地震，未发生过6 级以上地震，最大一次地震为1860 年广西玉林—陆川51/2级地震。据黄德瑜等（1981）的分析，中强震发生前，由于应力的集中加强以及在震源附近区域引起的非弹性变形，区域地震活动性可能存在一些异常特征。基于此，文中对此次北流—化州交界MS5.2 地震进行震前活动性参数的时空扫描和地震空区分析，研究震中区域可能存在的异常特征，寻找与地震发生相关的异常信息。

1 资料选取

2019年10月12日22时55分，在广西北流与广东化州交界处发生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km。以广西北流—广东化州区域（107°—113°E；19°—25°N）为研究区域，选取中国地震台网中心提供的2010 年1 月1 日—2019 年12 月31 日ML≥2.0 地震目录，分析此次MS5.2 地震震前异常。

据统计，2010 年1 月1 日至2019 年12 月31 日，研究区共记录ML≥2.0 地震1 162 次，其中，ML2.0—2.9 地震1 041 次，ML3.0—3.9 地震107 次，ML4.0—4.9 地震11 次，ML5.0—5.9 地震3 次（图1）。对所选地震，进行b值时空扫描和孕震空区分析，以期发现此次MS5.2 地震前存在的异常。

图1 2010—2019 年广西北流—广东化州区域ML ≥2.0 地震分布Fig.1 Distribution of ML ≥2.0 earthquakes in Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou region from 2010 to 2019

2 地震活动性参数时空扫描

b值是描述地震震级频度分布特征与地震活动水平的重要参数，是地震预测的一个常用指标，广泛应用于地震危险性分析和地震预测研究。

2.1 b 值时空扫描

（1）b值定义。Gutenberg 等（1951）在研究世界地震活动时，根据全球各大地震区6级以上地震数目的统计结果，提出地震震级与频度有如下关系

式（1）亦称为古登堡公式或G—R 关系式。式中：N代表震级M以上地震的频度；a、b为统计常数，a表示区域内地震活动水平，b值代表一个区域内不同大小地震频度的比例关系。计算b值主要采用线性最小二乘法、极大似然法、非线性最小二乘法、矩估计方法等。进行b值空间扫描，常采用极大似然法，而b值时间扫描则一般采用线性最小二乘法（陆远忠等，2002）。

（2）起算震级的选取。在地震活动性参数进行时空扫描前，需对选定区域的地震监控能力，即所能记录的最低可靠震级进行确定，然后利用起算震级来计算地震活动性各参数值。此次地震震级—频次拟合结果见图2，可知线性拟合最佳震级为ML=2.0—5.1，因此取ML=2.0 地震作为计算本次地震活动性参数的起算震级。

图2 广西北流—广东化州交界区起算震级选取（2000—2019 年）Fig.2 Selection of earthquake magnitude for starting calculation in Guangxi Beiliu -Guangdong Huazhou(from 2000 to 2019)

（3）b值时间扫描。设时间窗长为6 个月，步长为1 个月，绘制广西北流—广东化州交界区2010—2019 年b值时间扫描曲线，结果见图3，可见当b值曲线高于均值且持续1年以上时，均有中强地震与之对应。由图3 可见，2018 年6 月开始，该区域b值出现大于均值现象，持续至2019 年9 月此次MS5.2 地震的发生，震后b值曲线呈快速下降趋势。

图3 b 值时间扫描（2010—2019 年，ML ≥2.0）Fig.3 Time scan of b-value(from 2010 to 2019,ML ≥2.0)

（4）b值空间扫描。设时间窗长为6 个月，步长为1 个月，纬度窗长和经度窗长均设为1.0°，步长均设为0.5°，时间截取2016 年7 月至2019 年12 月，计算广西北流—广东化州MS5.2 地震前b值，并绘制b值空间扫描图像，结果见表1、图4（图中空心圆为震中位置）。

表1 广西北流—广东化州MS 5.2 地震前b 值空间扫描结果Table 1 The spatial scanning results of b-value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

由表1 和图4 可知，2017 年8 月至2017 年10 月，震中及附近出现b值异常，数值介于2.0—2.9；2017 年11 月至2018 年5 月，震中b值减小，数值介于1.0—2.0；2018年6—8 月，震中及附近未出现b值异常；2018 年9 月，震中及附近再次出现b值异常变化，数值介于1.0—1.9，2019 年10 月12 日广西北流—广东化州MS5.2 地震发生后，异常消失。

图4 广西北流—广东化州MS 5.2 地震前b 值空间扫描图像（红色圆点表示广西北流—广东化州MS 5.2 地震，红色空心圆表示震前对应的位置）Fig.4 Spatial scanning image of b-value before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

2.2 C、D 值空间扫描

地震活动性参数C、D值分别表示地震空间集中度和地震危险度。中强地震前小地震活动增强会影响地震空间集中度和地震危险度的数值，对其予以分析，可为地震异常区域的划定提供一定参考。

基于所选震例资料，对广西北流—广东化州交界区MS5.2 地震前的C值和D值进行空间扫描，结果见表2、图5、图6。由图5、图6 可见，2018 年10 月至2019 年6 月，在震中及附近出现C值和D值异常，C值异常范围在0.04—0.32，D值异常范围在0.01—0.09，异常结束3 个多月后发生广西北流—广东化州MS5.2 地震（表2）。

表2 广西北流—广东化州MS 5.2 地震前C 值和D 值空间扫描结果Table 2 Spatial scanning results of C value and D value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

图5 地震活动性参数C 值空间扫描图像（红色圆点表示广西北流—广东化州MS 5.2 地震，红色空心圆表示震前对应的位置）Fig.5 Spatial scanning image of C value of seismicity parameter

图6 地震活动性参数D 值空间扫描图像（红色圆点表示广西北流—广东化州MS 5.2 地震，红色空心圆表示震前对应位置）Fig.6 Spatial scanning image of D value of seismicity parameter

2 孕震空区

在地震孕育过程中，由小震所包围或部分包围、处于断裂活动构造带上的无震区域，即为地震空区。广西北流—广东化州MS5.2 地震前，即2016 年7 月1 日至2019 年10 月11日，在震中附近出现ML2.4 以上地震空区，空区分布在（108°30′—111°00′E；20°30′—22°30′N）范围内，见图7。该阶段空区外内频度比以及空区和外围累计应变能曲线见图8，可知空区外内频度比2016 年11 月—2019 年3 月呈上升趋势，空区及外围累计应变能2016年11 月起呈持续上升趋势。绘制此次MS5.2地震前震中距与发震时间曲线图，见图9，可见2016 年11 月起，在震中附近形成地震空区，2018 年6 月空区范围出现收缩。

图7 广西北流—广东化州ML 2.4 以上地震空区Fig.7 Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou ML ≥2.4 seismic gap

图8 广西北流—广东化州空区外内频度比以及空区和外围累计应变能曲线Fig.8 Frequency ratio of the outside-inside seismic gap and cumulative strain energy curve of seismic gap and periphery of Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou

图9 广西北流—广东化州MS 5.2地震前震中距与发震时间曲线Fig.9 The curve of epicentral distance and seismogenic time before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

3 结论

2019 年广西北流—广东化州MS5.2 地震发生前出现一些异常，文中从震前地震活动性参数空间扫描和地震空区进行分析，发现异常具有以下特征。

（1）地震活动性参数空间扫描结果显示，多项指标存在异常。b值时间扫描结果显示，在此次地震发生前，b值时间扫描曲线持续一年以上处于均值线之上。b值空间扫描结果显示，2017 年8 月至2018 年5 月，震中出现b值异常，后异常消失；2018 年9 月至2019年9 月，震中再次出现异常，直至此次MS5.2 地震发生。C值、D值空间扫描结果显示，2018 年10 月至2019 年6 月，震中及附近持续出现异常。

（2）此次MS5.2 地震发生前，震中附近存在地震空区。该地震空区于2016 年11 月开始形成，经2 年10 个月，在空区边缘发生MS5.2 地震。