新疆地区6级以上地震前小震固体潮调制比异常演化特征

李文君 曾宪伟 刘芳彤 高龙飞

1）中国银川 750001 宁夏回族自治区地震局

2）中国辽宁 118000 丹东地震监测中心站

3）中国山西 037000 大同地震监测中心站

0 引言

地震预报是世界性难题，不断丰富震例资料，有益于提升对地震孕育过程的认知。2016—2020 年6 月26 日，新疆共发生3 次6 级以上浅源地震，积累了大量研究资料及成果，如：刘建明等（2017，2018）分别对精河6.6 级地震和呼图壁6.2 级地震进行序列重定位与发震构造和地震序列谱振幅相关系数和震源机制一致性研究；赵彬彬等（2017）梳理了新疆精河MS6.6 地震前天山中段钻孔应变观测数据，发现9 套钻孔应变资料震前有5 套出现异常现象；杨文等（2018）对呼图壁地震发震构造进行研究，发现此次地震属于逆冲型事件，并推测可能发震断裂为霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂；韩桂红等（2019）对距离呼图壁MS6.2 地震300 km 范围内形变资料震前的背景异常、中短期异常进行分析和讨论；孟令媛等（2020）系统总结 2020 年1 月19 日新疆伽师MS6.4 地震发生前出现的地震活动和地球物理观测等异常；张帆等（2020）对新疆精河MS6.6 地震震源区域地壳结构和发震断裂几何特征进行分析，并推测发震构造为走向近EW、倾角向S 的逆冲断层。基于调制比方法的综合分析尚未见于新疆几次6 级以上地震的分析。

秦保燕等（1983）研究发现，当固体潮作用到应力调整单元时就容易触发小震。大量研究表明，在一些中强震发生前，震中周围固体潮调制比存在一定规律，即固体潮引潮力对地震活动有调制和触发作用，如：黎凯武等（2000）发现月球对地球的引潮力对地震活动有触发和调制作用，认为1966—1976 年华北地震组的隆尧6.8 级地震（1966 年3 月8 日）、宁晋7.2 级地震（1966 年3 月22 日）、河间6.3 级地震（1967 年3 月27 日）和唐山7.8 级地震（1976 年7 月28 日）均发生在朔望大潮期（农历初一、十五或其后1—2 天），认为以上几次大震是由日月引潮力触发的；李延兴等（2001）和Tanaka 等（2004，2006）研究发现，在一些中强震发生前，震中周围固体潮调制比存在一定规律，即固体潮引潮力对地震活动有调制和触发作用；陈荣华等（2006，2009）在研究引潮力对显著地震触发作用与大震关系时发现，地震发生时水平引潮力方位与地震断层面走向接近，可能增加断层面上的剪应力，有利于地震的发生；水平引潮力方位与地震主张应力轴T轴接近，可能减小断层面上的正应力，从而减小断层面上的摩擦力，也会有利于地震的发生；韩颜颜等（2017）研究了近年来西北地区3 次中强地震前的小震调制比时空演化过程，发现中强震与小震调制比高值异常集中区存在对应关系。利用固体潮调制比方法，对发震区周边2 年内应力状况进行有效检验，这种回溯性研究，尽管在地震危险性分析和中长期地震预测意义上价值有限，但对于反思和改进地震危险性估计方法，填补该方法在新疆地区的应用，具有一定参考价值。新疆地区2016 年以来未发生7 级以上强震，文中对该区3 次6 级以上地震前小震调制比变化进行系统研究，以期得到一些有意义的结果。

1 资料选取

1.1 震例选择

选取新疆地区（73°—96.5°E，34°—49.5°N）2016 年1 月—2020 年5 月发生的3 次MS6.0 以上浅源地震作为震例，即2016 年12 月8 日呼图壁MS6.2 地震、2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震和2020 年1 月19 日伽师MS6.4 地震，地震参数来自中国地震台网中心（2016-01-01—2020-05-20）《中国强震目录》。研究区3 个震例及周边测震台站空间分布见图1。

图1 2016 年以来新疆地区6 级以上浅源地震及周边台站空间分布Fig.1 Distribution of shallow earthquakes of magnitude 6 or above in Xinjiang since 2016 and the seismic stations

1.2 最小完整性震级

（1）呼图壁MS6.2 地震。统计2016年12 月8 日呼图壁MS6.2 地震前2 年内（2014-12-07—2016-12-07）在（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范围内发生的地震资料，结果见图2（a）。该时段内共记录ML≥0.0 地震2 072 次，其中ML0.0—0.9 地震436 次，ML1.0—1.9 地震1 277 次，ML2.0—2.9 地 震306 次，ML3.0—3.9 地震46 次，ML4.0—4.1 地震6 次，ML5.0—5.1 地震1 次。除客观监测能力和完整性震级的变化，Mc的人为设定将对空间扫描结果造成影响。绘制研究区地震目录作lgN—M曲线，如图3（a）所示，可见ML≥1.1 时记录是完整的，保证了基础资料的可靠性。

图2 呼图壁、精河、伽师地震前2 年震中周围ML 0.0—5.9 地震分布（a）呼图壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽师MS 6.4 地震Fig.2 The distribution of ML 0.0-5.9 earthquakes around the epicenter 2 years before the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

图3 呼图壁、精河、伽师地震前2 年内研究区最小完整性震级（a）呼图壁MS 6.2 地震；（b）精河MS 6.6 地震；（c）伽师MS 6.4 地震Fig.3 The minimum magnitude of completeness in the study area within 2 years prior to the Hutubi,Jinghe,Jiashi earthquakes

（2）精河MS6.6 地震。统计2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震前2 年内（2015-08-08—2016-08-08）在（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范围内发生的地震资料，结果见图2（b）。该时段内共记录ML≥0.0 地震1 509 次，其中ML0.0—0.9 地震243 次，ML1.0—1.9地震990 次，ML2.0—2.9 地震238 次，ML3.0—3.9 地震34 次，ML4.0—4.1 地震4 次。绘制该区地震目录lgN—M曲线，如图3（b）所示，可见ML≥1.2 时记录是完整的。

（3）伽师MS6.4 地震。统计2020 年1 月19 日伽师MS6.4 地震前2 年内（2018-01-18—2020-01-18）在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范围内发生的地震资料，结果见图2（c）。该时段内共记录ML≥0.0 地震2 473 次，其中ML0.0—0.9 地震163 次，ML1.0—1.9地震1 588 次，ML2.0—2.9 地震560 次，ML3.0—3.9 地震139 次，ML4.0—4.1 地震18 次，ML5.0—5.1 地震5 次。绘制该区lgN—M曲线，如图3（c）所示，可见ML≥1.1 时记录是完整的。

综上所述，分别得到呼图壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽师MS6.4 地震最小完整性震级分别为ML1.1、ML1.2、ML1.1。

1.3 阴历日期选择

对于阴历调制日期，不同学者有不同认识。秦保燕等（1983）选择引潮力最大时段作为调制阴历时段，即朔日前后4 天，望日前后4 天，共计8 天；王炜等（2001）将小震调制比应用于华北地震中期预报时，将上述8 天调制时段扩展为对称于朔望的10 天，即取阴历廿九至初三、十三至十七为调制阴历时段，共计10 天；张国民等（2001）统计我国大陆地区MS7.0 强震发生的阴历日期分布认为，4 个峰值区分别对应朔、望日和上、下弦，其中朔对应廿八至初二，望对应十五至十七，上弦对应初八和初九，下弦对应廿二至廿五，共14 天。笔者经对比分析，考虑到不同地区地壳结构和触发地震的能力有所不同，以及不同阶段局部性应变的差异程度等因素，根据新疆地域特征及历史地震调制情况，选用张国民等（2001）定义的阴历日期，用于空间扫描时计算调制地震的时间域。

2 结果分析

2.1 呼图壁MS 6.2 地震

2016 年12 月8 日中国新疆呼图壁地区发生MS6.2 地震，据中国地震台网中心初步测定，震中位于（43.83°N，86.35°E），震源深度6 km。此次地震余震序列丰富，截至2016 年12 月24 日22 时，新疆地震台网共记录0 级以上地震773 次，最大余震震级为ML4.5，发震时间为12 月8 日23 时23 分。

与新疆其他地区相比，呼图壁地区地震监测台网台站分布相对密集（图1），监测能力较强。选取2014 年12 月7 日—2016 年12 月7 日（85.47°—87.27°E，42.68°—44.78°N）范围内ML1.1—5.0 地震，采用固体潮调制比方法，对呼图壁MS6.2 地震震中及附近区域进行空间扫描（图4），扫描参数作如下设定：时间步长为2 年、1 年、0.5 年；地震数依次为20、15、12；空间扫描步长为0.05°，扫描半径为30—50 km。由图4 可见，呼图壁MS6.2 地震前2 年，震中落于调制比高值异常区边缘，受调制作用，随着时间的推近，该区域非调制小震逐渐积累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常调制比阈值范围内，未受到较明显的调制作用。

图4 呼图壁6.2 级地震前2 年、1 年、0.5 年调制比空间分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Hutubi ML 6.2 earthquake

2.2 精河MS 6.6 地震

据中国地震台网中心测定，2017 年8 月9 日7 时27 分，新疆维吾尔自治区博尔塔拉州精河县发生MS6.6 地震（简称精河6.6 级地震），震中位于（44.27°N，82.89°E），震源深度11 km，乌鲁木齐、博州、昌吉、伊犁、克拉玛依等地震感强烈。据新疆区域数字地震台网测定，截至2017 年9 月30 日，精河6.6 级地震震源区共记录余震396 次，其中MS3.0—3.9 余震18 次，MS4.0—4.9 余震6 次，最大余震震级为MS4.7。

选取2015 年8 月8 日—2016 年8 月8 日（82.01°—83.81°E，43.12°—45.22°N）范围内ML1.2—5.0 地震，对精河MS6.6 地震震中及附近区域进行调制比空间扫描（图5）。时扫描参数作如下设定：时间步长为2 年、1 年、0.5 年；地震数依次为20、15、10；空间扫描步长为0.05°，扫描半径为30—50 km。由图5 可见，震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于调制比高值区内，受调制作用较明显。一般，随着时间的逼近，总体样本数减少，高值区域面积也相应逐渐减小。然而，从扫描结果可知，震前0.5 年时，震中附近调制小震较活跃，相比震前1 年，调制比高值区域面积有所增大。可见，临震前震中区域应力水平变化较快，调制小震数量增多，调制作用明显。

图5 精河MS 6.6 地震前2 年、1 年、0.5 年调制比空间分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.4 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jinghe MS 6.6 earthquake

2.3 伽师MS 6.4 地震

据中国地震台网测定，2020 年1 月19 日21 时27 分在新疆喀什地区伽师县（39.83°N，77.21°E）发生MS6.4 地震，震源深度16 km。截至2020 年2 月29 日，记录3.0 级以上余震23 次，其中3.0—3.9 级16 次，4.0—4.9 级5 次，5.0—5.9 级2 次，最大为1 月19日22 时23 分5.2 级地震。此次地震序列发生于南天山西段地区，距柯坪断裂约2 km。

选取2018 年1 月18 日—2020 年1 月18 日在（76.33°—78.13°E，38.68°—40.78°N）范围内发生的ML1.1—5.0 地震，利用调制比方法，对伽师MS6.4 地震震中及附近区域进行空间扫描（图6）。为保证结果的科学性与合理性，对扫描参数作如下设定：时间步长2年、1 年、0.5 年；地震数依次为20、15、10；空间扫描步长为0.05°，扫描半径为30—50 km。由图6 可见：震前2 年震中位置落于调制比高值区内，受调制作用较明显；震前1 年，随着样本量的减少，能够扫描的地震数不断减少，且逐渐向震中位置靠拢，此时震中恰好位于调制比高值边缘；震前0.5 年，震中非调制地震数多于调制地震，调制作用不明显。

图6 伽师MS 6.4 地震前2 年、1 年、0.5 年调制比空间分布（a）震前2 年；（b）震前1 年；（c）震前0.5 年Fig.6 The spatial distribution of the modulation ratio 2 years,1 year and 0.5 years before the Jiashi MS 6.4 earthquake

3 结论

采用张国民等（2001）定义的阴历月相期，对新疆地区2016 年以来3 次6 级以上浅源地震，计算研究区最小完整性震级，确定使用的小震资料，采用固体潮调制比空间扫描结果，绘制震前调制比空间分布图，并对呼图壁MS6.2 地震、精河MS6.6 地震、伽师MS6.4 地震进行分析，结果如下。

（1）2016年12月8日呼图壁MS6.2地震。震中落于调制比高值异常区边缘，受调制作用，随着时间的推近，该区域非调制小震逐渐积累，在震前1 年、0.5 年，震中位于正常调制比阈值范围内，未受到较明显的调制作用。

（2）2017 年8 月9 日精河MS6.6 地震。震前2 年、1 年、0.5 年，震中位置均落于调制比高值区内，受调制作用较明显。震前0.5 年，震中附近调制小震较活跃，相比震前1年时，调制比高值区域面积增大，临震前震中区域调制作用明显。

（3）2020 年1 月19 日伽师MS6.4 地震。震前2 年，震中位置落于调制比高值区内，受调制作用较明显；震前1 年，随着样本量的减少，能够扫描的地震数在不断减少，且逐渐向震中位置靠拢，震中位于调制比高值边缘；震前0.5 年，小震调制作用不明显。

综上，新疆地区3 次6 级以上地震前均出现不同程度的调制比异常现象，对地震预测具有较好的指示意义。