內蒙古阿拉善左旗及鄰區中強地震前ECRS方法的異常特征研究

陳 慧，郭 瑾

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地質環境監測中心，山西 太原 030021；3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

據中國地震臺網測定，2015年4月15日15：39在內蒙古自治區阿拉善左旗發生ML6.1地震。地震發生在鄂爾多斯西北緣阿拉善弧形構造帶、陰山緯向構造帶和南北構造帶的復合部位，地質構造背景復雜，引起國內眾多學者的高度重視，開展了大量的科學研究工作[1-9]。多數研究是基于震前前兆異常或地震圖像進行，基于多種地震學參數的地震對應相關譜研究(Earthquake Corresponding Relevancy Spectrum，簡稱ECRS)尚未見文獻報道。

ECRS方法由王海濤等[10]提出，重點分析北天山地區地震學參數η值不同考察時長的前兆異常時效屬性，王瓊等[11]就此方法進一步研究了新疆天山地區中強震前多種地震學參數綜合異常時間特征，唐蘭蘭等[12]、王想等[13]、馮建剛等[14]、王霞等[15]、盧顯等[16]和李紅等[17]進一步利用此方法分別對新疆、河北、古浪窗口、山西帶、郯廬帶、北京等地區中強地震前地震學參數異常進行定量化的識別和分析，提取出多種地震學參數的綜合異常特征。

文章利用ECRS方法，分析研究阿拉善左旗及其鄰區ML≥5.0地震的多參數綜合異常的時空演化特征，提取中期預測指標并對其效果進行討論。

1 研究方法

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在計算均值和標準差的基礎上,按一定規則對值域分布區間進行定義,統計每個參數值序列在各相應區間分布的頻次,構建值域譜曲線。通過對上述值域譜的計算和分析,進一步求解分值域的地震對應相關譜。

2 研究區域及資料選取

內蒙古阿拉善左旗位于鄂爾多斯西北緣的阿拉善地塊東南部巴彥浩特盆地內，盆地內地質構造復雜，2015年ML6.1地震就發生在構造復合交接部位[3]。1970年以來，阿拉善左旗地區及鄰區共發生22次ML5.0以上地震，最大為1996年5月3日ML6.6地震(見圖1)。根據地質構造背景，結合歷史地震活動特征，對研究區域采用多地震活動性參數的地震對應相關譜(ECRS)方法，提取研究區多參數綜合異常特征。

圖1 研究區域震中分布圖Fig.1 Distribution of epicenter in the research area

文章選用1970年1月至2017年12月全國地震目錄(中國地震臺網中心提供),對研究區域內22次ML≥5.0目標地震利用K-K方法刪除余震處理后，做出震級-頻度圖，最小完整性震級為ML2.5(見圖2)。故文章使用軟件選取目錄的最小震級為ML2.5。

圖2 研究區震級-頻度關系Fig.2 Relation of magnitude and frequency in the research area

3 結果分析

3.1 時間掃描計算結果

基于1970年1月至2017年12月ML≥2.5地震目錄，目標震級定為ML≥5.0，計算相對獨立且物理意義明確的7類地震活動性參數:震級—頻度曲線與G-R關系式的偏離程度η值、平均震級(缺震)、地震危險度D、反映地震能量分布特征b值、地震頻度N、地震調制比Rm和地震強度因子Mf，對7類地震學參數采用窗長1年步長1月的時間掃描。結果發現，7個參數值域譜均接近正態分布，在超過均值線的相對高值時段的地震對應率高，故利用此7個參數進行多參數滑動極值平均概率計算。根據地震對應率效果，選擇1970-2006年為學習庫時段總結，對2007年時段進行外推預測。

如第7頁圖3所示，研究區學習庫時段(1970-2006年)內出現6次高值異常，目標地震均有對應，且都在高于均值線的上升過程中發震；2007年以來的外推結果顯示，2012、2015年多參數滑動極值曲線出現兩次高值異常，分別發生2012年11月20日寧夏銀川ML5.0地震和2015年4月15日阿拉善左旗ML6.1地震。表明利用ECRS時間掃描能定量識別ML≥5.0地震前時序異常特征。圖中顯示2017年12月數據極值曲線仍處于高值，說明存在發生ML≥5.0地震的可能。

3.2 空間掃描計算結果

對研究區域進行空間掃描計算，選取1970—2017年ML≥2.5的地震目錄,將研究區內22個ML≥5.0地震作為目標，以2°×2°為空間窗長,0.2°為步長,12個月為考察時間,逐月計算7個地震學參數(同上述時間掃描計算采用的)的滑動極值概率，得到空間分布值數據。結合時間計算結果，設置1970年至2006年為學習庫時段，2007年為外推預測時段。其中學習庫階段目標地震共20次，有13次在震前1年左右出現高值異常，震后1～2年異常區逐漸縮小并消失；漏報的7次目標地震發生在研究區域邊緣上，故認為其可能是與研究區域的選定有關。

1991年1月13日阿拉善左旗ML5.6地震前9個月，震源區域附近出現高值異常，隨著時間的推進異常增強，范圍擴大；震后，異常未減弱、消失，而是持續的增強擴大，隨后又發生1991年6月16日ML5.6地震和9月14日ML5.4地震，震后一年內高值異常區域漸漸弱化至消失，空間演化過程如第7頁圖4所示。在空間演化異常過程中，高值異常后發生地震，震后異常區域未消失，且有擴大增強趨勢，說明此區域仍有發生中強地震的可能。

如第8頁圖5所示，在外推預測時段，2015年4月15日阿拉善左旗ML6.1地震發生前，2014年1月區域出現高值，且逐漸擴大增強，隨后在異常相對高值區發生地震，震后兩年內異常區域逐漸弱化隨即消失。

圖3 研究區多參數滑動極值平均概率曲線Fig.3 Multi parameter sliding extreme average probability in the research area

圖4 1991年阿拉善左旗ML5.6、ML5.6、ML5.4地震前后多參數滑動極值概率空間異常演化Fig.4 Spatial abnormal evolution of multi parameter sliding extreme probability before and after the ML5.6、ML5.6、ML5.4 earthquake in Alxa Left Banner in 1991

4 結論與討論

基于ECRS方法，運用1970年1月至2017年12月除余震的ML≥2.5地震目錄，選取研究區域22個ML≥5.0地震的目標地震，分析研究阿拉善左旗地區及鄰區ML≥5.0地震多種地震學參數的地震對應相關譜時空演化特征。在多種地震學參數數據學習庫的基礎上分析總結時空特征，外推預測后期地震多參數概率變化過程，總結阿拉善左旗地區及鄰區中強地震前多參數概率譜異常特征，得到以下認識：

圖5 2015年阿拉善左旗ML6.1地震前后多參數滑動極值概率空間異常演化Fig.5 Spatial abnormal evolution of multi parameter sliding extreme probability before and after the ML6.1 earthquake in Alxa Left Banner in 2015

(1) 利用阿拉善左旗區域1970-2017年刪除ML≥5.0余震的地震目錄，預測目標地震震級定為ML5.0以上地震，選取η值、缺震、D值、b值、頻度N、調制比Rm和Mf等7種地震學參數進行時間掃描計算，曲線顯示1970-2006年研究區ML5.0以上地震前均出現高值異常，外推時段結果顯示高值異常時段增值階段發生中強地震。

(2) 空間掃描結果顯示，在學習庫時段的20次目標地震中有13次地震前1年左右會出現高值異常，震后1～2年高值異常會弱化至消失。若震后高值異常仍在持續，可能后續還會有ML≥5.0地震發生。在外推時段驗證了學習庫研究特征，外推效果較好。

(3) 在空間掃描計算中出現7次目標地震漏報，分析原因發現，此7次地震發生在研究區邊緣，可能與鄰區多參數滑動極值平均相關度空間異常有關，區域范圍合理性仍待檢驗。

文章使用的ECRS軟件為新疆維吾爾自治區地震局唐蘭蘭研究員等研究的計算程序，在此表示衷心感謝。