2008年5月12日汶川8.0级地震是四川地区有历史地震记录以来最强烈的地震。1976年8月16日、23日发生在四川松潘的两次7.2级地震是汶川地震前近32年来四川地区发生的7.0级以上强震。1900年以来四川地区7.5级以上地震共发生过3次:1933年8月25日茂汶7.5、1955年4月14日康定7.5和1973年2月06日炉霍7.6级地震。距离此次汶川8.0级大震最近的强震是1879年7月甘肃武都南8.0级地震,相距约280 km。汶川8.0级大震发生后,据中国地震台网中心给出的地震目录资料,截至2008年6月20日,在震区发生 5.0～6.9级余震多达33次,其中6.0～6.9级地震5次,最大余震为5月25日6.4级地震。一次大震后如此多的高强度地震集中发生在一个较小的范围,其危害是很大的。最大余震是否已经发生?对强余震的有效预测就是一个十分重要和紧迫的工作。通过对中国西部1900年以来8级以上地震序列研究可知,有57%的地震最大余震小于等于6.5级,43%的地震最大余震在7.0～7.5级之间,强余震发生的时间覆盖主震当天至震后9个月的较长时间跨度,这为正确判断汶川8.0级地震序列最大余震带来了困难。

对余震序列危险性的预测,近年来国内外专家、学者已作了大量有益的工作,主要根据主震和余震的特点预测强余震可能发生的时间和地点,但涉及到震级的并不多见。而大震发生后对其强余震进行定量化估计则是很重要的,预报强余震的震级,不仅可以减少国家和人民的损失,而且能够增加我们对地震发展过程的认识。b值截距法是一种对强余震预测最直观、简单易行的方法,吴开统等(1989)曾用此方法系统研究了中国大陆50多次地震序列的特征,认为用b值截距法对正在发展过程中的地震序列进行最大余震震级预测,实际检验其成功率较高。早在1990年,国家地震局科技监测司(1990)就将b值截距法正式列入《地震学分析预报方法程式指南》,认为该方法对预报最大余震的震级效果显著。由于地震序列存在地区差异,不同地区地震序列表现特征不同,而川滇地区又是强震多发地区,其地震序列丰富而多样,对这一地区地震序列用b值截距法系统进行强余震定量化研究,寻求适合这一地区的强余震预报指标,近年来还未见相关报道。本文中笔者系统地研究了川滇地区100多次主震—余震型地震序列的b值截距,得到了适合该区的最大余震估算方法,并对汶川8.0级地震序列的最大余震进行了估算。

古登堡和里克特(1942,1954)在研究世界地震活动时,根据全球各大地震区6级以上地震数目的统计发现,地震的震级与频度有以下关系:

lgN=a-bM.(1)

上式亦称G-R关系式,式中a和b两个参数可根据一定地区、一定时间的地震目录统计估算得到。参数a与一定区域的地震频度有关,而参数b则反映了大、小地震的比例,N为一定震级区间(M±0.5)内的地震数(频度),近年来已有很多学者采用累积频度来代替N(陆远忠等,1985; 刘正荣,2004),即N为震级大于等于M的地震次数,笔者采用累积频度作图法,根据地震序列的累积地震频度—震级的lgN—M图作线性外推,以直线在M轴上的截距来作为b值截距震级M_m。

对一次强震后地震序列的危险性进行预测,不同研究者侧重方面各异:有根据强余震前余震的空间分布特征来预测强余震地点的(王碧泉等,1983),有根据地震序列频度衰减来预测地震序列是否属于前震序列的(刘正荣,1979),还有根据地震序列的能量衰减来判断地震序列是否还有与主震震级相当的地震发生,即对双震或震群的判断的(钱晓东等,2004)等。本文侧重研究主震—余震型地震序列,重点判断和估算主余震型地震序列的最大震级,基于如下考虑:首先,主震—余震型地震序列占有比例较高,在川滇地区,此类地震序列所占比例高达50%。其次,一次大震或强震发生后,对晚期强余震,常常发生在人们以为地震危险期已经过去的时候,危害很大。因此,在本文中,如果两次主要地震的震级差小于等于0.6,则认为是双震型(中国地震局,1998),我们就将整个地震序列分解为以双震为主震的两次地震序列,如果最大地震与其它地震的震级差小于等于0.5、次数在3次以上则认为是震群,同样将整个地震序列分解为以震群为主震的多次地震序列,共选择出川滇地区M_S≥4.5以上地震序列133次,图1给出了其空间分布。

图1 川滇地区地震序列空间分布

在地震预报中,地震序列b值是最常用到的参数,b值具有明确的物理意义和几何意义,但是引起b值变化的机理和成因却是复杂的,茂木清夫(1962)认为b值主要取决于材料的不均匀性; 肖尔茨(1968)认为b值与岩石所处的应力水平有关; 许昭永(1990)在材料压缩机上进行实验,在不同压力及加压方式下,对许多岩石破裂过程的声发射值m(相当于b值)作了观察分析,发现声发射m值在加载初期较低,在破裂应力35～75%时较平稳,在岩石破裂前m值明显下降; 耿乃光(1986)认为,b值既取决于材料的性质又与介质所处的应力状态有关,它是岩石破裂过程在多项因素作用下的一种反映。因此,无论理论、模拟实验和实际观测资料都没能论证b值取决于单一因素,其变化机理是复杂多样的。地震是岩石破裂的结果,应充分利用破裂过程中b值所反映的信息。在地震序列中,如果b值较大,说明中小地震较多,b值截距则会变得相对较小,而如果b值较小,说明较大余震发生的次数多,相应地b值截距也会较大,b值截距实际上是b值变化的反映,但它又是属于与b值不同的预报因子,由于引起岩石破裂的因素是复杂的,因此我们应该重视在地震序列的发展过程中各个预报因子所发挥的作用。

在利用公式(1)对a、b值进行估算时,要注意所用地震序列满足:(1)要确定控制震级;(2)地震数必须大于15;(3)作G-R关系式最小二乘拟合的数据点数必须大于5个点;(4)最大震级与最小震级之差必须大于等于1.5级;(5)震级要用统一标度,我们统一采用M_S。

本文利用川滇地区主震—余震型地震序列资料进行统计,结果表明:

(1)对于主震—余震型地震序列,在G-R关系中用b值截距方法估算最大余震震级,用线性较好的震级段资料得到的结果与实际较为接近。

(2)当主震震级M_S≥4.5时,主震—余震型地震序列的b值截距M_m与最大震级M_max满足关系式:M_max=-0.41+1.00M_m±0.40。

(3)根据历史地震资料和中国地震台网中心给出的汶川8.0级地震序列资料,预测汶川地震序列属于主震—余震型序列,估算的最大余震为(6.4±0.40)级,大于7级的可能性不大。