2023年甘肃积石山M6.2地震能量场的时空特征及其成灾原因

《Geomatics, Natural Hazards and Risk》：Spatiotemporal characteristics of the energy field and disaster cause of the 2023 Gansu Jishishan M6.2 earthquake

地震能量场时空演化特征及其与灾害关联性研究，基于自然正交函数展开法分析2019年Xiahe M5.7与2023年Jishishan M6.2地震能量场时空演化规律，揭示高能释放区与强震震中空间一致性，提出主压应力方向剪切应力节点面是强震发生的关键地质条件。研究表明能量场时空异常具有长-中-短期递进特征，前兆异常贡献率前四项累计达99.7%，能量释放峰值与灾害强度呈显著正相关，沙土液化等次生灾害与能量场空间分布特征吻合度达82.3%。

　　### 地震能量场的时空演化特征与地震预测的关联性分析

地震预测和快速地震灾害评估是地震学研究的重要领域，对于减轻地震带来的影响具有重要意义。在本研究中，科学家通过地震能量场的分析，探索了地震能量在时间与空间上的异常演化特征，并将其与地震灾害的发生原因进行关联。研究的焦点是2019年 Xiahe 地区发生的 M5.7 地震以及2023年 Jishishan 地区发生的 M6.2 地震，这些地震都位于青藏高原东北缘，靠近活跃断层带。通过自然正交函数展开法（NOF）对地震能量场进行分析，科学家能够识别出地震前的异常能量变化，并据此推测未来强震的发生概率及灾害分布。

#### 地震能量场的异常识别与地震预测

地震能量场通常被定义为地震活动演化模型中的一个代理指标，而不是直接测量的地震辐射能量。通过将地震能量场分解为时间函数和空间函数，科学家能够更清晰地识别出能量的异常变化。在本研究中，通过使用NOF方法对地震数据进行处理，科学家发现地震前的能量场在时间上出现了三个显著的异常期，这些异常期与能量场的前四个时间因子的异常时间段高度吻合。这种异常特征表明，地震能量场的变化可能与地震的发生密切相关。

在空间分布上，地震能量的高值异常区域往往出现在活跃断层带的边缘或其附近，形成了类似六边形的高能量分布。这些区域被认为是地震可能发生的高风险区域，因为它们代表了能量的释放与积累交界处。在研究区域中，地震能量场的高值异常区域通常与地震灾害的高发区相对应，这种关联性为地震灾害评估提供了重要的依据。

#### 地震活动的时空演化特征

在分析地震能量场的时空演化特征时，科学家发现地震能量的累积和释放过程在时间上呈现出线性增长的趋势，但在此过程中也出现了多个异常波动。这些波动被划分为长期、中期和短期的异常期，分别对应于地震前的不同时间阶段。例如，在2019年 Xiahe 地震前，地震能量场的异常波动主要出现在2017年8月至2019年1月之间，而2023年 Jishishan 地震的异常波动则出现在更长的时间段内，如2017年至2023年。这些异常波动表明，地震能量的积累和释放过程可能受到多种因素的影响，包括区域构造应力的变化、断层活动的周期性等。

此外，地震能量场的异常波动还与地震的震级和地震释放能量的大小有关。研究发现，地震释放的能量越大，其对地震能量场的影响也越显著。例如，2023年 Jishishan M6.2地震释放的能量远远超过了2019年 Xiahe M5.7地震，这种能量差异可能是导致前者灾害更为严重的重要原因。地震能量的释放过程不仅影响地震波的传播，还可能引发一系列次生灾害，如液化、滑坡、泥石流等。

#### 地震能量场与构造应力场的关系

通过分析地震能量场与区域构造应力场的关系，科学家发现地震能量场的异常波动与构造应力的变化密切相关。例如，2023年 Jishishan M6.2地震发生在区域构造应力场的最优剪切应力节点平面上，这使得地震释放的能量更为集中，导致了更严重的地震破坏。相反，2019年 Xiahe M5.7地震发生在剪切应力较低的区域，地震释放的能量不足，导致灾害相对较轻。

这种构造应力与地震能量场之间的关系为地震预测提供了新的视角。科学家可以通过监测地震能量场的变化来识别构造应力的异常，从而推测未来地震的发生可能性和影响范围。此外，地震能量场的异常波动还可能与地震前的前震活动相关，前震活动通常表现为小震的集中发生，这些小震可能在地震能量场中形成明显的异常信号。

#### 地震能量场的分析方法与应用

自然正交函数展开法是一种新兴的分析方法，已被广泛应用于地震预测和灾害评估领域。该方法通过将地震能量场分解为多个正交函数，能够有效地提取出地震能量场的异常变化，同时避免了非异常或轻微异常的干扰。这种方法的优势在于其能够自动识别地震能量场的异常，减少了人为判断的主观性，提高了研究结果的可靠性。

在实际应用中，科学家通过构建地震能量场的时空网格，并使用滑动时间窗口算法对数据进行处理，能够更准确地识别地震能量场的异常波动。例如，在研究区域中，科学家将地震能量场的时空网格划分为0.5° × 0.5°的区域，并使用3个月为窗口长度，1个月为步长，对地震能量场的变化进行分析。这种方法使得科学家能够捕捉到地震前的异常能量分布，并据此推测地震的发生时间和地点。

#### 地震能量场的异常特征与灾害评估

地震能量场的异常特征不仅反映了地震活动的时空演化，还与地震灾害的分布密切相关。科学家通过分析地震能量场的异常波动，发现这些异常波动往往出现在地震的高风险区域。例如，在2023年 Jishishan M6.2地震前，地震能量场的异常波动主要集中在某些特定的区域，这些区域的地震活动较为频繁，能量积累明显。而在地震发生后，这些区域的能量释放更为剧烈，导致了更严重的地震灾害。

此外，地震能量场的异常波动还可能与地震后的次生灾害有关。例如，2023年 Jishishan M6.2地震引发了严重的次生灾害，如液化、滑坡和泥石流。这些次生灾害的发生往往与地震能量的释放密切相关，科学家可以通过分析地震能量场的异常波动来预测这些次生灾害的发生概率和影响范围。

#### 地震能量场的未来研究方向

尽管自然正交函数展开法在地震能量场分析中取得了显著进展，但仍有一些问题需要进一步研究。例如，如何将地震能量场的异常波动与地震的震级和震源参数更紧密地联系起来？如何利用更长时间尺度的地震数据来提高地震能量场分析的准确性？此外，科学家还需要探索如何将地震能量场的分析结果与地震灾害评估相结合，以提供更有效的地震预警和灾害应对措施。

在未来的研究中，科学家可能会考虑引入三维地质结构信息，以更全面地分析地震能量的分布和释放过程。此外，随着地震监测技术的进步，科学家可以获得更精确的地震数据，从而进一步提高地震能量场分析的可靠性。同时，科学家还可以结合其他地球物理数据，如GNSS观测数据、区域地质数据等，以更全面地理解地震能量场的变化机制。

总之，地震能量场的异常识别和时空演化分析为地震预测和灾害评估提供了新的方法和视角。通过自然正交函数展开法，科学家能够更有效地提取地震能量场的异常特征，并据此推测地震的发生可能性和影响范围。这种方法的应用不仅有助于提高地震预测的准确性，还为地震灾害的快速评估提供了重要的依据。未来的研究将继续探索如何进一步优化这一方法，并将其应用于更广泛的地震监测和灾害评估工作中。