2022年泸定M6.8地震前地震活动参数变化研究.pdf
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1、书书书第 卷第 期()年 月中 国 地 震 李冬梅,李小晗,郑建常 年泸定 地震前地震活动参数变化研究 中国地震,():年泸定 地震前地震活动参数变化研究李冬梅李小晗郑建常山东省地震局,济南 摘要 年 月 日四川泸定发生 地震,为研究泸定地震孕震区的应力变化,选取 值、小震调制比和丛集率这 个参数,对泸定地震前的区域地震活动状态进行计算研究。结果显示:泸定及周边区域几次强震发生前,区域地震活动均存在持续时间较长的低 值时段,且在低 值状态下震前短期内出现小震高丛集、高调制比的现象;鲜水河断裂带的地震活动状态分析显示,此次泸定地震前该断裂带存在持续时间近 个月的低 值状态,且短期内出现丛集率升高
2、、调制比高值现象。通过对比分析,认为泸定地震是鲜水河断裂带构造运动的结果。综合分析认为,结合应力场背景和构造条件研究地震活动 值、固体潮调制比和丛集率的时空变化有助于理解大地震的孕育演化过程。关键词:泸定地震值调制比地震丛集率孕震过程 文章编号 ()中图分类号 文献标识码 收稿日期 修定日期 项目类别 中国地震 科 学 实 验 场 地 震 可 预 测 性 国 际 合 作 项 目()、山 东 省 地 震 局 科 研 基 金 项 目()与山东省地震局科技创新团队共同资助 作者简介 李冬梅,女,年生,工程师,主要从事地震活动性和地震综合预测研究。:郑建常,通讯作者,男,年生,研究员,主要从事地震活动
3、性与数字地震学研究。:引言大地震发生前,受构造应力场作用的影响,区域内小震的活动状态会发生相应的变化,前人对此已经有大量的研究,如梅世蓉等()发现在汶川 和昆仑山口西 地震前,不同时段、不同范围内均出现了多项相似的地震活动性异常;马瑾等()总结了龙门山断裂带大震孕育过程中地震活动时空演化的现象;聂晓红等(、)分别对 年月 日新疆于田 和 年 月 日新疆伽师 地震前的地震活动特征进行了分析;赵小艳等()分析了 年芦山 地震前川滇地区中等地震密集活动;王静静等()从多地震活动参数角度定量分析了芦山地震的背景活动性;刘月等()认为 年鲁甸 、年彝良 和 地震前均出现地震活动增强现象;薛艳等()对汶川
4、 地震前地震活动异常特征的普遍性及其机理进行了探讨。区域地震活动的时空变化能反映与大震孕育有关的实际地壳形变过程中应力积累和集中的趋势,实际情况表明,大震前区域中小地震活动会有别于正常的背景活动而出现某种活 中国地震 卷动状态的变化,这正是大震孕育过程应力积累和发展演化的表征(张国民等,)。衡量或者描述一定时空范围内地震活动状态的参数有很多,但归根结底离不开地震目录在时间、空间、强度三个维度的分布特征。根据长中短临渐进式地震预报思想,大震前一两年左右或更长时间应力处于增高的阶段。作为反映应力场的重要参数,地震的震级 频度关系中的 值常用来研究重要断裂带、地震带的应力分布,应用于不同活动构造的强
5、震危险性分析(易桂喜等,;,;刘静伟等,;冯建刚等,;孙安辉等,;,)。强震孕育的中短期阶段,孕震区范围内小震活动往往会表现出时间、空间上的丛集特点,从而出现如地震窗“开窗”、前兆震群或者地震活动密集增强等异常现象(中国地震局监测预报司,)。岩石实验也显示大的破裂发生之前会出现微破裂的增加和集中(,;,);最新提出的大震破裂的渐进式局部集中变形模型(,)认为,大地震发生前,区域弱化会在最终破裂区周围逐渐形成局部化变形,在局部集中变形过程中,包含多种规模断层的区域会发生大量成丛的地震活动。进入强震孕育的短临阶段,震源系统岩石中的构造应力达到或处于临界状态时,固体潮汐应力扰动有可能触发地震(中国地
6、震局监测预报司,)。等()使用南加州的模板匹配目录研究发现某些区域存在显著的潮汐触发作用。秦保燕等()通过统计地震活动与月相的关系提出了小震的固体潮调制比,多年预报实践显示该参数较为有效,也是中强地震危险性分析中常用的方法之一(韩颜颜等,;李文君等,)。年 月 日 时 分,四川泸定发生 地震,该地震是四川地区自 年九寨沟 地震后发生的最大地震,造成了较大的人员伤亡和严重的经济损失。本研究选择具有明确物理意义且能够直接反映应力场作用的 个参数:值、固体潮调制比以及丛集率,针对泸定地震前震源区及周边地区小震活动特征进行研究并开展对比分析,以此来研究强震孕育过程中在区域应力场作用下小震活动状态可能的
7、发展演化。理论与方法 值 值是震例 频度经验关系式()中的拟合系数(,),其描述了区域小地震与大地震数目的比例;在一定介质物性条件下,值与应力呈反比例关系(,;,),因此,地震 值时空分布及演化被认为是地震孕育研究及地震危险性评价的重要指标(,;高雅婧等,)。传统计算 值的方法主要有最小二乘法和最大似然法,本研究对 的目录使用稳健回归方法(杨马陵等,)来求取小震 值,该方法的优点是能更准确地衡量数据变化趋势,而不受孤立异常点限制。方法简介如下:对于一组观测值,有一般回归模型,()马宗晋,高旭,丁鉴海,等 渐进式地震预报及其三个理论问题的讨论 国内地震预报文献汇编(上册)期李冬梅等:年泸定 地震
8、前地震活动参数变化研究其中,为未知回归系数,为误差项。最小二乘法是找到一组,使得下述表达式达到最小 ()()但由于在震级 频度关系中,低震级和高震级端往往会出现“掉尾”的现象,这些偏离线性关系的值对残差平方和的影响会比其他数据大得多,稳健回归的基本思想是采用迭代加权最小二乘估计回归系数,根据回归残差的大小确定各点的权重,以达到稳健的目的,其优化的目标函数 定义为 ()()其中,根据回归残差的大小确定各点的权重,反复迭代以改进权重系数,采用迭代加权最小二乘方法来求解回归系数;最后使用 函数,根据稳健回归的拟合残差 和 矩阵计算 值的误差。固体调制比 固体潮调制比是一定时间范围受到固体潮调制模式发
9、生地震的个数与地震总数之间的比值,其既可以反映系统的应力状态,也可以表示地震发生前受调制模式随时间的变化过程(秦保燕等,)。传统计算调制比主要是将阴历日期的朔望前后一段时间视为受调制时段(张国民等,;韩颜颜等,),分别统计朔望时段地震数目 和全月的地震总数,定义调制比为()如果把地震作为等概率事件,在固体潮高期发生地震的自然概率 ,考虑实际的起伏以及诸多的预测实践检验结果(国家地震局预测预防司,;张晓东等,;王炜等,),本研究将 作为异常。此外,不同研究者对受月相调制的朔望时段的定义不尽相同(秦保燕等,;王炜等,;张国民等,;韩颜颜等,)。林眉等()基于 ()的算法和对任意给定时刻计算月相的程
10、序,以 ,之间的数字表示月相大小,为新月,为满月,并选择一个月相周期内月相大小超过 和小于 的时间作为调制时段,研究发现调制比的高值变化对山东地区几次中等地震有较好的对应。丛集率丛集地震是相对背景地震而言的概念。地震丛集是一个涉及时间、空间和能量域的多维的问题。等()综合考虑了地震的时、空分布及能量大小等因素,给出了不同事件之间的距离定义,即 (),()其中,是两次事件的空间距离,为参考震级,为常量系数,为震中分布的分形维,为 关系中的 值。在此基础上,等(、)定义了地震的最邻近事件距离(),即 ()中国地震 卷此外,可利用 时空分量的展布来定性地区分背景地震和丛集地震,近年来的应用结果显示出
11、较好的效果(,、)。在最邻近事件距离计算结果的基础上,李小晗等()对其进一步统计分析。一般情况下,的统计直方图呈现出“双峰”的分布形态(郑建常等,),其中峰值靠左的对应丛集地震,而峰值靠右的对应背景地震。李小晗等()通过引入混合概率密度分解,用 个正态分布的线性叠加来拟合 的统计分布,将区域地震事件定量地区分了背景地震和丛集地震。定义混合密度分布函数为 ()()其中,和 分别代表丛集地震和背景地震的 个正态分布的概率密度函数,为相对权重。计算完成一组地震的最邻近事件距离 后,对其概率分布进行公式()的最佳拟合,由此得到的相对权重 ,即可视为这组地震的地震丛集率(),这样便定量地得到了背景地震和
12、丛集地震的比例关系。数据与资料泸定 地震发生在青藏高原周缘二级构造单元川滇菱形块体东边界,该地区是中国大陆晚第四纪构造变形和强震活动最为强烈的地区之一。块体东边界主要由鲜水河安宁河则木河断裂带和小江断裂带组成,其中,鲜水河断裂为一条左旋走滑性质、全新世强烈活动的断裂带,有记录以来其北段发生 次 地震,震级最大的为 年 月 日康定、泸定、磨西一带发生的 地震。此次泸定 地震发生鲜水河断裂带的磨西段(图 ),据闻学泽等()的研究,地震震中位于 年 地震南侧的破裂空段内。近些年,泸定 地震震中附近区域先后发生了 年 月 日芦山 、年 月 日越西 、年 月 日康定 、年 月 日乐山 和 年 月 日芦山
13、 地震以及此次泸定地震,说明该区域处于中强地震活跃时段。为分析泸定地震前区域应力状态,本研究选取 年 月 日 年 月 日川滇交界地区的地震目录,并从中选择距泸定地震震中 范围内的 个事件来研究泸定地震孕震区的应力变化。年后,中国数字地震观测网络在我国中西部布局显著优化,根据史翔宇等()对川滇地震科学实验场地震目录的最小完整性震级的分析,年后实验场地区 整体为 ,尤其是泸定地震周边涉及的鲜水河、安宁河断裂带、松潘龙门山带等地区,大部分降低至 以下。本研究计算的震级 频度分布(图 )与史翔宇等()研究结果一致,为稳妥起见,本文选择 为 ,在后续的应力状态分析中均以 的目录为研究对象。通过对 地震的
14、震级 频度关系进行线性拟合,得到泸定地震及周边地区背景 值(),该值与其他研究者计算给出的附近地区的研究结果基本一致,如易桂喜等()计算四川南部马边地区平均 值为 ;易桂喜等()计算得到龙门山断裂带南段目前整体平均 值约 ;冯建刚等()研究得到甘肃岷县漳县地区地震 值在 之间。期李冬梅等:年泸定 地震前地震活动参数变化研究注:图中红色实线表示断裂,黄色实心圆为 年以来 地震,红色实心圆为 地震,蓝色空圈为历史 地震,紫色六角星表示泸定 地震,蓝色虚线表示震中距 ,黑色实线区域为挑选鲜水河断裂带小震目录的范围。图 泸定 地震周边断裂及 年以来地震震中分布图 泸定地震周边地区()事件的震级 频度分
15、布 区域小震活动背景以泸定 地震为中心、半径 作为研究区域。由于 年 月 日芦山 和 年 月 日芦山 两次地震的震中距泸定 地震约 ,大量余震 中国地震 卷也包含在了该范围内,为避免余震影响,选择 年 月 日 年 月 日该区域 地震,使用本文上述方法计算该区域的背景地震活动,结果见图 。从最邻近事件距离 的统计结果(图 ()看,该区相对以背景地震活动为主,但仍有一定比例的丛集地震;从 的时空分布(图 ()、()同样可以看出,背景地震在图中右上侧呈椭圆状密集分布,而在图中右下侧有一簇相对较少的近水平的分布,对应了受“父事件”地震影响发生的丛集地震(郑建常等,)。使用混合正态分布模型,对图 ()所
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