新疆南天山西段震群活動特征分析

張琳琳, 宋春燕, 溫少妍

(新疆維吾爾自治區地震局,新疆 烏魯木齊 830011)

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新疆南天山西段震群活動特征分析

張琳琳, 宋春燕, 溫少妍

(新疆維吾爾自治區地震局,新疆 烏魯木齊 830011)

2008年3月—2013年12月新疆南天山西段小震群活動水平較高,系統整理該地區31次小震群,并對震群活動的參數特征進行分析總結,以探討小震群活動與中強地震的關系,同時檢驗前兆震群類型的判斷指標。結果表明:(1)新疆南天山西段震群活動集中,強度以ML2.0～3.9地震為主,震群中最大震級多數為ML3.5左右,而震級值ML≥4.0共7次,最大為ML4.9,震群序列總頻次多數小于20,持續時間大多為7天以內;震群序列中地震總頻次和震群持續時間與震群中最大地震震級之間不成正比。(2)震群活動主要集中在阿圖什附近,75%震群發生兩個月后對應M5.0以上中強地震,對應范圍為0～500 km,未來中強地震震中位置主要集中在喀什—烏恰交匯區,震群強度大小與未來中強地震的對應率高低值和對應的地震強度大小之間沒有明顯的相關性,震群序列頻次與震群的地震對應率之間也不存在相關性。(3)采用U-K和U-ρ組合方法判定震群類型的檢驗效果相對較好,正確率約占總數的32%。分析結果可以為判斷震群活動是否具有前兆特征和震情跟蹤提供參考依據。

震群; 參數特征; 前兆震群判定; 南天山西段

0 引言

在較短時間內相繼發生在局部較小區域內的中小地震集中活動,即為“小震群”。雖然多數震群強度不高,但在時空分布上卻高度集中[1-2],因此引起了眾多學者的關注。在中強地震的孕震過程中,攜帶著震源信息的一些中小地震活動會呈現出由隨機無序到規則有序的變化,在時空尺度上表現為一些帶有震兆信息的異?；顒訄D像[3]。震群多數發生在構造應力增強的背景上,是地殼運動增強的一種反應。當大范圍地下介質構造應力出現變化時,首先在介質相對薄弱的區域發生顯著性地震或是以震群活動的形式表現出來[4]。那么根據某一地區小地震的集中活動能否判定大地震的孕育和發生？是否具有前兆意義？能否為地震預測提供重要的信息？對于這些問題的解答一直是地震工作者努力研究的方向[1]。宋治平等[5]對華北地區1970年以來的震群活動進行了研究,結果表明該區震群活動的遷移性與階段性對強震的中期預測具有一定的指示意義;姜秀娥等[6]對唐山大震進行了研究,發現震前在震中區外圍形成了震群活動環;敖雪明等[7]對新疆天山近7級地震前震群活動的時空演化特征進行了分析,發現多數大震前其震中附近區域震群數量增加并呈現出一定的幾何形狀分布。目前小震群活動的研究主要分為3個方面:一是震群序列本身在強度和時空分布等方面所表現出來的特征研究以及序列的數字地震學參數分析等,從而探尋其與強震孕育發生有關的信息[8-11];二是較大研究區域范圍內的震群叢集現象,從時空整體布局上研究其活動特點,力圖尋求它們與周圍中強地震間的關系[5-6,12];三是研究震群發生的物理機制和成因[13-14],由于不同區域震群活動所處地殼結構和發震斷裂的差異,相應震群活動的發生機理也不同。

新疆南天山西段是中強地震較為活躍的地區,其震群活動頻度也相對較高。2008—2013年該區共發生31次震群活動,強度以ML2.0～3.9為主,震群最大震級多數為ML3.5左右,而震群活動中震級ML≥4.0共7次,最大為ML4.9,震群序列總頻次多數低于20次,持續時間大多為7天以內。以往對震群活動的研究主要是從時空整體布局上進行分析,試圖為中期預報強震發生的區域提供參考信息[7],而從震群自身出發對其強度和時空分布變化等特征以及震群序列是否具有前兆意義的研究則相對較少。本文系統研究2008—2013年新疆南天山西段發生的31次震群活動,分析總結震群活動的相關參數特征,探討研究區內震群活動與附近區域中強地震之間的關系,并分析檢驗震群是否具有前兆性質的判定指標,以期為該地區震情跟蹤和中強地震的預測提供參考依據。

1 資料和方法

本文參照《地震學分析預報方法程式指南》中的相關方法[15],同時基于《基于GIS的地震分析預報系統》軟件和相應方法[16],對新疆南天山西段2008—2013年發生的震群活動進行系統整理,并對其相應參數進行計算和分析。

在研究震群與中強地震的關系時,首先要確定篩選震群的標準,但震群的定義因區域和研究問題性質的不同而異,沒有統一的定義方法。本文主要結合前人有關震群研究的一些成果[15,17-19],將滿足相應條件的地震序列選取為震群:

(1) 地震序列的震中分布要求位于一定的矩形區域內,其面積一般小于2 500 km2,且該范圍內地震分布相對集中,與外圍地震分布有明顯差異,最大日頻次和總頻次要求分別≥3次和5次;

(2) 地震序列中最大震級要求3.0≤(ML)max≤5.2,兩次較大震級之間差ΔML≤1.1;

(3) 地震序列開始前和結束后連續半個月內無ML1.0以上地震發生,則其第一個地震和最后一個地震所在日分別作為震群序列的起始和終止日。

2 結果與分析

整理和收集了2008年以來新疆南天山西段地區31次小震群活動,其中柯坪塊體內12次,喀什—烏恰交匯區19次,新疆境外的震群未作研究。2008年以來新疆南天山西段震群活動的空間分布如圖1所示。表1為研究區內震群活動特征和相應參數。

圖1 新疆南天山西段小震群活動空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of samll earthquake swarms in western part of South Tianshan

表1 新疆南天山西段震群活動特征及參數一覽表

2.1 資料選取

本文所采用地震資料均取自新疆區域地震臺網的地震目錄。由于新疆南天山西段是中小地震頻發區域,2008年以后區域地震臺網數字化記錄儀器逐漸普及,且臺站設置密度加大,所獲取資料的一致性相對較好,因此本文將研究區設為新疆南天山西段,研究時段為2008—2013年,按照震群篩選條件進行小震群的收集和整理,對其活動的時空分布特征以及震群自身相應參數指標等進行分析研究,并探討小震群活動與中強地震之間的關系,同時還對震群是否具有前兆意義的判定指標進行檢驗。

2.2 小震群活動時空分布特點

新疆南天山西段是新疆天山構造帶的一個分支,主要包括柯坪推覆構造和喀什山前坳陷活動構造帶。柯坪推覆構造長約300 km、寬65～75 km,內部發育晚第四紀活動斷裂,橫向上由多排近平行的NEE向褶皺帶構成;縱向上由北向南逆沖的奧依布拉克、科布克三山、皮羌山、奧茲格爾它烏和柯坪塔格共5排褶皺帶構成向西傾伏的鼻狀構造。南天山西段地下介質構造復雜[20-21],尤其是喀什—烏恰交匯區中強地震活動水平較高,因此,對研究區內小震群活動與中強地震之間的關系進行研究,可以進一步為該區的震情跟蹤和趨勢判定提供參考依據。

新疆南天山西段震群活動空間分布(圖1)主要有以下幾個特點:(1)震群相對集中分布在喀什—烏恰交匯區,即喀什山前坳陷活動構造帶附近,該地區也是強震頻發區。分布在南天山西段兩端的震群活動分別為2010年4月8日烏什ML4.6震群和2010年2月17日烏恰ML4.5震群。(2)由表1分析其震群強度可以看出,2008年以來新疆南天山西段共發生ML3震群24次,ML4震群7次,其中最大一次震群為2013年2月18日普昌斷裂ML4.9震群,最小一次為2010年12月20日烏恰ML3.0震群。研究區內震群活動強度均在ML1.0～4.9之間,并以ML2.0～3.9地震為主;其中最大震級均在ML3.0～4.9范圍內,多數為ML3.5左右,震群活動強度相對較大。(3)從震群序列的總頻次來看(表1),總頻次低于20的震群居多,研究區內31次震群,總頻次為5～20有24次,占77%;其余的為21～50次,總頻次為50的僅1次。(4)由表1可以看出震群活動的持續時間特征,持續1～7天的有27次,占87%,其中震群活動集中發生在1天以內的有16次;其余震群活動持續時間為8～15天,最長的是2012年4月3—15日烏恰ML4.2震群,持續時間為13天。

總之,震群序列中小地震總頻次和震群持續時間與震群的最大震級之間不存在直接的相關性,新疆南天山西段的喀什—烏恰交匯區尤其是烏恰附近震群活動一般持續時間長、頻次較多、其最大震級相對較大、在原地頻繁重復發生的現象也較多,這可能與強震頻發區域中強地震發生之后地下介質破碎,受區域應力場增強的影響較大有關。

2.3 新疆南天山西段小震群與中強地震關系

參照文獻[15]中震群與中強地震的對應關系,同時結合新疆南天山西段中強地震活動強度較大的特點,本文將研究區內小震群活動發生后2個月內、周圍500 km范圍內發生的5級以上中強地震作為其對應地震。由于研究區31次震群中,多數震群活動持續時間較短且原地重復性較大,根據地點和時間相似度將其分為20組,震群發生后2個月內發震的有15次,其對應比率達75%,而2008年3月—2013年12月,研究區內共發生M5.0以上中強地震16次。由表2可以看出,地震對應率為81.3%,其中震群活動結束距發震時間間隔最短的僅1天,即2012年3月8日阿圖什ML3.5震群發生后1天,2012年3月9日在洛浦發生了6.0級地震,這次小震群小震活動頻次達34,震群活動與主震相距500 km。從研究區內震群與相對應的中強地震位置來看,15次后2個月內對應中強地震的震群中,100 km范圍內有中強地震發生的3次,100～200 km有4次,200～300 km占3次,其余發生在300～500 km。小震群活動結束后發生的中強地震震中距最近的為30 km,分別為2012年4月3—15日烏恰ML4.2震群后47天,在相距30 km的烏恰發生了M5.0地震;以及2013年2月18日—3月8日普昌斷裂ML4.9成組震群活動后,在相距30 km的阿圖什發生了M5.2地震。從研究區內震群活動強度與中強地震的對應關系來看(表1、2),研究區內震群活動主要以ML2.0～3.9為主,按照分組后震群活動統計,震群序列中最大震級在ML4.0以上的有6次,其中5次有中強以上地震對應發生,對應中強地震的最大震級為M5.3;而最大震級在ML3.5～3.9的共9次,5次對應了5級以上中強地震,所對應中強地震中最大震級為M6.8;最大震級處于ML3.0～3.5的共5次,有4次5級以上中強地震對應發生,最大震級為M6.1。從震群頻次與對應中強地震強度關系的分析來看,2008年10月5日烏恰6.8級地震前阿圖什震群頻次僅為7,而2010年6月10日烏恰5.2級地震前烏什震群的總頻次達到42,因此震群頻次多少與其后對應的中強地震強度不相關。對震群活動持續時間長短與未來中強地震強度大小的對應關系進行分析(圖2),可以看出二者之間關聯性不大。研究區內震群持續時間多為1～7天,最長為13天,即2012年4月3—15日烏恰震群,其后對應的中強地震為2012年6月1日烏恰5.0級地震,而3次6級地震之前相應震群活動持續時間均在7天以內。將震群活動分組后,可以看出震群活動與后續中強地震并非一一對應,有些其后對應發生的中強地震不止一次,部分中強地震前震群活動也并非一次(表2),2012年3月的一組震群活動(喀什和阿圖什震群)后均有2次中強地震相對應。從表3中可以看出,有8次中強地震前震群個數大于2,占研究區內所對應中強地震總數的62%。

表2 新疆南天山西段震群類型及其與中強地震的關系統計表

圖2 震群持續時間與對應主震震級Fig.2 The duration of earthquake swarm and magnitude of corresponding mainshock

表3 研究區中強地震前震群活動次數統計表

由以上分析可知,將震群發生后2個月內、周圍500 km內發生的5級以上中強地震視為對應地震,同時將研究區內震群活動分為20組,其后發震的有15組,對應比率達75%。因此,新疆南天山西段地區震群活動是研究區及其周圍中強地震發生的一個中短期異常指標。但震群活動與未來中強地震的距離大小不確定,30～500 km都有可能。震群強度和頻次均與其后發生的中強地震對應率高低以及中強地震震級之間沒有明顯的相關性;震群活動持續時間長短與所對應中強地震強度之間的關聯性也不大。研究區內震群活動與未來對應的中強地震之間并非簡單的一一相對應。2008年以來研究區及其周圍發生了13次5級以上中強地震,其中8次地震前都發生了2次以上的震群活動。上述分析結果表明,當研究區內震群活動出現連發狀態時,則表明研究區及其附近區域2個月內存在發生5級以上中強地震的可能性。

2.4 前兆震群識別及檢驗

新疆南天山西段作為小震群活動的集中區域,其震群活動是否與中強地震的孕育和發生存在相關性？前兆震群的判斷可以為未來中強地震的預測提供參考依據,許多學者關于震群是否具有前兆性提出了不少判定指標,如U、K、ρ、b、h等。參照文獻[19],利用多項綜合指標判定震群是否具有前兆意義的效果優于單項指標。前兆震群的綜合性判定指標有U-K組合、U-ρ組合、K-ρ組合和U-K-ρ組合等。根據研究區內小震群活動特征,其前兆震群的判別標準為:(1)U-K組合:即U>0.5,K>0.60,則判定為U-K型前兆震群;(2)U-ρ組合:其中U>0.5,ρ<0.55,則判定為U-ρ型前兆震群;(3)K-ρ組合:若K>0.60,ρ<0.55,則判定為K-ρ型前兆震群;(4)U-K-ρ組合:U>0.5,K>0.60,ρ<0.55,則判定為U-K-ρ型前兆震群;(5)全組合:即U>0.5,K>0.60,ρ<0.55,h<1.0,b>0.65中滿足任意3項者,則判定為前兆震群。

根據以上5種組合指標分別對震群的類型進行判定,并對其后發生的中強地震對應情況進行檢驗,以尋求研究區內不同震群類型與中強地震之間的關系,探索出較好的判定震群類型的指標。即如果震群被判定為前兆震群,震群活動后并發生了符合前述判定標準的對應地震,則認為檢驗是正確的,否則判定為不正確;然而如果震群活動結束后判定為非前兆震群,其后又沒有中強地震對應,則認為檢驗是正確的,反之是錯誤的。

從表2可以看出,采用U-K組合指標檢驗正確的有10次(10/31),相對總數比例達到32%;U-ρ組合檢驗正確的有10次(10/31),占總數的比率與U-K組合相同;K-ρ組合檢驗正確的共8次(8/31),占總數的26%;U-K-ρ組合判定指標檢驗正確的次數和占總數的百分比與K-ρ組合相同;采用全組合指標判定震群的前兆性,其后檢驗正確的有9次(9/31),占總數的29%。由此可見,研究區內判定震群是否具有前兆性采用U-K或U-ρ組合效果相對較好,檢驗正確的次數相對于其他組合較高,可以為震群活動結束后中強地震的發生和趨勢判定提供參考意見。但是由于研究時段和研究區域的局限性,樣本量個數相對不完整,僅僅通過前兆震群的判別來判定后續中強地震是否發生,在新疆南天山西段區域檢驗效果并不理想,需要結合其他前兆預測手段和方法進行分析研究。

3 結論

本文研究了新疆南天山西段2008—2013年內31次震群活動數據資料,分析了震群活動的參數特征,探討了震群活動與其后中強地震間的關系,并分析檢驗了判定震群是否具有前兆性的指標,得出如下結論:

(1) 新疆南天山西段是震群活動相對集中區域,震群活動強度較大,最大一次為2013年2月18日普昌斷裂ML4.9震群,震群序列中最大震級均在ML3.0～4.9范圍內,總頻次低于20的震群居多,震群活動持續時間在7天以內的共27次,占總數的87%;震群序列中地震總頻次和震群持續時間與其最大震級之間不成正比。

(2) 將震群發生后2個月內、周圍500 km范圍內發生5級以上中強地震視為對應地震,研究區內75%的震群發生兩個月后對應M5.0以上中強地震。

(3) 震群活動與未來所對應中強地震的距離不確定,30～500 km范圍內都有可能性。震群強度的大小和頻次的多少均與其后發生的中強地震對應率高低以及中強地震震級之間沒有明顯的相關性;震群活動持續時間與對應地震的強度之間關聯性也不大。

(4) 研究區內震群活動與未來對應的中強地震之間并非簡單的一一相對應。2008年以來研究區及其周圍發生的13次5級以上中強地震中8次地震前都發生了2次以上的震群活動。

(5) 研究區內判定震群是否具有前兆性采用U-K或U-ρ組合效果相對較好,檢驗正確的次數相對于其他組合較高。但是由于研究區域和研究時段的局限性,樣本量個數也相對不完整,僅僅通過前兆震群的判別來預測中強地震的發生,在新疆南天山西段區域檢驗效果并不理想,需要結合其他震前異常提取和預測方法進行分析研究。

致謝:感謝新疆地震局監測中心為本文提供研究數據。

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Characteristics of Earthquake Swarms in Western Part of South Tianshan,Xinjiang

ZHANG Lin-lin, SONG Chun-yan, WEN Shao-yan

(EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,Xinjiang,China)

The small earthquake swarm activity level in South Tianshan,Xinjiang,was relatively high from March 2008 to December 2013.In this paper,31 small earthquake swarms occurring in this area are systematically studied,the parameter characteristics of earthquake swarms are summarized,the relationship between small earthquake swarms and the occurrence of future moderately strong earthquakes is discussed,and criteria for precursory earthquake swarms are analyzed and tested.Results show that:(1) earthquake swarms in South Tianshan are concentrated in several regions,the magnitudes of most are 2.0～3.9,and the largest magnitude of each swarm is mostly aboutML3.5.Seven swarms have a total magnitude ofML≥4.0 with a maximum value ofML4.9 and there are less than 20 earthquakes for most earthquake swarms with a duration of less than seven days.(2) The activity of earthquake swarms is mainly concentrated near Atushi.75% of the swarms are accompanied withM>5.0 earthquakes two months after their occurrence,and the epicenters of these medium-strong earthquakes are principally located in the intersection of Kashi and Wuqia.The corresponding ratio of the magnitude of earthquake swarms and future medium-strong earthquakes has no obvious correlation with the magnitude of corresponding earthquakes.There is also no good relationship between the number of earthquakes in an earthquake swarm and the corresponding ratio.(3) Results using the combined method ofU-KandU-ρare preferable for determining the type of earthquake swarm,and the correct rate accounts for about 32% of all results.Results of analysis provide a reference for determining whether an earthquake swarm has precursory characteristics or not．

earthquake swarms; parameters characteristics; determination of the precursory swarm; western part of South Tianshan

2015-07-23

中國地震局震情跟蹤定向工作任務(2015010122);新疆地震局科學基金(201404)

張琳琳,女,工程師,主要從事地震預測、地震活動性研究。E-mail:zly606@126.com。

P315

A

1000-0844(2016)05-0822-08

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.05.0822