一種新的地震預(yù)測(cè)方法在華南沿海地震帶的檢驗(yàn)與應(yīng)用*

周 斌，閻春恒，李 蕾，陸麗娟，甘延鋒，文 翔

(1.廣西壯族自治區(qū)地震局，廣西南寧530022;2.廣西防震減災(zāi)與緊急救援辦公室，廣西南寧530022)

0 引言

構(gòu)造地震特別是板內(nèi)構(gòu)造地震是地殼介質(zhì)在應(yīng)力場(chǎng)作用下破裂錯(cuò)動(dòng)或已有斷裂重新(破裂)錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果(榮代潞等，2006)。盡管國內(nèi)外已提出了不少孕震理論與預(yù)測(cè)方法(傅承義，1963;McCann et al，1979;Sobolev et al，1991;Rundle et al，2000;Migna et al，2007)，但大多與巖石破裂力學(xué)過程脫節(jié)(秦四清等，2010a)。因此，基于巖石破裂失穩(wěn)演化機(jī)理開展地震預(yù)測(cè)新理論和新方法的研究，是一種有益的探索。秦四清等(2010a)通過對(duì)孕震斷層中鎖固段的臨界破壞—斷裂力學(xué)及其蠕變過程的研究，提出了孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論及包括地震震級(jí)、臨界應(yīng)變(對(duì)應(yīng)發(fā)震時(shí)間)等預(yù)測(cè)方法。大量震例驗(yàn)證表明，應(yīng)用該理論方法對(duì)強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)典型大震的回溯性預(yù)測(cè)中取得令人滿意的結(jié)果(秦四清等，2010a～f，2011)。但該新的理論方法能否適用于中等—弱震構(gòu)造區(qū)的地震預(yù)測(cè)，尚需進(jìn)一步檢驗(yàn)和討論。

華南地區(qū)在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上屬于比較穩(wěn)定的塊體，內(nèi)部不發(fā)育明顯的活動(dòng)斷裂和褶皺，只在沿海一帶發(fā)育了少量的晚更新世活動(dòng)斷裂(張培震等，2002)，形成一條大致與海岸線平行的相對(duì)狹長的地震帶，稱之為華南沿海地震帶。該地震帶雖然發(fā)生過1604年福建泉州海外7級(jí)、1605年海南瓊山72級(jí)強(qiáng)震，但從頻度看，對(duì)比于華北、西南、西北等地區(qū)，仍屬少震區(qū)(魏柏林等，2001)。本文以華南沿海地震帶為研究區(qū)，重點(diǎn)針對(duì)孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論方法應(yīng)用于中等—弱震構(gòu)造區(qū)地震預(yù)測(cè)的適宜性問題進(jìn)行了回溯性檢驗(yàn)，并對(duì)各孕震空間區(qū)域未來的地震趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。本文研究成果不僅可為華南沿海地震帶地震趨勢(shì)研判提供重要的參考，而且對(duì)其它中等—弱震構(gòu)造區(qū)的地震預(yù)測(cè)研究也具有借鑒意義。

1 孕震斷層的多鎖固段脆性破裂理論簡(jiǎn)介

地震源自于沿?cái)鄬拥幕瑒?dòng)。Lei(2003)研究發(fā)現(xiàn)，斷層的運(yùn)動(dòng)模式和地震活動(dòng)性受斷層中一個(gè)或多個(gè)鎖固段所控制。鎖固段(如斷層中巖橋、障礙體或凸起體)可定義為在斷層面上具有較高強(qiáng)度且在地震中釋放較大地震矩的部位，一旦鎖固段被突破，地震將不可避免地發(fā)生。

秦四清等(2010a)應(yīng)用重正化群理論推導(dǎo)了鎖固體在其體積膨脹起點(diǎn)的臨界破壞概率，并基于材料脆性破壞的Weibull分布模型給出了單鎖固體斷裂點(diǎn)(地震發(fā)生)與體積膨脹起點(diǎn)位移或應(yīng)變的表達(dá)式為

式中:Sf和Sc分別為對(duì)應(yīng)鎖固體斷裂點(diǎn)與膨脹起點(diǎn)的應(yīng)變或位移值;ξ為鎖固體斷裂點(diǎn)與膨脹起點(diǎn)的應(yīng)變或位移值之比，其大小與孕震體的均勻性有關(guān)，秦四清等(2010a)認(rèn)為，在室內(nèi)緩慢加載試驗(yàn)條件下，ξ的平均值為1.48。鎖固體變形到膨脹點(diǎn)時(shí)，微破裂會(huì)向未來的主破裂面叢集，在蠕變位移—時(shí)間曲線上表現(xiàn)為位移加速現(xiàn)象，因此Sc容易從蠕變位移—時(shí)間觀測(cè)曲線上確定。由于沿?cái)鄬用娴纳畈炕瑒?dòng)位移不能直接測(cè)量，累積Benioff應(yīng)變可作為深部滑動(dòng)位移的替代量(Steven，Lynn，1999)。

實(shí)際上一個(gè)孕震斷層可能含多個(gè)鎖固段。在式(1)的基礎(chǔ)上，秦四清等(2010a)推導(dǎo)出適用于孕震斷層中多鎖固段破裂的臨界應(yīng)變的表達(dá)式，即

式中:Sf(k)為第k個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)的臨界應(yīng)變值(即將發(fā)生中強(qiáng)地震)，Sc為鎖固體膨脹起點(diǎn)的應(yīng)變值;ξ為每個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)與鎖固體加速應(yīng)變能釋放起點(diǎn)的累積Benioff應(yīng)變之比。式(2)表明，失穩(wěn)點(diǎn)的臨界應(yīng)變與加速應(yīng)變起點(diǎn)和鎖固段的數(shù)目有關(guān)，而與鎖固段的尺寸和強(qiáng)度無關(guān)。

需注意的是，Benioff應(yīng)變計(jì)算依賴于一個(gè)地震周期內(nèi)完整且準(zhǔn)確的地震目錄以及對(duì)孕震區(qū)域的準(zhǔn)確識(shí)別，故觀測(cè)和計(jì)算誤差不可避免。為此秦四清等(2010a)提出一種估算Benioff應(yīng)變誤差的方法。若考慮應(yīng)變誤差Δ，那么加速應(yīng)變起點(diǎn)和第一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變值分別為Sc+Δ和Sf(1)+Δ，其中Sc和Sf(1)為觀測(cè)值。由式(3)可求得誤差的表達(dá)式為

利用式(3)可對(duì)加速應(yīng)變起點(diǎn)和各鎖固段斷裂點(diǎn)的應(yīng)變觀測(cè)值進(jìn)行誤差改正，得到其實(shí)際的應(yīng)變值，以提高預(yù)測(cè)的精度。

2 研究方法

2.1 孕震空間區(qū)域的劃分

應(yīng)用孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論方法對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行中強(qiáng)地震回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)時(shí)，合理確定孕震空間區(qū)域至關(guān)重要，它涉及到地震目錄建立、累計(jì)Benioff應(yīng)變計(jì)算的邊界范圍等一系列問題。不同的劃分方案，其結(jié)果會(huì)有所差異，甚至相去甚遠(yuǎn)，最終會(huì)影響到回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)的效果。秦四清等(2010b)從潛在震源區(qū)劃分的層次提出了確定孕震空間區(qū)域的原則，此原則應(yīng)用于強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)是可行的，但對(duì)于華南沿海，若仍按照此原則確定孕震空間區(qū)域，難以滿足地震統(tǒng)計(jì)樣本量的需求，也難以滿足孕震空間區(qū)域內(nèi)震級(jí)分布合理性的要求。實(shí)際上，任何強(qiáng)震孕震空間的形成都不能完全歸屬于某一條活動(dòng)斷裂，即便該斷裂或斷裂的某一段是明確的控震構(gòu)造，也必須由若干次級(jí)斷裂和無數(shù)中小斷裂的空間組合才能形成孕震體(王晉南，王華林，1998)。因此，針對(duì)中等或弱震構(gòu)造區(qū)，孕震空間區(qū)域應(yīng)該是指受一條大的活動(dòng)構(gòu)造帶或一組現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力條件和變形條件相似的構(gòu)造帶所控制，具有相同的地震活動(dòng)周期，大致相同的孕育發(fā)展過程，空間上連接成帶或相對(duì)集中的區(qū)域，同時(shí)該區(qū)域應(yīng)滿足地震統(tǒng)計(jì)樣本量和震級(jí)分布合理性的要求。

華南沿海地震帶在大地構(gòu)造上屬加里東褶皺帶，該帶晚古生代以來大部分為相對(duì)隆起區(qū)，中生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，以斷裂和斷塊活動(dòng)為主，新生代以來斷裂繼續(xù)活動(dòng)，形成一些斷陷盆地。該帶主要發(fā)育北東、北西和近東西向三組活動(dòng)斷裂，北東向活動(dòng)斷裂為主要的控震構(gòu)造(任鎮(zhèn)寰，羅振暖，1998)，中等強(qiáng)度以上地震一般發(fā)生在兩組或三組斷裂的交匯部位或新生代斷陷盆地的邊緣部位。華南沿海地震帶在呈現(xiàn)出上述地震構(gòu)造背景和地震活動(dòng)特征相對(duì)一致性的同時(shí)，帶內(nèi)不同地區(qū)又表現(xiàn)出一定的差異性。首先，華南沿海地震帶在地球動(dòng)力環(huán)境上主要受菲律賓海板塊北北西向俯沖擠壓作用的影響，由于臺(tái)灣附近歐亞大陸板塊的逆向俯沖作用，致使菲律賓海板塊傳遞的推力向華南內(nèi)陸隨著距離的增大而迅速減弱;其次，自燕山運(yùn)動(dòng)晚期以來，華南沿海地區(qū)發(fā)生了多期火山活動(dòng)和巖漿侵入，現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈，最新一組北西向斷裂也大多分布于沿海地區(qū)，而內(nèi)陸地區(qū)則相對(duì)穩(wěn)定;第三，華南沿海地震帶地震活動(dòng)強(qiáng)度和水平從沿海往內(nèi)陸由強(qiáng)變?nèi)酰诘赜蛏现饕性跂|段的閩粵贛交界及近海地區(qū)和西段的粵桂瓊交界及近海地區(qū)。因此，結(jié)合地震構(gòu)造和地震活動(dòng)性的差異性，并參考黃瑋瓊等(1998)的研究成果，本文采用了兩種不同的孕震空間區(qū)域劃分方案:(1)以三饒—陸豐斷裂接蓮花山斷裂南段、珠外坳陷北緣穿越北部灣為界，把華南沿海地震帶分為內(nèi)、外兩帶;(2)以廣東省陽山—從化—惠陽一線為界，把華南沿海地震帶分為東、西兩段。兩種劃分方案均能滿足地震統(tǒng)計(jì)樣本量和震級(jí)分布相對(duì)合理的要求。如圖1所示，黑色實(shí)線所圍范圍為華南沿海地震帶;藍(lán)色虛線為華南沿海地震帶內(nèi)、外帶分界線;紅色虛線為華南沿海地震帶東、西段分界線。

圖1 華南沿海地震帶孕震空間區(qū)域劃分方案Fig.1 Area partition scheme of earthquake preparation space in the coastal seismic belt of Southern China

2.2 孕震周期起點(diǎn)及起算震級(jí)的確定

計(jì)算特定孕震空間區(qū)域的累計(jì)Benioff應(yīng)變時(shí)，需要確定合理的孕震周期時(shí)間起點(diǎn)及起算震級(jí)。華南沿海地震帶地震活動(dòng)具有低潮期和高潮期交替出現(xiàn)的周期性特征，1400年以來的地震活動(dòng)可劃分為兩個(gè)活動(dòng)周期:1400～1710年為第一活動(dòng)周期;1711年至今為第二活動(dòng)周期，目前仍處于剩余釋放階段。由于歷史原因，1400年以前的地震記載很少，難以劃分更早的地震活動(dòng)周期的時(shí)間界限，第一活動(dòng)周期的起始時(shí)間是參照它與第二活動(dòng)周期的界限而大體確定的(魏柏林等，2001)。因此，選用第二活動(dòng)周期的起始時(shí)間作為累計(jì)Benioff應(yīng)變的時(shí)間起點(diǎn)較為合理。前人研究結(jié)果表明，華南沿海地震帶自1500年以后M≥43/4地震記載臻于完整(楊智嫻等，1991;黃瑋瓊等，1994)。由lgN－M曲線可以看出，1711年以來華南沿海地震帶M≥4.7地震相對(duì)完整、可靠，可以作為累計(jì)Benioff應(yīng)變計(jì)算的震級(jí)下限(圖2)。

圖2 1711年以來華南沿海地震帶lgN－M曲線Fig.2 The lgN－M curve of the coastal seismic belt of Southern China since 1711

2.3 回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)方法

孕震斷層多鎖固段脆性破裂預(yù)測(cè)理論包含兩方面的核心內(nèi)容:一是對(duì)于含多個(gè)鎖固段的孕震斷層，每個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)與加速應(yīng)變能釋放起點(diǎn)的累積Benioff應(yīng)變之比，有著依賴于鎖固段個(gè)數(shù)的指數(shù)律關(guān)系，這是普適性的規(guī)律;二是對(duì)于不同地區(qū)而言，指數(shù)函數(shù)的底數(shù)均可取1.48。因此，運(yùn)用該理論對(duì)華南沿海地震帶進(jìn)行回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)時(shí)，指數(shù)律關(guān)系和指數(shù)函數(shù)底數(shù)值1.48的普適性應(yīng)該是檢驗(yàn)的重點(diǎn)。本文在秦四清等(2010a～f，2011)提出的預(yù)測(cè)思路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，采用如下方法進(jìn)行回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。

(1)根據(jù)中國地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司預(yù)報(bào)管理處最新整編的《中國地震目錄》(公元前23世紀(jì)～2010年5月)①中國地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司預(yù)報(bào)管理處.2010.《中國地震目錄》(公元前23世紀(jì)—2010年5月).、2010年6月以來中國地震臺(tái)網(wǎng)中心地震目錄和部分越南歷史地震目錄②廣東省地震局測(cè)震研究室.1986.瓊北及其影響區(qū)地震活動(dòng)性研究.，編制了1711年以來華南沿海地震帶M≥4.7地震目錄。為保證地震事件的相對(duì)獨(dú)立性，同時(shí)考慮強(qiáng)余震對(duì)累積Benioff應(yīng)變的影響，刪除弱余震，保留M≥6強(qiáng)余震。并結(jié)合上述孕震空間區(qū)域劃分方案，將地震目錄分解成華南沿海地震帶內(nèi)、外帶和東、西段4個(gè)特定孕震空間區(qū)域的地震目錄。

(2)對(duì)每個(gè)特定的孕震空間區(qū)域，分別計(jì)算其累積Benioff應(yīng)變曲線，并結(jié)合中強(qiáng)地震和震群事件發(fā)生的情況，判識(shí)孕震斷層應(yīng)變能加速釋放起點(diǎn)和各鎖固段斷裂點(diǎn)。

(3)確定ξ的取值(初步試算取1.48，后續(xù)計(jì)算取第(5)步中的修正值)，利用(3)式求解累計(jì)Benioff應(yīng)變誤差(或稱背景誤差)Δ，對(duì)加速應(yīng)變起點(diǎn)Sc和各鎖固段斷裂點(diǎn)Sf(k)的應(yīng)變觀測(cè)值進(jìn)行誤差改正，得到其實(shí)際的應(yīng)變值Sc+Δ和Sf(k)+Δ。

(4)由于加速應(yīng)變起點(diǎn)和第一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)的累計(jì)Benioff應(yīng)變值已經(jīng)自然滿足指數(shù)律關(guān)系，因此可以從第一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)開始，利用下式對(duì)后續(xù)鎖固段斷裂點(diǎn)進(jìn)行回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn):

(5)若第(4)步回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)過程中，大部分被檢驗(yàn)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值與實(shí)際應(yīng)變預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤差γ＞5%，則重新修正ξ值，重復(fù)(3)、(4)步。若絕大部分鎖固段斷裂點(diǎn)通過相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的檢驗(yàn)，則直接跳到第(7)步。

(6)若經(jīng)反復(fù)試算絕大部分鎖固段斷裂點(diǎn)仍未通過相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的檢驗(yàn)，則重新判識(shí)孕震斷層應(yīng)變能加速釋放的起點(diǎn)和各鎖固段斷裂點(diǎn)，重復(fù)(2)至(5)步。

(7)利用特定孕震空間區(qū)域的累計(jì)Benioff應(yīng)變趨勢(shì)擬合曲線，結(jié)合當(dāng)前累計(jì)Benioff應(yīng)變值，對(duì)未來可能發(fā)生的中強(qiáng)地震進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 檢驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)應(yīng)用

華南沿海地震帶是華南地區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)的主體，歷史上幾乎所有的M≥6地震都集中在該區(qū)域。自1711年以來，華南沿海地震帶共記載(記錄)M≥4.7地震92次，其中4.7～4.9級(jí)32次，5.0～5.9級(jí)43次，6.0～6.9級(jí)15次，7.0～7.9級(jí)2次，最大地震為1918年2月13日廣東南澳7.3級(jí)和1994年9月16日南海東沙群島7.3級(jí)地震(圖1)。本文利用以上地震目錄，對(duì)華南沿海地震帶4個(gè)孕震空間區(qū)域的中強(qiáng)地震活動(dòng)進(jìn)行了回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。經(jīng)過多輪計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，確定了各孕震空間區(qū)域的ξ值和累積Benioff應(yīng)變誤差Δ(表1)。為便于表述，后文均使用經(jīng)過誤差校正后的累積Benioff應(yīng)變進(jìn)行分析討論，即:Sc表示經(jīng)過誤差校正后加速應(yīng)變能釋放起點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變值，相當(dāng)于前文中的Sc+Δ;(k)表示經(jīng)過誤差校正后第k個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變值，相當(dāng)于前文中的(k)表示經(jīng)過誤差校正后第k個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變預(yù)測(cè)值，相當(dāng)于前文中的(k)+Δ。

表1 華南沿海地震帶中強(qiáng)地震回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)參數(shù)Tab.1 Parameters used in retrospective prediction and test for medium-strong earthquakes in the coastal seismic belt of Southern China

3.1 華南沿海地震帶內(nèi)帶

華南沿海地震帶內(nèi)帶的整體地震活動(dòng)水平較低，自1711年以來，共記載(記錄)M≥4.7地震52次，其中4.7～4.9級(jí)24次，5.0～5.9級(jí)22次，6.0～6.9級(jí)6次，最大為1936年4月1日廣西靈山63/4級(jí)地震，此次地震也是華南內(nèi)陸有歷史記載以來最大的地震。回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示:以1778年10月29日廣西北流5級(jí)地震作為加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)Sc(累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.306×108J1/2)，依次可預(yù)測(cè)各鎖固段斷裂點(diǎn)(1)、S*f(2)、(3)、(4)、(5)的累計(jì)Benioff應(yīng)變分別為0.419×108J1/2、0.587×108J1/2、0.821×108J1/2、1.150 ×108J1/2、1.610 ×108J1/2，實(shí)際上在累計(jì) Benioff應(yīng)變分別為 0.419×108J1/2、0.590×108J1/2、0.824 ×108J1/2、1.147 ×108J1/2、1.617×108J1/2時(shí)發(fā)生了1806年1月11日江西會(huì)昌6級(jí)、1890年8月29日廣西陸川6級(jí)、1921年3月19日廣東南澳西北6級(jí)、1936年4月1日廣西靈山63/4級(jí)和1969年7月26日廣東陽江6.4級(jí)地震。5個(gè)被檢驗(yàn)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值與實(shí)際應(yīng)變預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差γ平均為0.32%、最大為0.58%，全部通過γ≤5%置信水平的檢驗(yàn)。進(jìn)一步預(yù)測(cè)下一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)(6)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.254×108J1/2，目前已經(jīng)累積了1.755×108J1/2，還差0.499×108J1/2(相當(dāng)于1次7.0級(jí)地震)，據(jù)擬合趨勢(shì)外推結(jié)果估計(jì)，華南沿海地震帶內(nèi)帶可能在2035年左右達(dá)到新的鎖固段斷裂條件(圖3a)。

3.2 華南沿海地震帶外帶

華南沿海地震帶外帶是華南及近海地震活動(dòng)水平最高的地區(qū)，自1711年以來，共記載(記錄)M≥4.7地震40次，其中4.7～4.9級(jí)8次，5.0～5.9級(jí)21次，6.0～6.9級(jí)9次，7.0～7.9級(jí)2次，最大為1918年2月13日廣東南澳7.3級(jí)地震和1994年9月16日南海東沙群島7.3級(jí)地震。回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示:以1874年6月23日廣東擔(dān)桿島53/4級(jí)地震作為加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)Sc(累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.765×108J1/2)，依次預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(1)、(2)的累計(jì)Benioff應(yīng)變值分別為1.033×108J1/2、1.395×108J1/2，在其實(shí)際應(yīng)變預(yù)測(cè)值附近分別發(fā)生了2組6級(jí)地震，一組是1878年11月23日福建東山海外62級(jí)和1881年6月18日臺(tái)灣海峽6級(jí)地震，另一組是1906年3月28日福建廈門海外6級(jí)地震和1911年5月15日廣東海豐6級(jí)地震;繼續(xù)預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)S*f(3)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.883×108J1/2，而實(shí)際上在累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.151×108J1/2時(shí)發(fā)生1918年2月13日廣東南澳7.3級(jí)地震，由于實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值與應(yīng)變預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤差γ＞5%，因此認(rèn)為第3個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)未通過檢驗(yàn)。以(3)實(shí)際斷裂點(diǎn)作為新一輪加速應(yīng)變能釋放的

3.3 華南沿海地震帶西段

華南沿海地震帶西段自1711年以來，共記載(記錄)M≥4.7地震35次，其中4.7～4.9級(jí)11次，5.0～5.9級(jí)18次，6.0～6.9級(jí)6次，最大為1936年4月1日廣西靈山63/4級(jí)地震。回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示:以1871年6月26日瓊州海峽5級(jí)地震作為加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)Sc(累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.129×108J1/2)，依次預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(1)、(2)、(3)的累計(jì)Benioff應(yīng)變值分別為0.180×108J1/2、0.252×108J1/2、0.353×108J1/2，在實(shí)際累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.180×108J1/2、0.260×108J1/2時(shí)發(fā)生了1874年6月23日廣東省擔(dān)桿島53/4級(jí)地震和1890年8月29日廣西陸川6級(jí)地震，在實(shí)際累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.340×108J1/2附近，集中發(fā)生了1899年廣西武宣5級(jí)、1903年越南榮市5.2級(jí)、1905年廣東澳門外海5級(jí)、1911年廣西貴港5級(jí)和1913年海南省瓊山5級(jí)共5次M≥5地震。繼續(xù)預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(4)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.484×108J1/2，而實(shí)際上在累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.676×108J1/2時(shí)發(fā)生1931年9月21日南海63/4級(jí)地震，由于實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值與應(yīng)變預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤差γ＞5%，因此認(rèn)為該鎖固段斷裂點(diǎn)未通過檢驗(yàn)。繼續(xù)以第4個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)做為新一輪加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)，預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(5)、(6)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.946×108J1/2、1.324×108J1/2，實(shí)際累計(jì)Benioff應(yīng)變分別為0.975×108J1/2、1.364 ×108J1/2時(shí)發(fā)生了1936年4月1日廣西靈山63/4級(jí)地震和1994年12月31日北部灣6.1級(jí)地震。6個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)中有5個(gè)通過相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，5個(gè)通過檢驗(yàn)點(diǎn)的相對(duì)誤差γ平均為2.53%、最大為3.65%。進(jìn)一步預(yù)測(cè)下一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)(7)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.854×108J1/2，目前已經(jīng)累積了1.508×108J1/2，還差0.346×108J1/2(相當(dāng)于1次6.9級(jí)地震)，據(jù)擬合趨勢(shì)外推結(jié)果估計(jì)，華南沿海地震帶西段可能在2020年左右達(dá)到新的鎖固段斷裂條件(圖3c)。

3.4 華南沿海地震帶東段

華南沿海地震帶東段自1711年以來，共記載(記錄)M≥4.7地震57次，其中4.7～4.9級(jí)21次，5.0～5.9級(jí)25次，6.0～6.9級(jí)9次，7.0～7.9級(jí)2次，最大為1918年2月13日廣東南澳7.3級(jí)地震和1994年9月16日南海東沙群島7.3級(jí)地震。回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示:以1806年1月11日江西會(huì)昌6級(jí)地震作為加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)Sc(累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.031×108J1/2)，依次預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(1)、(2)的累計(jì)Benioff應(yīng)變值為1.341×108J1/2、1.743 ×108J1/2，在其實(shí)際應(yīng)變預(yù)測(cè)值附近分別發(fā)生了2組6級(jí)地震，一組是1878年11月23日福建東山海外62級(jí)和1881年6月18日臺(tái)灣海峽6級(jí)地震，另一組是1906年3月28日福建廈門海外6級(jí)地震和1911年5月15日廣東海豐6級(jí)地震。繼續(xù)預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(3)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.267×108J1/2，在實(shí)際累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.467×108J1/2時(shí)發(fā)生1918年2月13日廣東南澳7.3級(jí)地震，由于實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值與應(yīng)變預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤差γ＞5%，因此認(rèn)為該鎖固段斷裂點(diǎn)未通過檢驗(yàn)。繼續(xù)以第3個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)做為新一輪加速應(yīng)變能釋放的起點(diǎn)，預(yù)測(cè)鎖固段斷裂點(diǎn)(4)、(5)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?.201×108J1/2、4.169×108J1/2，在實(shí)際累計(jì)Benioff應(yīng)變分別為3.184×108J1/2、4.167×108J1/2時(shí)發(fā)生了1962年3月19日廣東河源6.1級(jí)地震和1994年9月16日南海東沙群島7.3級(jí)地震。5個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)中有4個(gè)通過相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，4個(gè)通過檢驗(yàn)點(diǎn)的相對(duì)誤差平均為0.76%、最大為2.30%。進(jìn)一步預(yù)測(cè)下一個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)(6)的累計(jì)Benioff應(yīng)變?yōu)?5.420×108J1/2，目前已經(jīng)累積了4.296×108J1/2，還差1.124×108J1/2(相當(dāng)于1次7.5級(jí)地震)，據(jù)擬合趨勢(shì)外推結(jié)果估計(jì)，華南沿海地震帶東段可能在2027年左右達(dá)到新的鎖固段斷裂條件(圖3d)。

圖3 華南沿海地震帶內(nèi)帶(a)，外帶(b)，西段(c)，東段(d)累積Benioff應(yīng)變—時(shí)間曲線Fig.3 Cumulative Benioff strain-time curve of inner zone(a)，outer zone(b)，west segment(c)，east segment(d)in the coastal seismic belt of Southern China

4 結(jié)論與討論

(1)依據(jù)孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論及改進(jìn)的回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)方法，對(duì)華南沿海地震帶內(nèi)帶、外帶、西段、東段4個(gè)孕震空間區(qū)域進(jìn)行了中強(qiáng)地震回溯性檢驗(yàn)，21個(gè)鎖固段斷裂點(diǎn)中有18個(gè)通過了相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的檢驗(yàn)，通過率86%。特別是地震活動(dòng)水平較弱的華南沿海地震帶內(nèi)帶，5個(gè)被檢驗(yàn)鎖固段斷裂點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)變觀測(cè)值均十分接近預(yù)測(cè)值，最大相對(duì)誤差為0.58%。這說明對(duì)于華南沿海地震帶這樣的中等—弱震構(gòu)造區(qū)，孕震斷層多鎖固段斷裂點(diǎn)與加速應(yīng)變能釋放起點(diǎn)的累積Benioff應(yīng)變之比，基本符合依賴于鎖固段個(gè)數(shù)的指數(shù)律關(guān)系，證實(shí)了對(duì)于特定孕震區(qū)內(nèi)的任何破裂都是有聯(lián)系的，任何事件都不是孤立發(fā)生的，都與鎖固體在不同變形階段的破裂過程密切相關(guān)。

(2)在中強(qiáng)地震回溯性檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了4個(gè)孕震空間區(qū)域未來強(qiáng)震的臨界應(yīng)變值、可能的發(fā)震時(shí)間和根據(jù)臨界Benioff應(yīng)變與當(dāng)前Benioff應(yīng)變的差值估算的震級(jí)。在應(yīng)用于地震綜合預(yù)測(cè)時(shí)，還必須充分考慮研究區(qū)地震活動(dòng)的時(shí)間不均勻性。未來百年內(nèi)，華南沿海地震帶將處在本活動(dòng)期的剩余釋放階段和下一活動(dòng)期的前期，各孕震空間區(qū)域可能不是以1次7級(jí)左右地震的形式集中釋放，而是以多次5～6級(jí)地震的形式釋放掉積累的能量。

(3)回溯性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果表明，華南沿海地震帶內(nèi)帶、外帶、西段、東段的ξ值分別取1.40、1.35、1.40和1.30時(shí)，才能使絕大部份鎖固段斷裂點(diǎn)通過相對(duì)誤差γ≤5%置信水平的檢驗(yàn)。華南沿海地震帶的ξ值與秦四清等(2010a)推算的平均值1.48存在差別，可能與以下因素有關(guān):一是不同研究區(qū)地殼介質(zhì)均勻程度的差異。對(duì)于特定的孕震區(qū)域，ξ的大小取決于地殼介質(zhì)的均勻程度，介質(zhì)越均勻，ξ也就越高。華南沿海地震帶地質(zhì)歷史上遭受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，地殼介質(zhì)比較破碎、均勻程度較差，故ξ較低。二是地質(zhì)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室條件的差異。秦四清等(2010a)依據(jù)室內(nèi)緩慢加載試驗(yàn)條件下得出的巖樣均勻性指標(biāo)，推算出ξ的平均值為1.48，而實(shí)際上地震的演化過程是一個(gè)長期過程，可長達(dá)數(shù)百年乃至數(shù)千年，地殼巖石的加載速率遠(yuǎn)低于室內(nèi)巖樣。三是地震目錄的缺失也可能對(duì)ξ產(chǎn)生影響。

(4)雖然本文以華南沿海地震帶為剖析的對(duì)象，針對(duì)孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論方法應(yīng)用于中等—弱震構(gòu)造區(qū)的適宜性問題進(jìn)行了討論，也得到一些初步的認(rèn)識(shí)，但由于研究對(duì)象比較單一，所以這些認(rèn)識(shí)很可能是片面性的，能否推廣應(yīng)用到其他中等—弱震構(gòu)造區(qū)，還需進(jìn)一步開展深入研究和應(yīng)用檢驗(yàn)。

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