1989年以來(lái)華北地區(qū)中強(qiáng)震前地震矩加速釋放空間掃描特征的研究*

李　霞，蔣長(zhǎng)勝，閆德橋，張志慧，尹相好，陳傳華，王　錚

(1.山東省地震局，山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081)

1989年以來(lái)華北地區(qū)中強(qiáng)震前地震矩加速釋放空間掃描特征的研究*

李霞1，蔣長(zhǎng)勝2，閆德橋1，張志慧1，尹相好1，陳傳華1，王錚1

(1.山東省地震局，山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081)

摘要：利用地震矩釋放程度m值對(duì)1989年以來(lái)華北地區(qū)12次MS≥5.0中強(qiáng)地震前的矩加速釋放現(xiàn)象進(jìn)行了研究?；趧h除余震后的地震目錄，提取了與矩加速釋放相關(guān)的特征時(shí)—空尺度作為AMR現(xiàn)象在華北地區(qū)的掃描模型參數(shù)。采用震前1年逐3個(gè)月的掃描方式，得到了12次震例在震中附近與時(shí)間相依的m值的空間演變圖像，并考察了震前震源區(qū)附近的Benioff應(yīng)變釋放情況。結(jié)果表明，華北地區(qū)MS5.0～5.5地震前AMR現(xiàn)象與實(shí)際震中和發(fā)震時(shí)刻的關(guān)聯(lián)性不明顯；而MS5.6～6.4地震前67%的震例在震中附近出現(xiàn)穩(wěn)定和集中分布的矩釋放加速區(qū)域，說(shuō)明華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)震前AMR現(xiàn)象具有一定程度的普遍性，利用AMR現(xiàn)象對(duì)未來(lái)中強(qiáng)震發(fā)震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)有一定的潛能和可挖掘性，但仍需其他方法相互佐證。

關(guān)鍵詞：地震矩加速釋放；Benioff應(yīng)變釋放；空間掃描；華北地區(qū)

0引言

根據(jù)臨界點(diǎn)理論，地震的孕育過(guò)程是一種臨界現(xiàn)象(Vere-Jones，1977)，這一臨界現(xiàn)象的典型特征是大地震之前往往存在地震活動(dòng)的相關(guān)長(zhǎng)度增長(zhǎng)及主震周?chē)蒯尫偶铀?AMR)現(xiàn)象。Bowman等(1998)研究發(fā)現(xiàn)，幾次大震前震源區(qū)地震能量會(huì)出現(xiàn)明顯冪率加速釋放過(guò)程，符合臨界理論的標(biāo)度率，進(jìn)而使用震前累積應(yīng)變釋放曲線的冪率擬合和線性擬合的均方根殘差比最小來(lái)定量描述AMR的“臨界”時(shí)、空尺度。隨后人們對(duì)世界上其他地區(qū)的震例進(jìn)行了類(lèi)似的研究，Sykes和Jaume(1990)研究表明美國(guó)舊金山幾次強(qiáng)震前都有5.0級(jí)左右中等地震活動(dòng)的矩釋放加速過(guò)程；Ellsworth 等(1981)指出，強(qiáng)震前小震發(fā)生率并沒(méi)有明顯變化，而中等地震的累積應(yīng)變能呈指數(shù)增長(zhǎng)。我國(guó)地震學(xué)家在長(zhǎng)期預(yù)報(bào)研究實(shí)踐中也將AMR現(xiàn)象作為強(qiáng)震預(yù)測(cè)的主要前兆之一(劉蒲雄，1982)。楊文政和馬麗(1999)用類(lèi)似方法對(duì)中國(guó)震例開(kāi)展研究，發(fā)現(xiàn)三分之二以上的中強(qiáng)震在震前較長(zhǎng)時(shí)間均出現(xiàn)了地震矩釋放加速的現(xiàn)象；Jiang和Wu(2005)的研究指出，中國(guó)大陸有60%的MS≥6.0地震前存在穩(wěn)定的地震矩釋放加速特征，但在多時(shí)、空尺度的二維空間，一些地震前的矩釋放表現(xiàn)出加、減速交替出現(xiàn)的復(fù)雜現(xiàn)象。更有研究表明，主震前臨界區(qū)范圍內(nèi)地震活動(dòng)呈現(xiàn)加速釋放，而在較小的孕震區(qū)范圍則出現(xiàn)地震活動(dòng)的減弱態(tài)勢(shì)(苗青壯，蔣海昆，2008；Papazachosetal.，2000，2006)。

華北地區(qū)是一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)。按其主要地震構(gòu)造帶和區(qū)域地震構(gòu)造格局，可劃分為兩個(gè)一級(jí)活動(dòng)地塊：鄂爾多斯活動(dòng)塊體和太行冀魯西活動(dòng)塊體，其分界帶為山西地塹系，其中太行冀魯西地塊又可分為太行山塊體、華北平原塊體和膠遼塊體，其分界帶為太行山山前斷裂帶和郯廬斷裂帶，還有華北北部的陰山—燕山塊體，其分界帶為燕山—渤海斷裂帶(Xu，Gao，2000；Huang，Guo，1998)。華北地區(qū)的強(qiáng)烈地震幾乎全部發(fā)生在這些活動(dòng)塊體的邊界帶上，其中山西地震帶發(fā)生MS>7地震8次，華北平原帶3次，郯廬地震帶3次以及燕山—渤海地震帶8次，給我們的國(guó)計(jì)民生帶來(lái)了巨大的損失。因此，華北地區(qū)一直是我國(guó)地震監(jiān)測(cè)防預(yù)的重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)和研究地震前兆機(jī)理、檢驗(yàn)地震預(yù)測(cè)理論和探索地震數(shù)值預(yù)測(cè)方法的一個(gè)重要的“實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地”。

本文在以往研究的基礎(chǔ)上，以1989年以來(lái)華北地區(qū)12次MS≥5.0中強(qiáng)地震為例，利用地震矩釋放程度的時(shí)—空掃描方法，系統(tǒng)驗(yàn)證華北地區(qū)中強(qiáng)震前地震能量的釋放特征，進(jìn)而討論AMR現(xiàn)象在華北地區(qū)是否具有普遍性的前兆意義。

1地震矩加速釋放現(xiàn)象和釋放程度的時(shí)—空掃描

“地震破裂時(shí)間分析”法是利用給定區(qū)域的前兆性地震活動(dòng)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)地震的發(fā)震時(shí)間和強(qiáng)度的一種中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)方法，其函數(shù)定義一般可表示為(Bufe，Varnes，1993)

S(t)=A+B(tf-t)m.

(1)

式中，S(t)是[0,t]時(shí)段內(nèi)地震活動(dòng)的累積應(yīng)變能，tf為預(yù)期地震的破裂時(shí)間，t為前兆性地震事件的發(fā)震時(shí)間，t1表征 Benioff應(yīng)變?yōu)闇p速釋放狀態(tài)，相應(yīng)的m越大減速釋放特征越明顯；m=1表示Benioff應(yīng)變勻速釋放。

對(duì)臨界區(qū)域的估算依據(jù)是使區(qū)域內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)能被冪率關(guān)系擬合得最好，“最優(yōu)搜索辦法”(Bowanetal.，1998)是以強(qiáng)震震中為圓心，用不同半徑范圍內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)計(jì)算曲率參數(shù)C值(震前Benioff應(yīng)變釋放的冪律擬和均方差與線性擬和均方差之比)，參數(shù)C為最小且冪指數(shù)m<0.8的圓型區(qū)域被認(rèn)為是主震的臨界區(qū)域?；谏鲜隼碚摚瑮钗恼婉R麗(1999)利用空間臨界圓重疊率最高的方法來(lái)尋找未來(lái)強(qiáng)震的臨界區(qū)域；也有研究認(rèn)為這種“最優(yōu)搜索”僅僅是對(duì)區(qū)域數(shù)據(jù)本身的擬合，顯著存在的問(wèn)題是相同區(qū)域構(gòu)造和相近震級(jí)的中強(qiáng)震之間的臨界時(shí)、空尺度差異較大*Kossobokovv.2007.Earthquake forecast/prediction：problem of verification，accuracy and limitations.ICTP.。因此蔣長(zhǎng)勝和吳忠良(2009)僅利用m值作為描述震前矩加速釋放“程度”的參量，在時(shí)—空—地震序列的完整性震級(jí)組成的三維空間內(nèi)，使用固定時(shí)間尺度和多空間尺度系統(tǒng)研究了2008年3月21日新疆于田MS7.3強(qiáng)震前AMR現(xiàn)象存在的客觀性。研究表明矩加速釋放特征在時(shí)間上有逐漸逼近臨界狀態(tài)的趨勢(shì)，空間上與實(shí)際震中位置也有較好的對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這種利用m值的時(shí)—空演化來(lái)研究地震孕育的物理過(guò)程和尋找未來(lái)中強(qiáng)震的臨界區(qū)域的方法稱為地震矩釋放程度的時(shí)—空掃描。這種方法實(shí)質(zhì)上是假定實(shí)際震中和發(fā)震時(shí)刻未知，使用固定的時(shí)—空尺度，在時(shí)—空坐標(biāo)上掃描震前的矩釋放程度，考察研究區(qū)中強(qiáng)震前AMR現(xiàn)象與實(shí)際震中和發(fā)震時(shí)刻之間的相關(guān)性。

2震例選取和所用資料

筆者以1989年以來(lái)華北地區(qū)12次MS≥5.0地震作為研究對(duì)象，選取(34°～42°N，108°～123°E)的空間范圍為研究區(qū)域。研究區(qū)中強(qiáng)地震的活動(dòng)表現(xiàn)出明顯的分區(qū)、交替、成組發(fā)生的特征，在同一地震活躍期中發(fā)生的中強(qiáng)地震，往往時(shí)間相連，地點(diǎn)相近，構(gòu)成一個(gè)典型的地震成組集中活動(dòng)區(qū)，而與此同時(shí)其他地區(qū)幾乎沒(méi)有6級(jí)以上地震發(fā)生。1900年以來(lái)，華北地區(qū)中強(qiáng)地震的活動(dòng)經(jīng)歷了5次周期性輪回過(guò)程(孫加林，章瑞，2007)，目前正處于第五活躍期的末期或第五個(gè)平靜期(圖1)。第五活躍期以1989年山西大同和陽(yáng)高間MS5.9地震為起始，至今已發(fā)生了12次MS≥5.0的中強(qiáng)地震。如圖2所示，這12次地震主要分布在燕山—渤海地震帶和山西地震帶，而在活動(dòng)地塊內(nèi)部及郯廬地震帶、華北平原地震帶和黃海地震帶僅有個(gè)別地震發(fā)生，在空間上分區(qū)成組分布的特征明顯。

筆者使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的1970年以來(lái)《中國(guó)地震月報(bào)目錄》，該目錄由各區(qū)域臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的資料匯編而成。地震目錄的完整性震級(jí)MC是進(jìn)行區(qū)域地震活動(dòng)性和地震危險(xiǎn)性分析的重要基礎(chǔ)，使用“最大曲率”法(MAXC)、分別為90%和95%的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)法(GFT)計(jì)算研究區(qū)MC隨時(shí)間的演化過(guò)程。通過(guò)設(shè)定優(yōu)先級(jí)為GFT95%>GFT90%>MAXC，選取優(yōu)先級(jí)高的MC結(jié)果作為最終結(jié)果。由圖3可見(jiàn)，除1993年和2000年研究區(qū)最優(yōu)MC分別為ML2.2和ML2.4，其它時(shí)段均小于或等于ML2.0，因此使用ML2.5作為計(jì)算Benioff應(yīng)變釋放的最小完整性震級(jí)。Benioff應(yīng)變被定義為地震波能量的平方根，據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可由震級(jí)直接得到應(yīng)變能(Gutenberg，Richter，1956；Kanamori，1977)。再據(jù)式(1)即可計(jì)算出某一時(shí)段內(nèi)地震矩釋放參數(shù)A、B、m及未來(lái)中強(qiáng)地震的發(fā)震時(shí)刻。為更客觀地考察華北地區(qū)中強(qiáng)震前的AMR現(xiàn)象，我們利用矩釋放程度的時(shí)—空掃描方法對(duì)上述12次MS≥5.0地震進(jìn)行回顧性檢驗(yàn)，表1給出了12次震例的震源參數(shù)。

3矩加速釋放時(shí)—空掃描模型參數(shù)的選取

本文在矩釋放時(shí)—空掃描模型參數(shù)的選取中，結(jié)合前人給出的有關(guān)AMR現(xiàn)象中震級(jí)與“臨界”時(shí)、空尺度的關(guān)系(Ben-Zion，Lyakhovsky，2002；彭克銀，尹祥礎(chǔ)，2003)分別計(jì)算了12次震例前的前兆性地震序列在時(shí)—空(t-r)二維空間內(nèi)m值的分布特征，然后用歸一化的方法給出華北地區(qū)中強(qiáng)震前具有普遍意義的AMR現(xiàn)象的“臨界”時(shí)—空尺度。近年來(lái)在許多地震預(yù)測(cè)模型的研究中對(duì)所使用地震目錄是否刪除余震都采取了折衷的做法，同時(shí)給出刪除余震前、后的兩種預(yù)測(cè)結(jié)果。在以往對(duì)AMR現(xiàn)象的研究中，蔣長(zhǎng)勝(2004)研究指出余震刪除與否，對(duì)m值計(jì)算結(jié)果的影響并不明顯；李宇彤和蔣長(zhǎng)勝(2010)對(duì)東北地區(qū)中強(qiáng)震的研究表明，使用刪除余震目錄得到的時(shí)—空尺度與前人研究結(jié)果更接近。因此本文使用G-K法(Gardner，Knopoff，1974)刪除余震后的地震目錄，將(1)式中的tf固定為研究震例的實(shí)際發(fā)震時(shí)刻；t為震前2～14 a，以1 a為滑動(dòng)窗長(zhǎng)；r則是以實(shí)際震中為圓心，10 km為滑動(dòng)步長(zhǎng)，在30～250 km的范圍內(nèi)多尺度半徑選取地震樣本進(jìn)行Benioff應(yīng)變釋放曲線的冪律擬和，由此得到m值及m值的擬合標(biāo)準(zhǔn)差Δm。在對(duì)累積Benioff應(yīng)變釋放曲線進(jìn)行非線性擬合時(shí)，給定參數(shù)的初值，進(jìn)行迭代計(jì)算函數(shù)極小點(diǎn)參數(shù)值。擬合參數(shù)的結(jié)果通常與初值的選取有關(guān)，因此選取多初值擬合，用擬合的最小殘差值確定“擬合最佳解”的辦法來(lái)提高擬合的精確度(蔣長(zhǎng)勝，2004)。在計(jì)算結(jié)果中為確保m值的可靠性，刪除了樣本數(shù)少于5個(gè)、非線性擬合與線性擬合均方差殘差比C>1、擬合標(biāo)準(zhǔn)差Δm>0.5的計(jì)算結(jié)果。因本文僅考慮地震矩加速釋放模型(即m<1的情況)，圖4給出研究時(shí)段內(nèi)華北地區(qū)12次中強(qiáng)震前m值在t-r二維空間內(nèi)克里金插值法繪出的等值線分布圖，表1中t-r列給出各次震例前m最低值出現(xiàn)的時(shí)—空二維尺度。

表1　1989年以來(lái)華北地區(qū)MS≥5.0地震震源參數(shù)

注：-表示Benioff累積應(yīng)變減速釋放；+表示Benioff累積應(yīng)變加速釋放；0表示Benioff累積應(yīng)變勻速釋放.

由圖4可見(jiàn)，12次中強(qiáng)震前均存在或強(qiáng)或弱的AMR現(xiàn)象，但m值空間分布較為復(fù)雜，低值出現(xiàn)的時(shí)—空尺度差異顯著。如1998年河北張北MS6.2、1999年MS5.6和2006年河北文安MS5.1地震前m低值現(xiàn)象明顯，均出現(xiàn)m<0.3的時(shí)—空分布；1992年黃海MS5.3和1991年山西大同MS5.8地震前出現(xiàn)大范圍矩釋放的加速與減速交替發(fā)生的復(fù)雜圖像；1995年山東蒼山MS5.2地震與1995年河北唐山MS5.0地震前累積應(yīng)變能幾乎為勻速釋放狀態(tài)；1991年山西忻州MS5.1、1989年山西大同MS5.7和1999年山西渾源MS5.6地震前，距離震中較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)變能釋放加速，而離震中較近的孕震區(qū)則表現(xiàn)出地震矩的勻速釋放特征。為提取華北地區(qū)具有普遍應(yīng)用價(jià)值的AMR時(shí)—空特征尺度，本文將12次中強(qiáng)震按震級(jí)大小分為兩類(lèi)，即MS5.0～5.5和MS5.6～6.4，同時(shí)定義了地震矩加速特征q值為

(2)

式中，n為震例個(gè)數(shù)，t和r是計(jì)算Benioff應(yīng)變曲線的時(shí)、空參數(shù)，mi(t,r)為i第個(gè)震例的冪指數(shù)m值在二維空間的分布；RMSi-linear和RMSi-nonlinear分別為第i個(gè)震例在t-r二維空間中計(jì)算樣本的線性擬合和冪律擬合的均方根殘差，其中RMSi-linear/RMSi-nonlinear即為Bowman等(1998)定義的曲率參數(shù)，用于判斷臨界圓“最優(yōu)搜索半徑”的C值。這里的矩加速特征q值實(shí)際上是每個(gè)震例的特征值qi歸一化后，多震例所反映的地震矩加速釋放的平均時(shí)、空特征。圖5為提取出的華北地區(qū)中強(qiáng)震前AMR“優(yōu)勢(shì)”時(shí)—空特征尺度，即MS5.0～5.5地震優(yōu)勢(shì)時(shí)間窗t=4 a、掃描半徑r=110 km；MS5.6～6.4地震優(yōu)勢(shì)時(shí)間窗t=6 a、掃描半徑r=180 km，此參數(shù)與前人研究結(jié)果較為接近，基本符合最佳搜索半徑r與震級(jí)的線性相關(guān)。

4華北地區(qū)中強(qiáng)震前的矩加速釋放時(shí)空掃描

按照地震的臨界性概念，一次大地震的孕育初期，孕震系統(tǒng)并非一直處于臨界狀態(tài)，而是隨著周?chē)鷳?yīng)力狀態(tài)的不斷演化逐漸接近并進(jìn)入臨界狀態(tài)。在這一過(guò)程中，通常情況下孕震區(qū)中小地震活動(dòng)的頻度和強(qiáng)度不斷增加，應(yīng)變能釋放加速，直到強(qiáng)震發(fā)生，臨界狀態(tài)被破壞(Ben-Zio，Lyakhovsky，2002)。如果主震的震中在臨界點(diǎn)附近，主震發(fā)生前就可以通過(guò)對(duì)周?chē)卣鸬念l度或強(qiáng)度在一定時(shí)—空范圍的掃描尋找未來(lái)震中的位置。本文利用上述提取出的華北地區(qū)矩加速釋放時(shí)—空掃描模型參數(shù)對(duì)研究時(shí)段內(nèi)12次MS≥5.0中強(qiáng)震進(jìn)行時(shí)空掃描。首先將研究區(qū)劃分為0.15°×0.15°的網(wǎng)格空間，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為未來(lái)可能的震中位置，地震可能的“破裂時(shí)間”tf假定為震前1年、9個(gè)月、6個(gè)月、3個(gè)月、1個(gè)月和實(shí)際發(fā)震時(shí)刻，分別計(jì)算震前矩釋放程度m值的空間分布。掃描結(jié)果顯示，6次MS5.0～5.5地震前m值空間分布均雜亂無(wú)序，沒(méi)有明顯的應(yīng)力優(yōu)勢(shì)集中區(qū)，并且與實(shí)際震中和發(fā)震時(shí)刻之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)性可言。圖6為2006年7月4日河北文安MS5.1地震前AMR現(xiàn)象的掃描圖像，震中附近沒(méi)有出現(xiàn)明顯的矩釋放加速區(qū)域，而是隨著實(shí)際發(fā)震時(shí)刻的逐漸逼近，AMR現(xiàn)象逐漸遠(yuǎn)離實(shí)際震中，外圍遠(yuǎn)場(chǎng)的AMR演化圖像也沒(méi)有任何與實(shí)際震例時(shí)間相依的規(guī)律可言。對(duì)于6次MS5.6～6.4震例的AMR掃描結(jié)果則理想很多，6次中強(qiáng)震前都出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的AMR現(xiàn)象，且空間分布較為集中與實(shí)際震中有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以1998年1月10日河北張北MS6.2地震為例(圖7)，震前1年至6個(gè)月，在實(shí)際震中附近出現(xiàn)明顯、穩(wěn)定的矩加速釋放區(qū)，隨著周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)的調(diào)整，震前3個(gè)月至發(fā)震，震中附近的異常區(qū)域逐漸收縮，m<0.5的低值區(qū)域從不同方位向震中區(qū)逐漸逼近，時(shí)間上也表現(xiàn)出逐漸趨近于臨界狀態(tài)的趨勢(shì)，這種時(shí)—空上的一致性說(shuō)明地震的孕育過(guò)程與AMR現(xiàn)象在物理上有一定的相關(guān)性。與此同時(shí)在沂沭帶南段也逐漸形成一個(gè)M<1的矩加速釋放區(qū)，但在之后的時(shí)間里，沂沭帶南段及周?chē)貐^(qū)并未發(fā)生MS≥5地震，也說(shuō)明了AMR現(xiàn)象及“破裂時(shí)間分析”等方法在實(shí)際地震預(yù)測(cè)中的不確定性和復(fù)雜性。為進(jìn)一步考察華北地區(qū)中強(qiáng)震前震中區(qū)附近的矩加速釋放情況，分別以實(shí)際震中為圓心，采用與時(shí)—空掃描相同的模型參數(shù)(即MS5.0～5.5的地震半徑r=110 km，時(shí)間窗t=4 a；MS5.6～6.4的地震半徑r=180 km，時(shí)間窗t=6 a)，計(jì)算了12次MS≥5.0 地震震中區(qū)附近的Benioff累積應(yīng)變能釋放情況，相應(yīng)的Benioff應(yīng)變釋放線性和非線性擬合情況(圖8)。從6次MS5.0～5.5地震的Benioff應(yīng)變釋放曲線來(lái)看，除1992年黃海MS5.3地震外均表現(xiàn)為近勻速釋放狀態(tài)，與對(duì)m值的時(shí)—空掃描圖像結(jié)果基本一致，即震前在孕震區(qū)沒(méi)有明顯的應(yīng)變能加速釋放或地震頻次增加的現(xiàn)象。而6次MS5.6～6.4中強(qiáng)震雖然在時(shí)—空掃描中存在大面積、穩(wěn)定的AMR現(xiàn)象，但對(duì)于破裂成核點(diǎn)附近的Benioff應(yīng)變能釋曲線僅4例地震存在矩加速釋放現(xiàn)象，這說(shuō)明AMR現(xiàn)象僅是中強(qiáng)震孕育發(fā)生的模式之一。從表1中可以清晰的看出，12次震例中僅5例震前在破裂成核點(diǎn)附近存在加速釋放特征，3例震前表現(xiàn)出應(yīng)變的減速釋放特征，另外4例為勻速釋放。值得一提的是，在MS5.0～5.5震例中僅1例在震前表現(xiàn)出應(yīng)變能加速，占總數(shù)的17%；而MS5.6～6.4的震例中有4例在震前存在矩加速釋放特征，占總數(shù)的67%。因此認(rèn)為華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)震前的AMR現(xiàn)象更具有一定的普遍性，但卻不是充要條件。

中小地震叢集現(xiàn)象往往被認(rèn)為是強(qiáng)震發(fā)生的前兆或構(gòu)造活動(dòng)的外釋信號(hào)，成為了地震預(yù)測(cè)的重要依據(jù)之一。2012年以來(lái)，華北地區(qū)最值得關(guān)注的震情活動(dòng)是環(huán)渤海地區(qū)的中等地震及震群事件的頻發(fā)，先后發(fā)生了遼寧燈塔M5.1、內(nèi)蒙通遼M5.3、吉林前郭M5.8和河北灤縣M4.8、山東萊州M4.6、乳山M4.3等中等地震，以及山東長(zhǎng)島、萊州、乳山、遼寧海城、蓋州和河北贊皇、蔚縣等一系列圍繞渤海及郯廬斷裂帶北段的典型事件，這足以說(shuō)明環(huán)渤海地區(qū)的應(yīng)力背景處于高值水平。本文應(yīng)用提取出的華北地區(qū)矩加速釋放模型參數(shù)，采用刪除余震并剔除干擾事件(M≥5.0)后MC2.5的地震目錄，假定發(fā)震時(shí)刻為2014年1月26日，來(lái)檢驗(yàn)?zāi)壳碍h(huán)渤海地區(qū)的AMR現(xiàn)象及Benioff應(yīng)變釋放曲線情況，結(jié)果如圖9所示。

圖9a中顯示，在環(huán)渤海及黃海地區(qū)集中出現(xiàn)了北北西向展布的大面積的低值區(qū)域，矩加速釋放特征顯著。Benioff應(yīng)變釋放曲線表明自2012年開(kāi)始該區(qū)域處于應(yīng)變能加速累積的階段，曲率參數(shù)C值為0.62，低于華北地區(qū)1989年以來(lái)12次中強(qiáng)震前的任何一次(圖9b)。

5結(jié)論和討論

本文利用地震矩釋放程度m值對(duì)1989年以來(lái)華北地區(qū)12次中強(qiáng)震前的AMR現(xiàn)象進(jìn)行了回顧性震例檢驗(yàn)。(1)通過(guò)對(duì)值在t-r二維空間的圖像分析，提取出了研究區(qū)與AMR現(xiàn)象有關(guān)的特征時(shí)—空尺度，即MS5.0～5.5地震在半徑r=110 km，時(shí)間窗長(zhǎng)t=4 a，MS5.6～6.4 地震在半徑r=180 km，時(shí)間窗長(zhǎng)t=6 a的情況下，AMR現(xiàn)象更具有“優(yōu)勢(shì)”和普遍性。(2)利用得到的特征時(shí)—空尺度對(duì)每個(gè)震例進(jìn)行震前1 a至震時(shí)，依次遞減3個(gè)月在空間范圍的掃描。結(jié)果顯示，除1992年黃海MS5.3地震外的5次MS5.0～5.5地震前AMR現(xiàn)象沒(méi)有形成明顯的優(yōu)勢(shì)集中區(qū)，與實(shí)際震中和發(fā)震時(shí)刻沒(méi)有關(guān)聯(lián)性；6次MS5.6～6.4地震前在震中區(qū)附近均出現(xiàn)顯著、穩(wěn)定的距加速釋放區(qū)域，值隨著實(shí)際發(fā)震時(shí)刻的臨近而逐漸減小或向震中位置逐漸收縮，AMR現(xiàn)象出現(xiàn)的空間區(qū)域與實(shí)際震中也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(3)考察了震前震中區(qū)附近的Benioff應(yīng)變釋放情況，12次震例中有5例在破裂成核點(diǎn)附近存在AMR現(xiàn)象，與空間掃描結(jié)果基本一致，說(shuō)明華北地區(qū)MS≥5.5中強(qiáng)震前AMR現(xiàn)象存在一定的普遍性，與區(qū)域地震孕育的物理過(guò)程有一定的相關(guān)性。(4)對(duì)研究區(qū)目前地震矩釋放程度時(shí)—空掃描的結(jié)果顯示，環(huán)渤海地區(qū)存在顯著的矩加速釋放特征，Benioff應(yīng)變釋放曲線表明背景應(yīng)力水平較高。(5)通過(guò)上述研究，不難發(fā)現(xiàn)地震能量的累積釋放與時(shí)間的關(guān)系比簡(jiǎn)單的用AMR模型來(lái)描述要復(fù)雜很多，一些地震前沒(méi)有AMR現(xiàn)象出現(xiàn)，出現(xiàn)AMR現(xiàn)象也不一定會(huì)有中強(qiáng)地震發(fā)生，因此用矩釋放程度的時(shí)—空掃描方法對(duì)未來(lái)中強(qiáng)震發(fā)震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)需要與其它地震學(xué)預(yù)測(cè)方法相互映證，綜合考慮。

本研究在成文過(guò)程中得到山東省地震局劉希強(qiáng)研究員、山長(zhǎng)侖高級(jí)工程師的幫助，審稿專(zhuān)家提出了諸多有益建議，在此深表感謝。

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Firstly，we study the accelerating moment release(AMR)before the 12MS≥5.0 moderate-strong earthquakes in North China region since 1989 by using the accelerating moment releasem-value.Secondly，based on the catalogue of deleted aftershock，we extracted a temporal-spatial window related with AMR as the scanning model parameter in North China.Using the three monthly spatial scanning modes in one year before the earthquake，we obtained the temporal evolution variation ofm-value with time，and investigated the Benioff train release around the epicenter area of 12 earthquakes.The result indicates that there was no obvious correlation between the AMR appeared beforeMS5.6～6.4 earthquakes and origin time.There appeared stable and concentrated AMR area before the 67% earthquakes out of theMS5.6～6.4 studied events around the epicenter area，which showed that the AMR phenomenon appeared beforeMS≥5.0 moderate-strong earthquakes had a certain universality in North China.Using AMR to forecast the site of future moderate-strong earthquakes has some potential and develop ability，but it still needed other ways to evident.

Key words：seismic accelerating moment release；Benioff strain release；spatial scanning；the north China region

*收稿日期：2014-02-27. 基金項(xiàng)目：2012年度山東省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(ZR2012DQ009)和“中國(guó)大陸未來(lái)10年M≥7.0地震危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)”工作專(zhuān)項(xiàng)聯(lián)合資助.

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-0666(2015)03-0359-11

Research on Spatial Scanning Characteristic of Accelerating Moment Release before Moderate-strong Earthquakes in North China Region since 1989

LI Xia1，JIANG Chang-sheng2，YAN De-qiao1，ZHANG Zhi-hui1，YIN Xiang-hao1，CHEN Chuan-hua1，WANG Zheng1

(1.Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250014，Shandong，China) (2.Institute of Geophysics，CEA，Beijing 100081，China)

Abstract