2022年門源MS 6.9地震序列特征及強余震判定

余 娜 張曉清 胡維云

（中國西寧 810000 青海省地震局）

0 引言

2022 年1 月8 日1 時45 分青海海北州門源縣發生MS6.9 地震（37.77°N，101.26°E），震源深度10 km，震后發生了大量余震并于1 月12 日發生MS5.2 強余震。根據蔣海昆等（2015）地震序列類型定義，門源MS6.9 地震序列為主—余型地震。國內外在余震預測方面已開展了一些研究工作，全球 “地震可預測性合作研究”（CSEP）計劃是在全球不同地區開展可檢驗的地震短期余震預測模型（Jordan，2006），且認為“傳染型余震序列”模型（Ogata，1988，1989，2001）是目前最接近真實情況的模型之一，基于該模型參數以及“瘦化算法”（Lewisetal，1979；Ogata，1981）可進行余震概率預測。蔣長勝等（2015）基于ETAS 模型參數進行“瘦化算法”對2014 年云南魯甸6.5 級地震余震進行“向前預測”并取得了較好效果；郭安寧等（1999）采用柯里奧利力效應研究了蘭州地區強余震的預測；劉正榮（1979，1984，1986）對地震頻度衰減進行分析并給出了最大余震震級；畢金孟等（2017）、余娜等（2020）采用“瘦化算法”分別對晉冀蒙交界地區和青海地區進行余震短期發生概率預測并給出了預測效能評估。本文擬對門源MS6.9 地震序列進行時空特征分析，并基于歷史地震類比、序列自身的活動特征給出地震序列類型及強余震活動特征。為了對比分析的一致性，對于ML≥4.0 地震采用MS震級，ML＜4.0 地震采用ML震級。

1 門源MS 6.9 地震序列基本情況

1.1 概況

門源MS6.9 地震是祁連地震帶中東段自2016 年1 月21 日門源MS6.4 地震后發生的一次強震，是繼2021 年5 月22 日瑪多MS7.4 地震后青海地區近半年內發生的第2 個強震。祁連地區監測能力相對較強，門源MS6.9 地震震中50 km 范圍內僅有1 個測震臺，100 km范圍內有5 個測震臺（圖1）。據青海地震臺提供的青海省地震監測能力分布情況和已有研究結果（馮建剛等，2012；韓立波等，2012；余娜等，2020），震區ML≥1.5 地震目錄基本完整。據青海地震臺網定位結果，門源MS6.9 地震序列從2022 年1 月8 日1 時45 分MS6.9 主震開始，截至2 月8 日，共發生ML≥4.0 地震14 次（表1），最大余震震級為MS5.2，與主震震級差為1.7。

圖1 門源MS 6.9 地震序列震中及周邊地震臺站分布Fig.1 Distribution of seismic stations and the epicenter of MS 6.9 earthquake of Menyuan

表1 門源MS 6.9 地震序列（ML ≥4.0）Table 1 Catalogue of Menyuan MS 6.9 earthquake sequence（ML ≥4.0）

1.2 最小完備震級Mc

最小完備震級Mc指一定空間、時間內100%被檢測到的地震事件的最小震級（Rydelek etal，1989；Taylor et al，1990；Wiemer etal，2000）。為確保地震序列的完整性，采用“震級—序號”法（蔣長勝等，2014）討論門源MS6.9 地震序列的最小完備震級，根據地震發生的先后順序進行排序，將地震分布密度較大區域的連線作為最小完備震級Mc的時序變化。采用“震級—序號”法的優勢是可以避免強震發生后短期內較小余震的“淹沒”、余震區甚至更大范圍內地震監測能力顯著降低的現象（Akaike，1974）。圖2 是門源MS6.9 地震序列目錄的完整性分析結果，最小完備震級Mc選取為ML1.8，該結果與馮建剛等（2012）、韓立波等（2012）提供的監測能力分布情況相符。

圖2 門源MS 6.9 地震序列目錄的完整性分析紅色五角星為MS 6.9 地震；黑色圓點為用自然邊界法獲得的地震序列；紅色圓點為背景地震Fig.2 Catalogue completeness analysis for the Menyuan MS 6.9 earthquake sequence

2 地震序列時空特征

2.1 空間展布

根據精定位結果，門源MS6.9 地震序列整體上呈西段NWW 走向、東段SE 走向的帶狀分布。序列西段近NWW 向帶狀分布的長軸約19 km，短軸約7 km；序列東段呈SE 向帶狀分布的長軸約15 km，短軸約8 km（圖3）。由圖3 可見，MS6.9 主震震中位于序列西段的東南部，而隨后的2 個5.0 級以上余震都先后發生在主震震中的兩側，MS5.1 余震發生在序列西段中東部，MS5.2 余震發生在序列東段、呈SE 走向展布的最東南端，距主震震中較遠。MS6.9 主震震中西側余震密集，展布較寬，東側余震較稀疏。1 月10 日前余震震中主要集中在西段和東段的中西部，1 月12 日MS5.2 地震發生后，該區域地震活動較活躍。

圖3 門源MS 6.9 地震序列精定位后的震中分布Fig.3 Distribution of precision positioning of the Menyuan earthquake sequence

2.2 時間分布特征

根據上述序列完整性分析可知，門源MS6.9 地震序列的最小完備震級是ML1.8，因此，采用青海地震臺網ML≥1.8 地震序列目錄來分析序列的時空特征。圖4 為由ETAS 模型給出的門源MS6.9 地震序列ML≥1.8 地震的條件強度曲線和M—t圖。由圖4（a）可知，門源MS6.9 地震序列的余震活動衰減較緩慢，在主震后4 天內序列衰減較平穩，其后由4 級以上余震引起的條件強度曲線的變化較明顯。主震后24 min 后發生了第1 個MS5.1 余震，4 天15h 后發生了MS5.2 的最大震級余震，絕大多數ML≥4.0 余震發生在主震當天和震后第4 天，其后以ML≤4.0 小震活動為主，小震活動頻度維持在17—42次［圖4（b）］。利用ETAS 模型對門源MS6.9 地震序列進行最大似然估算，得出α=1.882 6、p=0.960 8，相較于2016 年門源MS6.4 地震序列參數α=1.402 5、p=1.303 5，發現此次地震激發高階余震的能力強于2016 年門源MS6.4 地震，序列衰減速率較慢；與蔣海昆等（2006）給出的中國大陸7 級以上地震序列的平均序列參數α=0.509 相比較，此次門源MS6.9 地震激發高階余震的能力較弱。

圖4 ETAS 模型給出的門源MS 6.9 地震序列ML ≥1.8 地震的條件強度曲線和M-t 圖（a）地震序號ML ≥1.8 地震的條件強度曲線；（b）M—t 圖Fig.4 Temporal variation of the conditional intensity from fitting the ETAS model to the Menyuan MS 6.9 earthquake sequence with cutoff magnitude ML1.8 and M-t plot

3 地震序列類型判定及強余震早期預測

3.1 序列類型判定

強震后地震序列類型判定是震后趨勢估計的一項重要內容和基礎性工作。根據蔣海昆等（2015）提出的序列類型判定方法，基于歷史地震類比、序列自身的活動特征及地震序列參數等對門源MS6.9 地震進行分析。

3.1.1 歷史地震類比分析。門源MS6.9 地震發生在祁連山斷裂帶中東段，1970 年以來在距此次地震震中100 km 范圍內5 級以上地震共6 次（表2）。門源MS6.9 地震序列震中附近區域6 組歷史地震中，有5 組為主—余（或前—主—余）型序列，1 組為雙震型。1 組雙震型地震序列2 次主震發震時間僅間隔7 min，截至2022 年2 月8 日，門源MS6.9 地震已發生1 個月，與上述雙震型差異很大。類比該構造的歷史地震序列，此次地震與1986 年門源MS6.5 地震序列的發展相似，后者在ML4.0 地震平靜19 天后有1 次起伏活動，即發生了MS5.2 最大震級余震，之后該地震序列正常衰減。根據歷史地震序列類比和最大余震震級差，判定門源MS6.9 地震為主—余型地震序列。

表2 距震中100 km 范圍內M ≥5.0 地震序列類型Table 2 Sequence types of earthquakes with M ≥5.0 within 100 km of the epicenter

3.1.2 基于序列演化特征的序列類型判定。地震序列類型判定更多地是從序列本身進行定性或半定量的判定（蔣海昆等，2007），主要方法有h值等具有一定物理意義并且在一定程度上表征序列特征的參數法和等待時間法等。

（1）h值。h值主要基于頻度衰減的大森公式進行計算，根據衰減系數h值大于1、等于1 或小于1 來判定地震序列是前震序列還是余震序列（劉正榮等，1979，1984；蔣海昆等，2007）。選取ML1.8 為門源MS6.9 地震序列的最小完備震級來計算h值，計算結果顯示，震后2 天h值為1.8，震后3 天為1.75，震后4 天為1.6，震后5—7 天為1.4，其后h值穩定在1.34 左右（圖5）。此次地震序列的衰減系數特征與蔣海昆等（2020）給出的中國大陸75 次地震序列特征一致，即強震后前幾天h值波動較大，一般4—8 天后趨于穩定。因此判斷門源MS6.9 地震序列為主—余型。

圖5 門源MS 6.9 地震序列h 值Fig.5 h value of the of Menyuan MS 6.9 earthquake sequence

（2）等待時間法。將連續發生的2 個強余震之間的時間間隔作為后一個強余震的“等待時間”，即第i個強余震的“等待時間”Δti=ti-ti-1，i為序列中第i個強余震的序號，ti為第i個強余震的發震時刻（由主震起算）。利用最小二乘法進行擬合，發現主—余型地震序列隨著t的增大，較強余震的Δti也隨著增大；對于主—余型地震或雙主震型地震在前一個主震發生到后一個主震發生前的一段時間里，lgΔt-lgt的線性關系不明顯（谷繼成等，1979）。根據門源MS6.9 地震后ML≥4.0 強余震的發震時間及其時間間隔，得到強余震的位置，其在雙對數坐標中大體呈線性分布（圖6），表明門源MS6.9 地震后ML≥4.0 地震時間間隔正常，序列為主—余型。

圖6 門源MS 6.9 地震Δt—t 曲線Fig.6 Δt-t curve of Menyuan MS 6.9 earthquake

3.2 強余震預測

由表2還可見，ΔM波動范圍較大，為0.3—2.3。50%的最大震級余震發震在主震后1 天內，33%的為1—7 天，沒有超過30 天的震例，且最大震級余震發生在主震當天的概率最大。2022年1月8日門源MS6.9地震后至2月8日，序列發生的最大震級余震為MS5.2，其發生在主震后4 天 15 h，震級差ΔM為1.7。根據歷史地震類比和序列自身活動特征分析認為，門源MS6.9 地震的最大震級余震已經發生，即為1 月12 日18 時20 分的MS5.2 地震。

4 結論與討論

（1）選取截止震級ML1.8 以上的地震進行精定位，發現門源MS6.9 地震的余震序列震中整體上呈西段NWW、東段SE 的帶狀分布，且主震震中西側余震密集，展布較寬，東側余震較稀疏。

（2）采用ETAS 模型計算門源MS6.9 地震序列參數，發現此次地震序列衰減較緩慢，在主震后4 天內序列衰減較平穩，其后由4 級以上余震引起的條件強度曲線的變化較明顯。主震后24 min 后發生了第1 個MS5.1 余震，4 天15 h 后發生了MS5.2 的最大震級余震，絕大多數ML≥4.0 余震發生在主震當天和震后第4 天。

（3）基于構造、歷史地震類比及序列自身活動特征對門源MS6.9 地震進行分析。結果顯示，祁連山地震帶中東段5 級以上地震序列類型多以主—余型地為主，只有1 次雙震型；門源MS6.9 地震后h值≥1 且相對穩定，表明主震當天小震頻度較高；等待時間法結果顯示，門源MS6.9 地震后ML≥4.0 余震的發震時間和時間間隔大體呈線性分布，表明門源MS6.9 地震后ML≥4.0 地震時間間隔正常，為主—余型。根據祁連地震帶5 級以上地震最大余震發生時間統計和震級差特征，分析認為門源MS6.9 地震最大震級余震已經發生，即為1 月12 日18 時20 分的MS5.2 地震。

門源MS6.9 地震的余震序列震中形成了西段NWW、東段SE 的帶狀分布，主震及余震序列的震源機制解以走滑型為主，也存在部分其他類型，反映了局部復雜的構造形態，后續還需進一步開展震源破裂特征和該區域地震危險性研究。