2021年9月4日新疆皮山MS5.1地震震群序列及趨勢分析①

張琳琳， 聶曉紅， 向 元， 高 榮

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

2021年9月4日新疆維吾爾自治區(qū)皮山縣發(fā)生MS5.1地震；9月5日葉城縣又發(fā)生MS5.0地震，震中相距約30 km，發(fā)震時間相差0.7 d，形成5級震群。2次5級地震前還存在前震序列，因此，皮山MS5.1地震序列屬于“前-主-余”型震群。由于該地震序列既屬于“前-主-余”型，又屬于震群型，因此，在重點(diǎn)分析地震序列活動的衰減特征、b值、h值等參數(shù)的變化特征基礎(chǔ)上，對該次地震前的地震學(xué)異常進(jìn)行排查，為西昆侖地震帶及附近地區(qū)的科研資料積累提供參考。

1 皮山MS5.1地震序列概述

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)(CENC)測定，2021年9月4日9時54分8秒，新疆維吾爾自治區(qū)皮山縣發(fā)生MS5.1地震，震源深度7 km；9月5日1時52分7秒，葉城縣發(fā)生MS5.0地震，震源深度10 km；皮山MS5.1和葉城MS5.0地震前發(fā)生多次中小地震的前震序列，最大前震為葉城MS4.8地震。

中國地震局臺網(wǎng)中心(CENC)和美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)顯示兩次主震及最大前震的震源參數(shù)如表1所示。

表1 皮山MS5.1、葉城MS5.0地震序列震源參數(shù)

截止2021年9月17日，葉城單臺共記錄到ML≥0.0地震336次(包括前震)，其中，ML0.0～0.9共26次，ML1.0～1.9共210次，ML2.0～2.9共67次，ML3.0～3.9共22次，ML4.0～4.9共11次(有8次為前震)，主震后的序列中最大余震為9月5日01時55分發(fā)生的ML4.2地震。在主震發(fā)生之前共記錄到地震79次，其中，ML0.0～0.9共5次，ML1.0～1.9共35次，ML2.0～2.9共21次，ML3.0～3.9共11次，ML4.0～4.9共7次。

整個地震序列呈現(xiàn)近NS向展布并垂直于斷層，余震活動主要位于兩次主震的中間位置，即皮山MS5.1地震的南部和葉城MS5.0地震的北部。余震主要集中區(qū)長軸約32 km，短軸約28 km，與澤普斷裂近垂直分布(圖1a)。前震活動集中在皮山MS5.1地震周圍4 km處。最大前震葉城MS4.8地震前,序列主要集中分布在前震集中區(qū)的西南部，呈近NS向分布，長約為17 km，寬約為13 km(圖1b)。皮山MS5.1地震與葉城MS5.0地震期間地震序列活動較前期向西北部和東部擴(kuò)展，但是仍主要分布在前期的地震序列集中區(qū)，同樣呈現(xiàn)近NS向展布，長軸約30 km，短軸約25 km(圖1c)。葉城MS5.0地震后，余震序列仍在皮山MS5.1地震的西南部集中分布，集中區(qū)長約為13 km，寬約為11 km(圖1d)，葉城MS5.0地震與余震序列集中區(qū)之間形成直徑約13 km的ML≥3.0余震空段，該區(qū)域內(nèi)地震以ML0.0～1.9地震為主，ML2.0～2.9地震僅3次，最大震級為ML2.7?？斩蝺?nèi)后續(xù)是否有較大余震發(fā)生，需進(jìn)一步跟蹤分析[1-2]。

圖1 皮山MS5.1、葉城MS5.0地震序列震中分布圖

前震序列呈現(xiàn)出“活躍―平靜―活躍”的活動狀態(tài)，平靜時長達(dá)4個小時，強(qiáng)度以ML1.0～2.0為主，頻次達(dá)6次/小時(圖2)。皮山MS5.1地震后，余震活動水平較高，多數(shù)ML≥2.0，頻次達(dá)12次/小時。葉城MS5.0地震后，前期余震活動強(qiáng)度為ML2.0左右，頻次最多達(dá)30次/小時。而震后7 h頻度迅速衰減至3次/小時以下，ML<2.0。最大余震ML3.5在震后3 h發(fā)生。該序列頻次衰減較為迅速，86%的余震集中發(fā)生在9月4～5日，地震頻度由30次/小時衰減至12次/小時，再到2次/小時，余震強(qiáng)度呈現(xiàn)起伏變化狀態(tài)，ML<2.0為主。該序列類型為“前-主-余”型震群[2]。

皮山MS5.1和葉城MS5.0地震位于新疆臺網(wǎng)監(jiān)測水平較低的地區(qū)，周圍200 km范圍內(nèi)共有10個臺站，其中0～100 km范圍內(nèi)有2個測震臺，分別為葉城臺和康克爾臺，101～200 km 范圍內(nèi)有8個測震臺，分別為岳普湖臺、杜瓦臺、和田臺、和田臺陣0、和田臺陣3、和田臺陣5、和田臺陣7和和田臺陣9。臺站主要集中分布在震區(qū)東南部地區(qū)，西北部僅有2個臺(圖3)。

2 皮山MS5.1地震序列類型分析

2.1 皮山MS5.1和葉城MS5.0地震的調(diào)制分析

根據(jù)引潮力對地震活動的調(diào)制影響，秦保燕等認(rèn)為在每個月朔、望時段發(fā)生的地震為調(diào)制地震，而每個月的朔、望時段為農(nóng)歷初一和十五前后各4 d[1,3]。張國民等通過對大陸區(qū)域7級地震的發(fā)震時間進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)震的4個主要集中時間為朔日、望日、上弦日、下弦日，而朔日為農(nóng)歷二十八至初二共5 d，望日為農(nóng)歷十五至十七共3 d，上弦日為初八至初九共2 d，下弦日為農(nóng)歷二十二至二十五共4 d，這14 d內(nèi)發(fā)生的地震均受到固體潮觸發(fā)作用，地下介質(zhì)背景和應(yīng)力水平的不同，受到固體潮觸發(fā)作用也存在差異，而當(dāng)未來震中及其附近區(qū)域應(yīng)力處于亞失穩(wěn)狀態(tài)，此時固體潮的觸發(fā)作用可能會增強(qiáng)[1,4-5]。

皮山MS5.1和葉城MS5.0地震兩次主震發(fā)生在農(nóng)歷七月二十八和七月二十九，均為調(diào)制地震，表明這兩次地震活動可能與固體潮調(diào)制作用有關(guān)。

2.2 皮山MS5.1和葉城MS5.0地震序列類型早期判定

根據(jù)前人對地震序列類型判定的研究，主要是根據(jù)序列中最大地震的能量釋放比，序列中最大地震與次大地震的震級差等方法進(jìn)行類型的判定和劃分[1,5]：

(1) 地震序列中最大地震的能量釋放比即RE=Emax/Etotal判定序列類型，當(dāng)RE≥99.99%時即判定為孤立型；當(dāng)90%≤RE≤99.99%時，序列分析為主震-余震型；而當(dāng)RE<90%時，地震序列判定為震群型[1]。(2) 以序列主震與次大地震震級差ΔМ=M0-M1進(jìn)行序列劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)：若ΔМ≥2.5且余震個數(shù)較少，序列判定為孤立型；當(dāng)0.6≤ΔМ≤2.4，序列為主震-余震型；當(dāng)ΔМ<0.6時，序列則被認(rèn)定為震群型[1]。

皮山MS5.1和葉城MS5.0地震前震區(qū)內(nèi)共發(fā)生8次MS≥3.0地震，其中MS3.0～3.9共4次，MS4.0～4.9共4次，最大前震為9月4日9時28分葉城MS4.8地震，此次地震序列前期衰減較快[1]，主震后僅發(fā)生1次MS≥4.0地震。本次地震序列中最大地震為MS5.1，與次大地震MS5.0的震級差為0.1，主震占整個序列的能量比為24.4%[1]，分析認(rèn)為本次地震序列為前-震群型。

通過計算序列參數(shù)可知，截止9月10日，本次序列的P值隨序列的發(fā)展逐步升高，目前序列P值為2.24，表明該序列衰減“由慢變快”；h值隨時間逐步減小，但其值均高于1.0，目前h值為1.9[1,6-9]；b值隨時間逐漸增大，由0.29升至0.51；由序列進(jìn)行的外推震級大小基本為ML5.5左右(圖4，表2)。由序列參數(shù)變化分析，判定本次地震序列類型為“前-主-余”型。

圖4 皮山MS5.1和葉城MS5.0地震序列b值和h值序列曲線

表2 皮山MS5.1和葉城MS5.0地震序列不同時段參數(shù)計算表

2.3 歷史地震序列類比

1900年以來，皮山MS5.1和葉城MS5.0地震周圍100 km范圍內(nèi)共發(fā)生MS≥5.0地震3次(除余震)。其中2次為孤立型，1次為“主-余”型?；跉v史震例的相關(guān)分析[10-15](表3)，2010年以來，本次地震100 km范圍內(nèi)共發(fā)生13次震群，其中ML≥4.0的震群4次，與皮山MS5.1和葉城MS5.0地震活動特征較為相似的為2012年葉城ML5.0震群(表3)，即MS5.0地震前震級出現(xiàn)明顯的升級現(xiàn)象。但是后續(xù)震群活動中地震震級無增大變化，地震活動水平低于前期主震，此次地震序列其后的最大地震活動水平為4.0級左右。

表3 2010年以來震區(qū)100 km范圍ML≥4.0地震震群統(tǒng)計表

3 震前異常分析

皮山MS5.1和葉城MS5.0地震震區(qū)附近區(qū)域存在4級地震平靜、西昆侖小震群累積月頻度、小震調(diào)制比3項測震學(xué)異常[16-20]。

3.1 阿圖什—皮山MS≥4.0地震平靜

2019年1月12日～2020年10月18日，阿圖什—皮山MS≥4.0地震出現(xiàn)645 d的平靜，2020年10月18日和31日，區(qū)內(nèi)分別發(fā)生莎車MS4.0和阿克陶MS4.1地震，2021年2月5日葉城發(fā)生MS4.2地震(圖5)，平靜區(qū)打破后境外哈薩克斯坦2021年2月13日發(fā)生MS6.2地震，但此次地震位于平靜區(qū)外圍。根據(jù)該區(qū)1970年以來歷史地震活動特征分析，MS≥4.0地震平靜≥230 d(即2倍方差)，平靜結(jié)束后1年平靜區(qū)及周邊50 km范圍存在發(fā)生MS≥5.0地震的可能，優(yōu)勢發(fā)震時間為平靜結(jié)束后6個月。

圖5 阿圖什—皮山MS≥4.0地震分布圖

3.2 和田地區(qū)MS≥4.0地震平靜

2020年6月26日于田MS6.4地震后，和田附近區(qū)域MS≥4.0地震平靜431 d，2021年9月3日葉城發(fā)生MS4.0地震，打破了該平靜(圖6)。預(yù)測指標(biāo)顯示，1970年以來地區(qū)MS≥4.0地震平靜超過263 d，其后6.5個月內(nèi)發(fā)生MS≥5.0地震的比例為78%，其中MS≥6.0地震的比例為29%，優(yōu)勢發(fā)震時間為60 d，優(yōu)勢發(fā)震區(qū)域為平靜區(qū)及周邊50 km，預(yù)測效能評價顯示，R值為0.4，大于R0(0.34)。皮山MS5.1地震和葉城MS5.0地震發(fā)生在平靜打破后2 d內(nèi)。

圖6 和田地區(qū)MS≥4.0地震分布圖

3.3 西昆侖小震群累積月頻度

小震群累積月頻度預(yù)測指標(biāo)顯示，當(dāng)小震群累積月頻度存在“加速—減速”活動特征，西昆侖地震帶存在發(fā)生MS≥5.0地震的可能。2020年1月19日伽師MS6.4地震后，西昆侖西段小震群活動平靜，2020年7月以來，西昆侖小震群活動開始呈現(xiàn)明顯加速現(xiàn)象，其后出現(xiàn)減速(圖7)。

圖7 2007年以來西昆侖小震群累積月頻度圖

3.4 小震調(diào)制比異常

新疆地區(qū)基于綜合定位ML≥3.0地震目錄計算，以6個月為窗長，1個月為步長，空間掃描步長為0.5°×0.5°所得的小震調(diào)制比空間掃描結(jié)果顯示，當(dāng)小震調(diào)制比在某一地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)3個月以上的高值，則確認(rèn)該區(qū)小震調(diào)制比處于異常狀態(tài)。2021年3月葉城附近地區(qū)出現(xiàn)了約2°×1.5°范圍的高值，4月該地區(qū)的小震調(diào)制比高值持續(xù)，5月葉城附近高值區(qū)面積縮小至約1°×1°范圍，但在5月該區(qū)域高值與喀喇昆侖山脈附近的異常區(qū)連成一片，7月異常幅度較前期縮減，8月異常區(qū)主要分布在葉城周邊地區(qū)，圖8顯示異常逐漸形成的過程。

圖8 新疆地區(qū)小震調(diào)制比Rm空間分布圖

4 結(jié) 語

對2021年9月4日皮山MS5.1地震序列分析表明，皮山MS5.1和葉城MS5.0地震均發(fā)生在調(diào)制時段，屬于調(diào)制地震，表明該地震的發(fā)生與固體潮調(diào)制作用有關(guān)。兩次主震間震級差為0.1，主震占整個序列的能量比為24.4%，序列的P值、b值和h值的變化特征均顯示該地震序列屬于“前-主-余”型震群。皮山MS5.1震群前，震源區(qū)附近區(qū)域測震學(xué)存在一些異常，地震發(fā)生后，部分異常仍然存在，需要進(jìn)一步加強(qiáng)震情跟蹤分析。另外，皮山MS5.1和葉城MS5.0 地震均處于監(jiān)測水平較弱的西昆侖區(qū)域，臺站分布稀少，一些數(shù)字地震學(xué)方法無法在此開展和使用，因此，加強(qiáng)臺站的架設(shè)，可以為今后對該區(qū)震情趨勢研判和分析提供更好的依據(jù)。