聶曉紅 王瓊
新疆維吾爾自治區(qū)地震局,烏魯木齊市新市區(qū)科學(xué)二街338號(hào) 830011
2011年6月以來(lái),新疆地區(qū)5、6級(jí)地震異?;钴S,截至2014年1月,共計(jì)發(fā)生23次5級(jí)以上地震,其中包含4次6級(jí)地震。這組地震呈現(xiàn)出“時(shí)間上連續(xù)發(fā)生、空間上多帶分布”的特征。2012年8月于田MS6.2地震后,這種連發(fā)狀態(tài)逐步減弱,由平均每月發(fā)生1~2次中強(qiáng)地震變?yōu)?個(gè)月發(fā)生1次中強(qiáng)地震。對(duì)比分析新疆地區(qū)歷史中強(qiáng)地震活動(dòng)特征發(fā)現(xiàn),這種中強(qiáng)地震“顯著增強(qiáng)-活動(dòng)減弱”的狀態(tài)與1931年富蘊(yùn)MS8.0地震、1955年烏恰7級(jí)雙震前中強(qiáng)地震活動(dòng)狀態(tài)較為相似。2014年2月12日于田MS7.3地震即發(fā)生在新疆地區(qū)5、6級(jí)地震連發(fā)活動(dòng)由較強(qiáng)轉(zhuǎn)為相對(duì)較弱的背景下。
本文對(duì)2014年于田MS7.3地震的活動(dòng)構(gòu)造背景、震前新疆地區(qū)中小地震活動(dòng)狀態(tài)以及區(qū)域地震活動(dòng)圖像異常特征進(jìn)行了分析和總結(jié),并與2008年于田MS7.3地震前地震活動(dòng)特征進(jìn)行了對(duì)比分析。
2014年2月12日于田MS7.3地震震中位于康西瓦斷裂和阿爾金斷裂地震帶交匯部位,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜??滴魍邤嗔盐挥诶錾轿鞯陌柦饠嗔褞鞫危蔠NW-ESE向延伸近700km,是一條逆沖型并具有一定左旋特征的斷裂。歷史上該斷裂帶中強(qiáng)地震的主壓應(yīng)力P軸方位以NNE向?yàn)橹?,震源斷錯(cuò)類型以走滑型為主。阿爾金斷裂帶為青藏高原北邊界一條典型的左旋走滑斷裂帶,走向N(75°±10°)E,長(zhǎng)約1600km,其西南端斜切插入西昆侖構(gòu)造帶,分散成向西撒開(kāi)的3支構(gòu)造,地震破裂顯示以拉張為主、兼有走滑運(yùn)動(dòng)的傾滑破裂特征。歷史上該斷裂帶中強(qiáng)地震的主壓應(yīng)力P軸方位以NNW向?yàn)橹鳎鹪磾噱e(cuò)類型以走滑型為主;兩者P軸仰角平緩,顯示出來(lái)自青藏塊體與塔里木塊體之間的強(qiáng)烈擠壓作用(付碧宏等,2006;徐錫偉等,2007;王盛澤等,1992;朱令人,2002;高國(guó)英等,2005;王瓊等,2012)。
2008年于田MS7.3地震位于康西瓦斷裂和阿爾金斷裂地震帶的結(jié)合部位的拉張盆地內(nèi),該部位發(fā)生的地震可能是阿爾金斷裂左旋扭錯(cuò),牽引其西南端位于阿什庫(kù)勒盆地的分支斷裂發(fā)生張性破裂的結(jié)果,因此該地區(qū)歷史地震以拉張為主兼有走滑運(yùn)動(dòng)的正斷型破裂居多(新疆地震局,1997;聶曉紅等,2010)。而2014年2月12日于田MS7.3地震位于2008年于田MS7.3地震東北100km處,跳出了拉張盆地范圍,其周圍歷史地震也以走滑兼傾的方式發(fā)生,2次地震均符合其所處的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境。圖1為震源區(qū)及其周圍地區(qū)歷史上有震源機(jī)制解的中強(qiáng)以上地震的震中分布①哈佛大學(xué) CMT結(jié)果(http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html)。
圖1 震源區(qū)周圍中強(qiáng)以上地震的震中分布及其震源機(jī)制解
1950年以來(lái)新疆地區(qū)5級(jí)以上地震年頻次顯示(圖2),新疆5級(jí)地震年均活動(dòng)水平為4~5次,其中多數(shù)7級(jí)地震之前5級(jí)地震表現(xiàn)出“活躍”或“活動(dòng)”現(xiàn)象,少數(shù)5級(jí)地震活動(dòng)“平靜”。2014年于田MS7.3地震前2~3年,5級(jí)地震活動(dòng)明顯增強(qiáng),即2011年6月~2012年8月新疆中強(qiáng)以上地震異?;钴S,發(fā)生了16次5級(jí)以上地震,其中包含4次6級(jí)地震,平均每個(gè)月發(fā)生1次5級(jí)以上地震,呈現(xiàn)連發(fā)活動(dòng)狀態(tài);2012年9月后,中強(qiáng)以上地震活動(dòng)逐步減弱,至2014年1月在17個(gè)月的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了7次5級(jí)地震,平均每月發(fā)生0.4次,地震活動(dòng)明顯減弱(圖3)。類似的5級(jí)地震活動(dòng)“顯著增強(qiáng)-減弱”現(xiàn)象在1955年烏恰2次MS7.0雙震前曾出現(xiàn)過(guò),即1953年地震活動(dòng)頻度顯著增加,1954年逐步恢復(fù)到背景活動(dòng)水平后發(fā)生了烏恰MS7.0雙震。2014年于田MS7.3地震即發(fā)生在新疆地區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)呈現(xiàn)“顯著增強(qiáng)-減弱”的背景下。
圖2 1950年以來(lái)新疆地區(qū)中強(qiáng)以上地震年頻次(半年步長(zhǎng),一年窗長(zhǎng))
圖3 2011年6月1日~2014年2月11日新疆地區(qū)5級(jí)以上地震震中分布
MS7.3地震前新疆地區(qū)先后出現(xiàn)了3、4級(jí)地震弱活動(dòng)。2014年1月4~16日新疆出現(xiàn)3級(jí)地震12天的平靜狀態(tài),1月16日巴楚MS3.0地震打破了該平靜狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)分析顯示,2011年新疆地區(qū)中強(qiáng)地震連發(fā)活動(dòng)以來(lái),10天以上的3級(jí)地震平靜狀態(tài)被打破后,1個(gè)月內(nèi)發(fā)生中強(qiáng)地震的對(duì)應(yīng)比例為7/9(77.8%)。與此同時(shí),2013年12月2日~2014年2月6日新疆地區(qū)4級(jí)地震也出現(xiàn)了67天的平靜,2014年2月6日阿克陶MS4.1地震打破了該平靜。2011年新疆地區(qū)中強(qiáng)以上地震連發(fā)以來(lái),4級(jí)地震平靜超過(guò)30天的統(tǒng)計(jì)分析顯示,4級(jí)地震平靜打破后1個(gè)月內(nèi),發(fā)生中強(qiáng)以上地震的對(duì)應(yīng)比例為6/8(75%)(圖4)。
類比分析1970年以來(lái)新疆地區(qū)3級(jí)地震平靜超過(guò)10天和4級(jí)地震平靜超過(guò)60天對(duì)其后中強(qiáng)地震的震兆意義發(fā)現(xiàn),3級(jí)地震平靜和4級(jí)地震平靜與其后1個(gè)月內(nèi)后續(xù)5級(jí)以上地震的對(duì)應(yīng)比例均小于30%,4級(jí)地震平靜與其后半年內(nèi)后續(xù)6級(jí)以上地震的對(duì)應(yīng)比例為68.2%。
對(duì)比分析地震連發(fā)狀態(tài)和背景活動(dòng)水平狀態(tài)下3、4級(jí)地震與后續(xù)中強(qiáng)地震的關(guān)系可知,若中強(qiáng)地震處于背景活動(dòng)水平狀態(tài)下,則3、4級(jí)地震平靜的震兆預(yù)測(cè)意義可信度不高;若處于中強(qiáng)地震連發(fā)活動(dòng)過(guò)程中,這類平靜具有一定的預(yù)測(cè)可信度。
圖4 2011年6月~2014年2月新疆地區(qū)MS≥3.0和MS≥4.0地震時(shí)間間隔
基于上述分析認(rèn)為,這組連發(fā)地震活動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的3、4級(jí)地震平靜對(duì)后續(xù)中強(qiáng)地震具有震兆預(yù)測(cè)意義。在2011年2月11日于田MS5.4地震發(fā)生后認(rèn)為,3級(jí)地震平靜為該地震前的地震活動(dòng)圖像異常表現(xiàn)。但根據(jù)歷史震例,4級(jí)地震平靜異常往往與后期6級(jí)以上地震關(guān)系較為密切,2014年2月12日于田MS7.3地震的發(fā)生進(jìn)一步證實(shí)了這一特征。
阿爾金地震帶中強(qiáng)以上地震活動(dòng)頻度低、強(qiáng)度高。1900年以來(lái),發(fā)生過(guò)3次7級(jí)地震,10次6級(jí)地震,平均2年左右發(fā)生1次5級(jí)以上地震。阿爾金地震帶歷史強(qiáng)震發(fā)生前2~3年,該地震帶中強(qiáng)地震活動(dòng)增強(qiáng),例如1923年11月~1927年2月阿爾金地震帶連續(xù)發(fā)生9次5級(jí)地震,其中包括1924年且末2次7級(jí)地震,年均活動(dòng)水平為2.7次;1977年青海MS6.4和MS6.3地震前3年阿爾金地震帶發(fā)生了5次5級(jí)地震,年均活動(dòng)水平為1.6次(圖5)。這2組強(qiáng)震前,阿爾金地震帶5級(jí)地震活動(dòng)水平高于背景活動(dòng)。2011年6月新疆地區(qū)5級(jí)地震連發(fā)以來(lái),阿爾金地震帶中強(qiáng)地震異常活躍,2011年9月~2013年12月發(fā)生了6次5級(jí)以上地震,平均每年發(fā)生2.7次,遠(yuǎn)高于歷史平均水平。2014年2月12日于田MS7.3地震就發(fā)生在阿爾金地震帶中強(qiáng)地震活動(dòng)異常增強(qiáng)的背景下。
圖5 阿爾金地震帶歷史地震頻度和M-t圖
1600年有歷史地震記錄以來(lái)于田MS7.3地震震區(qū)MS≥5.0地震震中分布圖顯示(圖6),1600~1969年震源區(qū)附近130km范圍內(nèi)未記錄到5級(jí)以上地震(王海濤等,2006)。王海濤等(2006)的研究表明,新疆地區(qū)MS≥5.0地震在1955年以后是完整的,而上述時(shí)段未記錄到5級(jí)以上地震可能與地震目錄的不完整有關(guān)。1970~2010年MS7.3地震震區(qū)周圍80km范圍內(nèi)僅發(fā)生2次5級(jí)地震,地震活動(dòng)水平不高;而于田MS7.3地震前2~3年,即2011~2013年震區(qū)連續(xù)發(fā)生了3次5級(jí)、1次6級(jí)地震,中強(qiáng)地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)。
一次強(qiáng)震前,未來(lái)震中及其附近地區(qū)的中小地震活動(dòng)可能減弱,出現(xiàn)地震活動(dòng)前兆性平靜,稱為平靜震兆(韓渭賓,1998)。圖7給出了1970年以來(lái)阿爾金地震帶MS≥4.0地震震中分布,1996年以來(lái)阿爾金地震帶地震活動(dòng)主要集中在阿爾金地震帶西段與西昆侖交界地區(qū),2008年于田MS7.3地震前震區(qū)東側(cè)近500km范圍內(nèi)4級(jí)地震活動(dòng)平靜13年,震后平靜區(qū)內(nèi)4級(jí)地震開(kāi)始活動(dòng)。2009年2月15日民豐MS4.3地震后,2014年于田MS7.3地震震區(qū)東側(cè)440km范圍內(nèi)4級(jí)地震平靜5年,于田MS7.3地震發(fā)生在平靜區(qū)西端,震后該地區(qū)4級(jí)地震仍然平靜。
圖6 震源區(qū)及周邊歷史中強(qiáng)地震震中分布
圖7 于田地震震區(qū)東側(cè)MS≥4.0地震震中分布
地震條帶是強(qiáng)震前區(qū)域地震活動(dòng)由零亂、分散的分布轉(zhuǎn)為集中成帶的現(xiàn)象,一般是在活動(dòng)增強(qiáng)的后期開(kāi)始形成。在孕育大震的地區(qū),當(dāng)區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)到一定程度時(shí),破裂的數(shù)目和幅度會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)。如果震源區(qū)介質(zhì)稍有非彈性形變,則兩側(cè)巖體就各自出現(xiàn)前進(jìn)運(yùn)動(dòng),進(jìn)而可能引起閉鎖區(qū)周圍的高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力向邊界附近集中,因而會(huì)使斷裂帶中小地震活動(dòng)有所增強(qiáng),出現(xiàn)較顯著的定向運(yùn)動(dòng)(郭增建等,1973)。7級(jí)以上大震前常常會(huì)出現(xiàn)中小地震活動(dòng)“條帶”,而且表現(xiàn)為突出于周圍區(qū)域的幾乎共軛的條帶狀分布,主震通常發(fā)生在其交匯部位(梅世蓉等,1993)。2013年2~4月,新疆3、4級(jí)地震在溫泉-于田地區(qū)呈現(xiàn)出條帶狀分布,該條帶橫穿天山地震帶、塔里木盆地和阿爾金構(gòu)造帶,長(zhǎng)約1500km。2013年5~8月,在阿爾金地震帶上形成了3、4級(jí)地震的帶狀分布,長(zhǎng)約1100km(圖8),這兩個(gè)條帶在于田地區(qū)交匯。2013年9月以后,溫泉-于田條帶周圍發(fā)生了多次3、4級(jí)地震,條帶逐步瓦解;而沿阿爾金地震帶的條帶中段2013年11月24日發(fā)生了且末MS5.6地震,條帶被加強(qiáng)。2014年于田MS7.3地震發(fā)生在兩個(gè)條帶交匯地區(qū),類似圖像在2008年于田MS7.3地震前也曾出現(xiàn)過(guò),具有一定前兆意義。
圖8 于田地震前MS≥3地震條帶分布
孕震空區(qū)是應(yīng)變能在局部地區(qū)高度集中的體現(xiàn),孕震空區(qū)形成的后期,其邊緣可能發(fā)生具有短期指示意義的逼近地震。從逼近地震到主震的發(fā)生,余震空區(qū)內(nèi)部通常不再有顯著地震發(fā)生(陸遠(yuǎn)忠等,1982)。據(jù)震例研究,新疆一些中強(qiáng)地震前存在較清晰的空區(qū)圖像(李瑩甄等,2008)。2013年4月16日~8月,在2014年于田MS7.3地震震區(qū)西側(cè)3級(jí)地震形成了半圍空?qǐng)D像,圍空區(qū)長(zhǎng)軸半徑250km,短軸半徑150km,中心位置為35.68°N,79.91°E(圖9)。根據(jù)曲延軍等(2010)的研究結(jié)果,推測(cè)未來(lái)震級(jí)為6.3±0.47。2013年9月7日空區(qū)內(nèi)發(fā)生和田MS3.0地震,其后3級(jí)地震明顯增多,空區(qū)瓦解。2013年10月20日空區(qū)邊緣發(fā)生克什米爾5級(jí)地震震群,認(rèn)為該震群可能為逼近地震。2014年2月11空區(qū)東側(cè)邊緣發(fā)生于田MS5.4地震,2月12日再次發(fā)生MS7.3地震,MS7.3地震發(fā)生在空區(qū)打破后5.5個(gè)月。
2014年2月12日于田MS7.3地震發(fā)生在阿爾金斷裂西端與康西瓦斷裂交匯區(qū),該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,歷史地震活動(dòng)頻度低、強(qiáng)度大。本次于田MS7.3地震與2008年MS7.3地震相距約100km,均位于阿爾金斷裂西南端,但這2次地震的震源斷錯(cuò)類型和震前新疆地區(qū)及震區(qū)附近的地震活動(dòng)狀態(tài)存在明顯差異。
圖9 于田地震前MS≥3地震空區(qū)
2008年于田MS7.3地震位于拉張盆地內(nèi),其斷錯(cuò)為正斷型;2014年于田地震位于阿爾金斷裂和康西瓦斷裂交匯地區(qū),其斷錯(cuò)為走滑型,但同時(shí)具有一定的張性分量。這種拉張性質(zhì)的出現(xiàn)可能與青藏高原向東扭轉(zhuǎn)、塔里木盆地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)在該地區(qū)形成張性作用力有關(guān)。
對(duì)比2008年、2014年于田MS7.3地震前的地震活動(dòng)特征可知(表1),2次于田MS7.3地震前的地震活動(dòng)存在較明顯差異:①震前新疆地區(qū)5級(jí)地震活動(dòng)狀態(tài)不同(圖10)。2008年于田7.3地震發(fā)生在新疆地震活動(dòng)水平偏低的背景下。2005年2月15日烏什MS6.3地震后至2008年3月21日于田MS7.3地震前,新疆地區(qū)6級(jí)地震持續(xù)平靜長(zhǎng)達(dá)37個(gè)月,5級(jí)地震也處于弱活動(dòng)狀態(tài)(王瓊等,2009);而2014年于田MS7.3地震前,新疆地區(qū)中強(qiáng)以上地震活躍,2011年6月~2014年2年12日于田MS7.3地震前,新疆共計(jì)發(fā)生24次5級(jí)以上地震,其中包括4次6級(jí)地震,中強(qiáng)地震活動(dòng)水平遠(yuǎn)高于歷史活動(dòng)水平;②阿爾金地震帶中強(qiáng)地震活動(dòng)狀態(tài)不同。2005年1月~2008年于田MS7.3地震前,阿爾金地震帶僅發(fā)生過(guò)1次5級(jí)地震,而2011年1月~2014年于田MS7.3地震前,阿爾金地震帶發(fā)生了6次5級(jí)以上地震;③圍空和條帶形成的地震震級(jí)下限不同,異常持續(xù)時(shí)間也存在差異;④2008年于田MS7.3地震前2個(gè)月,震源區(qū)雖然發(fā)生過(guò)2次3級(jí)地震,但非該地震的直接前震,序列為主-余型。2014年于田MS7.3地震前1天,震源區(qū)發(fā)生于田MS5.4地震,序列為前-主-余型。
這2次地震前的地震活動(dòng)也存在一定的相似性:①2次地震前新疆地區(qū)均出現(xiàn)了3、4級(jí)地震的大范圍平靜及阿爾金構(gòu)造帶4級(jí)地震平靜;②存在中小地震空區(qū)和逼近地震、中小地震共軛條帶。
圖10 2008、2014年2次于田MS7.3地震前5級(jí)地震活動(dòng)
表1 2008年、2014年于田MS7.3地震前的地震活動(dòng)和異常特征
值得注意的是,在日常震情跟蹤分析過(guò)程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2014年于田MS7.3地震前存在的上述異常,但對(duì)上述異常的認(rèn)識(shí)存在如下局限性:一是組成空區(qū)、條帶等圖像異常的地震震級(jí)下限偏低、異常持續(xù)時(shí)間較短造成了對(duì)未來(lái)地震強(qiáng)度的判定偏低;二是雖然識(shí)別出了中強(qiáng)地震連發(fā)活動(dòng)異常圖像對(duì)未來(lái)7級(jí)以上地震具有一定前兆預(yù)測(cè)意義,但考慮到距其100km的西南地區(qū)2008年發(fā)生過(guò)于田MS7.3地震,且當(dāng)前中強(qiáng)地震活動(dòng)狀態(tài)與2008年于田MS7.3地震前存在較大差異,故認(rèn)為阿爾金斷裂帶西南端短時(shí)間、近距離再次發(fā)生7級(jí)地震的可能性非常小。正是由于上述原因,即使發(fā)現(xiàn)了阿爾金地震帶5級(jí)以上地震異常活躍、震區(qū)東側(cè)440km范圍4級(jí)地震平靜5年等異常,仍未能對(duì)該地震帶未來(lái)強(qiáng)震的發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)做出短期判定。
2014年于田MS7.3地震前1天,震源區(qū)發(fā)生了于田MS5.4前震,MS5.4地震序列強(qiáng)度和頻度衰減較快,主要集中在震后3小時(shí)內(nèi),與該區(qū)歷史中強(qiáng)以上地震序列衰減特征較為相似。因此,震后當(dāng)天判定該序列為主-余型的可能性較大。統(tǒng)計(jì)分析顯示,1900年以來(lái)新疆地區(qū)18次7級(jí)以上地震前僅有2次存在前震,其中1944年3月10日烏蘇MS7.2地震前9min發(fā)生1次MS6.5地震,1985年8月23日烏恰MS7.1地震前4h發(fā)生了1次MS5.1地震。基于于田MS5.4地震序列衰減特征和新疆地區(qū)歷史7級(jí)地震前鮮見(jiàn)前震的序列特征,于田MS5.4地震發(fā)生后,難以將其判定為后續(xù)強(qiáng)震的前震活動(dòng)。
本文通過(guò)分析研究2014年2月12日于田MS7.3地震前新疆地區(qū)地震活動(dòng)狀態(tài)和區(qū)域地震活動(dòng)圖像,對(duì)于田7.3地震前的地震活動(dòng)特征得到如下初步認(rèn)識(shí):
(1)于田MS7.3地震發(fā)生在新疆地區(qū)中強(qiáng)地震呈現(xiàn)顯著增強(qiáng)-相對(duì)平靜、中等地震平靜的背景下,即MS7.3地震前3年,新疆地區(qū)5、6級(jí)地震呈現(xiàn)連發(fā)活動(dòng)狀態(tài);震前3、4級(jí)地震分別出現(xiàn)了12天和67天的平靜。
(2)于田MS7.3地震前中小地震存在較明顯的中短期異常,主要表現(xiàn)為震前3年阿爾金地震帶及震區(qū)周圍中強(qiáng)以上地震活動(dòng)顯著增強(qiáng),震源區(qū)東側(cè)出現(xiàn)4級(jí)地震平靜5年的現(xiàn)象。
(3)于田MS7.3地震前區(qū)域地震活動(dòng)存在較明顯的地震活動(dòng)異常圖像。震前1年新疆地區(qū)及震區(qū)周圍地區(qū)出現(xiàn)了3級(jí)以上地震的有序分布圖像,其中震區(qū)西側(cè)3、4級(jí)地震形成半圍空?qǐng)D像;3、4級(jí)地震形成跨越天山地震帶、塔里木盆地和阿爾金地震帶的大型條帶,并與阿爾金地震帶上的3、4級(jí)地震條帶形成共軛現(xiàn)象。
(4)與2008年MS7.3地震對(duì)比分析的結(jié)果顯示,這2次7級(jí)地震前地震活動(dòng)存在相似性,即均出現(xiàn)了平靜、圍空、逼近地震和共軛條帶等異常圖像。同時(shí)也存在明顯差異性,即2008年MS7.3地震前新疆地區(qū)和阿爾金地震帶中強(qiáng)地震活動(dòng)顯示為平靜,而在2014年MS7.3地震前則顯示為顯著增強(qiáng);形成圍空和條帶異常圖像的中小地震的震級(jí)下限不同;2008年MS7.3地震前無(wú)前震,而2014年MS7.3地震前發(fā)生了MS5.4直接前震。