鄧志輝,劉吉平,呂金水,葉東華,廖桂金,王小娜,劉錦,劉特培,李健梅

（1.廣東省地震局,廣州 510070；2.南方海洋科學與工程廣東省實驗室,廣東 珠海 519000）

0 地震概況

經(jīng)中國地震臺網(wǎng)測定,2019年10月12日22時55分在廣東省化州市與廣西壯族自治區(qū)北流市交界地區(qū)（北緯22.18°,東經(jīng)110.51°）發(fā)生5.2級地震,震源深度10.0 km ,震中烈度Ⅵ度,等震線橢圓長軸北西走向,共造成廣東和廣西5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災。這是華南地區(qū)進入20世紀以來第Ⅴ活躍幕之后發(fā)生的第3次5級以上地震,也是粵桂交界地區(qū)第Ⅴ活躍幕以來第2個5級以上地震。在第五代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中屬于茂名6級潛在震源區(qū)。震中附近的地震區(qū)劃基本烈度為Ⅵ度。

此次地震震中現(xiàn)場調(diào)查等震線為橢圓型分布,總體走向為北西向,震中烈度為Ⅵ度,與第Ⅴ代地震動參數(shù)區(qū)劃圖基本地震烈度一致,共造成26間房屋破壞,59人受災,無人傷亡[1]。震源機制解為第一個節(jié)面走向103.12°,傾角77.50°,滑動角-179.92°；第二個節(jié)面走向13.10°, 傾 角 89.92°, 滑 動 角 -12.50°；P 軸 走向 327.42°, 傾伏角 8.86°；T 軸的走向 58.80°,傾 伏 角 8.75°；B 軸 的 走 向 192.74°,傾 伏 角77.50°[2]。與區(qū)域應力場方向總體一致。

截止到2020年3月31日,震中50 km范圍內(nèi)共發(fā)生1級以上余震96次,其中1.0～1.9級 81次 ,2.0～2.9級 13次 ,3.0～3.9級 2次 ,最大余震為2019年10月12日的3.2級地震。

1 發(fā)震構(gòu)造特征

此次地震發(fā)生在廣東化州與廣西北流交界地區(qū),地震距離茂名市約68 km。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較復雜,區(qū)域構(gòu)造總體格局為一組北西向的活動斷層和一組北東向的活動斷層互相切割,形成網(wǎng)格狀構(gòu)造（圖1）,其中北西向斷層主要有發(fā)震構(gòu)造巴馬—博白—茂名斷裂（F9）、西南側(cè)那麗—合浦—沈塘斷裂（F10）、東側(cè)豐頭河斷裂（F8）；北東向斷層裂主要有中部廉江—信宜斷裂帶（F3）、西北側(cè)合浦—北流斷裂帶（F2）和東南側(cè)四會—吳川斷裂帶（F4）[3]。

此次地震主要發(fā)震構(gòu)造為巴馬—博白—茂名斷裂,該斷裂帶東南始于廣東省茂名一帶,往西北經(jīng)高州、廣西博白、橫縣、昆侖關(guān)、大化、巴馬,而后進入貴州省境內(nèi),總體走向310°～330°,全長達800多公里。傾向以北東為主,傾角40°～85°。此斷裂帶最早形成于華力西期構(gòu)造旋回,印支期強烈活動,表現(xiàn)出左旋剪切—擠壓性質(zhì)。斷裂切割寒武系至第三系,在新生代以來和第四紀時期具強烈的活動[4]。1958年靈山53/4級地震就發(fā)生在該斷裂帶上,1936年靈山63/4級地震也與此斷裂帶的關(guān)系密切。該斷裂帶由多條斷裂組成,斷續(xù)分布,自西北而東南包括：高田—橫縣斷裂、鎮(zhèn)龍斷裂、單塘—石南斷裂、平山—永安斷裂、六萬山斷裂、烏石—石鼓斷裂及陸川—高州斷裂等。陸川—高州斷裂是此次化州—北流5.2級的發(fā)震構(gòu)造。

陸川—高州斷裂西北起于陸川往南東至寶圩以南,經(jīng)高州而達茂名,地表斷續(xù)延伸百多公里,切割震旦系、古生界、加里東混合花崗巖及白堊系,在茂名地區(qū)控制第三紀斷陷盆地的發(fā)育。斷裂出露數(shù)米寬的糜棱巖及破碎角礫巖帶。在高州南側(cè)可見寬達200 m的硅化巖帶。新構(gòu)造時期以來,斷裂在茂名地區(qū)使下第三系逆沖于上第三系之上。在陸川一帶,衛(wèi)片分析斷裂具有左旋走滑運動。該斷裂曾發(fā)生過兩次5級地震和一些有感地震[5]。

圖1 化州—北流及其附近地區(qū)地震構(gòu)造圖[5]Fig.1 Earthquake tectonic map of Huazhou-Beiliu and its vicinity[5]

2 地震活動特征

有地震歷史記錄以來,震中周邊100 km范圍內(nèi)共發(fā)生5級以上地震7次[6]（圖1,表1）,其中5.0～5.9級地震4次,6.0～6.9級地震3次。最大地震為1605年7月19日廣東廉江附近的6.5級地震,距離約為67 km。距離此次地震最近的5級以上地震為1778年10月29日廣西玉林東南51/4級地震,約為36 km。1970年以來震中周邊未記錄到4級以上地震。除1605年連續(xù)發(fā)生多次6級以上地震外,總體上表現(xiàn)為間發(fā)型分布（圖2、圖3）,間隔時間81～112年,顯示出時間間隔增加的趨勢,最近兩次時間間隔為129年（1890—2019）,超過歷史最大值[7-8]。

表1 震中附近歷史地震記錄（MS≥5.0）Table 1 Historical earthquake records near the epicenter (MS≥5.0)

圖 2 歷史地震 M-t圖（MS ≥5.0）Fig.2 M-t map of historical earthquakes (MS ≥5.0)

從1850年至2018年,區(qū)域中強地震應變能的累積釋放曲線顯示該區(qū)積累了發(fā)生M≥5.0級地震所需的應變能（圖4）。1970—2018年ML≥2.0級地震的LgN-M曲線顯示,該區(qū)可能發(fā)生ML5.2（M4.8）級地震（圖4）。實際地震5.2級略大于事前的估計。

圖4 粵桂交界地區(qū)地震應變能的累積釋放和G-R關(guān)系曲線（1850—2018）Fig.4 Accumulative release of seismic strain energy and G-R relationship curve in the border area between Guangdong and Guangxi (1850—2018)

4 地震預測實踐

在2019年度廣東省地震活動危險性研究報告中,在廣東地區(qū)確定了4個2019年度重點注意地區(qū),粵桂交界中南段是其中之 一[9]。2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級地震就發(fā)生在這個重點注意區(qū)內(nèi)。這一地區(qū)被確定為年度重點注意地區(qū)在歷史上是第一次,這一地區(qū)從2014年開始就陸續(xù)出現(xiàn)了多項地震活動和地球物理觀測數(shù)據(jù)異常,主要分布在震中附近100 km范圍內(nèi)。

4.1 地震活動時空動態(tài)

從1970年1月1日至2019年10月11日,在震中區(qū)附近50 km范圍內(nèi),共發(fā)生ML1.0級以上地震473次,其中1.0～1.9級361次,2.0～2.9級 100次 ,3.0～3.9級11次 ,4.0～4.9級1次,最大為2013年12月6日4.2級地震（圖5、圖6、圖7）。

從ML1.0級以上地震M-T圖和N-T圖（圖6、圖7）來看,該區(qū)地震活動從2007年才開始活躍,主要發(fā)生在信宜與高州交界地區(qū)的高州水庫,而從2014年之后,地震主要活躍區(qū)域往西遷移,頻度進一步上升。2016—2017年該區(qū)地震活動相對減弱,但2018年下半年地震活動再次增強,頻度顯著增加（圖5、圖8、圖9、圖10）。

圖5 震中附近50 km 范圍內(nèi)ML≥1.0級地震分布圖（1970年至2019年10月11日）Fig.5 Distribution map ofearthquakes with ML≥1.0 within 50 km of the epicenter (from 1970 to October 11th,2019)

圖6 震中附近50 km 范圍內(nèi)1970年以來ML≥1.0級地震M-T圖Fig.6 M-T map of earthquakes with ML≥1.0 within 50 km of the epicenter since 1970

圖7 震中附近50 km 范圍內(nèi)1970年以來ML ≥1.0級地震頻度分布圖Fig.7 Frequency distribution of earthquakes with ML ≥1.0within 50 km of the epicenter since 1970

圖8 震中附近50 km 范圍內(nèi)2015年以來ML ≥1.0級地震M-T圖Fig.8 M-T map of earthquakes with ML ≥1.0 within 50 km of the epicenter since 2015

圖9 震中附近50 km 范圍內(nèi)2015年以來ML ≥1.0級地震頻度分布圖Fig.9 Frequency distribution of earthquakes with ML ≥1.0 within 50 km of the epicenter since 2015

圖10 區(qū)域ML ≥1.0級地震活動頻度變化分布圖Fig.10 Distribution of seismic activity frequency changeof earthquakes with ML≥1.0 in the region

4.2 震前b值空間分布

b值是Gutenberg - Richter（1944）地震震級-頻度經(jīng)驗關(guān)系式

log10N=a-bM

中的擬合系數(shù)。式中,N為震級M≥MC（MC為最小完整性震級）地震的累積頻度,a代表某一區(qū)域某個時期內(nèi)地震活動率,b代表統(tǒng)計時段內(nèi)不同大小地震之間的比例。

b值本質(zhì)上反映的是不同震級地震之間的比例關(guān)系。研究表明,b值主要取決于震源區(qū)應力狀況和介質(zhì)性質(zhì),與應力呈反比關(guān)系[10-11],b值大,表示區(qū)域平均應力低,b值小,則區(qū)域平均應力高,因此,b值可以作為衡量區(qū)域應力水平的一個指標[12],用于地震危險區(qū)判定。此外,b值還受到構(gòu)造條件、溫度、流體、受力方式等因素的控制[13]。

利用粵西及鄰區(qū)1970年以來ML1.0級以上地震目錄,網(wǎng)格大小為0.005,掃描半徑為2km,進行b值空間掃描。掃描結(jié)果顯示,低b值區(qū)域主要集中在雷州半島東側(cè)、北部灣地區(qū)和廣西沿海。廣東化州至廣西北流交界及其附近區(qū)域在5.2級地震前近3年b值呈下降變化（圖11）,顯示應力持續(xù)積累。

圖11 區(qū)域背景b值（1970—2017）空間分布（a）及震前Δb值變化Fig.11 Spatial distribution of regional background b value (1790—2017) (a) and distribution mapofΔb value change before earthquake(2018 b value-background value) (b)

4.3 地震活動參數(shù)異常

研究表明,多個地震參數(shù)異常的同時出現(xiàn)對中等—中強震具一定的前兆意義。在2016年7月31日蒼梧5.4級地震和2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級地震前粵桂交界地區(qū)都出現(xiàn)了顯著的多參數(shù)異常（圖12）。

在2016年蒼梧5.4級地震前,10個地震學參數(shù)除GL值、η值和b值外,其余參數(shù)均出現(xiàn)不同程度的異常。2016年蒼梧5.4級地震后,只有C值和D值異常在短時間內(nèi)恢復,其它參數(shù)仍維持蒼梧地震前的異常狀態(tài),C值和D值在2018年下半年開始又出現(xiàn)異常,地震活動增強的地震頻度N值和地震活動度S值不僅由蒼梧震前開始持續(xù)異常,而且從2019年之后還逐步升高,說明粵桂瓊交界及其鄰海地震活動并沒有因為蒼梧5.4級地震而減弱,2019年10月12日發(fā)生廣西北流—廣東化州5.2級地震,多參數(shù)異?？赡苁谴舜蔚卣鹎昂蟮漠惓７磻?。

圖12 粵桂瓊交界及其鄰海多地震活動參數(shù)時間掃描結(jié)果Fig.12 Time-scan results of multiple seismic activity parameters inthe border between Guangdong,Guangxi,and Hainan and its adjacent sea

4.4 地震活動圖像PI異常

作為統(tǒng)計物理與地震學的交叉,PI方法的出發(fā)點是：地震活動可以作為受穩(wěn)恒速度連續(xù)驅(qū)動的“閾值系統(tǒng)”；系統(tǒng)中的能量耗散在長期平均的意義上接近穩(wěn)定,但常有隨機的波爾茲曼漲落；相關(guān)性是判斷系統(tǒng)是否具有“合作行為”的重要判據(jù)；PI方法通過對地震活動的“漲落”的分析,在中長期時間尺度上估計未來地震的發(fā)生概率[14]。

選取廣東全省ML2.0級以上地震目錄,計算PI空間分布,第一時段為1996年9月30日至2010年9月30日,第二時段為2016年9月30日至2018年9月30日,以第一時段PI值作為背景,第二時段空間PI值減去背景值,發(fā)現(xiàn)茂名地區(qū)存在高值異常點（圖13）[17-18]。

圖13 粵桂交界中南部地區(qū)地震活動圖像PI計算結(jié)果（據(jù)廣東省地震局,2018）Fig.13 PI calculation results of seismic activity images in the central and southern areas of the junction of Guangdong and Guangxi (according to the Guangdong Earthquake Agency,2018)

4.5 流動重力異常

廣西北流—廣東化州5.2級地震前的2018年在化州—信宜—陽江地區(qū)流動重力測值表現(xiàn)為顯著的重力正異常,年累積變化達33～42μgal,重力等值線異常分布表現(xiàn)為較為明顯的四象限分布[15-16],且存在密集的重力等值線,反映了重力變化存在高梯度帶（圖14）。區(qū)內(nèi)的陽江、程村、儒洞等測點的時序曲線自2018年以來表現(xiàn)為由下降轉(zhuǎn)折上升（圖15）。

圖14 粵西地區(qū)流動重力場年變化異常分布圖（2018-03～2018-08）Fig.14 Anomalous distribution of the annual variation of the mobile gravity field in western Guangdong (2018.3-2018.8)

圖15 茂名—陽江流動重力異常區(qū)部分測點重力值時序變化曲線Fig.15 Time-varying curve of gravity value at some measuring points in Maoming-Yangjiangflow gravity anomaly area

4.6 地下流體觀測異常

廣東信宜地震臺1號井流量自1986年1月開始觀測,觀測資料連續(xù)、平穩(wěn)。該井流量觀測每年5至10月為流量高值,12月至次年3月常為低值,具有較清晰的年變動態(tài),但也受降雨影響[17]。

圖16是信宜1號井月均值流量圖,2016年以來流量呈上升趨勢,2018年12月至2019年3月流量在降雨量減少的情況下沒有下降,形態(tài)與往年不同（圖16）,出現(xiàn)破年變現(xiàn)象。該井自觀測以來,震中距250 km范圍內(nèi)發(fā)生過M4級以上地震共4次（圖16）,分別為2001年陽江4.2級、2004年陽江4.9級、2016年廣西蒼梧5.4級和本次2019年廣西北流—廣東化州5.2級地震。本研究以流量5個月為窗長,1個月為步長,滑動計算,得到結(jié)果顯示：除2004年陽江4.9級地震外,其余3次地震前半年左右流量都出現(xiàn)了破年變現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場調(diào)查、氣象因素分析、震例分析、相關(guān)數(shù)據(jù)對比分析,未找到明顯的干擾源,認為2019年信宜1號井流量破年變異常,可能是由區(qū)域構(gòu)造變形引起的,反映了區(qū)域應力的變化,與區(qū)域應力變化有關(guān),有可能是10月12日廣西北流—廣東化州5.2級地震的前兆異常。

圖16 信宜1號井月均值流量[17]Fig.16 Monthly mean flow of No1 well in Xinyi[17]

4.7 地形變觀測異常

廣東信宜地震臺鉆孔應變從2014年12月開始觀測,具有良好的固體潮汐變化,2018年8月16日至19日期間出現(xiàn)了固體潮各分量不同幅度的“上升—轉(zhuǎn)折—下降—恢復”畸變異常（圖17）,其中北南分量和北西分量持續(xù)時間較長,幅度較大,北南分量變化幅度達0.15%,北西分量變化幅度為0.07%。東西分量和北東分量持續(xù)時間小于1 d且幅度較小。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,可排除觀測系統(tǒng)、遠震響應、氣象、爆破等因素的影響,同一觀測井的水位測項也出現(xiàn)同步變化。分析認為2018年信宜地震臺鉆孔應變異常是5.2級地震前的異常表 現(xiàn)[18]。

圖17 2018年8月信宜地震臺鉆孔應變觀測分鐘值曲線[17]Fig.17 Minute value curve of borehole strain observation at Xinyi Seismic Station in August 2018 [17]

5 結(jié)語

綜上所述,本研究通過對廣西北流—廣東化州5.2級地震特征的初步分析研究,得到如下幾點認識：

（1）2019年10月12日廣東省化州市與廣西壯族自治區(qū)北流市交界地區(qū)發(fā)生5.2級地震,這是華南地區(qū)已經(jīng)進入20世紀以來第Ⅴ活躍幕又一重要事件。

(2）此地震發(fā)生北西向巴馬—博白—茂名斷裂帶上,此斷裂帶最早形成于華力西期構(gòu)造旋回,印支期強烈活動,表現(xiàn)出左旋剪切—擠壓性質(zhì)。斷裂切割寒武系至第三系,在新生代以來和第四紀時期具強烈的活動。1958年靈山53/4級地震發(fā)生在該斷裂帶上,1936年靈山63/4級地震也與此斷裂帶的關(guān)系密切。

（3）震中區(qū)在歷史上屬于少震弱震區(qū),但震中周邊100 km范圍內(nèi)歷史共記錄到5級以上地震7次,最大為1605年7月19日廣東廉江附近的6.5級地震,距離67 km。區(qū)域上歷史地震表現(xiàn)為間發(fā)型分布,間隔時間81～112年,并顯示出時間間隔增加的趨勢,最近兩次時間間隔為129年（1890—2019）,超過歷史最大值。

(4）從2014年以來,地震活動出現(xiàn)間歇性增強現(xiàn)象,并且多項地球物理觀測數(shù)據(jù)也時有異常表現(xiàn)。2019年10月12日5.2級地震前先后出現(xiàn)了中小地震活動頻度增強、b值異常、地震多參數(shù)異常、地震活動PI異常、流動重力異常、溫泉流量異常和鉆孔應變異常等現(xiàn)象。

廣東省地震局在2018年度地震會商時把此地震及其附近區(qū)域確定為2019年度地震危險重點注意地區(qū)。10月12日5.2級地震的發(fā)生驗證了年度會商的判定,為以后的地震預測工作提供了可參考的分析依據(jù)。

本研究過程中,也發(fā)現(xiàn)了一些問題,例如：①由于震中附近地區(qū)地震活動背景較弱,又未發(fā)現(xiàn)晚更新世以后的活動斷裂,地震強度估計偏低（4～5級）；②流動重力觀測異常偏低（33～42μgal）,沒有達到通常異常判定的50μgal；③震中附近地震觀測臺站密度較低,綜合地震觀測臺只有信宜1個臺站,而且在地震發(fā)生前,臺站附近正在進行大規(guī)模的房地產(chǎn)開發(fā),對信宜地震臺的觀測資料產(chǎn)生了很大的影響；等等。這些問題將在今后的工作中不斷解決和改進。