云南地區強震前小震調制比特征分析

孫 楠 付 虹 彭關靈 劉自鳳

1）中國安徽 230026 中國科學與技術大學地球和空間科學學院

2）中國昆明 650224 云南省地震局

0 引言

潮汐應力為日、月引潮力在地球內部形成的周期變化的應力，其積累速率比構造應力大2個數量級（Heaton，1975；李金等，2011）。同時，潮汐應力對地球內部不斷重復作用，這種潮汐的振蕩性質，而非潮汐振幅，在潮汐應力觸發中可能起到更重要的作用（Lockner et al，1999）。國內外針對潮汐應力觸發地震的問題進行了一系列研究。如利用震源機制等地震基本參數，研究引潮力及潮汐應力分量對地震的觸發作用（吳小平等，2005；解朝娣等，2015），以及結合統計方法如Schuster檢驗等，論證地震發生時刻與潮汐之間的關系等（Schuster，1897；李金等，2011），而上述研究均是在保證震源機制解完整性的前提下進行的（蔣海昆，2010）。另外，更直觀有效的研究是分析地震與月相間的關系，利用簡單統計方法獲得震前區域小震調制特征，從而預測發震時刻及位置。秦保燕等（1986）引入了小震調制比的概念，以其表征強震前小震活動頻次在朔望大潮期間（調制期）異常的現象。蘇鸞聲（1995）研究表明，小震調制比對大震前區域應力強化過程的反應更敏感，這在時間上可為震情趨勢分析提供較可靠的依據。而利用由調制作用所誘發的小震活動圖像尋找高應力集中區，則可以進行中強震位置的預報（秦保燕等，1994）。強震背景下，固體潮調制作用可引發小規模失穩破裂，從而導致調制地震增多，使得地震調制比異常。因此，震前受調制地震的數量變化可以反映當前的應力狀態，對地震預報有一定的意義（郭增建，1995；張國民等，2001）。王煒等（2001）研究表明，華北地區中強地震前1—3 a未來震中周圍通常出現調制比異常區。李永莉等（2002，2004）研究發現，云南地區調制異常區為中強震連發的主體區域，震前1—3 a出現調制比高值異常。汪翠枝等（2010）分析認為，調制地震方法對川滇地區MS≥6.0地震預測效果較顯著，調制地震非穩態震兆持續時間越長，震級可能會越大。韓顏顏等（2017）發現，強震多發生在高值異常集中區及周圍區域，異常區域范圍大小可能與地震強度間有一定相關性。因此，小震調制特征分析可用于強震預測研究中。

云南地處青藏高原東南側，受到板塊擠壓作用，地質構造背景復雜，強烈的構造運動使得云南成為強震活動的主要區域之一。通過研究云南1973—2014年MS≥6.0地震前小震調制比的時空演化特征，提取震前異常的判別指標用于地震跟蹤判定，這對于云南MS≥6.0地震的預測無疑具有指導意義。

1 資料和方法

所用資料為1973—2014年云南地區（21°—29°N，97°—106°E）ML≥3.0地震目錄，并對M≥5.0地震序列的余震進行了剔除。按照小震調制比的概念，取朔、望前后5天為調制時段，該時段占全月時長的33%。基于上述目錄，統計云南地區所有ML3.0—4.9地震數，結果顯示發生在調制期內的地震數占地震總數的33%（圖1）。因此，在進行調制比時空掃描時，取調制比Rm＞0.33為異常閾值，空間掃描窗長2°，滑動步長1°，時間窗為1 a，滑動步長為1個月。

圖1 1973—2014年云南地區ML 3.0—4.9調制地震比例Fig.1 The proportion of ML 3.0—4.9 modulation earthquake in the Yunnan region from 1973 to 2014

2 云南地區調制比Rm值空間掃描異常分析

1973—2014年，云南及周邊共發生MS≥6.0地震25組（31次），其中，MS6.0—6.9地震24次，MS7.0—7.8地震7次（圖2）。25組強震中，發生在調制期內強震有14次，小滇西地區3次地震均為調制地震，滇西北地區9組強震中有6組為調制地震，表明小滇西—滇西北地區強震多發生在調制期內。選取了3組震例進行具體分析，考慮到強震前調制比異常現象的持續，每組震例分析會包括2—3次強震。

圖2 1973—2014年云南地區MS≥6.0地震空間分布Fig.2 Spatial distribution of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan region from 1973 to 2014

2.1 云南地區典型震例分析

2.1.1 1973年普洱MS6.3、1974年大關MS7.1地震。1973年1月以來，調制比異常集中分布在滇東北、滇西南地區[圖3（a）]。滇西南調制比異常持續增強，4月調制比最高達0.67[圖3（b）]，之后逐漸減小[圖3（c）]，8月在異常區邊界，即4月出現最高值的附近發生了普洱MS6.3地震。滇東北地區持續出現大范圍的調制比異常現象，1973年7月調制比出現顯著異常高值，達0.7，且異常區面積增大[圖3（c）]，之后調制比數值逐漸增大[圖3（d）、3（e）]，大關MS7.1地震震前1個月增大至1.0，異常區重新收縮在震源及周邊地區[圖3（f）]，1974年5月11日在異常區內調制比顯著高值區域的邊界發生了大關MS7.1地震。

圖3 1973年普洱MS 6.3、1974年大關MS 7.1地震前后固體潮調制比時空演化過程（a）1972年2月1日至1973年1月31日；（b）1972年5月1日至1973年4月30日；（c）1972年8月1日至1973年7月31日；（d）1972年11月1日至1973年10月31日；（e）1973年2月1日至1974年1 月31日；（f）1973年5月1日至1974年4 月30日強震發生在掃描截止日期后1 a內用紅色實心圓表示，在之前1 a內用空心圓表示；藍色實心圓為ML 3.0—4.9調制地震。下同Fig.3 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 1973 Puer MS 6.3 and Daguan MS 7.1 earthquakes

2.1.2 2008年攀枝花MS6.1、2009年姚安MS6.0地震。2007年以來川滇交界地區出現大范圍的調制比顯著高值異常，2007年8月Rm達最大值0.88[圖4（a）]，之后開始減小直到發震，異常區面積先增大[圖4（b）]后收縮，震前1個月異常向西南遷移[圖4（c）]，2008年8月30日在異常區邊界即前期高值異常區附近發生攀枝花MS6.1地震。攀枝花地震后，西南側異常先是減弱[圖4（d）]，后又在姚安地區出現高值異常圍空現象，東西兩側出現顯著異常[圖4（e）]，且異常區逐漸向中間聚攏收縮，Rm值也持續增大[圖4（f）]，2009年7月9日在異常區內即前期異常圍空區內發生姚安MS6.0地震。2000年姚安MS6.5地震前也出現過東西兩側調制比異常圍空，并逐漸向震源區聚攏的現象。研究表明（王長在等，2011），2次姚安地震的發震構造非常相似，震源區附近速度結構存在明顯的橫向不均勻性，東、西側為高速體，北側存在明顯的低速體，南側存在弱低速體，主震發生在高、低速體的過渡帶，低速體韌性較強，有利于應力積累，不易產生脆性破裂，因此在應力積累過程中，東西兩側出現調制比異常現象，而南北兩側不明顯。孕震晚期，震源區應力水平升高，調制觸發作用增強，震源區及周邊出現調制異常現象。2次姚安地震臨震前調制比高值異常區由西側遷移到東側，這可能與2000年姚安MS6.5地震使東側產生破裂而成為弱介質區有關，在弱介質區（應力調整單元）內調制小震密度較大，因此，2009年 姚安MS6.0地震前調制比異常高值區在主震震中的東側。

圖4 2008年攀枝花MS 6.1、2009年姚安MS 6.0地震前后固體潮調制比時空演化過程（a）2006年9月1日至2007年8月31日；（b）2007年3月1日至2008年2月29日；（c）2007年8月1日至2008年7月31日；（d）2007年12月1日至2008年11月30日；（e）2008年4月1日至2009年3月31日；（f）2008年7月1日至2009年6月30日Fig.4 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2008 Panzhihua MS 6.1 and Yaoan MS 6.0 earthquakes

2.1.3 2014年盈江MS6.1、魯甸MS6.5、景谷MS6.6地震。2013年10月小滇西—境外緬甸出現調制比顯著高值異常，Rm最大值為0.8[圖5（a）]，之后震源區及周邊異常持續減弱，并向滇西南地區延伸[圖5（b）]，逐漸形成從滇西到滇西南的異常條帶，而滇東北魯甸地區也出現了調制比異常現象[圖5（c）]，2014年5月30日在小滇西異常區內發生盈江MS6.1地震。滇東北地區調制比異常逐漸增強[圖5（d），5（e）]，8月3日在異常區內高值邊界發生了魯甸MS6.5地震。滇西南異常條帶依然持續，周邊顯著異常在該區形成了異常圍空區[圖5（f）]，此現象一直持續到同年10月7日圍空區內發生景谷MS6.6地震。盈江MS6.1、魯甸MS6.5地震后，震源區依然為調制比異常區，震源區應力場也發生了變化（孫楠等，2017；王光明等，2018），因此，震后調制比持續異常可能與區域應力調整有關。

圖5 2014年盈江MS 6.1、魯甸MS 6.5、景谷MS 6.6地震前后固體潮調制比時空演化過程（a）2012年11月1日至2013年10月31日；（b）2013年2月1日至2014年1月31日；（c）2013年5月1日至2014年4月30日；（d）2013年7月1日至2014年6月30日；（e）2013年8月1日至2014年7月31日；（f）2013年10月1日至2014年9月30日Fig.5 The spatio-temporal evolution of earth-tidal modulation ratio before and after the 2014 Yingjiang MS6.1,Ludian MS 6.5 and Jinggu MS 6.6 earthquakes

2.2 云南地區強震前調制比變化特征

對云南地區1973—2014年25組MS≥6.0地震進行調制比全時空掃描（表1）。由表1可見，除1976年龍陵MS7.3、MS7.4地震之外，24組強震前均出現調制比異常現象，88%的強震發生在調制比異常現象開始出現后的1.5 a內，異常區內調制比最大值為0.57—1.00，從高值出現到強震發生的時間間隔為0—14個月。臨震前，調制比變化特征包括高值—發震、高值—減弱—發震及高值—減弱—消失—發震等類型，其中，7組為高值時發震，其余均為高值后發震；有8組震前震源區異常消失。從調制比異常持續時間與震級間的關系可見（圖6），二者間不存在嚴格的相關性，但大致存在震級隨異常持續時間增加而增大的趨勢。

表1 云南地區MS≥6.0地震調制比異常變化特征統計Table 1 Statistics of modulation ratio abnormal variation characteristics of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan

圖6 震級與調制比異常持續時間之間的統計關系Fig.6 The statistical relationship between magnitude and modulation ratio anomaly duration

從發震地點來看（表1），有19次占76%的強震發生在調制比異常區的邊界或內部，其中，7次還位于異常區內顯著高值附近區域。發生在異常區外的強震，震前異常區位置對震源位置也有指示意義，如1985年祿勸MS6.2地震，震前異常區沿著震源區發生順時針旋轉，通過不同時段異常區相迭合，可為震源位置預測提供一定指示。

從分區來看（圖7），強震前滇西南地區調制比Rm最高值≥0.57，滇西北、滇東北地區最高值≥0.67。滇西南地區強震多發生在異常區邊界，調制比最高值為0.57—0.70，80%強震發生在出現高值后半年內，尤其是3個月內發震的占60%（紅色方框內）。滇西北地區強震多發生在異常區內高值附近，除2次姚安地震在出現高值后1個月內發震外，其余7次強震均發生在出現高值后7—12個月內（藍色方框內），調制比最高值為0.70—0.88，發震時多個強震均表現為震源區調制比異常消失。滇東北地區均為強震前1 a內出現非常顯著的高值異常現象，調制比最高值上限可達1.0，且多為調制比高值時異常區內發震。

圖7 強震前調制比最高值與從最高值到發震的持續時間之間的統計關系Fig.7 The statistical relationship between maximum modulation ratio and the period between the time of maximum modulation ratio and earthquake occurrence

3 討論與結論

利用調制比時空掃描方法，對1973—2014年云南地區強震前小震調制比時空分布進行動態追蹤，發現調制比異常對1.5 a內異常區及周邊強震有一定的預測意義，異常區內調制比最高值大于0.57時，強震一般發生在出現最高值時或其后14個月內，震級隨異常持續時間的增加大致呈增大趨勢，震源位置多在調制比異常區的邊界或內部顯著高值附近區域。若調制比異常區位置不斷變化，可將不同時段異常區相迭合來判斷未來可能的震源區。

云南地區地質構造復雜，不同區域所表現出來的調制比異常現象有所不同。小滇西—滇西北地區強震多發生在調制期內。滇西南地區小震調制比異常最高值大于0.57，而滇西北、滇東北以及小滇西地區異常最高值大于0.67。滇西南地區，強震多發生在調制比出現高值后半年內的異常區邊界，尤其是出現高值后3個月內。滇西北地區，出現高值后7—12個月為強震優勢發震時段，發震時震源區多表現為調制比異常消失，震源位置多集中在異常區內顯著高值附近區域。滇東北地區強震前調制比異常現象較相似，均為強震前1 a內震源區及周邊出現非常顯著的高值異常現象，地震多發生在高值時的異常區內。

云南地區強震前調制比異常掃描中還發現有些地震發生在異常區外，如1985年祿勸MS6.2地震，震前異常區圍繞震源區旋轉，對不同時期的異常區進行迭合可對未來震源區位置提供指示。但有些地震并非如此，如1995年武定MS6.5地震，震前北側四川境內出現調制比顯著高值異常，小滇西異常區也逐漸向北延伸遷移，如果異常區位置相迭合，對武定地震的指示意義并不明確。調制比掃描回溯顯示，從小滇西到滇西北的異常為1996年 麗江MS7.0地震的前兆，這包括從小滇西到麗江形成了明顯的調制地震條帶，而北側四川境內異常區可能為武定MS6.5地震的前兆異常。此外，1976年龍陵MS7.3、MS7.4地震，震源區及周邊未發現調制比異常現象，而從云南地區來看，1975年底出現小震調制比逐漸升高、異常區面積逐漸增大的趨勢，且龍陵地震前后中國大陸及鄰區發生多次7級以上地震，可能表明該地震對應的是更大尺度的異常現象，以至于在本文針對震源區及周邊的尺度上無顯著異常現象。另外，云南地區復雜的地質背景，可能會使每次強震前的調制觸發作用有所不同。因此，判定未來強震發生的時間和位置，調制比異常分析可以作為一種輔助手段，但更多還需借助地震活動性特征分析以及地球物理觀測方法。

感謝審稿專家的寶貴建議，感謝中國地震臺網中心韓顏顏副研究員為本文提供程序。