寧夏及鄰區震群的前兆性分析

任雪梅 蔡新華 盛菊琴

寧夏回族自治區地震局，銀川市興慶區北京東路244號 750001

0 引言

大量地震觀測資料表明，震群包含豐富的震兆信息，而這些信息有可能是地震預測中重要的中、短期地震前兆。20世紀80年代以來，國內震群研究取得了較多的成果。不少研究表明，一些震群發生后，在短時間、近距離內往往有中強以上地震發生，如姜秀娥等（1983）的研究表明，唐山大震前在震中區外圍形成震群活動環；宋治平等（2001）研究了華北地區1970年以來的震群活動后認為，震群活動的遷移性與階段性對于強震的中期預測具有一定指導意義。但也有震群并不與中強地震對應，李興才等（1983）研究發現，某些震群活動的高潮滯后于大地震，并認為附近的震群活動是由大地震觸發的。此外，在判定前兆性、非前兆性震群指標方面也有不少研究（陸遠忠等，1984；朱傳鎮等，1989；王煒等，1987），這些研究指出，由于地殼結構和斷裂分布的差異，不同地區的震群活動具有不同的特征。因此，前震和前兆震群的分布與判斷方法也具有一定的區域性特征，區域的差異會給前震和前兆震群的判斷帶來某些失誤。

寧夏及鄰區位于我國強震頻繁的南北地震帶北段，區內地震地質構造復雜，無論強震還是中、小地震的發生頻度都較高，震群發生的概率也相對較高。分析研究寧夏及鄰區的中、小地震震群，提出寧夏及鄰區前兆震群的區域判據，對于減少后續中強以上地震判斷的失誤、為該區域中強以上地震的預測提供依據等具有一定的意義。本文系統研究了1970年以來寧夏及鄰區發生的35次震群活動，總結了寧夏及鄰區震群活動的參數特征，探討了該地區震群活動與中強以上地震的關系，分析檢驗了判定前兆震群性質的指標，以期對該地區的地震預測研究及地震應急工作有所幫助。

1 研究區的選取和資料處理

1.1 選取研究區

從地質構造來看，寧夏及鄰區（35°00′～40°40′N，103°30′～107°40′E）以羅山-牛首山-三關口斷裂為界，北部屬華北塊體的西緣，南部屬青藏塊體的北東緣，北、南兩側的受力方式、巖石物理性質以及地質構造條件等差異明顯。從地震活動特征特別是現代弱震活動特征與中強地震的關系來看，北、南兩部分差異顯著。寧夏北部及鄰區中強地震類型主要為前-主-余型，前震活動比較明顯，震前區域地震活動特征以增強為主。寧夏南部及鄰區中強地震類型主要為孤立型或前-主-余型，震前區域地震活動特征以平靜為主，或局部地震活動稍顯增強。而位于北、南交接部位的靈武-吳忠地區的地震活動又具有一定的特殊性，不僅地震空間分布相當密集，時間分布也呈顯著密集特征，即通常情況下地震很少發生，若發生就連續發生一系列地震，乃至發生余震豐富的5級地震序列。考慮到以上地震活動特征和區域地震構造的差異性，根據寧夏及鄰區中強以上地震類型的空間分布，將寧夏及鄰區劃分為3個區域：寧夏北部及鄰區（Ⅰ區）、寧夏南部及鄰區（Ⅱ區）和靈武-吳忠地區（Ⅲ區）（圖1）。

圖1 1970年以來寧夏及鄰區震群5.0級以上地震空間分布

1.2 資料處理

本研究中寧夏地震臺網弱震目錄來自寧夏區域地震臺網資料①寧夏回族自治區地震局匯編，1982，寧夏地震目錄，因1970年以來寧夏境內地震臺網的監測能力逐步提高，故本文研究時段從1970年開始。全國弱震目錄China2來自中國地震臺網中心提供的全國弱震速報資料。

為了全面、系統研究寧夏及鄰區中、小地震序列及震群特征，給出震群震后趨勢判定指標，依據《地震學分析預報方法程式指南》（國家地震局科技監測司，1990）中關于震群的劃分標準，并根據寧夏地震臺網的監測能力，對原有震群的震級下限作了一些改動，編制程序統一對1970年以來寧夏及鄰區弱震目錄進行震群搜索和參數計算。震群定義如下：

（1）震群地震的震級下限為0.6級（原定義為0.2級）；

（2）以滑動計算的每個震群的平均震中（經、緯度均值）為震群震中，其半徑20km范圍內最大日頻次≥3、總頻次≥6；

（3）地震序列中最大地震震級為4.8，最大與次大地震震級差≤1.1；

（4）如果連續15天未記錄到0.6級以上地震，則表示序列活動結束，以第1個地震發生日期為震群序列的起始日，以最后1個地震發生日期為該序列的終止日。

按照以上定義，刪除寧夏臺網弱震目錄中5級以上地震的余震，編制程序對寧夏及鄰區進行掃描，1970年1月～2009年6月在研究區共搜尋出震群21次；由于2009年以后寧夏弱震目錄只包括邊界外50km的弱震，因此2009年7月～2014年12月采用全國弱震目錄China2，這樣該時段在研究區共搜尋出震群14次（不包括甘肅平涼、華亭和白銀等地區的礦震）（圖 1）。

2 震群活動時空分布特征

對獲得的35次震群序列，以每次震群的開始時間為震群的發生時間，震群的平均經緯度為震群震中組成一個震群目錄，表1為寧夏及鄰區震群活動及參數一覽表。震群空間分布見圖1。

由圖1、表1可見，寧夏及鄰區的震群活動有如下特點：

（1）寧夏及鄰區震群主要分布于內蒙古阿拉善左旗東北部的烏海附近，寧夏靈武-同心一帶、海原-固原一帶以及內蒙古阿拉善左旗中西部等區域，中、小震群的這種空間分布也說明上述區域是寧夏及鄰區的地震活動較強區域。研究區最北震群為1976年4月27日～5月13日內蒙古巴音木仁4.2級震群，最南震群為固原地區的震群。

（2）1970年以來寧夏及鄰區震級最大的震群為1984年10月25日～11月21日吳忠4.3級震群和2010年6月22日～7月8日永寧4.3級震群，最小的為2011年1月20日環縣1.0級震群。震群最大震級的統計結果見表2。

由表2可以看出，研究區震群活動的最大震級在1.0～1.9、2.0～2.9和3.0～3.9這3個震級檔的百分比相差不太大，為26%～37%。但3個分區的情況卻相差很大，Ⅰ區統計的9個0.6級以上震群中有8個最大震級都在3.0級地震以上，占89%，可見該區域震群的最大震級偏大；Ⅱ區震群的最大震級主要分布在1.0～2.9之間，此類震群占該區域總數的93%，可以看出該區域震群的最大震級與Ⅰ區相比明顯偏小；Ⅲ區震群最大震級主要分布在3.0～3.9之間，與Ⅰ、Ⅱ的情況相似。

表1 寧夏及鄰區震群活動及參數一覽表

表2 寧夏及鄰區震群的最大震級統計結果

（3）序列中地震頻次在20以下的震群居多，其中，Ⅰ區8次，占該區域震群總數的89%；Ⅱ區10次，占71%；Ⅲ區10次，占83%。地震頻次最多的震群為2012年3月13日～9月6日甘肅景泰1.6級震群和1976年4月16～25日內蒙古巴音木仁3.8級震群。

（4）Ⅰ區震群活動時間持續1～15天的5次，占該區域震群總數的56%，16～30天的4次，占44%；Ⅱ區震群活動時間持續1～15天的6次，占43%，16～80天的7次，占50%；Ⅲ區震群活動時間持續1～15天的7次，占58%，16～30天的3次，占25%。可以看出，Ⅱ區震群持續時間比其它2個區域的要長，持續時間最長的是2012年3月13日～9月6日甘肅景泰1.6級震群，該震群最大震級僅為1.6，但頻次為74。

總之，震群序列中地震頻次、震群持續時間與震群的最大震級之間沒有明確的線性關系；不同地區的震群活動具有其自身特征，寧夏北部及鄰區和靈武吳忠地區震群的最大震級偏大，頻次較少，持續時間在1個月以內；寧夏南部及鄰區震群的最大震級偏小，頻次較少，持續時間相對較長。可以看出，寧夏北部及鄰區和靈武吳忠地區同屬于銀川-河套地震帶，震群特征相似，但靈武吳忠地區區域范圍小，震群活動頻繁，故震群分布密度較大，不像其它2個區域的震群分布較分散，這也是單獨分區研究該區域震群特征的原因。

3 震群與中強以上地震關系分析

《地震學分析預報方法程式指南》（國家地震局科技監測司，1990）將小震群發生后1～2年內，周圍500km范圍內發生的5級以上中強地震視為對應地震。為了更好地反映寧夏及鄰區小震群的映震效果，本文將小震群發生后1年內、300km范圍內發生的5級以上中強地震視為對應地震。為了對比二者的實際映震效果，分別按照以上的時空范圍統計了實際映震情況。按照《地震學分析預報方法程式指南》（國家地震局科技監測司，1990）的時空范圍，研究區35次震群中有23次對應了地震，占66%；如果按照本文規定的時空范圍，則有8次對應了地震，占23%。但考慮到有些對應地震的空間距離較遠，其物理意義值得懷疑，綜合兩方面因素后，最終規定小震群發生后1.5年內、周圍300km范圍內發生的5級以上中強地震視為對應地震。據此，研究區35次震群中有10次對應了地震，占29%（表3）。

從表3可以看出：

（1）寧夏南部及鄰區的小震群與中強以上地震間的關系不大，1970年以來發生的14次小震群，僅有3次對應了甘東南5級以上地震；寧夏北部及鄰區的9次小震群，有3次對應了5級以上地震，對應率為33%；靈武吳忠地區的12次小震群，有4次對應了5級以上地震，對應率為33%。

表3 寧夏及鄰區震群類型及其與中強地震關系統計結果

（2）統計發現，1970年以來寧夏及鄰區最大震級為2.7級以上的震群有18次，其中8次對應了5.0級以上地震，因此建議今后在寧夏及鄰區利用震群預測5.0級以上地震時，應統計最大震級為2.7級以上的震群的映震效果。

（3）1976年4月16～25日巴音木仁3.8級震群最顯著的特征是平均日頻次為7.8，在35次震群中日頻次最多，因此當寧夏北部及鄰區再次出現類似的震群時，應注意該區域發生6級以上地震的可能；1970年以來靈武吳忠地區最大震級為2.7級以上的震群有7次，其中4次對應了5級以上地震，其映震效果在這3個地區中最好。

（4）靈武吳忠地區的震群映震效果較好，這與該地區的地震地質條件有關。該地區位于銀川盆地南段，處于SN向斷裂與NW向斷裂的交匯部位，發震斷層由北向南分別為銀川隱伏斷裂、黃河斷裂、牛首山斷裂。該地區的地震活動特征具有一定的特殊性，地震空間分布相當密集，時間分布也呈顯著的密集特征。由于該地區的地震地質條件和地震活動具有特殊性，因此震群活動映震效果比其它2個地區好。

（5）2009年4月開始，寧夏及鄰區的小震群活動明顯活躍，至2012年9月8日，共有14次小震群發生，3年5個月內的震群數量僅比1970年以來43年間的20次小震群數量少6次，且寧夏南部及鄰區發生的小震群為8次，是其它2個區域的2倍，小震群開始活躍的時間也比其它2個區域早。分析認為這是由于寧夏南部及鄰區與汶川8.0級地震震中的距離較其它2個區域近，因此受其影響也較大；2008年汶川8.0級地震后，寧夏由南向北3～4級地震活動都出現了增強，而小震群活動增強的起始時間遲于3～4級地震活動，即從2009年1月初開始至2012年9月底結束，因此認為2009～2012年寧夏及鄰區的小震群活動可能受到了汶川8.0級地震的觸發。

6）寧夏南部及鄰區最大震級為2.7級以上的震群有3次，其中僅有1次對應了甘東南5.0級以上地震，這與該區域5級地震前弱震活動出現中短期平靜現象相關聯（任雪梅等，2006），因此利用震群來預測該地區5.0級以上地震是不可取的。

4 前兆震群識別及檢驗

在震群研究中，一般先要判定其震群性質，即通過參數計算判斷出前兆震群或非前兆震群。《測震學分析預報方法》（國家地震局預測預防司，1997）給出了判定前兆震群的指標，其中規定判定前兆震群的單項指標為U＞0.5、K＞0.7、ρ＜0.55、b＞0.65、h＜1.0中的任一個，且認為利用多項指標判定前兆震群的效果要優于單項指標。綜合判定前兆震群的指標有U-K、U-ρ、K-ρ和U-K-ρ等組合，本文將其中K值指標調整為K＞0.65，比文獻中的略小。綜合判定前兆震群的標準如下：

（1）U-K組合：當U＞0.5、K＞0.65時，則認為是U-K型前兆震群；

（2）U-ρ組合：當U＞0.5、ρ＜0.55時，則認為是U-ρ型前兆震群；

（3）K-ρ組合：當K＞0.65、ρ＜0.55時，則認為是K-ρ型前兆震群；

（4）U-K-ρ組合：當U＞0.5、K＞0.65、ρ＜0.55時，則認為是U-K-ρ型前兆震群。

（5）目前所用的Mapsis軟件的前兆震群識別中增加了F值參數指標。本研究利用該軟件對6個震群參數（U、F、K、ρ、h、b）進行計算，除以上4種組合外，本研究還采用全組合，即6項指標U＞0.5、K＞0.65、ρ＜0.55、h＜1.0、F＞0.70、b＞0.65中，滿足其中的任意 3項者，即認為是前兆震群。

采用以上5種組合分別判定震群的類型，并對其后中強地震進行對應檢驗，探討研究區震群類型與中強震間的關系，尋找適合研究區震群類型判別的較好指標。如果震群發生后判定為前兆震群，且其后發生了地震并符合本文給出的對應地震的判定標準，則認為檢驗是正確的；否則就是錯誤的。相反，如果震群發生后判定為非前兆震群，且其后沒有對應地震，則認為檢驗是正確的，否則就是錯誤的。

由表 3可見，利用U-K組合檢驗正確的 14次（14/35），占 40%；U-ρ組合 12次（12/19），占 63%；K-ρ組合 10次（10/19），占 53%；U-K-ρ組合 10次（10/19），占 53%；如果采用6個指標的全組合判定，檢驗正確的17次（17/35），占49%。如果僅考慮最大震級為2.7級以上的震群，利用U-K組合，其后檢驗正確的 9次（9/18），占 50%；U-ρ組合 5次（5/11），占 45%；K-ρ組合 3次（3/11），占 27%；U-K-ρ組合 3次（3/11），占 27%；如果采用 6個指標的全組合判定，其后檢驗正確的 13次（13/18），占 72%。

由此可見，研究區判定前兆、非前兆震群采用U-ρ、K-ρ、U-K-ρ等組合或全組合效果相對較好，檢驗正確的約占50%，這可為今后震群發生后的趨勢判定提供參考。如果僅考慮最大震級為2.7級以上的震群，則判定前兆、非前兆震群時采用全組合的效果相對較好。

但總體而言，通過前兆震群類型的判別判斷后續是否有中強以上地震，在寧夏及鄰區的效果并不十分理想，需要綜合其它方法和手段進行判定。

5 結論

本文系統研究了收集到的35次震群活動資料，分析了寧夏及鄰區震群活動的參數特征，探討了該地區震群活動與中強以上地震間的關系，分析檢驗了前兆震群類型的判定指標，得到以下結論：

（1）寧夏及鄰區震群序列中地震頻次和震群持續時間與震群的最大震級之間沒有明確的線性關系。不同地區震群活動具有其自身特征，寧夏北部及鄰區和靈武吳忠地區震群的最大震級偏大，頻次較少，持續時間在1個月以內；寧夏南部及鄰區震群的最大震級偏小，頻次較少，持續時間相對較長。

（2）寧夏南部及鄰區的小震群與中強以上地震間的關系不大，僅有3次對應了甘東南5級以上地震，這與該區域5級地震前弱震活動出現中短期平靜現象相關聯（任雪梅等，2006）；寧夏北部及鄰區1970年以來的9次小震群，有3次對應了5級以上地震，對應率為33%；靈武-吳忠地區的12次小震群，有4次對應了5級以上地震，對應率為33%。

（3）統計發現，1970年以來寧夏及鄰區最大震級2.7級以上的震群有18次，其中8次對應了5.0級以上地震。因此，今后利用震群預測寧夏及鄰區5.0級以上地震時，應統計最大震級為2.7級以上的震群的映震效果；靈武-吳忠地區利用震群預測5.0級以上地震的效果最好，但不建議利用震群預測寧夏南部及鄰區5.0級以上地震。

（4）研究區判定前兆、非前兆震群采用U-ρ、K-ρ、U-K-ρ等組合或全組合效果相對較好，如果僅考慮最大震級為2.7級以上的震群，則判定前兆、非前兆震群時采用全組合的效果相對較好。

寧夏及鄰區中的靈武吳忠地區的震群映震效果較好，其他地區的震群映震效果較差，因此判定一個區域發生震群后續是否有中強以上地震，效果并不十分理想，需要參考其它方法和手段綜合判定。