在空间分布上的非均匀性和在时间分布上的非平稳性是全球地震活动的显著特征(张国民等,2002)。四川地区处于强震活跃的中国大陆西部的西南地区(20°～35.2°N,81°～105°E),20世纪以来西南地区的M≥7地震存在明显的活跃与平静交替活动的规律。

2008年5月12日四川汶川8.0级地震,是在西南地区处于强震平静期背景下发生的一次巨震。笔者将对汶川地震的强震活动背景、区域地震活动、地震序列等方面进行剖析,以寻求汶川地震孕育与活动过程中的特征,分析和研究该次地震的某些特性。

2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震后,中国大陆西部进入了6年零4个月(2 318天)的7级地震平静,2008年3月21日新疆于田7.3级地震结束了这次地震平静,之后5月12日四川汶川发生了8.0级地震。由图1可见,1900年以来,若7级地震平静时间超过1 500天(4年以上),平静结束后中国大陆西部M≥7地震会出现明显的丛集活动过程(4次以上M≥7地震,1963年4月19日青海阿兰湖7级地震除外),汶川8.0级地震是中国西部地区进入新的M≥7地震丛集活动过程中的大震。

图1 中国大陆西部(20°～48°N,75°～105°E)M≥7.0地震M—t图(a)和dt—t图(b)

由图2可见在中国西部地区,6级地震呈NE向条带分布,横穿青海、新疆与西藏,在川、滇、缅6级地震呈SN向条带分布,新疆于田7.3级地震发生于NE向条带的边沿,汶川8.0级地震发生于两条地震条带之间,因此汶川8.0级地震与新疆于田7.3级地震,为2001年后西部地区7级平静、孕育再次发生的强震。

图2 2001年11月～2008年5月中国6级地震震中分布

图3 西南地区M≥7强震的M—t图

一次强地震发生后,对地震序列趋势的判定至关重要,尤其是对未来最大余震发生时间与震级大小的判定是大家都关心的问题。一般情况下,人们利用b值截距法分析序列地震与频度的关系,判定未来最大余震的震级(国家地震局预测预报司,1997,1998),这会受序列地震完整性的影响,早期判定往往存在失误,常需借助对相似条件下历史震例的类比对该序列作出判定。汶川8.0级地震为川滇地区有仪器记录以来最大地震,也是发生于大陆板块内的8级地震,考虑该地震的震级及区域的特殊性,我们在汶川地震序列早期(震后7天左右)预测中,采取了类比的分析方法。

将1900年以来中国大陆地区8级地震(8次)和四川地区7级地震(7次)(图6)作对比(表2、图3),分别统计这两组地震序列中的最大强余震与主震的震级差ΔM及与主、余震间隔时间ΔT与主震震级的关系。结果如图6所示:中国大陆8级地震组中ΔM集中分布于1.5～2.2之间,时间间隔ΔT集中分布于30天内; 四川7级地震组中ΔM集中分布于1.5～2.0之间,时间间隔ΔT集中于60天内。以最大概率统计分析,预测汶川8.0级地震的最大余震震级为6.5级左右,最佳时间为主震后2个月内。

图6 强震主震与最大余震的震级差及主震震级与间隔时间关系(a)四川地区7级主震震级与最大余震震级差ΔM;(b)四川地区7级主震震级与间隔时间ΔT; (c)大陆地区8级主震震级与震级差ΔM;(d)大陆地区8级主震震级与间隔时间ΔT

表2 1900年以来四川地区M≥7地震序列

表3 1900年以来中国大陆M≥8地震序列

2008年5月25日青川县发生一次6.4级地震,与预测的最大强余震时间震级吻合,同时6.4级地震后,余震震级随时间也出现明显衰减(图7):5月27日四川青川县5.4、陕西宁强县5.7级地震后,地震序列余震震级最大为5级,同时震级无明显起伏(吴开统等,1990)。因此判定该6.4级地震为汶川8.0级地震的最大强余震。

图7 汶川8级地震序列的M—t图

(1)分析2002年龙门山断裂带及附近地区3级以上地震活动(图5),汶川8.0级地震前,3级地震沿龙门山断裂带及附近地区密集分布,在距汶川地震100 km范围内,2002～2006年均无4、5级地震活动,仅平武于2007年3月11日、9月16日各发生一次4.2、4.1级地震,2008年2月27日康定发生一次5.0级地震。即汶川地震前孕震区的地震活动分布为:3级地震沿孕震区构造带增强活动,外围4、5级地震从平静到活动为强震孕育进入中、短期的标志。但目前川滇地区有仪器记录的大震震例尚少,汶川地震前的地震活动孕育分布特征是否具有普适性,仍需在今后的工作中证明。

(2)在追踪汶川8.0级地震前四川地区地震活动的过程中,我们发现四川地区的地震活动出现了历史之最:7级强震平静长达32年,M≥6.5地震平静长达19年,3、4级地震活跃长达15年,在汶川8.0级地震的孕震区及附近,震前6年左右出现3级地震活跃。因此,可将强震大区域长期平静背景下,中、小地震中长、短期活跃作为大震孕育标志。这与以往震例中总结的强震发生前,大多数以大区域小地震活跃、中强地震平静作为强震进入孕震短期的标志是一致的(梅世蓉,1993; 蔡静观,1997)。这种以大区域强震平静、中小地震活跃长达十数年为背景,小区域小地震数年活跃为大地震孕育进入中长、短期阶段的特点,可能为强震孕育的又一种新标志,为今后预测预报云南地区未来强震提供了新的分析思路。

(3)对汶川地震序列采用类比概率法,判定其最大余震的强度、最可能发生时间,在主震后几天内就可取得较准确的初步判定,为以后对强震序列的早期判定提供了可行的方法。当然此方法仍需在未来的震例中不断检验其准确性,同时也要结合序列本身的地震活动规律来加以分析判断。

汶川8.0级地震是在中国大陆西部强震自2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震平静后,再次进入强震活跃背景下,西南地区10年零6个月的7级地震平静,四川地区长达19年的6.5级地震平静,四川地区3、4级地震活跃15年之久,龙门山断裂带及附近地区3级地震6年活跃下发生的,四川有史以来龙门山断裂带上唯一的一次8级地震,是在强震活动外强内弱、中小地震活跃的状态下发生在活动断裂带上的大地震,具有特殊地震地质构造和动力学背景,对未来西南地区及云南地区的强震活动可能有一定的指示意义。