南北地震帶北段6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震活動(dòng)特征

任雪梅 曾憲偉 丁風(fēng)和 蔡新華

寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川市北京東路244號(hào) 750001

0 引言

強(qiáng)震前區(qū)域地震活動(dòng)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)平靜或“缺震”過(guò)程，這種現(xiàn)象早已為國(guó)內(nèi)外許多地震學(xué)者所關(guān)注（Mogi，1969；Wesson，1973；牛志仁，1980；陸遠(yuǎn)忠等，1985；Wyss et al，1988；宋俊高等，1997；丁韞玉等，1997；蔣海昆等，2000）。在所有利用地震活動(dòng)預(yù)測(cè)強(qiáng)震的前兆信息中，強(qiáng)震前的地震平靜現(xiàn)象可能是最有價(jià)值的中長(zhǎng)期前兆之一。它有可能提供關(guān)于震中位置、時(shí)間和強(qiáng)度等的有用信息，因此引起了地震學(xué)家的極大關(guān)注（Ogata，2004）。Ohtake等（1977）和Kisslinger（1988）曾利用地震前兆平靜現(xiàn)象分別對(duì)1978年11月墨西哥瓦哈卡7.8級(jí)和1986年7月安德烈亞諾群島7.7級(jí)地震進(jìn)行了預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)震級(jí)、時(shí)間和發(fā)生地點(diǎn)與預(yù)測(cè)的大致符合，印證了“平靜”作為“真正前兆”的確定性。在已有的地震預(yù)測(cè)成功實(shí)例中，前兆性地震平靜起著主要作用（Habermann，1988），因此被認(rèn)為是大震前最可靠的前兆現(xiàn)象（Kato，et al，1997）。

近幾十年來(lái)，我國(guó)地震工作者從不同角度對(duì)某些特定地區(qū)的地震活動(dòng)平靜異常進(jìn)行了專門研究。蔣淳等（1989）以華北地區(qū)每年5級(jí)地震的折合頻次為基本特征量，對(duì)其進(jìn)行地震活動(dòng)平靜異常模糊識(shí)別分析。結(jié)果顯示，每當(dāng)平靜異常的從屬函數(shù)L出現(xiàn)局部極大值時(shí)，在其后1～3年內(nèi)華北地區(qū)則往往會(huì)發(fā)生6級(jí)以上地震。焦遠(yuǎn)碧等（2000）研究了1990～1996年我國(guó)大陸及邊境地區(qū)發(fā)生的24次6級(jí)以上地震前中等地震時(shí)序分布狀況，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震前中等地震的活動(dòng)特征是：長(zhǎng)期平靜—集中活動(dòng)—震前平靜，認(rèn)為震前平靜可作為強(qiáng)地震中期預(yù)測(cè)指標(biāo)。王林瑛（1999）探討了華北地區(qū)（30°～43°N，110°～125°E）剔除余震影響后 4級(jí)以上中等地震活動(dòng)出現(xiàn)的平靜異常與未來(lái)30天內(nèi)該區(qū)所發(fā)生的6級(jí)以上地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，其短期預(yù)測(cè)效能相對(duì)較高，R評(píng)分值達(dá)0.46。蔣海昆等（2000）以相鄰2次地震的時(shí)間間隔作為統(tǒng)計(jì)量，對(duì)華北地區(qū)的地震活動(dòng)平靜異常進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，中強(qiáng)地震之前大范圍內(nèi)中小地震活動(dòng)的平靜異?，F(xiàn)象是明顯的，給出了不同置信概率下異常的判別標(biāo)準(zhǔn)及M≥5.0地震發(fā)生的可能性。

地震活動(dòng)增強(qiáng)也是強(qiáng)震前普遍存在的現(xiàn)象。在多數(shù)強(qiáng)震發(fā)生前數(shù)年，區(qū)域地震活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)非隨機(jī)性的增強(qiáng)（劉蒲雄等，1997）。地震活動(dòng)增強(qiáng)是短期階段較為普遍的一種震兆，對(duì)區(qū)域地震短期預(yù)測(cè)具有實(shí)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者都發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)震源區(qū)及附近震前有中等地震活動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)象（馬殿軍，1982；郁曙君，1990；焦遠(yuǎn)碧等，2000；任雪梅等，2002；楊立明等，2002；薛丁，2003；劉小鳳等，2010）。研究表明，中等地震活動(dòng)增強(qiáng)是強(qiáng)震前區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)加強(qiáng)的一種表現(xiàn)形式。中等地震的次數(shù)越多，震級(jí)越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，活動(dòng)范圍越廣泛，則未來(lái)主震的震級(jí)也越大。

本文分析ML≥3.0地震活動(dòng)特征主要采用了Δ-t圖方法，并據(jù)此對(duì)1970年以來(lái)（因完整的ML≥3.0地震資料起始時(shí)間為1970年）南北地震帶北段6級(jí)以上地震前的ML≥3.0地震活動(dòng)特征進(jìn)行分析，進(jìn)而討論強(qiáng)震前地震活動(dòng)平靜或增強(qiáng)現(xiàn)象的特征；最后結(jié)合主震震源機(jī)制解和區(qū)域活動(dòng)性差異，對(duì)6級(jí)以上地震前兆性平靜現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

表1 1970年以來(lái)南北地震帶北段發(fā)生的6.0級(jí)以上地震及參數(shù)

1 研究對(duì)象

本文采用全國(guó)弱震目錄China2和全國(guó)強(qiáng)震目錄 CH 48，這2個(gè)目錄均為中國(guó)臺(tái)網(wǎng)中心提供的速報(bào)資料，其時(shí)段皆始于1970年。1970年以來(lái)南北地震帶北段共發(fā)生6.0級(jí)以上地震13次，包括1次青海共和晚期強(qiáng)余震，即1994年1月3日青海共和6.0級(jí)地震；1次雙震，即 2003年10月25日甘肅民樂(lè)、山丹間的6.1級(jí)、5.8級(jí)地震，表1給出了這 13次地震的參數(shù)。由于研究時(shí)段從1970年開始，距1971年3月24日青?，敹?.3級(jí)地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間僅有1年多，因此本文不分析該地震的活動(dòng)特征，僅分析其它12次6級(jí)以上地震前的ML≥3.0地震活動(dòng)特征。

2 研究區(qū)12個(gè)6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震活動(dòng)特征

對(duì)研究區(qū)12個(gè)6級(jí)以上地震樣本的研究時(shí)段均始自1970年，空間上的最初選取范圍為200km，最終確定的空間范圍是根據(jù)實(shí)際ML≥3.0地震活動(dòng)變化的范圍而定。以下多幅Δ-t圖件中的ML≥3.0地震都是主震發(fā)生前的，主震后的ML≥3.0地震活動(dòng)均未涉及。

2.1 主震前震中區(qū)存在1～4年地震平靜和1年內(nèi)的地震活躍

1976年9月23日內(nèi)蒙古巴音木仁6.2級(jí)地震前7年始（圖1（a）），隨著時(shí)間推移，震中區(qū)ML≥3.5地震活動(dòng)存在：3年9個(gè)月平靜（震中區(qū)40km范圍內(nèi)）—5個(gè)月活躍（震中區(qū)40km范圍內(nèi)）—1年7個(gè)月（震中區(qū)120km范圍內(nèi)）平靜—11個(gè)月顯著活躍（震中區(qū)50km范圍內(nèi)）的過(guò)程。即主震前6年多時(shí)間內(nèi)ML≥3.5地震活動(dòng)存在：①3年9個(gè)月和1年7個(gè)月的2次平靜時(shí)段，第1次平靜時(shí)間較長(zhǎng)，但平靜的空間范圍較小，第2次平靜時(shí)間較短，但平靜的空間范圍較大；②5個(gè)月和11個(gè)月的2次活動(dòng)增強(qiáng)，臨近主震的ML≥3.5地震活躍比第1次顯著增強(qiáng)，且發(fā)生了信號(hào)震和前兆性震群（任雪梅等，2017）。從圖1（b）可以看出，2次地震活躍的震中位置發(fā)生了變化，第1次活躍時(shí)段的地震主要集中在主震西南40km范圍內(nèi)，第2次活躍時(shí)段的地震事件主要集中在主震東北方向，主震發(fā)生在這2次活躍時(shí)段事件的震中分布的交界區(qū)域，這個(gè)特征有助于判定之后主震發(fā)生的位置。

圖1 1976年巴音木仁6.2級(jí)地震前震中區(qū)的ML≥3.5地震Δ-t（a）和震中分布（b）

1990年10月20日甘肅景泰6.2級(jí)地震前5年（圖2（a））始，震中區(qū) ML≥3.0地震活動(dòng)先后存在：1年3個(gè)月平靜（震中區(qū)85km范圍內(nèi)）—5個(gè)月較活躍（震中區(qū)85km范圍內(nèi)）—1年11個(gè)月平靜（震中區(qū)75km范圍內(nèi)）—12個(gè)月較活躍（震中區(qū)50km范圍內(nèi)）的特征。第2次ML≥3.0地震活動(dòng)活躍和第1次活躍相比，震中區(qū)75km范圍內(nèi)發(fā)生了1次 ML≥4.0地震，且地震活躍主要集中在震中區(qū)50km范圍內(nèi)，這些特征為判定主震發(fā)生提供了參考。

1970年8月9日～2013年7月22日，甘肅岷縣、漳縣交界6.6級(jí)地震前的41年內(nèi)，震中區(qū)18km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)顯著平靜，沒(méi)有發(fā)生1次ML≥3.0級(jí)地震，但在2011年11月2～3日內(nèi)連續(xù)發(fā)生3次ML≥3.0地震，其中包含1次ML4.9地震（圖3）。2012年10月21日～2013年7月22日震中區(qū)100km范圍內(nèi) ML≥3.0地震活動(dòng)明顯活躍，并呈有序條帶分布，主震發(fā)生在條帶交匯。因此，2013年岷縣、漳縣交界6.6級(jí)地震前震中區(qū)ML≥3.0地震存在41年的平靜時(shí)段，震前主震位置附近ML≥3.0地震存在1年9個(gè)月短期活躍。

圖2 1990年景泰6.2級(jí)地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震Δ-t（a）和震中分布（b）

圖3 2013年甘肅岷縣、漳縣交界6.6級(jí)地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震 Δ-t（a）和震中分布（b）

從以上震例可以看出，當(dāng)震中區(qū)50km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)出現(xiàn)增強(qiáng)，地震分布較集中，并發(fā)生1次ML≥4.0地震和震群時(shí)，其后1～2年內(nèi)有6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能性。

2.2 主震前震中區(qū)ML≥3.0地震前存在較長(zhǎng)時(shí)間平靜

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，1970年以來(lái)南北地震帶北段12次6級(jí)以上地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動(dòng)具有較長(zhǎng)時(shí)間平靜的地震有7次，占總數(shù)的58.3%（圖4）。

從圖4可看出，7次6級(jí)以上地震前，主震震中區(qū)附近存在ML≥3.0地震平靜或缺震的現(xiàn)象，即震前表現(xiàn)為震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間平靜，7次6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震的平靜時(shí)段和平靜的空間范圍見表2。

從表2可以看出，這7次6級(jí)地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)都有較長(zhǎng)時(shí)間的平靜，有4次6級(jí)地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)存在2次平靜時(shí)段，每個(gè)地震前至少存在1次10年以上的平靜時(shí)段，空間范圍為12～70km，最長(zhǎng)的平靜時(shí)間為32.3年。

2.3 主震前震中區(qū)ML≥3.0地震存在1～2年平靜

1990年4月26日青海共和7.0級(jí)地震后至1992年12月19日，震中區(qū)35km范圍內(nèi)ML≥3.0地震一直活躍，其間出現(xiàn)2次4～6個(gè)月的平靜，之后在1992年12月～1993年12月出現(xiàn)了1年的ML≥3.0地震平靜，平靜被打破后8天發(fā)生了青海共和6.0級(jí)地震（圖5（a））。2010年1月1日～2014年4月24日，青海門源6.4級(jí)地震震中區(qū)100km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)均較為活躍，但自2014年4月25日～2016年1月20日主震前1年8個(gè)月震中區(qū)出現(xiàn)ML≥3.0地震平靜，平靜持續(xù)過(guò)程中發(fā)生了6.4級(jí)地震。因此，當(dāng)ML≥3.0地震活動(dòng)較強(qiáng)區(qū)域出現(xiàn)1年以上的ML≥3.0地震平靜時(shí)，存在發(fā)生6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能（圖5（b））。

圖5 1994年青海共和6.0級(jí)地震（a）和2016年門源6.4級(jí)地震（b）前震中區(qū)的ML≥3.0地震 Δ-t圖

2.4 小結(jié)

將前述分析總結(jié)如下：

（1）12次強(qiáng)震中有3次震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動(dòng)特征出現(xiàn)較短時(shí)間平靜異常和活躍，平靜異常時(shí)間為1年3個(gè)月～43年，活躍時(shí)段為4個(gè)月～1年9個(gè)月；這3次主震前有2個(gè)地震前出現(xiàn)2次平靜和2次活躍；當(dāng)震中區(qū)50km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)出現(xiàn)增強(qiáng)，并發(fā)生ML≥4.0地震，其后1～2年內(nèi)具有發(fā)生6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能性。這3次震例中，ML≥3.0地震平靜和活躍的空間范圍為18～120km。

（2）12次地震中有7次地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動(dòng)具有較長(zhǎng)時(shí)間平靜，其中有2次平靜時(shí)間為10～20年，4次平靜時(shí)間為20～30年，1次平靜時(shí)間為32.3年。這7次震例中，ML≥3.0地震平靜的空間范圍為12～70km，因此對(duì)于南北地震帶北段較小范圍內(nèi)的較長(zhǎng)時(shí)間ML≥3.0地震活動(dòng)平靜應(yīng)引起注意。

（3）12次地震中有2次地震為原地30年內(nèi)發(fā)生過(guò)6級(jí)以上地震。當(dāng)震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)存在1～2年平靜時(shí)，該區(qū)域存在發(fā)生6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能，ML≥3.0地震平靜的空間范圍為35～100km。

（4）據(jù)前文的空間分布特征分析結(jié)果（圖6）可知：①震前ML≥3.0地震活動(dòng)存在較短時(shí)間平靜和活躍的6級(jí)以上地震都分布在102°E以東（即寧夏及鄰近區(qū)域）的現(xiàn)象；②102°E以西的青海和甘肅中西部地區(qū)6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震活動(dòng)大多存在較長(zhǎng)時(shí)間的平靜（11.5～32.3年）；③原地30年內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過(guò)6級(jí)以上地震的2個(gè)主震前，ML≥3.0地震活動(dòng)存在1～2年的平靜。希冀這些特征對(duì)于今后判定該區(qū)域6級(jí)以上地震的發(fā)生具有確定的參考價(jià)值。

圖6 南北地震帶北段6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震活動(dòng)差異分布

3 6級(jí)以上地震發(fā)生前ML≥3.0地震活動(dòng)特征差異原因分析

3.1 震源機(jī)制解

1970年以來(lái)南北地震帶北段6級(jí)以上地震震源機(jī)制類型列于表3。102°E以東區(qū)域的3次6級(jí)以上地震（圖6）震源機(jī)制分別為走滑和逆沖；青海5次和甘肅1次6級(jí)以上地震（1986年門源8.6級(jí)、1990年共和7.0級(jí)、1993年祁連6.0級(jí)、1995年果洛西部6.2級(jí)、2000年興海-瑪多間6.6級(jí)、2003年德令哈6.6級(jí)、2003年甘肅民樂(lè)-山丹間6.1級(jí)地震）震源機(jī)制分別為正斷、逆沖和走滑，3種基本錯(cuò)動(dòng)類型均有呈現(xiàn)；對(duì)于原地30年內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過(guò)6級(jí)以上地震的2次地震（圖6），震源機(jī)制解均為逆沖型，但震例較少，有待震例積累后作進(jìn)一步分析。因此，通過(guò)考查1970年以來(lái)南北地震帶北段6級(jí)以上地震前ML≥3.0地震活動(dòng)特征差異與主震震源機(jī)制類型之間的對(duì)應(yīng)性后發(fā)現(xiàn)（表2），兩者之間并不存在顯性的相關(guān)性。

3.2 區(qū)域地震活動(dòng)差異

統(tǒng)計(jì)了1970年以來(lái)南北地震帶北段6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震平靜范圍內(nèi)的年頻度均值（主震前有2次平靜的，取較小空間范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）（表4），由于1994年1月4日青海共和6.0級(jí)地震距離1990年4月26日青海共和7.0級(jí)地震僅3年多時(shí)間，因此未對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表3 1970年以來(lái)南北地震帶北段6級(jí)以上地震參數(shù)及震源機(jī)制

表4 1970年以來(lái)南北地震帶北段6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震平靜范圍內(nèi)的年頻度均值

由表4可以看出：①南北地震帶北段102°E以東區(qū)域（寧夏及鄰區(qū)）的2個(gè)6級(jí)以上地震前（1976年9月23日內(nèi)蒙古巴音木仁6.2級(jí)地震、1990年10月20日甘肅景泰6.2級(jí)地震）震中區(qū)平靜范圍內(nèi)的ML≥3.0地震年頻度均值較高，分別為3.71和1.76，表明6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)水平較高，主震前2次平靜持續(xù)時(shí)間較短，為1～4年，平靜后都有小于1年的活躍；②2016年1月21日青海門源6.1級(jí)地震是原地復(fù)發(fā)的6級(jí)以上地震，震前震中區(qū)100km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)水平較高，震前出現(xiàn)的平靜異常時(shí)間較短，為1年多；③南北地震帶北段102°E以東區(qū)域的2013年7月22日甘肅岷縣、漳縣交界6.6級(jí)地震前震中區(qū)平靜范圍內(nèi)的ML≥3.0地震年頻度均值較低，主震前ML≥3.0地震在41年長(zhǎng)時(shí)間平靜時(shí)間后出現(xiàn)1年多活躍后發(fā)生主震；④其他7次6級(jí)以上地震前震中區(qū)平靜范圍內(nèi)的ML≥3.0地震年頻度均值都較低，為0.26～1.06，ML≥3.0地震活動(dòng)平靜時(shí)間也較長(zhǎng)，為10年以上。

簡(jiǎn)而言之，南北地震帶北段的6級(jí)以上地震前，主震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)水平較低的，存在10年以上的平靜異常，活動(dòng)水平較高的，存在較短時(shí)間平靜異常，這表明南北地震帶北段的6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震出現(xiàn)的異常特征與其主震前活動(dòng)水平密切相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

本文通過(guò)對(duì)1970～2016年南北地震帶北段12次6級(jí)以上地震前的ML≥3.0地震活動(dòng)特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)主要表現(xiàn)為平靜異常，各個(gè)區(qū)域的平靜特征和時(shí)間有差異。

（1）南北地震帶北段102°E以東區(qū)域（寧夏及鄰區(qū)）的6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)存在較長(zhǎng)時(shí)間的平靜異常和較短時(shí)間的活躍，平靜異常時(shí)間為1年3個(gè)月～43年，短期活躍時(shí)間為4個(gè)月～1年9個(gè)月；青海和甘肅6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)大多存在10年以上的平靜，平靜時(shí)間為11.5～32.3年；青海2次30年內(nèi)原地發(fā)生的6級(jí)以上地震前，其震中區(qū)ML≥3.0地震活動(dòng)存在1～2年的平靜異常。

（2）1970年以來(lái)南北地震帶北段12次6級(jí)以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震平靜的空間范圍為12～120km，因此對(duì)于南北地震帶北段較小范圍內(nèi)較長(zhǎng)時(shí)間的ML≥3.0地震活動(dòng)平靜應(yīng)引起注意。各個(gè)區(qū)域的具體特征分別為：①南北地震帶北段102°E以東區(qū)域（寧夏及鄰區(qū)）ML≥3.0地震活動(dòng)出現(xiàn)1年以上的平靜后，震中區(qū)50km范圍內(nèi)ML≥3.0地震活動(dòng)出現(xiàn)增強(qiáng)，并伴隨發(fā)生ML≥4.0，則其后1～2年內(nèi)有發(fā)生6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能性；②如果青海地區(qū)出現(xiàn)100km范圍內(nèi)10年以上的ML≥3.0地震平靜區(qū)域，需注意發(fā)生6級(jí)以上地震活動(dòng)的可能性。

（3）1970年以來(lái)南北地震帶北段12次6級(jí)以上地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動(dòng)特征差異主要與區(qū)域活動(dòng)水平有密切關(guān)系，與主震震源機(jī)制沒(méi)有顯性相關(guān)性，與主震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動(dòng)特征水平密切相關(guān)。

（4）1970年以來(lái)102°E以西的青海和甘肅中西部地區(qū)6級(jí)以上地震都發(fā)生在ML≥3.0地震活動(dòng)水平較低的區(qū)域。