蔣長勝

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

川滇地區(qū)地震活動的統(tǒng)計物理特征

蔣長勝

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

自20世紀80年代以來，現(xiàn)代統(tǒng)計物理與地震學的交叉，為地震預測預報研究提供了新的線索。本文利用國際上近年來發(fā)展起來的PI算法、各態(tài)遍歷性、AMR等統(tǒng)計物理概念和算法，以及RTP分析、基于時-空ETAS模型的隨機除叢法和ROC檢驗等統(tǒng)計地震學方法，考察了川滇地區(qū)的地震活動統(tǒng)計物理特征，以為該地區(qū)的強震綜合預測策略提出建議。

基于時-空ETAS模型的隨機除叢法，考察了川滇地區(qū)背景地震特征，結果表明，川滇地區(qū)地震活動具有更為復雜的時空特征，地震序列更傾向于具有前震事件，地震活動也以叢集地震活動為主。

利用國際上新近發(fā)展的圖像信息學PI算法，使用1970—2007年ML3.0以上區(qū)域地震目錄，針對MS5.5及以上預測“目標震級”，采用15年尺度的地震目錄滑動時間窗、均為5年尺度的地震活動“異常學習”時段和“預測時間窗”進行PI算法計算。對PI算法預測效果使用ROC檢驗方法進行統(tǒng)計檢驗，結果表明，PI算法預測效果不但明顯優(yōu)于隨機預測，同時優(yōu)于基于地震叢集理論進行地震數(shù)目統(tǒng)計的地震相對強度（Relative Intensity，RI）算法。

將PI算法進一步應用于年尺度地震預測研究，直接將PI算法的“預測時間窗”縮短至3年和1年，PI算法的預測效果雖仍優(yōu)于隨機預測，但相對5年“預測時間窗”明顯下降。在年尺度上，PI預測的效果與RI預測的基本相當，表明PI算法用于年度地震預測技術上并不可行。然而，采用RTP的思路，將PI算法和RI算法作為“前兆反向追蹤”（RTP）分析中的中長期地震危險性估計方法，可以在一定程度上解決年度地震趨勢會商中地震虛報率較高的問題。結果表明，可在不影響預測成功率的情況下，PI／RI算法與RTP分析相結合的思路一定程度上降低了年度會商的地震虛報率。

針對川滇地區(qū)7級以上強震頻度低、突發(fā)性強的特點，將川滇地區(qū)與安達曼-蘇門答臘地區(qū)作為統(tǒng)一的研究區(qū)，用PI算法進行了MW7.0以上強震的時間相依地震危險性分析。選取10年尺度的地震活動“異常學習”時段、3年尺度的“預測時間窗”、1.0°×1.0°的空間網(wǎng)格及MW5.0的截止震級進行計算，ROC檢驗表明PI算法適用于川滇-安達曼-蘇門答臘地區(qū)MW7.0以上強震的中長期預測。從各態(tài)遍歷性角度討論了方法的適用程度。

利用地震的“類臨界點”模型中的AMR現(xiàn)象研究了川滇地區(qū)的強震臨界性。在已知實際發(fā)震時刻和震中位置的情況下，在由時-空-地震序列截止震級（T-R-Mc）構成的三維空間中討論了震前AMR現(xiàn)象的客觀性問題，結果表明，川滇地區(qū)強震前的矩釋放行為較為復雜，研究所用模型參數(shù)對AMR結果影響較大；強震的孕育時-空過程的確伴有“類臨界”現(xiàn)象存在；是否刪除或削弱叢集地震對AMR現(xiàn)象研究影響顯著，且去除叢集地震后得到的背景地震的矩釋放行為更為穩(wěn)定?？疾炝舜ǖ岬貐^(qū)AMR現(xiàn)象的特征時、空尺度。結果表明，除叢后的AMR特征時、空尺度較為明顯，約分別為T＝5 a和R＝50 km，這大致上相當于PI算法所用的時間尺度和Moore近鄰組成的格點cluster的尺度。對強震的時間臨界性考察結果表明，僅半數(shù)左右的震例存在震前參數(shù)m隨時間減小的現(xiàn)象。

本研究還從2008年5月12日四川汶川MS8.0地震前是否存在AMR現(xiàn)象和PI“熱點”角度，考察了此次地震的可預測性問題。由于汶川8.0級地震破裂的特殊性，在AMR研究中對算法做了必要的改進。采用了BIC準則來解決數(shù)據(jù)點數(shù)的不同對結果的影響；不但使用了以往常見的圓形空間窗，還使用了“類裂紋形”窗來研究震前的地震矩釋放行為。結果表明，僅考慮破裂帶上成核點周圍的段落，震前未見明顯的加速或平靜現(xiàn)象；但沿著斷裂帶進一步擴展考察的空間范圍，震前微震活動展示了明顯的AMR行為。

對2008年5月12日四川汶川MS8.0地震的PI算法回溯性研究結果表明，震前PI“熱點”覆蓋了整個主震破裂區(qū)和北西向龍門山斷裂帶的中南段。但當擴大空間網(wǎng)格尺度或提高截止震級時，PI“熱點”消失。在物理上，這可能表明較小的地震事件仍能攜帶較為豐富的強震危險性增強的信息；而對于板內地震，統(tǒng)計模型參數(shù)選取中設定截止震級低于“目標震級”兩個震級單位的常用標準可能是成問題的。

最后，根據(jù)上述對川滇地區(qū)地震活動的統(tǒng)計物理特征的認識，針對實際地震預測預報的工作需要，提出了該地區(qū)的強震綜合預測策略。

地震統(tǒng)計物理；地震可預測性；川滇；圖像信息學（PI）算法；AMR；地震斷層系統(tǒng)的各態(tài)遍歷性；ETAS模型；ROC檢驗

（作者電子信箱，蔣長勝：jiang＿cs79＠sina.com）

P315；

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10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.019