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湖北巴东5.1级地震前的地震条带异常及视应力特征分析

更新时间:2009-03-28

0 引言

地震活动性方法是我国当前最重要的一类地震预测方法,其中地震条带是这类方法中应用较多、效果较好的方法[1-2]。随着数字地震观测技术的发展,数字地震学方法在地震预测研究中的研究越来越深入,视应力就是其中应用较为广泛的方法之一。前人已经对视应力开展了大量的研究工作,研究内容主要包括区域视应力的水平、强震前后视应力的时空变化特征、视应力与震级和深度的关系以及视应力与地震类型的关系等。近年来,在中强地震前后的视应力变化研究方面,易桂喜等[3]、程万正等[4]、李艳娥等[5]对汶川8.0级地震前的视应力时空分布特征进行了研究,宫悦等[6]针对芦山7.0级地震、李赫等[7]和岳晓媛等[8-9]针对首都圈中强地震、蔡杏辉[10]针对福建仙游5.0地震以及陈丽娟等[11]针对2013年7月22日岷县MS6.6地震前后的视应力进行了研究,获得了不少有意义的成果。

2013年12月16日13时04分在湖北巴东发生5.1级地震,对于该地震的发震构造和成因机制前人已经进行了大量研究[12-16],目前获得的主要观点为,该地震属于构造型水库地震,发震断层为近东西向的构造。对于该地震前的地震活动性异常,研究成果较少,本文将结合发震构造和成因机制等已有研究成果,对震前的地震条带异常进行分析。另外,采用国家数字测震台网数据备份中心提供的地震波形数据,测定2012年5月至巴东5.1级地震前41次ML≥3.0地震的视应力,分析巴东5.1级地震前视应力的时空变化特征。

1 地震条带异常分析

1.1 条带判定准则

条带的判定准则是[17]:在考虑区域监测能力的前提下,自起始震级ML2.0开始扫描,逐级上调震级,直到没有条带现象,时间上从震前数月到数年,依次扫描以保证不遗漏任意一种震级下限和时间尺度的条带图像。组成条带的地震个数N≥6次,条带的长度应在100 km以上,条带的长宽比≥4;条带上最大空段小于条带长度的1/3,且分布较均匀;条带内外地震活动形成鲜明的对比,即内部活跃外部稀疏,理想的异常条带上的地震次数N条与条带外围的地震次数N外满足N条/(N 条+N 外)≥0.75。

牧草种子发芽对环境温度要求≥5℃,在牧草生长过程中,同样受到生长温度临界线(点)限制,在相应范围内,出苗率和生长速度均随温度提高而提高。牧草在生长中,需要储存足够营养物质而完成越冬和抵御外界不良干扰。因此,人工草地建植需要正确选择时节,应满足其生物和生产需要,富有足够的生长时间。那棱格勒村平均地温4月份为4℃,5月份为8℃,上升直至7月份;气温≥5℃起始期为5月4日,同样上升至7月份,9月份即逐渐下降[1]。年变化如下图所示。无霜冻期起始时间为5月21日。进入5月份,预计牧草下种后7~10d即出苗。因此,为防止霜冻而安全起见,出苗必须在5月21日后,7月10日以前完成草地建植。

1.2 地震条带分布特征

依据地震条带的判定准则,利用中国地震台网中心提供的ML≥2.0级地震目录对巴东5.1级地震前的条带图像进行扫描。扫描结果发现,震前震中周围出现2条相互交汇的ML≥3.0地震条带,北西向条带长900 km,宽120 km,组成条带的地震次数为22次,震级范围为ML3.0~3.6,条带上地震的起始时间为2012年5月,条带上最后一次地震距主震发生的时间间隔为40 d。近东西向条带长720 km,宽80 km,组成条带的地震次数为11次,震级范围为ML3.0~3.6,条带地震的起始时间为2012年6月,条带上最后一次地震距主震发生的时间间隔为63 d。主震位于条带交汇区附近,如图1。图中地震目录选取的时间范围为2012年5月1日至2013年12月15日。

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图1 巴东5.1级地震前的条带图像Fig.1 Belt images before the Badong MS5.1 earthquake

1.3 地震条带内外频度比曲线

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图2 地震条带的内外频度比曲线Fig.2 Internal and external frequency ratio curves of seismic belt

1.4 条带地震受调制情况分析

从地震条带形成开始对条带及周边的ML≥3.0级地震进行视应力计算,选取的地震对应时间段为2012年5月19日至2013年12月15日,对同一地点的余震进行剔除,选取的41个地震大部分震级在ML3.0~3.9之间,ML4.0级以上地震仅2次,对视应力值与震级的关系进行拟合,发现视应力与震级的线性关系不明显。如图7。

1.5 地震条带走向与节面走向的关系

对于地震条带的特征,刘蒲雄等人[23]认为条带特征与震源机制和地震类型有一定关系,条带走向一般接近于未来主破裂面的走向,条带可能反映与未来主破裂直接有关的断裂带(发震断裂带)的活动。对于本次地震的震源机制和发震构造,赵凌云等[12]反演的最佳双力偶震源机制解为节面I:走向166°,倾角82°,滑动角41°;节面Ⅱ:走向69°,倾角49°,滑动角169°;分析认为此次地震的发震断层为带有逆冲成分的走滑性质断层,主压应力P轴近EW向,主张应力轴近NS向,余震序列主要呈EW分布,少部分呈NS方向分布,判断近EW向节面为发震断层。高红亮等人[16]综合区域地质构造、震源机制解、地震序列空间分布等分析得到相似的结果。现将赵凌云等人[12]的震源机制解两个节面与两条条带的走向进行对比分析,发现两个角度差都在10°左右,说明近EW向条带与节面Ⅱ对应的发震断层面接近,也与余震序列的主要分布方向一致,北西向条带则与节面I走向接近。如图4。

收集巴东5.1级地震前震中周围ML≥3.0级地震波形资料,进行视应力计算,分析视应力的时空变化特征。

  

图3 条带上和条带外的地震平太阴时归一频数分布图Fig.3 Normalization frequency distribution of local mean lunar time on the belt and out of the belt

  

图4 地震条带走向和节面走向的关系图Fig.4 The relationship between the strike of seismic belt and the strike of nodal plane

2 视应力时空分布特征

采用抓住主要矛盾进行调解法,劳动争议调解员必须立足于对纠纷的全局和整体的深刻认识和准确把握。只有正确把握和认识纠纷的全局和整体,才有刺于发现主要矛盾。而要做到正确把握和认识纠纷的全局和整体,一方面要注重调查研究,尽可能全面搜集与纠纷有关的资料。另一方面,劳动争议调解员还要善于观察、洞悉,准确把握影响矛盾纠纷的主要问题。此外。劳动争议调解员还必须站在“旁观者”的位置上,保持客观中立的立场。只有这样,劳动争议调解员才不会受环境影响,不会被纠纷当事人的情绪所影响,从而保持冷静的头脑,在纷繁复杂的纠纷中快速理顺来龙去脉,抓住影响纠纷的关键,及时解决。

2.1 研究资料和计算方法

地震视应力为[24]

 

式(1)中,μ为剪切模量,Es和M0分别为地震辐射能量和标量地震距。在频率域,对台站记录的地震波资料进行场地响应、仪器响应、几何扩散、路径衰减、震源辐射方向性因子校正之后,采用Brune(1970)模型,获得低频波谱振幅极限、拐角频率等固有参数,进而根据一定的理论公式可计算视应力,具体计算原理见文献[25-26],在此不再赘述。

对两条条带分别做地震条带带内与带外频度比N/N'+1曲线,其中N为条带内的频次,N'为条带两侧向外各扩展1/2带宽范围内的小震活动频次。可以看出,2条地震条带的条带内外频度比曲线都在巴东5.1级地震前出现了持续时间超过1年的高值异常,条带起始时间与频度比异常开始时间相对应,说明条带异常较可靠。

由图7视应力与震级的关系图分析得出,视应力与震级的线性关系不明显,将41次ML≥3.0级地震绘制视应力空间分布图,如图8,可以看出视应力存在明显分区特征,高值区域为震中东北地区,低值区域为震中西南地区,以震中以北60 km处的北西向分界线为界,高值区的地震视应力在0.014~1.97 MPa之间,平均值为0.56 MPa,低值区的视应力值在0.014~0.22 MPa之间,平均值为0.071 MPa,巴东5.1级地震位于视应力高低值分界线附近。

  

图5 研究的ML≥3.0地震分布图Fig.5 The distribution map of earthquakes with ML≥3.0

2.2 视应力与震级的关系

固体潮对地震的触发作用对地震成因和地震预报有重要的实际意义,地震学家研究了地震与月亮在一天中的位置,即与地震地方平太阴时的关系,研究表明地震的发生和地方平太阴时有关[18-19],因此利用地震震中的地方平太阴时分布特征可以对未来中强以上地震的预测提供帮助,不少人利用强震前的中等地震地方平太阴时角度差来预报地震,对强震预报取得了较好的预报效果[18-20],刘泽民等人提出了利用地震地方平太阴时集中程度的空间扫描方法和时间扫描方法,分别在安徽固镇地区和长南地震带进行了应用研究[21-22]。本文选取ML≥2.0级地震对条带上和条带外的地震分别进行地方平太阴时计算,分析地震地方平太阴时的集中程度,条带上地震的地方平太阴时计算选取的时间范围是条带形成的起止时间,即北西向条带的时间范围为2012年5月1日至2013年12月15日,近东西向条带的时间范围是2012年6月1日至2013年12月15。条带外地震的时间范围选取与北西向条带相同,空间范围为两条条带围成的矩形区域(27.75°~35.77°N, 107.23°~115.34°E)。 由于调制作用主要是受半日潮的影响,因此将平太阴时角度值归算到 0°~180°后进行每 l0°间隔归一频数分布图绘制,得到归一频数分图 (图3),若图中平太阴时在某角度值附近较为集中,则可认为地震与月亮在一天中为该位置时更容易发生地震。从图3可以看出地震条带上和条带外的地震平太阴时都较为分散,表明条带上和条带外的地震发生与地球和月亮在一天中的位置关系不大,受固体潮的触发作用可能不明显。

  

图6 研究区域地震台站分布图Fig.6 Distribution map of seismic stations in the study area

  

图7 视应力与震级的关系Fig.7 The relationship between apparent stress and magnitude

2.3 视应力空间分布特征

本文计算使用的地震波形资料由国家数字测震台网数据备份中心提供[27],选取震中周围41次信噪比较高的ML≥3.0级地震进行视应力计算。在近震源条件下,根据各台站记录的波形情况,选取信噪比较高、记录清晰的波形数据,取震中距200 km以内的台站波形数据计算,所选地震与台站分布见图5、图6。

  

图8 巴东5.1级地震前ML≥3.0级地震视应力空间分布Fig.8 The apparent stress distribution of earthquakes with the ML≥3.0 before the Badong MS5.1 earthquake

(1)巴东5.1级地震前震中周围存在北西向和近东西向交汇的ML≥3.0级地震条带,巴东地震发生在条带交汇区附近。两条地震条带的走向与该地震的震源机制解两组节面的走向接近,其中近东西向条带与余震序列优势分布方向也较一致,说明条带可能反映与未来主破裂直接有关的断裂带(发震断裂带)的活动[23]。通过对条带上的地震与条带外地震的地方平太阴时分析,发现条带上和条带外地震的地方平太阴时角度集中程度都不高,说明条带上地震受到的调制作用不明显。

  

图9 巴东5.1级地震周围历史MS≥5.0级地震Fig.9 Distribution map of historical earthquakes with MS≥5.0 around the Badong MS5.1 earthquake

2.4 视应力的时间变化特征

选取图5中的ML≥3.0级地震进行视应力随时间变化分析,得到视应力值的变化范围为0.014~1.97 MPa,平均值为0.30 MPa,如图10,与中国东部、首都圈东部、鲁东地区和内蒙古西部的视应力平均值相当[15-18],该平均值可以反映该地区的视应力背景水平。从图10可以看出,巴东5.1级地震前区域视应力出现了明显的高值异常,高值异常出现的时段为2013年9月至10月,2个月后发生了巴东5.1级地震,说明此次地震前区域应力场出现明显的增强变化,地震发生在视应力恢复正常之后。结合空间分布图来看(图8),震前应力增强的区域是震中东北地区。

  

图10 巴东5.1级地震附近震前ML≥3.0级地震视应力和震级随时间变化Fig.10 The apparent stress and magnitude of earthquakes with ML≥3.0 changes with time before the Badong MS5.1 earthquake

3 结语

从巴东5.1级地震震中周围历史MS≥5.0级地震分布来看(图9),视应力较高的东北地区就是中强地震相对活跃的地区,构造应力水平一直较高,历史上发生了1556年陕西华县8.3级地震。从构造分布来看,东北部高值区域断层分布也更加密集,应力更容易积累,因此应力水平较高。

因此,青岛城市建设中对景手法营造出的“如画般”城市风貌是以西特理念为代表的西方城市规划思想和德意志帝国文化等多方因素共同作用的结果.

(2)湖北巴东5.1地震前的条带异常持续时间为19个月,条带的起始震级为ML3.0,两条条带的长轴长分别为900 km和720 km。对于中国大陆及华北地区,吕坚等[28]、李莹甄等[29]对M≥5.0地震前的条带起始震级、持续时间和条带长轴尺度与主震震级的关系进行了研究,李莹甄等人的研究结果是条带的持续时间和长轴尺度与主震震级在<5.5时两者没有显著的相关性,5级地震条带的起始震级在ML2.0以上,平均为ML2.5左右,本文得到的条带参数与主震震级的大小关系与其结论是不相违背的。吕坚等人的研究结果则是持续时间、长轴尺度、起始震级均与主震震级存在一定线性正相关关系,本文得到的条带规模与主震震级的大小符合其研究得到的统计规律。

(3)本文计算得到巴东地震震中周围的地震视应力平均值为0.30 MPa,与中国东部、首都圈东部、鲁东地区和内蒙古西部的视应力平均值相当[8,30-32],反映了该地区的视应力背景水平。巴东5.1级地震前震中周围视应力出现了明显的高值异常,反应了区域应力场的增强,与前人[10,33-34]研究结果相符。高值回落后发震,说明当视应力出现高值异常后,如出现突然转折下降,可作为逼近发震时间的一个危险信号[27]。对于视应力的空间分布,存在明显的分区特征,震中东北地区的视应力明显高于西南地区,高值区域断层分布密集,历史上中强震频发,因此构造应力水平相对较高,与阮祥等人[35]的研究结果一致。巴东5.1级地震发生在视应力高低值分界线附近,与曹凤娟等人[36]对岫岩MS5.4地震的研究结果相同,说明对于未来中强地震的发震地点来说,高值异常区域及高低值分界附近都是我们需要密切关注的地方。

鹰眸少年走到天葬台前,双手捧起颅骨,转身交给了天葬师。天葬师将颅骨垒在往生塔的上层,至此,往生塔有了第三千零一颗骷髅头。

(4)视应力与震级无明显线性关系,与孙业君等人[37]的研究结果相同,可能和本文选用的地震震级范围较小有关。

致谢:本文所用程序由浙江省地震局朱新运研究员提供,中国地震局地球物理研究所国家数字测震台网数据备份中心(SEISDMC,doi10.11998/SeisDmc/SN)为本研究提供地震波形数据,在此表示感谢。

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汤兰荣,曾新福,吕坚,郭雨帆
《华南地震》 2018年第01期
《华南地震》2018年第01期文献

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