2. 中国地震局兰州地震研究所, 兰州 730000;
3. 青海省地震局, 西宁 810001
2. Lanzhou Institute of Seismology, CEA, Lanzhou 730000, China;
3. Qinghai Earthquake Agency, Xining 810001, China
临震预报是地震长、中、短、临渐进式预报中难度最大、最具挑战性的阶段。从数字地震波的角度开展探索是我国临震预报的主要研究方向之一,得到了广泛而持久的关注(冯德益等,1994;郑斯华等,1992;陈章立,2007;高原等,2004;刘杰等,2004;王玥琪,2015)。
近年来,笔者利用宽频带数字地震记录开展了强震临震预测研究工作。在《强震临震微波动现象初步研究(一)》(下文简称:初步研究(一))中,通过对汶川8.0级、玉树7.1级、青川5.4级等震例临震阶段宽频带数字地震记录进行反复对比研究,初步识别出具有共性频谱特征及时、空表现的临震微波动现象(杨立明等,2018a;Yang et al,2019)。主要特征表现为:①频谱范围较宽,优势频率为11~16Hz,频谱形态较为整齐;②出现在震前12~14天,有可能被震中距50km范围内的台站记录到,震中距大于50km的台站一般记录不到;③可能具有方向性,表现为活动度N值变化显著的方向可能与强震的震源位置、发震断层及余震分布等有关。由此初步认为,临震微波动可能与震源区的预活动、预滑移、微破裂或与临震阶段相关活动构造的预滑移、微破裂等事件有关。
在《强震临震微波动现象初步研究(二)》(下文简称:初步研究(二))中,通过对2012—2014年青藏高原24次5级以上震例持续3年的连续跟踪检验,进一步验证了初步研究(一)中临震微波动的频谱、时空特征和临震微波动的客观性、重现性、信号的微弱性、与微震事件频谱的相似性等特征;通过补充震例,修改临震微波动的时间特征为:出现在震前6~24天、平均15天,并进一步得出临震微波动可能与地震强度有关的结论,即震级越大,震前出现临震微波动的可能性越大(杨立明等,2018b;Yang et al,2019)。
作为延续性工作,为了对临震微波动及其上述主要特征作进一步验证和检验,笔者及其团队基于2011年在兰州建成的覆盖青藏高原地区的“临震微波动实时监控和跟踪分析系统”(杨立明等,2017),利用甘肃、四川、云南、西藏、青海等区域台网200余个宽频带数字地震台站实时波形资料,对2019—2022年间发生的44次5级以上地震及部分无震区域台站观测进行全程跟踪,以验证临震微波动及其主要特征,进一步检验临震微波动的客观性、重现性等。
1 2019—2022年青藏块体地震活动概况据中国地震台网测定,2019—2022年青藏块体共发生独立5级以上地震44次,其中5.0~5.9级地震32次,6.0级以上地震12次。在实际跟踪过程中,5.0~5.9级地震前出现临震微波动的震例较少,与前期初步研究(二)的研究结果较为一致,故本文仅对6.0级以上地震进行分析,对5.0~5.9级地震仅举例阐述。2019—2022年青藏高原6.0级以上地震及典型5.0级地震具体参数,如表 1所示。
为了研究工作的连续性,按照初步研究(一)、初步研究(二)相同的分析思路开展研究。鉴于实时跟踪分析的数据量庞大,本文仅介绍震中100km范围内出现明显临震微波动的台站及其震前3个月、2019—2022年跟踪时段的连续资料,其他时段及台站的跟踪结果不做文字阐述。
2.1.1 2021年5月21日漾濞6.4级地震漾濞6.4级地震震中距离洱源台45km、距团山台39km、距龙云台56km、距保山台98km,其余台站震中距均超过100km。洱源台在震前三个月的事件活动度N值曲线如图 1(a)所示,可以看出5月19—28日期间N值存在明显的异常变化,异常最先出现在19日,距离发震2天,持续9天,异常幅度最大值为26,EW测道异常突出。洱源台2019年1月1日—2022年12月31日期间事件活动N值曲线如图 1(b)所示,在持续4年的实时连续跟踪实践中,仅2021年5月19—28日出现临震微波动,其余时段均未出现此现象,表明了临震微波动的客观性、真实性。
玛多7.4级地震附近台站稀疏,震中距离玛多台38km、距巴颜喀拉台68km。玛多台震前三个月的事件活动度N值曲线如图 2(a)所示,由图可见震前没有临震微波动异常现象,但是震后出现了明显的微波动异常,持续8天,UD通道显著。2019年1月1日—2022年12月31日期间玛多台的事件活动度N值曲线如图 2(b)所示,在持续4年的实时跟踪实践中,仅2021年5月22—30日出现临震微波动,其余时段均未出现此现象,表明临震微波动的客观性、真实性。
泸定6.8级地震震中距离姑咱台60km、距石棉台49km、距九龙台83km。姑咱台震前三个月的事件活动度N值曲线如图 3(a)所示,震前8月15—27日期间,姑咱台N值出现明显的异常变化,异常于发震前20天开始,持续12天,异常幅度最大值为24,EW测道异常突出。2019年1月1日—2022年12月31日期间姑咱台的事件活动度N值曲线如图 3(b)所示,在持续4年的实时跟踪实践中可以看到,尽管N值起伏变化较大,但泸定地震前8月15—27日期间的变化非常明显和突出。
盈江5.0级地震震中距离沙坝台65km、距热海台56km、距畹町台99km、距民振台55km、距箐口台53km、距新华台64km。沙坝台地震前三个月的事件活动度N值曲线如图 4(a)所示,该台5月31日—6月8日N值出现异常,异常于发震前12天开始,持续9天,异常最大值为11,NS测道异常显著。2019年1月1日—2022年12月31日期间沙坝台事件活动度N值曲线如图 4(b)所示,在连续4年的跟踪实践中,仅盈江5.0级地震前出现临震微波动,其余时段均未出现该现象,同样表明了临震微波动的客观性、真实性。
依照上述思路,逐一研究2019—2022年期间发生在青藏块体的5级以上地震。在12次6级震例中,3次地震(墨脱6.3级、尼玛6.6级、德令哈6.0级地震)震中100km范围内无台站;1次地震(比如6.1级地震)震中50km范围内无台站;4次地震(长宁6.0级、泸州6.0级、门源6.9级、马尔康6.0级地震)震中50km范围内虽有台站,但未记录到临震微波动。
在全部5.0~5.9级地震中,8次地震震中100km范围内无台站,其余24次地震仅盈江5.0级地震记录到临震微波动(沙坝台,震中距65km)。
漾濞6.4级、玛多7.4级、泸山6.8级、盈江5.0级4次地震分别在震前、震后余震活动中观测到类似汶川8.0级、玉树7.1级地震前的临震微波动现象,异常台站空间距离、异常持续时间等特征见表 1。
2.2 临震微波动的无震跟踪实践在对临震微波动持续4年的实时观测中,有一个现象值得关注,即出现临震微波动现象的台站很少。作为延续性的工作,为了与前期初步研究(二)的研究结果相对应,以下仍以西藏地震台网为例进行研究。
西藏地震台网由15个台站组成。对于2019年1月—2022年12月西藏地区5级以上地震,震中附近有台站的几次地震依次为:2020年1月25日丁青5.1级地震,最近台站为丁青台,震中距87km;2020年3月10日改则5.0级、3月12日改则5.1级地震,最近台站为改则台,震中距分别为89km和94km;2021年3月19日比如6.1级地震,最近台站为那曲台,震中距89km,以及比如台,震中距96km;其余地震周边台站的震中距均超过100km。即4年期间,西藏地区发生的5级以上地震均在距离台站50km以外(最近距离87km)。
西藏地震台网部分台站连续4年的N值曲线如图 5所示,其表现出N值处于一种随机起伏的状态(如当雄、改则、那曲、普兰等台站),或存在某种周期性的起伏(如林芝、墨竹工等台站),但没有一个台站的N值出现过类似汶川8.0级、玉树7.1级等震例的异常特征,也没有一个台站出现满足初步研究(一)、初步研究(二)提炼的震情监视、跟踪指标的情况。
因此,2019—2022年期间,西藏地震台网的台站没有观测到临震微波动现象,且期间发生在西藏地区的5级以上地震距离台站均超过50km(最近87km)的事实,符合初步研究(一)、初步研究(二)提炼的震情监视、跟踪指标判据,从另一个角度对临震微波动现象的有效性进行了验证。
3 讨论与结论 3.1 相关问题的讨论(1) 临震微波动现象具有重现性。在本次跟踪的2019—2022年4年期间,青藏高原地区发生的具有较大影响的漾濞6.4级、玛多7.4级、泸定6.8级等地震事件均观测到了类似汶川8.0级、玉树7.1级、芦山7.0级、康定6.3级等地震的临震微波动现象,其主要特征及表现与前期初步研究(一)、初步研究(二)的研究结果一致,再次证实了强震前的临震微波动具有重现性。而对西藏地区连续4年的观测和地震活动实况,从另一个角度检验了临震微波动的客观性和有效性。既证实了临震微波动具有重现性,也意味着以此现象为跟踪指标进一步开展临震预测探索具有现实意义。
(2) 临震微波动有效监控半径确定为70km可能比较合适。在初步研究(一)、初步研究(二)中,临震微波动出现在震中距50km半径的台站。在2019—2022年跟踪过程中,距离盈江5.0级地震65km的沙坝台观测到了临震微波动,突破了50km半径范围。因此,以70km为临震微波动的有效观测半径可能比较合适。在今后的跟踪实践中,应视实际震例继续完善。
(3) 临震微波动现象与震级有关,震级越大,震前出现临震微波动的可能性越大。除去震中距70km半径内无台站的地震外,不同震级档地震出现临震微波动映震率如表 2所示。2019—2022年发生的6.4级以上地震,除门源6.9级地震外,其余3次,包括漾濞6.4级、玛多7.4级、泸定6.8级地震均出现了临震微波动现象。而震级较小的地震映震比率较小,与前期初步研究(二)的研究结果相一致。
综合汶川8.0级、玉树7.1级等震例,初步研究(一)、初步研究(二)提炼的结果以及本文对2019—2022年震例跟踪结果可进一步提炼震情监视、跟踪的判据如下:
(1) 跟踪指标:以临震微波动及其活动度为目标,动态跟踪震情变化。若临震微波动活动度在一定范围内随机起伏,属正常活动,不具有强震危险性;若临震微波动活动度超出随机起伏的变化范围,且持续时间达到或超过4天,则意味着可能具有强震危险性。
(2) 时间判据:当临震微波动活动度N值出现异常变化,从异常出现之日计算,预测未来2~24天,平均15天左右可能存在强震的危险。
(3) 地点判据:以出现临震微波动异常变化的台站为中心,70km为半径的区域可能是未来发震的区域。
(4) 强度判据:临震微波动现象可能与震级有关,震级越大,震前出现临震微波动的可能性越大。在震情跟踪实践中,目标地震震级一般应在6级以上,对于6级以下地震,除个别震例或台站附近发生的地震,一般不具有预测效能。
3.3 有关问题的说明(1) 尽管本文仅给出了2019—2022年期间临震微波动的跟踪结果,但实际上,自2011年起“临震微波动实时监控和跟踪分析系统”已连续运行了13年。2012—2014年跟踪结果已在初步研究(二)中发表,本文对2019—2022年的跟踪结果进行了论述,有关2015—2018年期间的典型震例至今还未发表,但其结论与初步研究(二)和本文研究结果一致。
(2) 2022年门源6.9级、2016年门源6.4级地震均未记录到临震微波动现象,类似的震例还有2014年10月7日景谷6.6级地震,该地震距离景谷台27km,也没有记录到临震微波动,其原因需进一步研究。
陈章立, 2007, 数字地震观测资料应用研究, 北京: 地震出版社.
|
冯德益、陈化然、丁伟国, 1994, 大震前地震波频谱异常特征的研究, 地震研究, 17(4): 319-329. |
高原、梁维、丁香等, 2004, 云南2001年施甸地震的剪切波分裂参数变化特征, 地震学报, 26(6): 576-582. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2004.06.002 |
刘杰、郑斯华、康英等, 2004, 利用P波和S波的初动和振幅比计算中小地震的震源机制解, 地震, 24(1): 19-26. |
王玥琪. 2015. 不同类型事件宽频带地震仪记录的频谱特征研究. 硕士学位论文. 兰州: 中国地震局兰州地震研究所.
|
杨立明、郝臻、王建军等, 2017, "兰州地脉动实时跟踪技术系统"简介, 国际地震动态, (8): 77-78. |
杨立明、郝臻、王建军等, 2018a, 强震临震微波动现象初步研究(一), 中国地震, 34(2): 219-233. |
杨立明、郝臻、王建军等, 2018b, 强震临震微波动现象初步研究(二), 中国地震, 34(2): 234-243. |
郑斯华、铃木次郎, 1992, 西藏高原及其周围地区地震的地震矩张量及震源参数的尺度关系, 地震学报, 14(4): 423-434. |
Yang L M, Hao Z, Wang J J, et al, 2019, A preliminary study on the phenomenon of microseismic fluctuations before impending strong earthquake, Earthq Res Adv, 33(3): 367-390. |