2019年廣西北流—廣東化州MS 5.2地震前活動性參數異常分析

鄭永通 劉愫昀 全建軍 張年明

1）中國福建 364000 龍巖地震臺

2）中國福建 366000 永安地震臺

0 引言

2019年10月12日22時55分，在廣西北流與廣東化州交界處發生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km，是一次走滑型破裂事件。該地震發生在NW 走向的石窩斷裂和NE 走向的新豐斷裂交匯部位，發震構造為石窩斷裂（李冰溯等，2019），應為應力應變積累到一定程度后突然釋放的表現。此次地震震中位于巴馬—博白斷裂帶東南端，屬東南沿海地震帶西段，地貌上屬于中低山與丘陵區，其中震中區以北為由印支花崗巖基體組成的大容山、望軍山，最高峰海拔分別為1 275 m、1 147 m；以南的天堂山最高峰海拔1 274 m。

據調查，該區域發生的地震均為中、小地震，未發生過6 級以上地震，最大一次地震為1860 年廣西玉林—陸川51/2級地震。據黃德瑜等（1981）的分析，中強震發生前，由于應力的集中加強以及在震源附近區域引起的非彈性變形，區域地震活動性可能存在一些異常特征。基于此，文中對此次北流—化州交界MS5.2 地震進行震前活動性參數的時空掃描和地震空區分析，研究震中區域可能存在的異常特征，尋找與地震發生相關的異常信息。

1 資料選取

2019年10月12日22時55分，在廣西北流與廣東化州交界處發生MS5.2地震（22.18°N，110.51°E），震源深度10 km。以廣西北流—廣東化州區域（107°—113°E；19°—25°N）為研究區域，選取中國地震臺網中心提供的2010 年1 月1 日—2019 年12 月31 日ML≥2.0 地震目錄，分析此次MS5.2 地震震前異常。

據統計，2010 年1 月1 日至2019 年12 月31 日，研究區共記錄ML≥2.0 地震1 162 次，其中，ML2.0—2.9 地震1 041 次，ML3.0—3.9 地震107 次，ML4.0—4.9 地震11 次，ML5.0—5.9 地震3 次（圖1）。對所選地震，進行b值時空掃描和孕震空區分析，以期發現此次MS5.2 地震前存在的異常。

圖1 2010—2019 年廣西北流—廣東化州區域ML ≥2.0 地震分布Fig.1 Distribution of ML ≥2.0 earthquakes in Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou region from 2010 to 2019

2 地震活動性參數時空掃描

b值是描述地震震級頻度分布特征與地震活動水平的重要參數，是地震預測的一個常用指標，廣泛應用于地震危險性分析和地震預測研究。

2.1 b 值時空掃描

（1）b值定義。Gutenberg 等（1951）在研究世界地震活動時，根據全球各大地震區6級以上地震數目的統計結果，提出地震震級與頻度有如下關系

式（1）亦稱為古登堡公式或G—R 關系式。式中：N代表震級M以上地震的頻度；a、b為統計常數，a表示區域內地震活動水平，b值代表一個區域內不同大小地震頻度的比例關系。計算b值主要采用線性最小二乘法、極大似然法、非線性最小二乘法、矩估計方法等。進行b值空間掃描，常采用極大似然法，而b值時間掃描則一般采用線性最小二乘法（陸遠忠等，2002）。

（2）起算震級的選取。在地震活動性參數進行時空掃描前，需對選定區域的地震監控能力，即所能記錄的最低可靠震級進行確定，然后利用起算震級來計算地震活動性各參數值。此次地震震級—頻次擬合結果見圖2，可知線性擬合最佳震級為ML=2.0—5.1，因此取ML=2.0 地震作為計算本次地震活動性參數的起算震級。

圖2 廣西北流—廣東化州交界區起算震級選取（2000—2019 年）Fig.2 Selection of earthquake magnitude for starting calculation in Guangxi Beiliu -Guangdong Huazhou(from 2000 to 2019)

（3）b值時間掃描。設時間窗長為6 個月，步長為1 個月，繪制廣西北流—廣東化州交界區2010—2019 年b值時間掃描曲線，結果見圖3，可見當b值曲線高于均值且持續1年以上時，均有中強地震與之對應。由圖3 可見，2018 年6 月開始，該區域b值出現大于均值現象，持續至2019 年9 月此次MS5.2 地震的發生，震后b值曲線呈快速下降趨勢。

圖3 b 值時間掃描（2010—2019 年，ML ≥2.0）Fig.3 Time scan of b-value(from 2010 to 2019,ML ≥2.0)

（4）b值空間掃描。設時間窗長為6 個月，步長為1 個月，緯度窗長和經度窗長均設為1.0°，步長均設為0.5°，時間截取2016 年7 月至2019 年12 月，計算廣西北流—廣東化州MS5.2 地震前b值，并繪制b值空間掃描圖像，結果見表1、圖4（圖中空心圓為震中位置）。

表1 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前b 值空間掃描結果Table 1 The spatial scanning results of b-value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

由表1 和圖4 可知，2017 年8 月至2017 年10 月，震中及附近出現b值異常，數值介于2.0—2.9；2017 年11 月至2018 年5 月，震中b值減小，數值介于1.0—2.0；2018年6—8 月，震中及附近未出現b值異常；2018 年9 月，震中及附近再次出現b值異常變化，數值介于1.0—1.9，2019 年10 月12 日廣西北流—廣東化州MS5.2 地震發生后，異常消失。

圖4 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前b 值空間掃描圖像（紅色圓點表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應的位置）Fig.4 Spatial scanning image of b-value before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

2.2 C、D 值空間掃描

地震活動性參數C、D值分別表示地震空間集中度和地震危險度。中強地震前小地震活動增強會影響地震空間集中度和地震危險度的數值，對其予以分析，可為地震異常區域的劃定提供一定參考。

基于所選震例資料，對廣西北流—廣東化州交界區MS5.2 地震前的C值和D值進行空間掃描，結果見表2、圖5、圖6。由圖5、圖6 可見，2018 年10 月至2019 年6 月，在震中及附近出現C值和D值異常，C值異常范圍在0.04—0.32，D值異常范圍在0.01—0.09，異常結束3 個多月后發生廣西北流—廣東化州MS5.2 地震（表2）。

表2 廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震前C 值和D 值空間掃描結果Table 2 Spatial scanning results of C value and D value before Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

圖5 地震活動性參數C 值空間掃描圖像（紅色圓點表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應的位置）Fig.5 Spatial scanning image of C value of seismicity parameter

圖6 地震活動性參數D 值空間掃描圖像（紅色圓點表示廣西北流—廣東化州MS 5.2 地震，紅色空心圓表示震前對應位置）Fig.6 Spatial scanning image of D value of seismicity parameter

2 孕震空區

在地震孕育過程中，由小震所包圍或部分包圍、處于斷裂活動構造帶上的無震區域，即為地震空區。廣西北流—廣東化州MS5.2 地震前，即2016 年7 月1 日至2019 年10 月11日，在震中附近出現ML2.4 以上地震空區，空區分布在（108°30′—111°00′E；20°30′—22°30′N）范圍內，見圖7。該階段空區外內頻度比以及空區和外圍累計應變能曲線見圖8，可知空區外內頻度比2016 年11 月—2019 年3 月呈上升趨勢，空區及外圍累計應變能2016年11 月起呈持續上升趨勢。繪制此次MS5.2地震前震中距與發震時間曲線圖，見圖9，可見2016 年11 月起，在震中附近形成地震空區，2018 年6 月空區范圍出現收縮。

圖7 廣西北流—廣東化州ML 2.4 以上地震空區Fig.7 Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou ML ≥2.4 seismic gap

圖8 廣西北流—廣東化州空區外內頻度比以及空區和外圍累計應變能曲線Fig.8 Frequency ratio of the outside-inside seismic gap and cumulative strain energy curve of seismic gap and periphery of Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou

圖9 廣西北流—廣東化州MS 5.2地震前震中距與發震時間曲線Fig.9 The curve of epicentral distance and seismogenic time before the Guangxi Beiliu-Guangdong Huazhou MS 5.2 earthquake

3 結論

2019 年廣西北流—廣東化州MS5.2 地震發生前出現一些異常，文中從震前地震活動性參數空間掃描和地震空區進行分析，發現異常具有以下特征。

（1）地震活動性參數空間掃描結果顯示，多項指標存在異常。b值時間掃描結果顯示，在此次地震發生前，b值時間掃描曲線持續一年以上處于均值線之上。b值空間掃描結果顯示，2017 年8 月至2018 年5 月，震中出現b值異常，后異常消失；2018 年9 月至2019年9 月，震中再次出現異常，直至此次MS5.2 地震發生。C值、D值空間掃描結果顯示，2018 年10 月至2019 年6 月，震中及附近持續出現異常。

（2）此次MS5.2 地震發生前，震中附近存在地震空區。該地震空區于2016 年11 月開始形成，經2 年10 個月，在空區邊緣發生MS5.2 地震。