2020年7月23日西藏尼瑪MS6.6地震總結

姜祥華解孟雨馬未宇宋治平屠泓為劉文邦高錦瑞

1）中國北京100045 中國地震臺網中心

2）中國西寧810001 青海省地震局

3）中國拉薩850000 西藏自治區地震局

0 引言

根據中國地震臺網測定，2020 年7 月23 日4 時7 分在西藏那曲市尼瑪縣（33.19°N，86.81°E）發生MS6.6 地震，震源深度10 km。截至2020 年12 月31 日，共記錄MS3.0 以上余震15 次，其中MS3.0—3.9 余震9 次，MS4.0—4.9 余震6 次，無MS5.0 以上余震，最大余震為7 月23 日18 時50 分MS4.8 地震。

2020 年西藏尼瑪MS6.6 地震震中位于可可西里—唐古拉山地區，構造位置屬青藏塊體內羌塘塊體中部。西藏西部地區地震監測能力偏低（魏富勝等，2009，2010），隨著“十五”中國地震數字地震觀測網絡項目的順利建成，2008 年10 月以來，中國地震臺網監測能力獲得明顯提高（王亞文等，2017）。文中對尼瑪MS6.6 地震序列，從構造背景、歷史地震、震源參數、序列演化特征進行分析，同時對震前存在的異常進行梳理、總結，發現震中500 km 范圍內無地球物理觀測異常，震前存在少量的地震活動性參數異常和1 項熱紅外異常。通過此次震例總結，以期為西藏西部地區強震短臨預報實踐提供震例參考。

1 構造背景及震源特征

1.1 構造背景與歷史地震

2020 年7 月23 日西藏尼瑪MS6.6 地震位于羌塘塊體中部。羌塘塊體與其南部的拉薩塊體皆屬青藏高原核心部分，在印度板塊相對于歐亞板塊向北運動產生的持續推擠作用下，自第四紀以來，伴隨著青藏高原的強烈隆起，羌塘和拉薩塊體同時經歷著近NS 向的擠壓和近EW 向的拉張作用，并在內部發育了一系列近NS 走向的地塹（鄧起東等，2002）。拉薩塊體和羌塘塊體的碰撞連接處為班公湖—怒江縫合帶，在該縫合帶兩側發育了一系列共軛走滑斷裂和近NS 走向的地塹，研究表明，這些構造變形對高原中部的近NS 向擠壓和近EW 向伸展起到了調節作用（Taylor et al，2003；Taylor and Yin，2009）。

此次尼瑪MS6.6 地震發生在依布茶卡—日干配錯斷裂的分支附近，該分支與主斷裂呈小角度相交。依布茶卡—日干配錯斷裂位于班公湖—怒江縫合帶北側，整體呈NE 走向，是一條以左旋走滑為主的斷裂，并在局部兼具一定張性活動特征（Michael et al，2003，2006）。主斷裂與分支斷裂之間為依布茶卡地塹，內部發育有第四紀沉積。在2 條斷裂之間，曾于1973 年發生1 組中強地震，即為1973 年8 月16 日西藏沙里西5.5 級地震及9 月8 日西藏沙里西南6.0 級和5.3 級地震，3 次地震與本次尼瑪MS6.6 地震震中距離分別為8.5 km、13 km 和21 km。此外，在此次尼瑪MS6.6 地震震中西南約168 km，依布茶卡—日干配錯斷裂西南端與改則—洞錯斷裂交匯處，曾于2008 年1 月9 日發生西藏改則6.9 級地震，且1 周后發生6.0級余震，并于1 月23 日發生5.5 級余震，為一次典型的主震—余震型地震事件（圖1）。

圖1 尼瑪MS6.6 地震震中（黃色五角星）、ML≥2.0余震分布（紅色實心圓）、5.0 級以上歷史地震（藍色五角星）及主要斷裂（綠色實線）分布Fig.1 The epicenter of the MS6.6 Nyima earthquake (yellow pentacle),aftershocks with ML≥2.0 (solid red circle),historical earthquakes with MS≥5.0 (blue pentacle),and major faults (solid green line)

1.2 震源參數

地震的震源機制解和主要滑動量分布對于確定發震斷層和孕震機制具有重要意義（Xie et al，2015）。2020 年 尼 瑪6.6 級地震發生后，國內外一些科研機構分別確定了此次地震的矩震級和震源機制解（表1，圖2）。不同震源機制解結果均顯示，此次地震破裂方式為正斷型，文中對震源性質的分析采用中國地震臺網中心（CENC）給出的結果：矩震級為MW6.3；節面Ⅰ走向10°，傾角50°，滑動角-81°；節面Ⅱ走向177°，傾角41°，滑動角-100°。節面解顯示，此次地震破裂方向為近NS 向，為一次拉張型破裂，拉張方向為近EW 向，與羌塘塊體NS 向擠壓和EW 向拉張的構造背景較為一致（Tapponnier et al，2001）。此外，據王家慶等（2016）對2008 年1 月9 日改則6.9 級地震及其6.0 級、5.5 級余震的分析，此地震序列同為近NS 走向的正斷型破裂，表明羌塘塊體內中強震的發生明顯受到區域主應力場的影響和控制。

圖2 尼瑪MS6.6 地震震源機制解（a）中國地震臺網中心；（b）中國地震局地球物理研究所；（c）美國地質調查局；（d）哈佛大學矩心矩張量Fig.2 The focal mechanism solution graphs of the Nyima MS6.6 earthquake

2 地震序列特征

2.1 序列概況

截至2020 年12 月31 日，尼瑪MS6.6 地震序列共有16 次MS3.0 以上地震發生（表2），其中8 次余震在主震后2 天之內發生，且6 次余震在主震當天發生。7 月24 日之后，余震間隔明顯變大，至8 月9 日，MS3.0 以上余震活動間隔約3—5 天。此后，余震間隔時間快速變長，活動水平表現出較為明顯的衰減特征。

表2 尼瑪MS6.6 地震序列目錄（MS≥3.0）Table 2 Earthquake catalog of the Nyima MS6.6 sequence for MS≥3.0

2.2 序列M—t圖與頻次圖特征

2020 年尼瑪MS6.6 地震序列發生在西藏西部地區。該區地震監測能力較低，因此序列中ML3.0以下地震記錄較少。自尼瑪MS6.6地震發生，截至2020年12月31日，序列中ML2.0—2.9 地震僅記錄2 次，而ML3.0 以上地震記錄50 次，其中ML3.0—3.9 地震36 次，ML4.0—4.9 地震12 次，ML5.0—5.9 地震1 次，ML6.0—6.9 地震1 次。

由2020 年尼瑪MS6.6 地震序列ML≥3.0 地震的M—t圖和日頻次時序圖（圖3）可知，震后3 天之內余震較為密集，震級大小和頻次均呈良好的衰減特征，此后余震表現為稀疏的起伏活動。綜合上述特征可知，尼瑪MS6.6 地震是一次余震衰減較快的主震—余震型事件。

圖3 尼瑪MS6.6 地震序列ML≥3.0 地震M—t圖(a)和日頻次圖(b)Fig.3 M-t(a) and daily frequency diagram (b) for ML≥3.0 earthquakes of the Nyima MS6.6 sequence

2.3 最大2 次事件的震級和能量

地震序列類型通常可根據主震在全序列的能量釋放占比進行定量判別（周慧蘭等，1980）。計算發現，在此次尼瑪MS6.6 地震序列中，主震釋放能量占序列總能量的98.2%，介于90%—99.99%，符合主震—余震型地震序列特征（表3）。此外，可根據最大與次大地震的震級差來進行序列分類（蔣海昆等，2006a）。據知，尼瑪地震序列的最大余震為7 月23 日18 時50 分MS4.8（ML5.3）地震，與主震震級相差約MS1.8（ML1.5），震級差在0.6—2.4范圍內，符合主震—余震型地震序列的判別標準。

表3 尼瑪MS6.6 地震序列最大2 次事件的震級和能量Table 3 Magnitudes and energies of the two largest events in the Nyima MS6.6 sequence

2.4 序列b值及最大余震震級估計

某個震級以上地震的累積頻度（N）和震級（M）近似滿足古登堡—里克特定律（Gutenberg and Richter，1944）：lgN=a–bM，其中常數a反映了區域的地震活動性，常數b反映了大小地震的相對比例。采用b值截距法可估計序列的最大余震震級，具體做法是，將擬合直線與震級軸交點的橫坐標作為估計值。在誤差范圍內，利用該方法可以較好地估計最大余震的震級（吳開統等，1984；解孟雨等，2017）。

為了計算得到準確的b值，首先需要確定地震目錄的最小完整性震級。采用最大曲率法（Wiemer and Wyss，2000），計算得到尼瑪MS6.6 地震序列的最小完整性震級為ML3.3。在此基礎上，采用最大似然法（Aki，1965；Bender，1983）計算該序列b值，結果見圖4，可知尼瑪地震序列的b值約為0.68。采用截距法進行估算，得到該序列的最大余震震級為ML5.6，與當前最大余震震級ML5.3（MS4.8）較為接近，表明最大余震應已發生。

圖4 尼瑪MS6.6 級地震序列b值Fig.4 The bvalue fit of the Nyima MS6.6 sequence

2.5 序列h值

劉正榮和孔昭麟（1986）對修正的大森公式進行一定修改，提出h值，將其定義為余震日頻度隨時間的衰減系數，此后h值被用于判斷一個地震序列是否為前震序列（王錚錚等，1996；蔣海昆等，2006b；馬茹瑩等，2016）。通常，當h＞1 時，地震序列為正常衰減，當h＜1 時，為前震序列。采用最小二乘法擬合尼瑪MS6.6 地震序列日頻度衰減關系，得到h=1.62 ＞1，表明該地震序列衰減較為正常（圖5）。

圖5 尼瑪MS6.6 地震序列h值擬合結果Fig.5 The hvalue fit of the Nyima MS6.6 sequence

3 震前異常現象

此次尼瑪MS6.6 地震震中500 km 范圍內無地球物理觀測測項。在針對震前的震情跟蹤和震后梳理中，發現存在少量地震活動性參數異常和1 項熱紅外異常。

3.1 地震發生率指數異常

在強震發生前普遍存在地震活動頻度增強與平靜現象（梅世蓉等，1997；陸遠忠等，1997）。不少研究表明，地震活動顯著增強或顯著減弱與強震發生具有一定的時空相關性（平建軍等，2001；易桂喜等，2004）。地震發生率指數可對地震活動顯著增強與顯著減弱的典型異常同時進行定量識別。參照背景地震發生率，基于統計學模型，將實際地震發生率換算為0—1 之間的概率值，接近1 反映地震活動顯著增強，用紅色顯示，接近0 反映地震活動顯著減弱，用藍色顯示（姜祥華，2020）。在尼瑪MS6.6 地震發生前4 個月，西藏阿里及附近地區存在地震發生率指數高值異常，隨著時間的演化，該處異常持續發展，在震前1 天依然存在，尼瑪MS6.6 地震即發生在上述異常區域內部（圖6）。

圖6 尼瑪MS6.6 地震前地震發生率指數異常演化（a）震前4 個月異常分布；（b）震前2 個月異常分布；（c）震前1 天異常分布Fig.6 Anomaly evolution of earthquake rate before the Nyima MS6.6 earthquake

3.2 固體潮調制比異常

調制比即定時空窗內受固體潮調制的地震次數與地震總次數的比值（秦保燕等，1983，1986）。近期研究表明，小震調制比時空掃描高值異常集中地區與未來強震震中存在相關性（韓顏顏等，2017）。此次尼瑪MS6.6 地震發生前，調制比異常持續存在，異常區在震中附近變化，且在震前短時間內高值異常突出。

尼瑪MS6.6 地震發生前約6 個月，震中附近出現調制比高值異常。2020 年1 月底，該異常區逐步向震中東側擴展，且異常值有所升高，3 月底向NW、SE 發生調整變化，集中分布在震中西北和東南2 個區域。此后，對于西北異常區，調制比異常值逐漸減小，且異常區范圍逐漸收縮；對于東南異常區，異常區逐漸擴展，且異常值不斷上升，至5 月底達最高值，6 月底異常值出現減小趨勢，但調制比高值異常依舊突出，后于2020 年7 月23日發生尼瑪MS6.6 地震（圖7）。

圖7 尼瑪MS6.6 地震前固體潮調制比時空演化過程 (a) 2019-05-01—2019-10-31；(b) 2019-06-01—2019-11-30；(c) 2019-07-01—2019-12-30；(d) 2019-08-01—2020-01-31；(e) 2019-09-01—2020-02-29；(f) 2019-10-01—2020-03-31；(g) 2019-11-01—2020-04-30；(h) 2019-12-01—2020-05-31；(i) 2020-01-01—2020-06-30Fig.7 The spatio-temporal evolution of earth tidal modulation ratio before the Nyima MS6.6 earthquake

3.3 b值異常

研究表明，b值變化可以反映地殼應力狀態，通常低b值反映的是高應力狀態（Schorlemmer et al，2005；Narteau et al，2009；Mousavi et al，2017）。不少大震發生前，在震源區觀察到低b值現象（Nanjo et al，2012；王鵬等，2017；史海霞等，2018），例如，2004年印度尼西亞蘇門答臘MW9.1 地震和2011 年日本東北MW9.0 地震（Nanjo et al，2012），以及2008 年汶川8.0 級地震（史海霞等，2018）。此次尼瑪MS6.6 地震前，b值異常表現為持續增強，并集中在震中西部地區，異常區域位置和大小未見明顯變化。

通過時空掃描，得到尼瑪MS6.6 地震前西藏西部地區b值演化圖，見圖8，可見：在主震發生約5 個月前，即2020 年3 月22 日前，震中附近地區地震活動較弱，地震數無法滿足b值計算要求；2020 年3 月開始，震中附近出現低b值異常，異常區主要分布在震中西部；至7 月22 日，該低b值異常區大小和空間位置基本無變化且持續存在，雖然異常區b值有所升高，但低值異常仍較為突出，直至于7 月23 日發生尼瑪MS6.6 地震（圖8）。

圖8 尼瑪MS6.6 地震前b值時空演化過程(a) 2019-05-22—2019-11-22；(b) 2019-06-22—2019-12-22；(c) 2019-07-22—2020-01-22；(d) 2019-08-22—2020-02-22；(e) 2019-09-22—2020-03-22；(f) 2019-10-22—2020-04-22；(g) 2019-11-22—2020-05-22；(h) 2019-12-22—2020-06-22；(i) 2020-01-22—2020-07-22Fig.8 The spatio-temporal evolution of b-value before the Nyima MS6.6 earthquake

3.4 熱紅外異常

2020 年尼瑪MS6.6 地震發生前，在震中附近，近地表10 m 高處的大氣溫度存在局部升高現象，主要表現為：7 月15 日，震中附近無明顯大氣增溫，7 月16 日開始增溫，且持續至7 月21 日，7 月22 日增溫現象消失，后于7 月23 日發震（圖9）。

圖9 尼瑪MS6.6 地震前大氣溫度時空演化(a) 2020-07-15；(b) 2020-07-16；(c) 2020-07-21；(d) 2020-07-22Fig.9 The spatio-temporal evolution of atmospheric temperature before the Nyima MS6.6 earthquake

4 討論與結論

文中針對2020 年7 月23 日尼瑪MS6.6 地震，從構造背景、震源參數、序列特征和震前異常現象等方面進行分析總結，并獲得如下認識。

（1）尼瑪MS6.6 地震發生在青藏高原班公湖—怒江縫合帶北側，震中所在的羌塘塊體在青藏高原隆升過程中整體伴隨著NS 向擠壓和EW 向拉張變形，其內部易發生拉張型破裂。本次地震震中位于依布茶卡—日干配錯斷裂的分支附近，該分支與主斷裂呈小角度相交。依布茶卡—日干配錯斷裂整體呈NE 走向，是一條以左旋走滑為主的斷裂，并在局部兼具一定張性活動特征，主斷裂與分支斷裂之間為依布茶卡地塹。震源機制解顯示，此次地震為一次近NS 向的拉張型破裂，與羌塘塊體地下介質的整體變形方式一致。

（2）在尼瑪MS6.6 地震序列中，一半多3.0 級以上余震發生在主震后2 天內，M—t圖和日頻次圖均顯示出余震的快速衰減特征，且能量釋放占比和最大與次大地震的震級差計算結果均符合主震—余震型序列特征。采用b值截距估算的最大余震震級與序列已發生的最大余震震級大小相當，且序列h值明顯大于1。綜合M—t圖、頻次圖、能量釋放、最大與次大地震震級差、b值、h值等分析認為，此次地震序列為一次主震—余震型序列。

（3）震中所處的西藏西部地區無地球物理測項，但地震臺網具備一定監測能力，總結發現，在震前存在少量地震活動性參數異常和1 項熱紅外異常。表現為：①地震活動性參數：主震發生半年以前，在震中及附近地區持續出現地震發生率指數異常、固體潮調制比異常和b值異常；②熱紅外異常：在震前一周之內，震中上空近地表觀測到大氣增溫現象。結果表明，以上觀測手段或許可為地震監測能力較低的西藏地區強震預測提供一定支持。

（4）在依布茶卡—日干配錯斷裂西南端與改則—洞錯斷裂交匯處，2008 年發生改則6.9 級地震序列（余震震級6.0、5.5），與此次尼瑪6.6 級地震震中距離約168 km。雖然2 次序列均為主震—余震型地震序列，但從能量釋放看，改則6.9 級主震釋放能量占序列總能量的95.0%，尼瑪6.6 級主震釋放能量則占比高達98.2%，前者的余震活動水平明顯高于后者。上述差異在一定程度上表明，在同一斷裂帶不同構造部位發生的地震可能具有不同的序列特征。

本文撰寫得到王海濤研究員和劉杰研究員的指導和鼓勵，蔣海昆研究員、晏銳研究員、孟令媛研究員和閆偉高級工程師亦給予幫助，中國地震臺網中心國家地震科學數據中心（http://data.earthquake.cn）提供數據支撐，在此對他們及中國地震臺網中心預報部同事的辛苦工作，一并表示衷心感謝。