收稿日期:2021-07-10
基金项目:云南省地震局科技专项(2020ZX02)和地震预测预警运维子课题——2021年全国地震大形势跟踪研判联合资助.
基金项目:云南省地震局科技专项(2020ZX02)和地震预测预警运维子课题——2021年全国地震大形势跟踪研判联合资助.
2021年云南漾濞MS6.4地震前测震学异常回顾
(云南省地震局,云南 昆明 650224)
Retrospective Analysis of Seismometric Anomalies before the 2021 Yangbi,Yunnan MS6.4 Earthquake
LIU Zifeng,SUN Nan,WANG Guangming,PENG Guanling,LI Yongli,ZHANG Tianyu,MAO Huiling,ZHAO Xiaoyan
(Yunnan Earthquake Agency,Kunming 650224,Yunnan,China)
seismometric anomalies; focal mechanism consistency; seismic belt; intensified earthquake activities; foreshock sequence; the Yangbi MS6.4 earthquake
备注
摘要
全文
图/表
参考文献
为了完善云南地区测震学预测指标体系,对2021年云南漾濞MS6.4地震前平静类、增强类、条带类、参数类测震学异常和前震活动特征进行回顾总结,得到以下主要认识:①地震前测震学异常以不同时空尺度、不同震级档地震的平静为主,条带交汇现象也十分显著,震中附近震源机制趋于一致,2012—2017年滇西北地区5级地震丛集发生,且自2020年以来小滇西及邻区4级地震出现增强活动,以中长期异常为主,临震阶段震源区中小地震密集发生构成前震。②根据震前提出的测震学异常做出的中长期、较大区域的震情趋势判定是正确的,但临震前的前震识别工作因过多依赖以往震例经验而存在不足。
In order to improve the seismometric prediction index system in Yunnan,we review the seismometric anomalies which we had tracked and analyzed before the 2021 Yangbi MS6.4 earthquake,including earthquake quiescence,intensified earthquake activity,earthquake strips,seismic parameters,and the characteristics of the foreshocks' activity.Then we draw the following conclusions:①the seismometric anomalies before the Yangbi earthquake contained mainly the quiescence of earthquakes in different periods and spaces and of different magnitudes.The earthquake strips intersected significantly.A cluster of 5-magnitude earthquakes occurred in northwestern Yunnan from 2012 to 2017,and the activity of 4-magnitude earthquakes intensified in the sub-region of western Yunnan and its neighboring regions since 2020.The anomaly of the activity of foreshocks mainly featured as in medium-and long-term.The small-and medium-foreshocks intensively occurred in the source area of the Yangbi earthquake.②Our judgment on the seismic tendency in middle-and long-term and in large area in West Yunnan based on the seismometric anomalies we put forward before the Yangbi earthquake is correct.However,as we depend much on the experience of the past earthquake cases,our identification of the impending foreshocks before the Yangbi earthquake has some disadvantages.
引言
广义的地震预报包含地震预测与预报两个方面。地震预报研究一直是全世界关注的问题,虽然人们对“地震能否预报”争论不休,但多次大地震的震例研究表明,前兆异常会或多或少地出现在地震孕育过程的不同阶段。国内外学者针对活动断裂的行为方式、大地震复发规律、活断层分段与大地震活动、大地震复发的概率预测和地震孕育过程与机理等都提出了不同的理论模型,促进了地震预报的发展(吴中海,赵根模,2013)。目前,地震预测仍然处于经验预测阶段,概率预测模型应用甚广,从模型建立到检验,众多学者做了大量研究(Swets,1973; Molchan,1990; Jordan,2006; Petersen et al,2007; Holliday et al,2007; 蒋长胜,赵岏喆,2009),获得了许多重要认识。付虹等(2020)通过震例回溯提出在强震跟踪过程中,未来震中未知时,用测震学异常方法追踪危险区的可信度较高。在云南日常震情跟踪中,测震学异常方法在多次强震危险地点预测实践中发挥了积极作用(刘丽芳,付虹,2005; 李永莉等,2007; 曹晓丽,毛德培,2012; 付虹等,2015; 刘月,邵志刚,2016)。
2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震前,多项测震学异常均表明滇西地区存在发生6级左右地震的危险性。为深入认识漾濞地震前的测震学异常,完善云南地区测震学预测指标体系,本文根据测震学资料,结合已初步建成的云南地区测震学预测指标体系,对漾濞MS6.4地震前出现的测震学异常进行回顾分析。
1 资料选取及方法简介
2 中长期异常分析
3 短临异常分析
3.1 云南5级地震平静超过300 d平静一般只作为背景异常,笔者分析云南5级地震达平均异常指标后打破地震的发震时间特征后发现,平静打破地震的优势发震时段为异常指标达标后3个月。因此认为,云南5级地震平静达标到异常指可作为短期异常进行跟踪,平静指标为300 d。2020年5月18日巧家MS5.0地震打破了云南618 d的5级地震平静,之后又持续平静,至2021年3月14日再次达到异常指标。笔者对1930年以来云南5级地震时间间隔进行统计发现,超过300 d的5级地震平静共36组(图8),其中19组平静达异常指标后在3个月内被打破,概率为53%; MS≥5.5震例有18组(图8),概率为50%。因此,我们认为云南5级地震平静在6月14日前由MS≥5.5地震打破的可能性较大。在平静异常持续68 d后,由漾濞MS6.4地震打破。
图8 1930年以来云南MS≥5.0地震时间间隔及打破地震M-t图(MS≥5.5)
Fig.8 Time intervals of MS≥5.0 earthquakes in Yunnan since 1930 and M-t map of breaking earthquakes(MS≥5.5)3.2 前震活动根据云南地震台网提供的地震目录绘制的漾濞MS6.4地震的前震震中分布图(图9)和M-t图(图 10)显示,5月18日以来漾濞中小地震时空丛集现象明显,构成直接前震序列。图9显示,前震发生在主震东南方向,呈现出明显的空间迁移特征; 5月18日在中小地震集中区(下称集中区)区中部发生一组小震,最大震级达ML4.7(MS4.2),之后2级以上地震强度迅速衰减; 5月19日再次在集中区靠近主震一端发生1组小震,最大震级达ML4.8(MS4.4)。图 10显示,ML4.8地震后3级以上地震强度总体出现衰减,但1、2级地震间歇性的丛集和平静现象比较显著且无衰减迹象,5月20日9时开始小震减少,5月20日17时37分开始2级地震平静近29 h后,于5月21日20时55分开始密集发生1组中小地震,震级不断增大。5月21日至主震之前发生的小震向东南方向扩展,主要分布在密集区中部及东南端,在中小地震密集发生过程中发生了主震。
图9 漾濞序列前震及主震震中分布
Fig.9 Epicentral distribution of the foreshocks and the main shock of the Yangbi sequence
图 10 漾濞序列前震及主震M-t图
Fig.10 M-t map of the foreshocks and the main shock of the Yangbi sequence4 结论与讨论
本文通过回顾总结2021年5月21日漾濞地震前测震学异常和前震活动特征,获得以下结论:
(1)漾濞MS6.4地震前,云南地区的测震学异常以中长期为主,在危险地点追踪方面发挥了积极作用。通过分析中国大陆5级地震长期平静被打破后云南首发6级地震和云南省内6级地震长期平静的打破地震的优势分布范围,认为滇西地区存在发生6级以上地震的背景; 依据滇西北地区先后出现5级地震丛集、4级地震长期平静打破的现象,认为滇西北地区强震背景强烈; 云南地区3级和4级地震条带在大理—保山—德宏地区交汇,条带交汇区域震源机制一致性程度高,且在2020年以来还出现4级地震增强,这些现象表明条带交汇区域应力水平高,有利于强震发生。漾濞MS6.4地震发生在同时出现4级地震增强、条带交汇和震源机制高度一致的地方,说明在具备强震背景的较大区域内,通过追踪能明确表征区域应力水平变化的异常集中区域,可以在一定程度上缩小危险地点预测范围。
(2)短临阶段测震学异常往往不多,漾濞MS6.4地震前仅出现2项。震前云南省内5级地震平静达到异常指标,分析认为达标后3个月内地震平静被6级左右地震打破的可能性大,因此将5级地震平静达到异常指标作为短期异常进行跟踪,但该异常对地点指示意义不明确。前震是主震前发生在主震震中附近较小范围的中小地震,因此震后很容易识别,但主震发生前对前震还没有统一、规范的识别方法。据回溯性研究,漾濞MS6.4地震前震中附近发生多次中小地震丛集,构成前震序列,属于临震异常。因此,若能在漾濞MS6.4地震前准确识别出前震,则在中长期预测基础上能将预测范围再进一步缩小,因此,寻求准确识别前震的方法,是利用测震学方法突破前震-主震-余震型地震短临预报亟待解决的关键问题和努力方向。
(3)从依据震前提出的测震学异常所做的趋势判定来看,中长期、较大区域的震情趋势判定是准确的,这也说明多年来总结的经验和使用的测震学方法是正确有效的,但临震前的直接前震识别工作明显存在不足,对前震的分析过多地依赖区域内小震群类比结果和以往震例经验。漾濞MS6.4地震具有特殊性,值得我们深入反思,今后对显著强震异常背景下发生的显著地震事件是否为前震应该重点研究,应重新认识前震,不能只局限于震例经验。在目前地震预报难题仍未被攻克的情况下,每一次地震都为我们提供了研究素材,只有通过不断积累和总结,剖析每一次地震,才能为后续震情研判和指标体系建设等工作提供可借鉴的经验,才能在特定的地区和特定的条件下实现短临预报。
(4)近年来,随着数字地震学方法的推广和应用,震源机制一致性参数在云南强震地点判定中较好地发挥了作用。震源机制一致性参数空间分布特征显示,目前,在滇南—滇西南、滇东北地区存在震源机制参数一致性程度相对偏高的区域,这两个地区近年来均无强震发生,因此它们的强震危险性值得关注。
本研究基于中国地震局监测预报司预报管理处整编的中国MS≥5.0地震目录和云南地震台网提供的小震目录开展地震活动性分析,震源机制反演过程中使用了云南台网提供的事件波形,审稿专家对本文提出了宝贵意见,在此一并表示感谢。
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2.1 平静类异常2.1.1 中国大陆5级地震平静打破本文统计了1965年以来中国大陆5级地震显著平静打破后云南的首发6级强震,见表1。
表1 中国大陆5级地震显著平静打破后云南首发6级地震统计
Tab.1 Statistics for the first MS≥6.0 earthquakes in Yunnan after breaking significant seismic quiescence of MS≥5.0 earthquakes in Chinese mainland
由表1可见,中国大陆5级地震显著平静打破后1年半内,云南发生MS≥6.0地震的概率为100%,而且2000年以来的2组平静打破地震均发生在西藏,云南后续首发6级地震均发生在滇西地区,这可能是因为滇西北与西藏属于同一活动地块,所以地震活动增强具有准同步性。2021年3月19日西藏那曲市比如县MS6.1地震打破了自2020年7月23日西藏那曲市尼玛县MS6.6地震以来中国大陆长达239 d的5级地震显著平静。而1965年以来中国大陆5级地震平均时间间隔仅为16 d,可见此次平静异常显著。因此,分析认为云南及邻区1年半内存在发生6级以上地震危险,其中滇西地区发震危险性更大。
2.1.2 云南6级地震平静6.6 a自1900年以来,云南6级地震平静时间超过5 a的震例仅有6组(图1)。6组显著平静异常中,平静打破地震的震级范围为6.0～6.5,震级不高,这可能表明6级地震长期平静是云南中强地震弱活动的一种表现; 平静打破地震分布地区分段特征明显,1945年以前的3组平静打破地震均发生在滇南—滇西南地区,而1945年以后的3组打破地震则全部发生在滇西地区,这可能与1945年前后云南地区强震活动主体区域有关。在中国大陆5级地震长期平静打破的背景下,自2014年10月7日景谷6.6级地震以来云南6级地震平静时间已经长达6.6 a,而云南6级地震平静异常指标为3 a,达到此异常指标后云南省地震局对此项异常进行持续跟踪,平静超过5年仍未打破,我们分析认为此次平静异常较为显著。因此,我们认为此次6级地震平静由6.5级以上地震打破的可能性不大,打破地震发生在滇西地区的可能性较大。
图1 1900年以来云南MS≥6.0地震时间间隔
Fig.1 Time interval of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan since 19002.1.3 滇西北地区4级地震平静打破中国大陆5级地震平静打破和云南6级地震长期平静的统计结果均表明滇西地区存在发生强震的背景,与此同时滇西北地区也出现了4级地震长期平静打破的显著现象。滇西北地区4级地震平静时间超过235 d常作为该地区中强地震预测指标之一,因此笔者对该地区4级地震平静时间超过235 d后发生的5级地震进行统计(表2),结果显示1985年7月1日至2019年11月30日,研究区平静时间超过235 d的异常共出现15次,其中有8次平静打破后1 a内发生MS≥5.0地震,对应率为53%,8组对应地震中,7组包含5.5～6.5级地震(即6级左右地震)。滇西北地区ML≥4.0地震频繁发生,但2019年11月30日四川盐源ML4.0地震后迪庆至楚雄一带出现了长时间4级地震平静现象(图2)。2021年3月1日洱源ML4.3地震的发生打破了该地区457 d的4级地震长期平静,专家分析认为滇西北地区发生5级以上地震的紧迫性增强,并且发生6级左右地震的可能性大。平静打破81 d后,5月21日在平静区域内发生漾濞MS6.4地震。
图2 2019年11月30日以来云南地区ML≥4.0地震震中分布及滇西北地区平静区域示意图
Fig.2 Epicentral distribution of ML≥4.0 earthquakes in Yunnan since Nov.30,2019 and the quiescent region in northwestern Yunnan表2 滇西北地区ML≥4.0地震平静时间超过235 d后对应5级地震统计
Tab.2 Subsequent MS≥5 earthquakes in northwestern Yunnan after more than 235 days of quiescence of the ML≥4.0 earthquakes
2.2 增强类异常2.2.1 滇西北地区5级地震丛集活动滇西北地区4级地震平静前,出现5级地震丛集活动。图3显示,1920年以来滇西北地区MS≥5.0地震存在明显的平静—丛集的韵律特征,出现过3次超过9 a的平静时段后进入较长时间的丛集活动状态,丛集时段持续时间最短8 a、最长28 a,期间至少发生3次MS≥6.0地震,且每次丛集活动均以MS≥6.0地震结束。2001年10月27日永胜MS6.0地震后,该地区5级地震就处于弱活动状态,期间零星发生1次MS5.0地震,10.7年后,于2012年6月24日发生宁蒗MS5.7地震,之后又连续发生了6次MS≥5.0地震,最大震级为5.9。
图3 1900年以来滇西北地区MS≥5.0地震M-t图
Fig.3 M-t map of MS≥5.0 earthquakes in northwestern Yunnan since 1900这表明自2012年以来该地区进入了中强震丛集活动时段。2017年3月27日漾濞MS5.1地震后研究区一直无MS≥5.0地震发生,但考虑到该地区5级地震丛集活动均以MS≥6.0地震结束以及此次丛集无MS≥6.0地震参与的特征,我们判定此次地震丛集活动还将持续,并且后续6级地震参与丛集活动的可能性大,最终在4 a多后发生此次漾濞MS6.4地震。
2.2.2 小滇西及邻区4级地震活动增强强震前地震活动增强是一种地震活动异常现象(贾漯昭等,2020),小震集中活动或显著增强是区域应力增强的一种表现。2021年初,我们注意到2020年以来小滇西及邻区(23.6°～26.1°N,97.4°～100.2°E)4级地震活动增强,为了回溯分析震例,我们以12个月为窗长、1个月为步长统计了1990年以来小滇西及邻区4级地震频次,结果如图4所示。由图可见,即使小滇西及邻区出现4级地震增强,滇西地区不一定会发生6级以上地震。但1990年以来滇西地区7组6级地震前小滇西地区均出现4级地震增强,无一漏报。笔者结合王兰兰和刘丽芳(2004)、付虹等(2020)的研究结果,分析认为4级地震增强区域未来1～3 a内存在发生6级地震的危险性。本次漾濞地震发生在小滇西及邻区4级地震增强活动时段和增强区域边缘。
图4 1990年以来小滇西及邻区ML≥4.0地震滑动频次图(窗长12个月、步长1个月)
Fig.4 Sliding frequency of ML≥4.0 earthquakes in the sub-area of western Yunnan and its adjacent areas since 1990(window length is 12 months,step length is 1 month)2.3 条带类异常2019年7月21日以来,滇西地区ML≥4.0地震震中沿盐源—大理—保山—德宏地区分布,形成4级地震条带,另外,2020年11月21日至2021年2月21日3个月时间内MS≥3.0地震从滇东北至小滇西快速形成3级地震条带,两组条带在大理—保山—德宏地区交汇现象尤为显著(图5)。据刘蒲雄和陈章立(1989)的研究结果可知,地震条带的形成可能反映了断裂带发生了幅度较大的定向运动或整体变形,断裂带的这种异常活动可能与强震的孕育直接有关,也可能反映了构造活动异常,据此分析认为两组条带及周边地区存在发生强震的背景。震例回溯结果表明,若条带发生交汇,则在交汇部位发生目标地震的情况较多,因此认为上述两组条带交汇区域发生强震的可能性较大。结合震例回溯结果和条带起始震级、长度和持续时间的定量计算结果,认为目标地震震级为6级左右。由图5可见,漾濞MS6.4地震确实发生在条带交汇部位。
图5 云南地区MS≥3.0、ML≥4.0地震震中分布和地震条带示意图
Fig.5 Epicentral distribution and seismic belts of the MS≥3.0 and ML≥4.0 earthquakes in Yunnan2.4 参数类异常刘自凤等(2019)通过对滇西北地区震源机制一致性和b值研究后提出该地区程海断裂、龙蟠—乔后断裂及维西—乔后断裂南段及邻区可能是未来发生强震的潜在危险区。2015—2019年云南地区中小地震震源机制解应力张量方差空间反演结果(图6)显示,滇西地区的保山—大理—怒江一带、滇南—滇西南地区的玉溪—墨江—普洱一带震源机制一致性程度较高,表明这两个区域应力水平较高,仍然存在发生破坏性地震的危险(刘自凤等,2020)。在后续跟踪过程中,笔者发现滇西地区和滇南—滇西南地区的震源机制一致性参数异常区域持续发展。2015年1月至2021年4月云南地区震源机制一致性参数空间分布如图6所示。由图明显可见,漾濞地震前云南地区存在3个应力张量方差相对偏低的区域,分别为滇西地区的大理—保山—临沧一带、滇南—滇西南地区的普洱—玉溪—红河交界一带和滇东北昭通一带,应力张量方差越低则表示震源机制一致性程度越高(Michael,1987; Michael et al,1990)。上述3个地区震源机制一致性程度相对偏高,其中滇西地区异常尤为显著,震中附近小范围内应力张量方差低于0.05。根据以往震例回溯结果分析,认为上述3个区域存在发生6级以上地震的危险,震前震源一致性程度表明滇西异常区域的发震危险性更大。
图6 云南地区中小地震震源机制一致性参数空间分布
Fig.6 Spatial distribution of the consistent parameters of focal mechanism of small and medium earthquakes in Yunnan应力张量方差空间分布是研究时段震源机制一致性的总体反映,为了分析震源机制一致性参数随时间的演化特征,笔者计算了滇西异常区域震源机制一致性参数的时序变化(图7)。由图7可见,2020年6月以来该地区应力张量方差持续下降,反映了该区域震源机制从紊乱到一致的变化过程(李金等,2015)。2021年4月应力张量方差达阈值0.1,表明此时震源机制已经高度一致。根据对震源机制一致性与应力水平的关系,笔者认为此时该异常区的区域应力水平很高,有利于强震发生。图7显示,类似大幅下降变化在2017年3月27日漾濞MS5.1地震前出现过,两次地震前应力张量方差下降幅度大体相当,但是此次MS6.4地震前下降速率明显比2017年MS5.1地震前快。另外,MS6.4地震前,应力张量方差下降到最低点之后,又出现转折回升趋势,万永革(2008)计算的1992年Landers MW7.3和1999年Hector Mine MW7.1地震前震中附近震源机制一致性参数时序变化也存在同样的现象,且刘自凤等(2020)指出2014年云南3次强震震源区及附近区域应力张量方差震前共性变化特征也是下降到最低点后转折回升。可见,强震前震源机制高度一致后又出现转折的现象较为常见。
图7 滇西异常区域震源机制一致性参数时序图
Fig.7 Time sequence of the consistent parameters of focal mechanism in the abnormal region of western Yunnan-
曹晓丽,毛德培.2012.2009年7月9日姚安6.0级地震前兆异常特征分析[J].高原地震,24(2):30-35.
1.1 资料选取1.1.1 地震目录选取及最小完备性震级分析本文选用的地震目录分为两部分:中国地震局监测预报司预报管理处整编的中国MS≥5.0地震目录和云南地震台网提供的小震目录。考虑到全国5级地震目录完备性,本文采用1965年以来的地震目录计算中国大陆5级地震平静时间。皇甫岗和李忠华(2010)提出,在1900年以前云南地区历史地震记载有大量的遗漏,而从20世纪30年代开始5级中等地震记录比较完整,因此云南5级地震活动分析可采用1930年以来的5级地震目录; 但历史地震记载主要遗漏地区是滇西南地区,在经济发达、人口稠密的昆明、通海和大理一带的历史地震记载相对较早,20 世纪以来5级地震遗漏相对也较少,因此除滇西南外其它区域的5级地震活动分析可选取1900年以来的5级地震目录。通过计算得知1985年7月以来云南小震目录最小完备性震级为2.2,随着地震监测能力的提升,目前漾濞地区的最小完备性震级可达1.0。后续开展的各类异常分析资料的选取时段均充分考虑了云南不同地区、不同时段的最小完备性震级。
1.1.2 震源机制解本文采用的震源机制解由CAP方法反演所得。为了保证震源机制结果的可靠性,选取MS≥3.0地震的震源机制进行一致性参数反演。为了排除序列余震对震源机制一致性参数的影响,剔除了5级地震序列余震的震源机制解,最终获得2012年1月1日至2021年5月18日云南及其邻区541次中小地震的震源机制节面解,其中3.0～3.9级地震334次,4.0～4.9级地震182次,5.0～5.9级地震22次,6.0～6.9级地震3次。
1.2 计算方法原理简介震源机制一致性可作为描述地震活动性的新参数(陈鶞,1978),是衡量震源释放应力场与区域应力场一致性程度的定量指标,也是判断地震危险性的重要判据之一(Michael,1984,1987)。日常震情跟踪中,主要采用Michael等(1990)提出的叠加应力场反演方法(Superposition Stress Inversion,简称SSI)反演震源机制一致性。该方法通过在均匀应力场上叠加扰动来模拟非均匀应力场的分布,并获得3个主应力轴S1、S2、S3(分别代表压应力轴、中等应力轴和张应力轴)的空间分布及相对大小φ=(S2-S3)/(S1-S3)以及反演方差。其反演方差是misfit角度(单个地震的滑动矢量与在假设应力张量作用下产生的理论滑动矢量之间的夹角)与其平均数之差的平方和的平均数。当方差<0.1 时,意味着可以用1 个统一的应力张量来解释观测到的震源机制解,也可以理解为该区域的应力场是均匀的,震源机制趋于一致; 当方差>0.2 时,表明该区域的应力场在时间和空间上具有非均匀性,或者说该区域的震源机制比较紊乱(Lu et al,1997)。实际震情跟踪结果证明,通过上述方法获得的区域应力张量是符合观测事实的,国内外众多学者基于该方法在强震危险性判断、序列跟踪工作中,开展了大量的研究(Michael et al,1990; 张致伟等,2015a,b; 李金等,2015; 段梦乔,赵翠萍,2019; 刘自凤等,2019,2020; 张华英等,2021; Liu et al,2019),获得了更要认识。因此,日常震情跟踪中我们采用Zmap软件包(Weimer,Malone,2001)集成的叠加应力场反演方法计算震源机制一致性参数,进一步分析震源机制一致性参数的时空演化特征。
