2021年9月4日新疆皮山MS5.1地震震群序列及趋势分析①

张琳琳， 聂晓红， 向 元， 高 荣

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

2021年9月4日新疆维吾尔自治区皮山县发生MS5.1地震；9月5日叶城县又发生MS5.0地震，震中相距约30 km，发震时间相差0.7 d，形成5级震群。2次5级地震前还存在前震序列，因此，皮山MS5.1地震序列属于“前-主-余”型震群。由于该地震序列既属于“前-主-余”型，又属于震群型，因此，在重点分析地震序列活动的衰减特征、b值、h值等参数的变化特征基础上，对该次地震前的地震学异常进行排查，为西昆仑地震带及附近地区的科研资料积累提供参考。

1 皮山MS5.1地震序列概述

根据中国地震台网(CENC)测定，2021年9月4日9时54分8秒，新疆维吾尔自治区皮山县发生MS5.1地震，震源深度7 km；9月5日1时52分7秒，叶城县发生MS5.0地震，震源深度10 km；皮山MS5.1和叶城MS5.0地震前发生多次中小地震的前震序列，最大前震为叶城MS4.8地震。

中国地震局台网中心(CENC)和美国地质调查局(USGS)显示两次主震及最大前震的震源参数如表1所示。

表1 皮山MS5.1、叶城MS5.0地震序列震源参数

截止2021年9月17日，叶城单台共记录到ML≥0.0地震336次(包括前震)，其中，ML0.0～0.9共26次，ML1.0～1.9共210次，ML2.0～2.9共67次，ML3.0～3.9共22次，ML4.0～4.9共11次(有8次为前震)，主震后的序列中最大余震为9月5日01时55分发生的ML4.2地震。在主震发生之前共记录到地震79次，其中，ML0.0～0.9共5次，ML1.0～1.9共35次，ML2.0～2.9共21次，ML3.0～3.9共11次，ML4.0～4.9共7次。

整个地震序列呈现近NS向展布并垂直于断层，余震活动主要位于两次主震的中间位置，即皮山MS5.1地震的南部和叶城MS5.0地震的北部。余震主要集中区长轴约32 km，短轴约28 km，与泽普断裂近垂直分布(图1a)。前震活动集中在皮山MS5.1地震周围4 km处。最大前震叶城MS4.8地震前,序列主要集中分布在前震集中区的西南部，呈近NS向分布，长约为17 km，宽约为13 km(图1b)。皮山MS5.1地震与叶城MS5.0地震期间地震序列活动较前期向西北部和东部扩展，但是仍主要分布在前期的地震序列集中区，同样呈现近NS向展布，长轴约30 km，短轴约25 km(图1c)。叶城MS5.0地震后，余震序列仍在皮山MS5.1地震的西南部集中分布，集中区长约为13 km，宽约为11 km(图1d)，叶城MS5.0地震与余震序列集中区之间形成直径约13 km的ML≥3.0余震空段，该区域内地震以ML0.0～1.9地震为主，ML2.0～2.9地震仅3次，最大震级为ML2.7。空段内后续是否有较大余震发生，需进一步跟踪分析[1-2]。

图1 皮山MS5.1、叶城MS5.0地震序列震中分布图

前震序列呈现出“活跃―平静―活跃”的活动状态，平静时长达4个小时，强度以ML1.0～2.0为主，频次达6次/小时(图2)。皮山MS5.1地震后，余震活动水平较高，多数ML≥2.0，频次达12次/小时。叶城MS5.0地震后，前期余震活动强度为ML2.0左右，频次最多达30次/小时。而震后7 h频度迅速衰减至3次/小时以下，ML<2.0。最大余震ML3.5在震后3 h发生。该序列频次衰减较为迅速，86%的余震集中发生在9月4～5日，地震频度由30次/小时衰减至12次/小时，再到2次/小时，余震强度呈现起伏变化状态，ML<2.0为主。该序列类型为“前-主-余”型震群[2]。

皮山MS5.1和叶城MS5.0地震位于新疆台网监测水平较低的地区，周围200 km范围内共有10个台站，其中0～100 km范围内有2个测震台，分别为叶城台和康克尔台，101～200 km 范围内有8个测震台，分别为岳普湖台、杜瓦台、和田台、和田台阵0、和田台阵3、和田台阵5、和田台阵7和和田台阵9。台站主要集中分布在震区东南部地区，西北部仅有2个台(图3)。

2 皮山MS5.1地震序列类型分析

2.1 皮山MS5.1和叶城MS5.0地震的调制分析

根据引潮力对地震活动的调制影响，秦保燕等认为在每个月朔、望时段发生的地震为调制地震，而每个月的朔、望时段为农历初一和十五前后各4 d[1,3]。张国民等通过对大陆区域7级地震的发震时间进行统计分析，发震的4个主要集中时间为朔日、望日、上弦日、下弦日，而朔日为农历二十八至初二共5 d，望日为农历十五至十七共3 d，上弦日为初八至初九共2 d，下弦日为农历二十二至二十五共4 d，这14 d内发生的地震均受到固体潮触发作用，地下介质背景和应力水平的不同，受到固体潮触发作用也存在差异，而当未来震中及其附近区域应力处于亚失稳状态，此时固体潮的触发作用可能会增强[1,4-5]。

皮山MS5.1和叶城MS5.0地震两次主震发生在农历七月二十八和七月二十九，均为调制地震，表明这两次地震活动可能与固体潮调制作用有关。

2.2 皮山MS5.1和叶城MS5.0地震序列类型早期判定

根据前人对地震序列类型判定的研究，主要是根据序列中最大地震的能量释放比，序列中最大地震与次大地震的震级差等方法进行类型的判定和划分[1,5]：

(1) 地震序列中最大地震的能量释放比即RE=Emax/Etotal判定序列类型，当RE≥99.99%时即判定为孤立型；当90%≤RE≤99.99%时，序列分析为主震-余震型；而当RE<90%时，地震序列判定为震群型[1]。(2) 以序列主震与次大地震震级差ΔМ=M0-M1进行序列划分，划分标准：若ΔМ≥2.5且余震个数较少，序列判定为孤立型；当0.6≤ΔМ≤2.4，序列为主震-余震型；当ΔМ<0.6时，序列则被认定为震群型[1]。

皮山MS5.1和叶城MS5.0地震前震区内共发生8次MS≥3.0地震，其中MS3.0～3.9共4次，MS4.0～4.9共4次，最大前震为9月4日9时28分叶城MS4.8地震，此次地震序列前期衰减较快[1]，主震后仅发生1次MS≥4.0地震。本次地震序列中最大地震为MS5.1，与次大地震MS5.0的震级差为0.1，主震占整个序列的能量比为24.4%[1]，分析认为本次地震序列为前-震群型。

通过计算序列参数可知，截止9月10日，本次序列的P值随序列的发展逐步升高，目前序列P值为2.24，表明该序列衰减“由慢变快”；h值随时间逐步减小，但其值均高于1.0，目前h值为1.9[1,6-9]；b值随时间逐渐增大，由0.29升至0.51；由序列进行的外推震级大小基本为ML5.5左右(图4，表2)。由序列参数变化分析，判定本次地震序列类型为“前-主-余”型。

图4 皮山MS5.1和叶城MS5.0地震序列b值和h值序列曲线

表2 皮山MS5.1和叶城MS5.0地震序列不同时段参数计算表

2.3 历史地震序列类比

1900年以来，皮山MS5.1和叶城MS5.0地震周围100 km范围内共发生MS≥5.0地震3次(除余震)。其中2次为孤立型，1次为“主-余”型。基于历史震例的相关分析[10-15](表3)，2010年以来，本次地震100 km范围内共发生13次震群，其中ML≥4.0的震群4次，与皮山MS5.1和叶城MS5.0地震活动特征较为相似的为2012年叶城ML5.0震群(表3)，即MS5.0地震前震级出现明显的升级现象。但是后续震群活动中地震震级无增大变化，地震活动水平低于前期主震，此次地震序列其后的最大地震活动水平为4.0级左右。

表3 2010年以来震区100 km范围ML≥4.0地震震群统计表

3 震前异常分析

皮山MS5.1和叶城MS5.0地震震区附近区域存在4级地震平静、西昆仑小震群累积月频度、小震调制比3项测震学异常[16-20]。

3.1 阿图什—皮山MS≥4.0地震平静

2019年1月12日～2020年10月18日，阿图什—皮山MS≥4.0地震出现645 d的平静，2020年10月18日和31日，区内分别发生莎车MS4.0和阿克陶MS4.1地震，2021年2月5日叶城发生MS4.2地震(图5)，平静区打破后境外哈萨克斯坦2021年2月13日发生MS6.2地震，但此次地震位于平静区外围。根据该区1970年以来历史地震活动特征分析，MS≥4.0地震平静≥230 d(即2倍方差)，平静结束后1年平静区及周边50 km范围存在发生MS≥5.0地震的可能，优势发震时间为平静结束后6个月。

图5 阿图什—皮山MS≥4.0地震分布图

3.2 和田地区MS≥4.0地震平静

2020年6月26日于田MS6.4地震后，和田附近区域MS≥4.0地震平静431 d，2021年9月3日叶城发生MS4.0地震，打破了该平静(图6)。预测指标显示，1970年以来地区MS≥4.0地震平静超过263 d，其后6.5个月内发生MS≥5.0地震的比例为78%，其中MS≥6.0地震的比例为29%，优势发震时间为60 d，优势发震区域为平静区及周边50 km，预测效能评价显示，R值为0.4，大于R0(0.34)。皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震发生在平静打破后2 d内。

图6 和田地区MS≥4.0地震分布图

3.3 西昆仑小震群累积月频度

小震群累积月频度预测指标显示，当小震群累积月频度存在“加速—减速”活动特征，西昆仑地震带存在发生MS≥5.0地震的可能。2020年1月19日伽师MS6.4地震后，西昆仑西段小震群活动平静，2020年7月以来，西昆仑小震群活动开始呈现明显加速现象，其后出现减速(图7)。

图7 2007年以来西昆仑小震群累积月频度图

3.4 小震调制比异常

新疆地区基于综合定位ML≥3.0地震目录计算，以6个月为窗长，1个月为步长，空间扫描步长为0.5°×0.5°所得的小震调制比空间扫描结果显示，当小震调制比在某一地区出现持续3个月以上的高值，则确认该区小震调制比处于异常状态。2021年3月叶城附近地区出现了约2°×1.5°范围的高值，4月该地区的小震调制比高值持续，5月叶城附近高值区面积缩小至约1°×1°范围，但在5月该区域高值与喀喇昆仑山脉附近的异常区连成一片，7月异常幅度较前期缩减，8月异常区主要分布在叶城周边地区，图8显示异常逐渐形成的过程。

图8 新疆地区小震调制比Rm空间分布图

4 结 语

对2021年9月4日皮山MS5.1地震序列分析表明，皮山MS5.1和叶城MS5.0地震均发生在调制时段，属于调制地震，表明该地震的发生与固体潮调制作用有关。两次主震间震级差为0.1，主震占整个序列的能量比为24.4%，序列的P值、b值和h值的变化特征均显示该地震序列属于“前-主-余”型震群。皮山MS5.1震群前，震源区附近区域测震学存在一些异常，地震发生后，部分异常仍然存在，需要进一步加强震情跟踪分析。另外，皮山MS5.1和叶城MS5.0 地震均处于监测水平较弱的西昆仑区域，台站分布稀少，一些数字地震学方法无法在此开展和使用，因此，加强台站的架设，可以为今后对该区震情趋势研判和分析提供更好的依据。