南北地震帶北段6級以上地震前ML≥3.0地震活動特征

任雪梅 曾憲偉 丁風和 蔡新華

寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川市北京東路244號 750001

0 引言

強震前區(qū)域地震活動時常會出現(xiàn)一個平靜或“缺震”過程，這種現(xiàn)象早已為國內外許多地震學者所關注（Mogi，1969；Wesson，1973；牛志仁，1980；陸遠忠等，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預測強震的前兆信息中，強震前的地震平靜現(xiàn)象可能是最有價值的中長期前兆之一。它有可能提供關于震中位置、時間和強度等的有用信息，因此引起了地震學家的極大關注（Ogata，2004）。Ohtake等（1977）和Kisslinger（1988）曾利用地震前兆平靜現(xiàn)象分別對1978年11月墨西哥瓦哈卡7.8級和1986年7月安德烈亞諾群島7.7級地震進行了預測，發(fā)現(xiàn)震級、時間和發(fā)生地點與預測的大致符合，印證了“平靜”作為“真正前兆”的確定性。在已有的地震預測成功實例中，前兆性地震平靜起著主要作用（Habermann，1988），因此被認為是大震前最可靠的前兆現(xiàn)象（Kato，et al，1997）。

近幾十年來，我國地震工作者從不同角度對某些特定地區(qū)的地震活動平靜異常進行了專門研究。蔣淳等（1989）以華北地區(qū)每年5級地震的折合頻次為基本特征量，對其進行地震活動平靜異常模糊識別分析。結果顯示，每當平靜異常的從屬函數(shù)L出現(xiàn)局部極大值時，在其后1～3年內華北地區(qū)則往往會發(fā)生6級以上地震。焦遠碧等（2000）研究了1990～1996年我國大陸及邊境地區(qū)發(fā)生的24次6級以上地震前中等地震時序分布狀況，發(fā)現(xiàn)強震前中等地震的活動特征是：長期平靜—集中活動—震前平靜，認為震前平靜可作為強地震中期預測指標。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級以上中等地震活動出現(xiàn)的平靜異常與未來30天內該區(qū)所發(fā)生的6級以上地震的對應關系。結果表明，其短期預測效能相對較高，R評分值達0.46。蔣海昆等（2000）以相鄰2次地震的時間間隔作為統(tǒng)計量，對華北地區(qū)的地震活動平靜異常進行了統(tǒng)計檢驗。統(tǒng)計結果表明，中強地震之前大范圍內中小地震活動的平靜異常現(xiàn)象是明顯的，給出了不同置信概率下異常的判別標準及M≥5.0地震發(fā)生的可能性。

地震活動增強也是強震前普遍存在的現(xiàn)象。在多數(shù)強震發(fā)生前數(shù)年，區(qū)域地震活動會出現(xiàn)非隨機性的增強（劉蒲雄等，1997）。地震活動增強是短期階段較為普遍的一種震兆，對區(qū)域地震短期預測具有實用價值。國內許多學者都發(fā)現(xiàn)在強震源區(qū)及附近震前有中等地震活動增強現(xiàn)象（馬殿軍，1982；郁曙君，1990；焦遠碧等，2000；任雪梅等，2002；楊立明等，2002；薛丁，2003；劉小鳳等，2010）。研究表明，中等地震活動增強是強震前區(qū)域應力場加強的一種表現(xiàn)形式。中等地震的次數(shù)越多，震級越大，持續(xù)時間越長，活動范圍越廣泛，則未來主震的震級也越大。

本文分析ML≥3.0地震活動特征主要采用了Δ-t圖方法，并據(jù)此對1970年以來（因完整的ML≥3.0地震資料起始時間為1970年）南北地震帶北段6級以上地震前的ML≥3.0地震活動特征進行分析，進而討論強震前地震活動平靜或增強現(xiàn)象的特征；最后結合主震震源機制解和區(qū)域活動性差異，對6級以上地震前兆性平靜現(xiàn)象進行了詳細的分析。

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

1 研究對象

本文采用全國弱震目錄China2和全國強震目錄 CH 48，這2個目錄均為中國臺網(wǎng)中心提供的速報資料，其時段皆始于1970年。1970年以來南北地震帶北段共發(fā)生6.0級以上地震13次，包括1次青海共和晚期強余震，即1994年1月3日青海共和6.0級地震；1次雙震，即 2003年10月25日甘肅民樂、山丹間的6.1級、5.8級地震，表1給出了這 13次地震的參數(shù)。由于研究時段從1970年開始，距1971年3月24日青海瑪多6.3級地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動持續(xù)時間僅有1年多，因此本文不分析該地震的活動特征，僅分析其它12次6級以上地震前的ML≥3.0地震活動特征。

2 研究區(qū)12個6級以上地震前ML≥3.0地震活動特征

對研究區(qū)12個6級以上地震樣本的研究時段均始自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)實際ML≥3.0地震活動變化的范圍而定。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年內的地震活躍

1976年9月23日內蒙古巴音木仁6.2級地震前7年始（圖1（a）），隨著時間推移，震中區(qū)ML≥3.5地震活動存在：3年9個月平靜（震中區(qū)40km范圍內）—5個月活躍（震中區(qū)40km范圍內）—1年7個月（震中區(qū)120km范圍內）平靜—11個月顯著活躍（震中區(qū)50km范圍內）的過程。即主震前6年多時間內ML≥3.5地震活動存在：①3年9個月和1年7個月的2次平靜時段，第1次平靜時間較長，但平靜的空間范圍較小，第2次平靜時間較短，但平靜的空間范圍較大；②5個月和11個月的2次活動增強，臨近主震的ML≥3.5地震活躍比第1次顯著增強，且發(fā)生了信號震和前兆性震群（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次活躍時段的地震主要集中在主震西南40km范圍內，第2次活躍時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次活躍時段事件的震中分布的交界區(qū)域，這個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級地震前5年（圖2（a））始，震中區(qū) ML≥3.0地震活動先后存在：1年3個月平靜（震中區(qū)85km范圍內）—5個月較活躍（震中區(qū)85km范圍內）—1年11個月平靜（震中區(qū)75km范圍內）—12個月較活躍（震中區(qū)50km范圍內）的特征。第2次ML≥3.0地震活動活躍和第1次活躍相比，震中區(qū)75km范圍內發(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，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級地震前的41年內，震中區(qū)18km范圍內ML≥3.0地震活動顯著平靜，沒有發(fā)生1次ML≥3.0級地震，但在2011年11月2～3日內連續(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 ML≥3.0地震活動明顯活躍，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級地震前震中區(qū)ML≥3.0地震存在41年的平靜時段，震前主震位置附近ML≥3.0地震存在1年9個月短期活躍。

圖2 1990年景泰6.2級地震前震中區(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，當震中區(qū)50km范圍內ML≥3.0地震活動出現(xiàn)增強，地震分布較集中，并發(fā)生1次ML≥4.0地震和震群時，其后1～2年內有6級以上地震活動的可能性。

2.2 主震前震中區(qū)ML≥3.0地震前存在較長時間平靜

經(jīng)過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，1970年以來南北地震帶北段12次6級以上地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動具有較長時間平靜的地震有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地震活動較長時間平靜，7次6級以上地震前ML≥3.0地震的平靜時段和平靜的空間范圍見表2。

從表2可以看出，這7次6級地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動都有較長時間的平靜，有4次6級地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動存在2次平靜時段，每個地震前至少存在1次10年以上的平靜時段，空間范圍為12～70km，最長的平靜時間為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級地震后至1992年12月19日，震中區(qū)35km范圍內ML≥3.0地震一直活躍，其間出現(xiàn)2次4～6個月的平靜，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級地震（圖5（a））。2010年1月1日～2014年4月24日，青海門源6.4級地震震中區(qū)100km范圍內ML≥3.0地震活動均較為活躍，但自2014年4月25日～2016年1月20日主震前1年8個月震中區(qū)出現(xiàn)ML≥3.0地震平靜，平靜持續(xù)過程中發(fā)生了6.4級地震。因此，當ML≥3.0地震活動較強區(qū)域出現(xiàn)1年以上的ML≥3.0地震平靜時，存在發(fā)生6級以上地震活動的可能（圖5（b））。

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

2.4 小結

將前述分析總結如下：

（1）12次強震中有3次震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動特征出現(xiàn)較短時間平靜異常和活躍，平靜異常時間為1年3個月～43年，活躍時段為4個月～1年9個月；這3次主震前有2個地震前出現(xiàn)2次平靜和2次活躍；當震中區(qū)50km范圍內ML≥3.0地震活動出現(xiàn)增強，并發(fā)生ML≥4.0地震，其后1～2年內具有發(fā)生6級以上地震活動的可能性。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地震活動具有較長時間平靜，其中有2次平靜時間為10～20年，4次平靜時間為20～30年，1次平靜時間為32.3年。這7次震例中，ML≥3.0地震平靜的空間范圍為12～70km，因此對于南北地震帶北段較小范圍內的較長時間ML≥3.0地震活動平靜應引起注意。

（3）12次地震中有2次地震為原地30年內發(fā)生過6級以上地震。當震中區(qū)ML≥3.0地震活動存在1～2年平靜時，該區(qū)域存在發(fā)生6級以上地震活動的可能，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果（圖6）可知：①震前ML≥3.0地震活動存在較短時間平靜和活躍的6級以上地震都分布在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級以上地震前ML≥3.0地震活動大多存在較長時間的平靜（11.5～32.3年）；③原地30年內已經(jīng)發(fā)生過6級以上地震的2個主震前，ML≥3.0地震活動存在1～2年的平靜。希冀這些特征對于今后判定該區(qū)域6級以上地震的發(fā)生具有確定的參考價值。

圖6 南北地震帶北段6級以上地震前ML≥3.0地震活動差異分布

3 6級以上地震發(fā)生前ML≥3.0地震活動特征差異原因分析

3.1 震源機制解

1970年以來南北地震帶北段6級以上地震震源機制類型列于表3。102°E以東區(qū)域的3次6級以上地震（圖6）震源機制分別為走滑和逆沖；青海5次和甘肅1次6級以上地震（1986年門源8.6級、1990年共和7.0級、1993年祁連6.0級、1995年果洛西部6.2級、2000年興海-瑪多間6.6級、2003年德令哈6.6級、2003年甘肅民樂-山丹間6.1級地震）震源機制分別為正斷、逆沖和走滑，3種基本錯動類型均有呈現(xiàn)；對于原地30年內已經(jīng)發(fā)生過6級以上地震的2次地震（圖6），震源機制解均為逆沖型，但震例較少，有待震例積累后作進一步分析。因此，通過考查1970年以來南北地震帶北段6級以上地震前ML≥3.0地震活動特征差異與主震震源機制類型之間的對應性后發(fā)現(xiàn)（表2），兩者之間并不存在顯性的相關性。

3.2 區(qū)域地震活動差異

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

表3 1970年以來南北地震帶北段6級以上地震參數(shù)及震源機制

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

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6級以上地震前（1976年9月23日內蒙古巴音木仁6.2級地震、1990年10月20日甘肅景泰6.2級地震）震中區(qū)平靜范圍內的ML≥3.0地震年頻度均值較高，分別為3.71和1.76，表明6級以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動水平較高，主震前2次平靜持續(xù)時間較短，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級地震是原地復發(fā)的6級以上地震，震前震中區(qū)100km范圍內ML≥3.0地震活動水平較高，震前出現(xiàn)的平靜異常時間較短，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級地震前震中區(qū)平靜范圍內的ML≥3.0地震年頻度均值較低，主震前ML≥3.0地震在41年長時間平靜時間后出現(xiàn)1年多活躍后發(fā)生主震；④其他7次6級以上地震前震中區(qū)平靜范圍內的ML≥3.0地震年頻度均值都較低，為0.26～1.06，ML≥3.0地震活動平靜時間也較長，為10年以上。

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

4 結論與討論

本文通過對1970～2016年南北地震帶北段12次6級以上地震前的ML≥3.0地震活動特征進行分析，發(fā)現(xiàn)主震前震中區(qū)ML≥3.0地震活動主要表現(xiàn)為平靜異常，各個區(qū)域的平靜特征和時間有差異。

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

（2）1970年以來南北地震帶北段12次6級以上地震前震中區(qū)ML≥3.0地震平靜的空間范圍為12～120km，因此對于南北地震帶北段較小范圍內較長時間的ML≥3.0地震活動平靜應引起注意。各個區(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地震活動出現(xiàn)1年以上的平靜后，震中區(qū)50km范圍內ML≥3.0地震活動出現(xiàn)增強，并伴隨發(fā)生ML≥4.0，則其后1～2年內有發(fā)生6級以上地震活動的可能性；②如果青海地區(qū)出現(xiàn)100km范圍內10年以上的ML≥3.0地震平靜區(qū)域，需注意發(fā)生6級以上地震活動的可能性。

（3）1970年以來南北地震帶北段12次6級以上地震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動特征差異主要與區(qū)域活動水平有密切關系，與主震震源機制沒有顯性相關性，與主震前震中區(qū)的ML≥3.0地震活動特征水平密切相關。

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