地震活動性總體參量Rt在華北構造區地震帶中的應用

岳曉媛 武安緒 武敏捷 李 紅 林向東

（中國北京 100080 北京市地震局）

地震活動性總體參量Rt在華北構造區地震帶中的應用

岳曉媛 武安緒 武敏捷 李 紅 林向東

（中國北京 100080 北京市地震局）

考慮到華北構造區主要地震帶對首都圈地區的重要影響，采用地震活動性總體狀態參量Rt方法，分析跟蹤地震帶的地震活動狀態，研究Rt值在中強地震前后隨時間的變化特征。結果顯示：當Rt大于閾值時，地震活動狀態比較穩定，發生中強地震的可能性較?。环粗?，當Rt小于閾值時，地震活動處于不穩定狀態，具有發生中強地震的危險。

華北構造區；地震帶；總體狀態參量Rt；地震預測能力；中強地震

0 引言

目前，在地震活動性分析中，被廣泛應用于中強地震預測的單項預測預報參量已達30多種，地震學者們依據各地震單項參量的異常預報指標與其映震能力，給出最終的綜合預測意見。然而，隨著地震預測方法的增多，經常面臨大量異常信息的現場篩選和綜合。不同的地震活動參數具有不同的物理意義，多個地震活動參數的值及其組合比單個參數值能更好地反映斷裂運動的物理狀態（武敏捷等，2013）。王林瑛等（2006）借鑒前兆綜合分析的方法，提出地震活動性多項因子與背景相關分析的地震活動性多參數總體狀態參量Rt，該方法對區域地震活動總體狀態可以較客觀的定量描述。

鑒于同一構造區內不同地震帶的構造特征與地震活動特點仍然存在一定的差異性（朱紅彬等，2010），本文分析研究了地震活動性總體狀態參量Rt在華北構造區地震帶地震預測中的應用，并對其預測指標進行討論。

1 地震活動性總體狀態參量Rt

地震活動性多參數總體狀態參量Rt值由具有一定獨立性的多項地震活動性預測因子構成，本文分析研究選擇地震時間熵Qt值（王林瑛等，1997）、b值、平均震級、E、Rm值5個參量，除b值、地震平均震級M值（缺震）外具有一定的獨立性（王林瑛，2005），分別代表了地震活動的時間分布、震級結構、震級強度、頻次和外因調制作用的因素，比較全面地刻畫了地震活動性各方面特征。當參量Rt接近1時，表明此階段的活動性與背景狀態接近，視為處于平穩態。反之，當其明顯偏離1時，表明此階段的活動性與背景狀態明顯偏離，視為處于活躍態。由此對地震活動的總體趨勢和活動狀態的穩定性進行預測判斷。

設xij（i=1，2，…，5；j=1，2，…，n），本文取5個預測因子，當i為1—5時，分別表示不同的預測因子，當j為1—n時，分別表示從t1至tn各個時段。為計算相關系數，每個預測因子的時間變化量用相應時間序列的最大值進行歸一化處理，每個時間段Rj（t）值由下式計算

其中

式中，xj為不同預測因子的算術平均值。

從以上公式可以看出該方法采用相關參量Rt后的優點：①可較客觀地把握地震活動的總體綜合異常特征，使異常信息量顯著，不受綜合模式是否完善的局限；②分析結果簡單、快捷、明了；③能比較客觀的對區域地震活動所處的總體狀態進行定量描述。

2 地震活動性總體參量Rt在華北構造區地震帶中的應用

2.1 研究區域及數據處理

華北構造區主要分為銀川—河套、汾渭、河北平原、東秦嶺—大別、郯廬、長江下游—黃海6個地震帶（朱紅彬等，2010），其中銀川—河套、汾渭、河北平原及郯廬地震帶分布在首都圈周邊地區，見圖1。本文針對上述4條地震帶，分別研究地震活動性總體參量Rt在地震帶地震預測中的應用。

為了保證地震目錄的連續、完整及可靠性，選取中國地震局統一整理發布的《全國地震目錄》，研究時間長度為1970年1月至2012年12月。為了排除余震對研究結果的影響，余震排除原則采用SuperSeis中成叢性剔除K—K法。

由于參量指標與地震間的映震效果具有一定階段性和區域性，每發生一次地震，需對該方法的預測效能重新評估，并以此為依據，對Rt值參數選取作出調整（岳曉媛等，2009）。

2.2 地震預測檢驗

在異常指標確定后，其對應的發震概率為P（梅世榮等，1993），P=（n+1） /（N+2），n為異常出現后發生地震的次數，N為異常出現的總次數。檢驗預測效能采用由許紹綜合考慮漏報率和虛報率的R值檢驗法（陸遠忠，1985），其計算公式（張國民，2001）為

式中，R值預測評分最優為1，即漏報率為0、虛報率為0；最差為-1，即漏報率為1、虛報率為1。

對于相關系數的誤差，由于樣本n=5，所以對于95%置信水平下的相關系數大于0.88時，可確定相關性存在。本文主要關注的是相關性的相對變化和對背景水平的偏離程度。

圖1 華北構造區主要地震帶劃分示意Ⅰ銀川—河套地震帶；Ⅱ汾渭地震帶；Ⅲ河北平原地震帶；Ⅳ郯廬地震帶Fig.1 Sketch map of main seismic belt division in North China tectonic region

3 Rt在華北構造區地震帶中的應用與檢驗

3.1 河北平原地震帶

河北平原地震帶的分析時間窗為547天，滑動30天，震級下限為ML2.4，計算結果見圖2。從圖2可見，如果單一的研究5個地震活動參量各自的時間變化特征比較困難，因為每次地震前各個預測因子的異常特征并不一致，但如果分析其地震活動總體狀態參量Rt，則可以看到明顯的異常特征，并且與地震有較好的對應關系。

當Rt＞ 0.70時，河北平原地震帶地震活動特性與背景狀態接近，處于穩定狀態，Rt值變化平穩，無M 5.6以上地震發生；當Rt≤0.70時，河北平原地震帶地震活動處于不穩定狀態，發生M 5.6以上地震的危險性明顯增加，自1970年以來，此地震帶Rt值共出現9次低值異常，其中有7次在異常出現后2年內對應M 5.6以上地震，映震效果較好。因此，可將Rt≤0.70作為河北平原地震帶地震活動處于非平穩狀態的判別指標。

地震預測檢驗：預測2年內發生M≥5.6地震的條件概率為P=0.80，檢驗預測效能R=1－漏報（1/10）－虛報（2/9）=0.68。

3.2 銀川—河套地震帶

銀川—河套地震帶的分析時間窗為657天，滑動30天，震級下限為ML2.9，計算結果見圖3。從圖3可以看出，當Rt＞ 0.55時，銀川—河套地震帶地震活動處于穩定狀態，無M 5.4以上地震發生；當Rt≤0.55時，銀川—河套地震帶地震活動處于不穩定狀態，均發生M 5.4以上地震，表現形式為異常出現后2年內發生M 5.4以上地震。因此，可將Rt≤0.55作為銀川—河套地震帶地震活動處于非平穩狀態的判別指標。

地震預測檢驗：預測2年內發生M≥5.4地震的條件概率為P=0.67，檢驗預測效能R=1－漏報（1/4）－虛報（1/4）=0.50。

圖2 河北平原帶Rt值隨時間變化曲線Fig.2 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Hebei plain seismic belt

圖3 銀川—河套地震帶總體狀態參量Rt值隨時間變化曲線Fig.3 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Yinchuan-Hetao seismic belt

3.3 汾渭地震帶

汾渭地震帶的分析時間窗為438天，滑動30天，震級下限為ML2.7，計算結果見圖4。當Rt＞ 0.60時，汾渭地震帶地震活動處于穩定狀態，無M 5.0以上地震發生；當Rt≤0.60時，Rt值波動幅度較大，汾渭地震帶地震活動處于不穩定狀態，發生M 5.0以上地震的危險性明顯增加，表現為出現低值異常并恢復后2.5年內發生一組M 5.0以上地震，組內地震發震時間間隔多為1年。因此，可將Rt≤0.60作為汾渭地震帶地震活動處于非平穩狀態的判別指標。

地震預測檢驗：預測2.5年內發生M≥5.5地震的條件概率為P=0.43，檢驗預測效能R=1－漏報（2/4）－虛報（3/5）=0.4。

3.4 郯廬地震帶

郯廬地震帶的分析時間窗為438天，滑動30天，震級下限為ML3.0，計算結果見圖5。當Rt＞ 0.60時，郯廬地震帶地震活動處于較穩定狀態，且變化平穩，發生M 4.6以上地震的危險性較低；當Rt≤0.60時，郯廬地震帶地震活動處于不穩定狀態，發生M 4.6以上地震的危險性明顯增加，映震形勢表現為當Rt值出現異常后，2年內有一次或一組M 4.6以上地震對應，組內地震發震間隔多為半年內。因此，可將Rt≤0.60作為郯廬地震帶地震活動處于非平穩狀態的判別指標。

圖4 汾渭地震帶總體狀態參量Rt值隨時間變化曲線Fig.4 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Fenwei seismic belt

圖5 郯廬地震帶總體狀態參量Rt值隨時間變化曲線Fig.5 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Tanlu seismic belt

地震預測檢驗：預測2年內發生M≥4.6地震的條件概率為P=0.86，檢驗預測效能R=1－漏報（0/5）－虛報（3/8）=0.63。

4 結論

以華北構造區內對首都圈地區有影響的4條地震帶（河北平原，汾渭，銀川—河套及郯廬地震帶）作為研究區域，利用地震活動總體參量Rt方法判斷并跟蹤地震帶地震活動穩定性。綜上所述可以：①地震活動總體狀態參量Rt在地震活動平靜段和活躍段的差異性較顯著，幅度變化大，平靜段數值接近1，活躍段數值明顯偏離1；②Rt值隨時間的變化特征與中強以上地震均有密切的關聯，當地震帶出現Rt值低值異常后，多數在2年內對應中強以上地震，映震效果較好。因此，地震活動總體參量Rt方法可為今后預測以上地震帶中強以上地震提供中期尺度的預測依據。

此外，利用地震活動總體參量Rt方法研究過程中，要注意以下3點：①地震樣本數。河北平原、汾渭、銀川—河套及郯廬地震帶均是小震多發區域，地震樣本數充足，充分保證了分析結果的可靠性；②震級下限。為了避免地震發生的隨機性，對Rt值的參數選取調整的同時，也要注意震級下限大小的問題，因為震級越小地震發生的隨機性越強；③預測效能。由于參量指標與地震間的映震效果具有一定的階段性和區域性，每發生一次中強以上地震，就要對該方法的預測效能重新評估。

本研究采用中國地震局地球物理研究所王林瑛研究員提供的程序。審稿專家提出的意見和建議使本文得以改進和完善。在此一并表示感謝。

陸遠忠，陳章立，王碧泉，等.地震預報的地震學方法［M］.北京：地震出版社，1985：236-267.

梅世蓉，馮德益，張國民，等.中國地震預報概論［M］.北京：地震出版社，1993.

王林瑛，舒曦.利用地震熵值及多分形方法研究地震序列類型的早期判定//國家地震局預測預防司.地震短臨預報的理論與方法［C］.北京：地震出版社，1997.

王林瑛，陳學忠、朱傳鎮，等.地震活動性總體參量Rt及其在地震預測中應用的研究［J］.地震，2006，26（2）： 54-60.

王林瑛，吳忠良，陳佩燕.地震活動性參數的相關性［J］.地震學報，2005，26（2）： 169-174.

武敏捷，朱紅彬，岳曉媛，等.基于多地震活動參數的首都圈地區地震危險性分析［J］.華北地震科學，2013，31（1）： 25-30.

岳曉媛，王林瑛，武安緒.地震活動性總體參量Rt在首都圈地區地震預測中的應用［J］.地震地磁觀測與研究，2009，1： 8-11.

張國民，傅征祥，桂燮泰.地震預報概論［M］.北京：科學出版社，2001.

朱紅彬，邢成起，李紅，韓紅艷.華北構造區主要地震帶分段于強震活動［J］.地震學報，2010，32（6）： 705-717.

A study on the application of integrated parameter Rtof seismic belts in North China tectonic region

Yue Xiaoyuan，Wu Anxu，Wu Minjie，Li Hong and Lin Xiangdong
（Earthquake Administration of Beijing Municipality，Beijing 100080，China）

Considering the important role of seismic belts of North China tectonic zone to the Capital Circle Region，based on an integrated parameter Rtof seismicity to routine analysis and tracking the state of seismic activity of seismic belts in North China tectonic zone，and the variation characteristics of Rtwith time has been studied.The result indicates that: when Rtgreater than the threshold，the state of seismic activity is stable，the probability of strong earthquakes is lower； otherwise，when Rtless than the threshold，the seismic state is unstable and the probability of strong earthquakes is higher.Finally，the efficiency of earthquake prediction by use of Rtparameter has been also estimated.

North China tectonic zone，seismic belts，integrated state，effi ciency estimation of the earthquake prediction，moderately strong earthquake

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.01.006

岳曉媛（1981—），女，滿族，遼寧興城人，工程師，主要從事數字地震學與地震預測等研究工作

2014年震情跟蹤合同制定向工作任務（2014020124）資助

本文收到日期：2014-09-01