破坏性地震发生后,对序列类型的判定和强余震的预测是地震预报的主要工作。针对序列判定,很多学者进行了系统研究,提出了很多研究方法,如h值(刘正荣等,1986)、K 值(朱传镇,1989)等多项具有较明确物理意义的序列参数,开展了关于序列衰减大森公式p值和古登堡关系b值的研究(傅征祥,1982; 陆远忠等,1985),对早期序列性质的综合判定研究也有所涉及(陈立德等,1992; 韩渭宾等,1993; 周翠英等,1996)。近期蒋海昆在更多统计样本的基础上,研究给出了中强地震余震序列的很多统计特性(中国地震局监测预报司,2007),对M≥5地震震后趋势判定起到了很好的指导作用。2008年5月12日,四川汶川发生8.0级地震,笔者参加了现场的震情监视工作,工作中应用前人的方法,对1970年有小震记录以来川滇地区M≥7地震序列的早期衰减特征进行研究,发现了一些序列中与各自衰减特征结合得更紧密的共性特征,并将其用于汶川8.0级地震序列的跟踪过程中。本文意在把这些有可操作性的经验作归纳总结,为大地震后的趋势和强余震预测提供参考。

1970年以来川滇地区的M≥7地震参数见表1,序列目录选自云南省地震局和四川省地震局地震台网记录、编辑供预报人员使用的目录(内部资料)。

表1 1970～1996年川滇地区M≥7地震参数表

从表1可见,1970年以来川滇地区60%以上的M≥7地震的最大强余震发生在主震后20天。20世纪四川地区有仪器记录以来,1970年以前发生的部分7级地震,如:1933年茂汶迭溪7.5级地震的最大强余震是在主震后52天发生的; 1948年理塘7.3级地震的最大强余震是在主震后第52天发生的。即川滇地区很多7级地震的最大强余震发生在主震20天后,因此研究川滇地区M≥7地震序列中强余震发生序列的时间、空间活动特征,对最大强余震的预测是有帮助和有意义的。

汶川地震序列采用了四川地震台网给出的M≥4地震定位后的目录。

刘正荣提出的h值,一直以来被广泛用于地震序列类型的判断,大多数应用都是计算整个序列的h值来判断地震类型。在长期的地震序列跟踪过程中,笔者把1970年以来川滇地区M≥7地震序列中震级相对大的地震事件作为子序列,计算其h值,发现h值对判定强余震的活动持续时间有一定的作用。

1970年1月5日通海7.8级地震。整个序列无6级以上余震发生。取M₀=2.5,震后2个月内较强5级以上余震h值分别为:1月9日5.1级,h=0.3; 1月14日5.0级,h=0.58; 1月27日5.0级, h值均偏小,2月5日5.7级最大强余震发生后,其h值为1.11。

1974年5月11日大关7.1 级地震后无6级以上余震发生。取M₀=2.5,计算震后2个月内较强5级以上余震h值可以看到,6月5日地震后h值偏小,为0.30; 6月15日发生5.7级最大强余震,其h=1.2。

1976年5月29日龙陵7.3、7.4级地震后发生6级以上余震6次。取M₀=2.5,计算震后2个月内6级以上余震h值可以看到,6月9日6.2级,h=0.53; 7月4日6.0级,h=0.78; 7月21日6.6级最大强余震, h=1.53。

1988年11月6日澜沧、耿马7.6、7.2级地震后发生6级以上余震6次。计算震后2个月内6级以上余震h值可以看到,11月7日6.1级,h=0.3; 11月15日6.1级,h=0.3; 11月27日6.3级( 以12小时为单位时间),h=0.6; 11月30日6.7级最大强余震, h= 1.18。

1995年7月12日孟连7.3级地震后无6级以上余震发生。取M₀=3.0计算,7月19日5.0级,h=0.43; 7月23日5.0级,h=0.4; 7月31日5.0级,h=0.4,其后没有再发生5级以上地震。

1996年2月3日丽江7.0级地震后发生6级以上余震1次。6.0级地震发生在主震后第3天,前面几天的5级地震也较密集。取M₀=2.5,计算震后2个月内较强5级以上余震h值可以看到,2月7日5.4级,h=0.57; 3月13日5.0级,h=0.57; 其后直到7月2日和9月25日又分别发生了5.5和5.8级晚期余震。

1973年2月6日炉霍7.6级地震后发生6级以上余震2次。取M₀=3.0,计算2月8日发生6.6级地震后,h=0.43,3月24日再次发生6.0级地震,h=1.5; 此后序列没有再次发生6级以上地震。

分析川滇地区7级以上地震序列中较强余震的h值,可以看出,当序列中较强余震的h值偏低时,其后通常还会发生震级相当的余震。当序列中较强余震的h值较大时,其后发生的余震通常震级不会太高。

2008年5月18日汶川8.0级地震余震区发生1次6.1级地震,到5月21日计算h=0.64,偏小,笔者根据以往震例判断该序列再发生6级地震的可能性较大,结合序列的最大余震仅6.1级,与b值截距计算得到的最大震级相差较大,5月21日在现场的分析中认为最大强余震还没有发生。5月24日6.4级地震发生后计算h=0.64,虽然h值仍然小于1,但6.4级地震和b值截距得到的6.8级的结果相差仅0.4级,因此笔者不再坚持最大强余震没有发生,只能认识到该序列的6级地震活动没有结束。

对川滇地区有序列以来的所有M≥7地震的余震空间分布特征进行分析,发现有很多地震的最大强余震都发生在前期有余震分布,但余震震级相对偏小的区域。如1976年龙陵7.3、7.4级地震,前10天的余震大部分都发生在距离主震不远的地方,但北边也有零星的4级地震分布,第11天在余震分布较弱的北段发生1次6.2级地震,53天后的6.6级最大强余震也发生在北段; 1988年澜沧、耿马7.6、7.2级地震,前20天的6级地震都发生在7.2级地震附近,最大6.1级,在第21天和第24天发生的6.3、6.7级强余震又回到南边7.6级地震附近; 1996年丽江地震7.0级地震的6.0级最大强余震发生在主震的另一端; 1973年2月6日炉霍7.6级地震,前期2月8日的6级地震发生在主震附近,到3月24日在主震的另一端再次发生6.0级地震。丽江、炉霍地震都属于单侧破裂的地震,与汶川8.0级地震主要沿北东向破裂有一定的相似性(图3)。

图3 川滇地区部分M≥7地震序列震中分布示意图(a)龙陵地震;(b)澜沧、耿马地震;(c)大关地震;(d)丽江地震

汶川8.0级地震余震分布近300 km,但5月15日以前发生的6级余震全部在余震区南段,据笔者对川滇地区7级以上地震余震分布的研究结果,认识到汶川8.0级地震余震区的中北段应该是未来最有可能发生6级地震的区域。5月18日的6.1级和25日的6.4级地震就发生在余震区的北段(图4),和川滇地区历史上M≥7地震的序列分布特征有很多的相似性。

图4 汶川 8.0 级地震序列震中分布示意图

(1)h值的提出主要是应用于整个地震序列类型的判断,经过长期的地震序列跟踪研究和实践,发现川滇地区所有M≥7地震序列中,把每个序列2个月内震级相对大的地震事件(M≥5或M≥6)作为子序列看待,每次地震后h值出现异常(h<1),表明序列的中等地震集中活动时段还没有结束,其后还有和这些主要余震事件震级相当的地震发生,这个结果可以用EST 模型(庄建仓等,2000)给予解释。

(2)川滇地区所有M≥7地震序列,无论是主震—余震型还是双主震—余震型的地震,余震序列基本满足G-R关系,最大强余震的震级小于等于由b值截距得到的最大震级,大部分情况下两者的震级差ΔM≤0.4。应该注意的是前震和余震都是一个序列,在考虑最大强余震时,需把前震统一考虑。最典型的震例是1995年孟连7.3级地震,b值截距计算最大强余震为6.3级,前震有个6.2级地震,但7.3级地震后的最大余震仅5.1级。分析认为可能主震和多震型地震的应力、应变状况是由区域应力场决定的,而余震的应力应变状况是由主震决定,因此余震序列本身是相对独立的,所以自身符合G-R关系。

(3)最大强余震一般发生在前期余震分布震级相对低的地段,即前期释放较弱的地段后期经常会发生相对强的余震; 单侧破裂的M≥7地震,主震的另一端基本上都有6级强余震发生; 这可能是余震区也存在能量释放相对平衡的原因,这一认识可以为后期的强余震活动地点估计提供依据,从而达到提高预报精度的目的。

(4)在前述所有的统计分析中,无论是主震—余震型还是双主震—余震型或多震型的地震,其余震的衰减都有一些共性特征,谷继成(1979,1982)曾经用断裂力学和流变理论对余震序列的这些共性特征作了些理论解释。实际工作中正是这些既有序列各自的特点又可以用共性进行归纳的特征,为余震序列的跟踪判断提供了可参考的值得信赖的依据。

(5)通过汶川8.0级地震的现场震情跟踪工作和强余震的预测实践,体会到目前的预测预报工作中最有效的仍然是已积累的经验和认识。在拓展新思路、新方法的同时,也不能完全忘记已经取得的认识。重视已有的经验,在继承的前提下再发展,可能是中国地震预报最好的途径。