地震记录是地震研究的重要基础。地震记录的完全性直接影响着人们对于地震活动性、地震成因、地震前兆识别与演化等的认识。地震记录依赖于文化和科学技术水平,从一般意义上可以认为,距今时间愈近的地震记录可靠性和精度愈高。

地震规律的探索与建立必须基于较为完全(真实、连续、一致)的地震记录。获取地震记载有不同的方法,如考古的方法,还限于对一个局部区域历史上是否发生过地震的认知。迄今为止,有预测需求的地震活动性研究主要靠仪器观测地震的记录来实现。随着观测环境和仪器的改进、观测网点的加密,不同级别、不同区域仪器观测地震较完全记录的起始年代并不相同。因此,在研究地震活动性时,必须认真分析和考察一个区域地震目录的信度,否则,不同研究者得出的地震活动规律可能大相径庭(陈颙,陈棋福,1994; 黄纬琼等,1994; Chen Y,Chen Q F, 1995; Wiemer,Wyss,2000; 刘祖荫等,2002)。

云南是中国大陆地震活动最为频繁的地区之一。由于地处边疆、山区、多民族等因素,云南的历史地震漏载十分严重(皇甫岗,秦嘉政,2006; 皇甫岗,罗荣联,2008)。因此,研究云南地区地震活动性特别是探寻地震活动规律,通常以20世纪以来的地震记录为基础,并兼顾历史地震活动情况。云南地区最早的仪器地震记录为徐家汇观象台记录到的1909年5月11日华宁、弥勒交界处的6.0～6.5级地震(上海市地震局地震观测技术研究所,1985),到2009年整整100年。在这一历史时期,我国地震台网建设有一个逐步发展和完善的过程。20世纪30年代全国开始系统的仪器观测,50年代建成由11个台站构成的中国地震台网,60年代扩展到16个基准地震台,包括1957年建成投入观测的昆明地震台和成都地震台。中国科学院地球物理研究所处理地震记录,形成《地震临时报告》。1964年年底,中国科学院地球物理研究所西南工作站在川滇交界地区建成由10 个地震台组成的“西南控制台网”,至1968年底扩展到40个台。1970年以后,云南、四川各自成网,至80年代末昆明和成都成为全国6个电信传输地震台网的重要组成部分。90年代中期,对昆明地震遥测台网的数字化改造,实现了地震记录从模拟向数字化的转变。进入21世纪,昆明台网实现扩展并升级,全网有46个地震台(不包括云南省外台站),均配置24位数字化地震仪,地震监控能力有了大幅提高。我国地震监测系统的发展史,间接提示即便是在20世纪,地震记录的完全性也有一个逐步提高的过程。

本文重点对20世纪云南地区地震记录的完全性进行探讨和评价,旨在为地震研究特别是地震活动性研究提供坚实而客观的数据保障。

云南地区(21°～29°N,97°～106°E)的主体部分包括云南省全境、四川省南部(西昌以南)及其周边地带。20世纪云南地区相关的地震编目有较好的工作基础(中国科学院地震工作委员会历史组,1956; 中国科学院地球物理研究所,1976; 国家地震局,1977; 四川地震资料汇编编辑组,1980,1981,2000; 顾功叙,1983; 中国地震简目汇编组,1988; 云南省地震局,1988; 谢毓寿等,1989; 国家地震局震害防御司,1995; 云南省地震局,1999; 中国地震局震害防御司,1999; 杨周胜,毛玉平,2003)。皇甫岗(2009)综合各类目录,编制了一个20世纪以来《云南5.0级以上地震目录》,并对地震事件的统计作必要的设定:① 由于历史地震记录以及仪器测定前期记录不完全,为了提高可比性,统计地震事件时将余震剔除; ② 对于震群型(含双震型)地震,除序列最大地震和主震外将与最大地震震级差小于或等于0.5级的地震计入。之所以这样设定,主要是考虑地震事件记录的平衡性,既不遗漏独立的显著事件,也不因为类似震群型地震高频次而影响对于区域地震分布及能量释放特征的刻画。

皇甫岗等(2000)、苏有锦等(2001)曾给出云南地区20世纪5级以上地震统计结果:5级以上地震总数为333次(剔除部分余震),其中7级 以上地震10组13次,6～6.9级地震69次。上述云南地区系指云南省边界外延50 km的范围内。笔者应用本目录作同期相关数据的统计,得到20世纪(1901～2000年)云南地区发生M_S≥5.0地震403次,剔除余震后为289次,其中7级以上地震13次,6.0～6.9级62次(表1)。

表1 20世纪云南地区5级以上地震统计表
Tab.1 Statistics of the M≥5.0 earthquakes in Yunnan in the 20th Century

由云南地区5级以上地震分布图(图1)不难发现,在20世纪以前的云南地区5级以上地震漏载十分惊人。同时也易得到一个直观的印象,即20世纪云南地区5级以上地震记载较为完全。

图1 云南地区5级以上地震分布图(a)624～1900年;(b)1901～2008年
Fig.1 Distribution of the M≥5.0 earthquakes in Yunnan(a)624-1900;(b)1901-2008

通过20世纪以来云南地区5.0～5.9级地震随时间的分布特征,可以定性判断区域地震监控能力。正如前述,1901～1980年云南地区经历无仪器记录到有仪器记录、大区域测震台网(点)到小区域测震网(点)的发展过程。将这一期间的5.0～5.9级地震分布,每10年作一个图(图2),观察记录地震的分布特点。由图2可以看出:①

20世纪20年代以前云南地区5.0级以上地震仍可能有相当程度的漏载,前10年地震零星分布。20年代5级地震集中在小江断裂带及附近地区; ② 50年代以前,滇西南地区几乎无地震记载,50年代后地震活动水平表现为骤升; ③ 近百年来小江断裂带以东地区地震活动弱,起伏也不大。

云南地区是一个年平均发生5级以上地震

图2 1901～1980年云南地区5.0～5.9级地震分布图
Fig.2 Distribution of the earthquakes with 5.0≤M≤5.9 in Yunnan from 1901 to 1980(a)1901-1910;(b)1911-1920;(c)1921-1930;(d)1931-1940; (e)1941-1950;(f)1951-1960;(g)1961-1970;(h)1971-1980

(剔除余震)超过3次的地区,这是20世纪记录的5级地震的平均值。从图2可以直观看到,20世纪的前20～30年达不到该平均值,如1901～1910年有记录的5级以上地震仅10次,年均1次; 1911～1920年有记录的5级以上地震共15次,年均1.5次,远低于整个世纪的年平均水平,主要原因可能是漏载。因此,可以通过年平均地震记录的变化来研究有完整地震记录的起始时间。

图3给出云南地区5级以上地震的年平均发生次数随累积时间的变化。作图的基本方法是,在1901～2008年时间段,先算出2001～2008年期间5级以上地震年发生率,然后以10年为步长逐一累积时间求算相应时间段内的地震年发生率。由图3可以得到云南地区5级地震记录相对完全的一个起始时间范围,大致为20世纪30年代初期。图中20年代出现的较高值,主要是受到1929～1931年腾冲地区罕见中强以上地震震群样本的影响,对比图2可以做出基本估计。同时还发现,20世纪80年代以来,云南地区5级以上地震年频次有所降低,这可能部分反映地震活动水平的变化,但不应属于地震监控能力的问题。

图3 1901～2008年云南地区5级以上地震年平均次数随累积记录时间的变化图
Fig.3 Annual Average number of the M≥5.0 earthquakes in Yunnan from 1901 to 2008

更小地震记录基本完全的起始时间与云南地震台网建设及运行密切相关。本区台网建设大致分为3个阶段:1965～1970年,台网主要建在昆明、大理、华坪一带,滇西及滇西南几乎无台站,4.0～4.9级地震可能遗漏; 1971～1976年滇西、滇西南建设一批台站,1976～1988年,省内4.0～4.9级无遗漏,省界附近可能遗漏; 1988年后,传输台网逐步建立,4.0级以上地震无遗漏(陈立德,付虹,2003)。因为划为研究区的四川南部的地震监控水平高于滇西南地区,可以认为,从上世纪80年代末,云南地区4.0级以上地震能够得以完全记录。

地震记录中历史地震记录和仪器记录漏载的原因各有侧重。历史地震记录中存在漏载、标准不统一问题(谢毓寿等,1989)。仪器记录的漏载主要是有的区域早期无地震监测能力。

可以通过b值来判断记录的完全程度。根据古登堡—里克特公式

logN=a-bM,(1)

得到震级为M的地震次数

N(M)=10^a-bM.(2)

类似得到震级为M-1的地震次数为

N(M-1)=10^a-b(M-1).(3)

将震级为M-1的地震与震级为M的地震次数相比,有

(N(M-1))/(N(M))=10^b.(4)

通过1970年以来区域台网的观测记录求取b值。1970年后M_L3.8以上地震记录完整(苏有锦等,2001)。图4给出了1970～2008年云南地区3.8级以上地震的震级频度关系。3.8级以上地震共2 858次。图中最小二乘拟合式的常数b=0.74±0.03,共有数据点38个,相关系数0.95。因此,考虑到b值误差时,震级为M的地震与震级为M-1的地震次数之比约为5.2～5.8。

20世纪云南地区记录到7级地震10组13次,6级地震62次,5级地震214次(表1)。由此得到

(N(6))/(N(7))=(62)/(13)=4.7,(5)

(N(5))/(N(6))=(214)/(62)=3.5.(6)

为了慎重起见,取

(N(M-1))/(N(M))=5.2.(7)

根据式(5)～式(7),可以计算云南地区6级和5级地震漏载次数n₆和n₅。一般来讲,20世纪云南地区7级地震遗漏的可能性小,即n₁=0。由于式(7)表达了无地震记录遗漏的情形,实际应为

(N(6)+n₆)/(N(7)+n₇)=5.2,(8)

(N(5)+n₅)/(N(6)+n₆)=5.2.(9)

将式(8)与式(5)相比,得到n₆=6.6(次)。同样地,将相应值代入式(9),可以得到n₅=143(次)。由此可见,20世纪上半叶云南地区5级地震的漏载仍然是严重的。

图4 1970～2008年云南地区3.8级以上地震的震级频度关系
Fig.4 Magnitude-Frequency relation of the M≥3.8 earthquakes in Yunnan from 1970 to 2008

云南地区地震记录的完全性取决于滇西南地区,其为云南地区地震记录的“短板”(注:经济学“水桶理论”中的概念)。滇西南地区最早的一次地震记录是1884年普洱61/2级地震。此后约40年无地震记载。滇西南地区地震活动记录阶段性特征十分明显。20世纪20年代以前,几乎无地震记录; 20年代至70年代,5级以上地震多有记载,6级以上地震记录可能基本上是完全的; 1970年以来,破坏性地震几乎无遗漏,在M-t图上表现为增频现象。从图5分析,滇西南40年代以后5级以上地震记录才较为完全。研究该区地震活动时应当注意这一现象。实际上,滇西南地区的观测台网是在1988年澜沧—耿马地震以后才得到加强的。

图5 1850～2008年滇西南地区5级以上地震M-t图
Fig.5 M-t relation of the M≥5.0 earthquakes in Southwest Yunnan from 1850 to 2008

(1)20世纪早期云南地震漏载仍然严重,30年代以后5级以上地震记录较为完全,其中滇西南为主要漏载地区。

(2)根据b值估算得到20世纪云南地区漏载5级地震143次,6级地震6.6次。

(3)20世纪60年代以来5级以上地震年发生率的较大起伏变化与地震监控能力关系不大。