前震或廣義前震識別的頻譜偏移法在2023年10月24日肅北5.5級地震預測中的應用

余娜,楊立明,孫璽皓

(青海省地震局,青海 西寧 810005)

0 引 言

直接前震或廣義前震與強震的孕育密切相關,識別直接前震或廣義前震對地震短臨預測意義重大。近年來,2010年玉樹Ms7.1、2021年漾濞Ms6.4等地震前具有明顯的直接前震,因而判斷一次中等地震是否是直接前震或廣義前震顯得尤為重要。

5級以上強震前發生的對未來主震時間、地點具有一定指示意義的中等地震是地震孕育進入短期階段的時間判據之一[1-2]。為了識別這種顯著地震事件與正常背景性同類強度地震活動,利用數字化資料分析這類地震的頻譜特征,發現5級以上地震前,發生的顯著地震事件的頻譜存在頻譜范圍變窄、向低頻端偏移的特征,而無5級以上地震發生的正常背景性同類強度中等地震的頻帶較寬、沒有向低頻偏移的特征,進而提出了直接前震或廣義前震的頻譜偏移法,主要是用來識別是正常背景性的中等地震活動還是強震前的直接前震或廣義前震[2]。其判定依據為:中等地震的頻譜范圍變窄且向低頻端偏移說明是直接前震或廣義前震,優勢頻段集中在0～1.5 Hz,中等地震的頻譜范圍較寬且沒有向低頻端偏移說明是正常背景的中等震級地震活動[2-6]。

上述判據,與巖體爆破實驗[7]和聲發射實驗[8]結果一致。強震前中等地震的頻帶具有向低頻端偏移特征,其原因可能與強震前區域應力場積累到臨界狀態時,區域介質亞穩態擴展或破碎損傷、裂隙擴展等過程有關。

本文利用青海、甘肅兩省的25個測震臺記錄的數字波形資料,通過Mapsis 軟件的快速傅里葉變換(FFT)對2023年10月22日23時14分甘肅酒泉市肅北4.7級地震進行均方譜處理。

1 頻譜偏移法

頻譜偏移法是利用快速傅里葉變換(FFT)對地震波形數據進行處理并頻譜特征分析[6],根據其頻譜特征判斷中等地震是否是直接前震或廣義前震。序列頻譜特征其理論公式為:

(1)

地震事件三分量(NS、EW、UD)的頻譜分析結果一致,本文采用UD分量的波形資料進行頻譜計算。目前我國數字地震資料的采樣間隔為0.01 s,最大頻率為50 Hz[2-6]。

2 頻譜特征分析

2023年10月22日23時14分甘肅酒泉市肅北發生了4.7級地震,震中附近測震臺站稀疏,0～400 km半徑范圍內共有25個測震臺站(圖1)。其中,0～200 km半徑范圍內9個測震臺站,包括昌馬(CHM)、青頭山(QTS)、嘉峪關(JYG)、安西(AXX)、金佛寺(JFS)、石包城(SBC)、俞井子(YJZ)、音凹峽(YWX)和德令哈(DLH);200～300 km半徑范圍內8個測震臺站,包括錫鐵山(XTS)、敦煌(DHT)、高臺(GTA)、柳園(LYT)、肅南(SNT)、大柴旦(DCD)、天峻(TIJ)和烏蘭(WUL);300～400 km半徑范圍內8個測震臺站,包括溫泉(WEQ)、山丹(SDT)、張掖(ZHY)、都蘭(DUL)、格爾木(GOM)、冷湖(LEH)、NMH和祁連(QIL)。通過計算這25個測震臺記錄的波形數據UD分量的頻譜,發現其中有23個測震臺站的頻帶有明顯變窄且向低頻端偏移的現象,優勢頻段在0～1.5 Hz(圖2),因此認為該地震存在明顯的頻譜偏移現象,并據此結果認為10月22日23時14分肅北4.7級地震具有前震或廣義前震的屬性。

圖1 肅北4.7級地震附近臺站的空間分布

圖2 肅北4.7級地震震中附近部分偏移臺站的FFT均方譜

10月24日19時32分在甘肅酒泉市肅北縣發生了5.5級地震,空間上距10月22號肅北4.7級地震7 km,時間上相距2天。根據梅世蓉等人[9]對直接前震的定義,“強震震前40天、距主震100 km內發生中等地震被認為是直接前震”。因此,認為10月22日肅北4.7級地震屬于直接前震。

隨著24日肅北縣5.5級地震的發生,作者10月23日在震前利用前震或廣義前震識別的頻譜偏移法對10月22日肅北4.7級地震前震或廣義前震屬性的判定,進一步驗證了前震或廣義前震識別的頻譜偏移法的有效性,是一次地震預測實踐中的成功震例。

3 結 論

2023年10月22日23時14分甘肅酒泉市肅北發生4.7級地震,空間位置距10月24日19時32分甘肅酒泉市肅北5.5級地震7 km,時間上相距2天,兩次地震的震級差為0.8。根據前震的定義,從兩次地震的時間間隔、空間位置等可知,肅北4.7級地震屬于肅北5.5級地震的直接前震。

利用直接前震或廣義前震識別的頻譜偏移法計算10月22日肅北4.7級地震的頻率譜,發現肅北4.7級地震具有頻帶變窄、向低頻端偏移的特征,認為肅北4.7級地震屬于直接前震或廣義前震,隨后10月24日肅北縣發生了5.5級地震,因此,震前對肅北4.7級地震直接前震或廣義前震屬性的判定,進一步驗證了前震或廣義前震識別的頻譜偏移法的有效性。