1970年以来“固原窗”ML ≥3.0地震活动增强现象及震兆意义

任雪梅，李文君，罗国富

（宁夏回族自治区地震局，银川 750001）

0 引言

Kanamori[1]在1972年对日本附近海域8级以上地震前，特定区域内中小地震频次明显增强与周边8级地震对应关系研究中首次提出“地震窗”概念。国内王泽皋、姜秀娥等在1980年前后研究邢台地震的余震频度衰减时首次提出“地震窗”概念，即某些能以微震活动形式灵敏反映区域应力场变化的特殊构造部位[2-3]。

前人对“地震窗”的物理意义、预报方法和预测能力以及震群活动的特征参数等开展了较为系统的探索和研究[2-9]。许多学者围绕“地震窗”开展的工作已显著拓展了研究思路。例如，利用小震调制作用研究区域应力场变化和中强以上地震的活动特征，研究窗内小震序列的构造背景应力和视应力变化特征[10]；陈宇卫等[11]利用安徽及邻区的数字化地震资料，总结了“霍山震情窗”小震序列的构造环境应力和视应力变化特征；利用不同的数字地震学方法开展窗口内地震的震源机制解和区域构造应力关系，以及精定位地震与地震构造的关系等研究[12-13]。

宁夏“固原窗”位于青藏高原东北缘的边界，以北为华北块体，以东为鄂尔多斯块体，东北是阿拉善块体，周围块体相互作用反映出窗口内小震相对集中活跃的特点，更为重要的是窗口内显著地震增强对南北地震带北段的中强以上地震活动具有一定指示意义[14]。任雪梅等[15-16]的研究发现宁夏南部及邻区的弱震地震平静现象与中强地震关系密切。笔者近期研究发现1970年以来“固原窗”内的ML≥3.0级地震活动增强与南北地震带中北段5级以上地震的发生有密切关系。

1 1970年以来“固原窗”ML≥3.0级地震增强现象

本文使用中国地震台网中心提供的《中国强震目录》（1970-01-01—2020-09-31）和《中国弱震目录》（1970-01-01—2020-09-31）。1970年以来宁夏南部及邻区ML≥3.0级地震活动资料完整。

为了更好地反映1970年以来“固原窗”内的ML≥3.0级地震活动增强与南北地震带中北段5级以上地震之间的关系，本文选取图1中的范围（35.70°～36.80°N，105.80°～106.50°E）为“固原窗”。因研究的对象选取有差别，与杨明芝等[14]选定的固原窗的范围略有不同，结果表明：本文中设定增强时段指3个月内至少发生2次以上ML≥3.0级地震活动，且总数大于等于4次，最大地震至少有一个ML≥4.0级地震，因此符合条件的仅有7次（表1）。

图1 1970年以来“固原窗”内的ML≥3.0级地震活动分布Fig.1 Distribution of earthquake activity with ML≥3.0 in"Guyuan window"since 1970

本文选取1970年至2020年9月发生在南北地震带中北段，即北纬（32.5°～37.8°），东经（101°～108°）范围内的5级以上地震和北纬（31.0°～32.5°），东经（101°～108°）范围内的7级以上地震为研究对象（不包括余震）。

2 1970年以来“固原窗”ML≥3.0级地震增强与南北地震带中北段5级以上地震的关系

以下分别讨论“固原窗”内的ML≥3.0级以上地震在7个增强时段内与南北地震带中北段（上一节给定范围内）的5级和7级以上地震之间的关系（图2）。

图2 1970年以来“固原窗”ML≥3.0级地震增强与南北地震带中北段5级以上地震的震中分布图Fig.2 Seismic enhancement of"Guyuan window"with ML≥3.0 since 1970 and epicenter distribution of earthquakes with ML≥5 in the middle and northern section of the North-South Seismic Belt

从图3和表1可以看出，“固原窗”内的ML≥3.0级以上地震的7个增强时段内仅有前两次增强时段发生了5.0～5.9级地震，4次增强时段后1.1年发生了5组6级以上地震（6个），2000后两次增强时段前0.5年发生了7级以上地震。

表1 1970年以来“固原窗”ML≥3.0级地震增强与南北地震带中北段5级以上地震的关系Table 1 Relationship between the enhancement of earthquakes with ML≥3.0 in"Guyuan window"since 1970 and earthquakes with ML≥5 in the middle and northern section of the North-South Seismic Belt

可以看出，“固原窗”内的ML≥3.0级以上地震活动增强，对于近距离范围内的5级以上地震的发生有一定的预测意义，较远距离的强震7级以上地震发生在“固原窗”内的ML≥3.0级以上地震活动增强之前半年内。

3 1970年以来南北地震带中北段的强震活动与“固原窗”ML≥3.0级地震增强时段关系

南北地震带中北段即北纬（32.5°～38.0°），东经（101°～108°）范围内的5～5.9级地震19次（不包括余震），其中发生在1970年以来“固原窗”内ML≥3.0级以上地震的7个增强时段内的仅有3次，1次发生在1970年以来“固原窗”内ML≥3.0级以上地震的7个增强时段结束后（表1），且这4次中3次地震（1973年5月8日四川南坪南5.1级地震、1974年1月16日四川松潘5.7级地 震 和1974年11月17日四川南坪南5.7级地震都是成组（发生间隔在12个月内，发生距离在20 km以内）发生的（图3），这3次5级以上地震的发生与1976年松潘—平武的两次7.2级地震相关。

区内6级以上地震有9次，包括发生在北纬（32.5°～38.0°），东经（101°～108°）范围内的6级以上地震8次（不包括余震）和发生在北纬（31.0°～32.5°），东经（101°～108°）范围内的7级以上地震1次（汶川8级地震），其中2次6级以上地震（2008年5月12日汶川8.0级地震和2017年8月8日九寨沟7.0级地震）发生在“固原窗”内ML≥3.0级以上地震的增强时段前0.5年，5次发生在“固原窗”内ML≥3.0级以上地震的增强时段后1.1年内（表1），仅有2次6级以上地震（1990年10月20日甘肃景泰6.2级地震和2013年7月22日甘肃岷县6.6级地震）没有发生在这7个增强时段前0.5年、增强过程中和增强时段后1.1年内（图3）。但这两次6级以上地震是这9次6级以上地震中与“固原窗”的距离最近的，位于宁夏南部及邻区北纬（35.0°～38.0°），东经（103.5°～108°）），该区域的5级以上地震前都存在近1年ML≥3.0级以上地震平静现象[15-16]。

图3 1970年以来南北地震带中北段5级以上地震的震中分布图Fig.3 Epicenter distribution of earthquakes with MS≥5 in the middle and northern section of the North-South seismic belt since 1970

4 1970年以来“固原窗”ML≥3.0级地震增强与宁夏南部及邻区ML≥3.0级地震平静的震兆意义讨论

从图4中与“固原窗”距离最近5～6级地震（绿色地震）即可以看出，宁夏南部及邻区的5级以上地震前都存在近1年ML≥3.0级以上地震平静现象[15-16]，这些地震位于祁连地震带中东段，是1920年海原81/2地震的震中区和余震区，海原81/2地震使得这些区域的应力释放很充分，1970年以来这些区域的最大地震震级为6.2，震前表现为近1年ML≥3.0级以上地震平静现象。

1970年以来研究区内5～5.9级地震19次，除去上文提到的3次成组地震（1973年5月8日四川南坪南5.1级地震、1974年1月16日四川松潘5.7级地震和1974年11月17日四川南坪南5.7级地震，这3次四川松潘—平武的3次5级地震成组地震发生在“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强活动过程中和结束后），其中12次距离“固原窗”较远（300～500 km，图4中紫色的5～5.9级地震），这12次5.0～5.9级地震与“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强活动没有明显的相关关系），表明区内成组5～5.9级地震活动与“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强有关。

而在这些区域的6级以上地震甚至更远的汶川8级地震，与ML≥3.0级以上地震增强活动有明显的相关关系，主要表现为：距离“固原窗”300 km多的5次6级地震都发生在“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强活动结束后，包括青海门源2次6级地震和四川松潘—平武的1次6级地震和2次7级地震；其中2次7级以上地震（2008年5月12日汶川8.0级地震和2017年8月8日九寨沟7.0级地震）发生在“固原窗”内ML≥3.0级以上地震的增强时段前0.5年，该现象表明强震在一定程度上使“固原窗”ML≥3.0级以上地震活动增强。

5 1920年海原8 1/2地震对宁夏南部及邻区5级以上地震活动的影响

从图4可以看出，1920年12月16日至1924年4月，海原81/2地震发生后3.5年宁夏南部及邻区的5级以上地震主要集中在北纬（34.5°～37.3°），东经（103.4°～106.5°）范围内，1924年至今该区域仅发生1次6级以上地震，即1990年10月20日甘肃景泰6.2级地震；而外围强震活动活跃，1927年发生了甘肃古浪8.0级地震，古浪8.0级地震后该区域7级以上地震活动平静，49年后在区域南部发生了1976年松潘两次7.2级地震和2017年九寨沟7.0级地震。1924年至今宁夏南部及邻区的应力状态不同于距离“固原窗”较远的祁连山地震带中段和甘东南地区，主要原因为：1920年12月16日海原81/2地震发生时海原断裂带能量释放较强，而后能量释放强度衰减，1924年后震区宁夏南部及邻区6级以上地震平静，仅在西北端发生1次6.2级地震，表明该区域断裂1924年后仅有发生5、6级地震的孕震强度，根据8级地震活跃周期，未来该区域将维持5、6级地震的活动水平，而外围的强度较高。

图4 1920年以来宁夏南部及邻区5级以上地震的震中分布图Fig.4 Epicenter distribution of earthquakes with MS≥5 in Southern Ningxia and its adjacent areas since 1920

宁夏南部及邻区5级以上地震前都存在近1年ML≥3.0级以上地震平静现象，而祁连山地震带中段和甘东南地区的6级以上地震与甚至更远的汶川8级地震，与ML≥3.0级以上地震增强活动有明显的相关关系，似乎这些区域的强震触发了“固原窗”ML≥3.0级以上地震活动的增强。这些现象的原因为：“固原窗”位于特殊的构造部位，是北西向海原断裂带与南北向六盘山断裂带的构造交汇处，在1920年海原81/2地震发生时该处断裂带能量释放强烈，因此成为反映区域构造活动的敏感窗口，也为近区域5级地震和远区域7级以上强震的发生能提供先兆指示或同期、后期关联活动。

6 结论与讨论

本文梳理了1970年以来年南北地震带中5级以上地震与宁夏南部及邻区“固原窗”ML≥3.0级以上地震活动之间的关系，得到如下认识：

（1）宁夏南部及邻区位于祁连地震带中东段，是1920年海原81/2地震的震中区和余震区，海原81/2地震使得这些区域的应力释放很强烈，因此未来该区域发生强震的可能性不大；该区域的5级以上地震前都存在近1年ML≥3.0级以上地震平静现象，表明该区域断裂在5级地震前存在短期应力积累现象。

（2）距离“固原窗”较远（300～500 km）的单个5.0～5.9级地震与“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强活动没有明显的相关关系，而四川松潘—平武的5级地震成组地震发生在“固原窗”ML≥3.0级以上地震增强活动过程中和结束后；祁连山地震带中段和甘东南地区的6级以上地震与甚至更远的汶川8级地震，与ML≥3.0级以上地震增强活动有明显的相关关系，似乎这些区域的强震触发了“固原窗”ML≥3.0级以上地震活动的增强。

（3）“固原窗”位于特殊的构造部位，是北西向海原断裂带与南北向六盘山断裂带的构造交汇处，在1920年海原81/2地震发生时该处断裂带能量释放强烈，因此成为反映区域构造活动的敏感窗口，也为近区域5级地震和远区域7级以上强震的发生能提供先兆指示或同期、后期关联活动。