2008年5月12日四川汶川发生8.0级地震,造成了惨重的人员伤亡和巨大的财产损失。这次地震发生在龙门山断裂带上,这是一条晚第四纪构造活动速率很低(或现今构造活动很弱)的断裂(张培震等,2008)。据历史记载和现代仪器记录,龙门山断裂带只发生过3次6～6.5级地震:1657年汶川6.5级、1958年北川6.2级和1970年大邑6.3级地震,从未发生过7级以上地震。

川滇地区位于青藏高原东南缘,新构造变形和地震活动十分强烈,是中国大陆最显著的强震活动区域。在本文所研究的区域内(21°～34°N,97°～106°E),历史上有过2次8级地震记载,分别是1833年云南嵩明8.0级地震和1879年甘肃武都南8.0级地震。汶川8.0级地震是该区域近130年来发生的最大震级地震。

汶川8.0级地震发生前,川滇地区从1996年2月3日至2008年5月12日出现了12.27年的M≥7.0地震平静异常; 从2000年1月15日至2008年5月12日出现了8.29年的M≥6.5地震平静异常; 从2003年10月16日至2007年6月3日出现了3.63年的M≥6.0地震平静异常。这些平静异常现象在川滇地区的地震活动性中是否具有统计上的显著性和重现性?其预测意义如何?本文通过对1900年以来川滇地区M≥6.0、M≥6.5和M≥7.0地震时间分布特征的系统分析,研究和讨论了这一问题。

本研究中使用的地震目录是《中国历史强震目录》(公元前23世纪～公元1911年)和《中国近代地震目录》(公元1912～1990年)(中国地震局震害防御司,1995,1999); 1990～2008年的地震目录是用中国地震台网测定的中国及邻区M≥5.0地震目录,从中选出1900～2008年川滇地区(21°～34°N,97°～106°E)M≥6.0地震目录,并进行余震删除。余震删除参照C—S余震时间窗,作如下自定义:按余震区,6.0～6.9级地震,震后3个月内的余震被删除; 7.0～7.9级地震,震后6个月内的余震被删除; 8级以上地震,震后12个月内的余震被删除。经余震删除处理后,1900～2008年川滇地区共有118次M≥6.0地震,其中6.0～6.9级地震95次,M≥7.0地震23次。该区域1900年以来M≥6.0 地震记录基本上是完整的(黄玮琼等,1994; 苏有锦等,2001a,b)。图1给出了1900～2008年川滇地区M≥6.0地震的震中分布和M-t图。图2给出了M≥6.0、M≥6.5 和M≥7.0 地震间隔时间分布统计。

图1 1900～2008年川滇地区M≥6.0地震的震中分布图(a)和M-t图(b)
Fig.1 Epicenter distribution(a)and M-t plot(b)for earthquakes with M≥6.0 in Sichuan-Yunnan region,from 1900 to 2008

图2 1900～2008年川滇地区M≥6.0(a)、M≥6.5(b)和M≥7.0(c)地震间隔时间分布统计图
Fig.2 Interval distribution of earthquakes with M≥6.0(a)、M≥6.5(b)and M≥7.0(c)in Sichuan-Yunnan region,from 1900 to 2008

由以上的分析可见,汶川8.0级地震前川滇地区M≥6.0地震出现了3.63年的平静异常,M≥6.5地震出现了8.29年的平静异常,M≥7.0地震平静时间12.27年。这些平静异常现象在川滇地区近100年来的地震活动性中是非常显著的。

若以M≥6.0地震平静时间≥1.0σ,M≥6.5地震平静时间≥1.5σ(前述)定义显著平静异常,表1给出了1900～2008年川滇地区20次(组)M≥7.0地震前出现M≥6.0或M≥6.5地震平静异常的情况。由表1可见,10组M≥7.0地震平静时间大于5年的震例中,除1933年四川迭溪7.5级地震(5号地震)外,其余9组(2、3、6、8、11、12、17、18、20号地震)震前均出现了M≥6.0或M≥6.5地震的平静异常现象,占90%。由此表明,在M≥7.0地震平静时间大于5年以上的条件下,M≥7.0地震前M≥6.0或M≥6.5地震平静异常显著,且具有很好的重现性(比例达90%)。

9组出现M≥6.0或M≥6.5地震平静异常的震例中,有5组同时出现了M≥6.0和M≥6.5地震平静异常(3、6、8、17、20号地震),有4组仅出现了M≥6.0地震平静异常(2、11、12、18号地震)。

值得注意的是,M≥6.5地震5年以上的平静异常,均直接由7级以上地震的发生结束平静异常(3、6、8、17、20号地震); 而M≥6.0地震平静异常,有的是直接发生7级以上地震(3、12、17号地震),多数是先由一次6.0～6.4级地震结束平静异常,其后有一个时间延迟,发生7级以上地震(2、6、8、11、18、20号地震)。由表1可见,这个时间延迟在0.01～1.14年之间。汶川8.0级地震前就属于这种情况,在M≥7.0、M≥6.5和M≥6.0地震均出现长时间平静异常的背景下,2007年6月3日宁洱6.4级地震结束了川滇地区M≥6.0地震的平静异常(长达3.63年),延迟0.91年后,发生了汶川8.0级地震。

事实上,1970年通海7.8级地震(12号地震)前,虽然只出现了M≥6.0地震平静异常,但震前4年左右连续出现了2次M≥6.5地震平静异常(5.13、5.24年); 1904年四川道浮7.0级地震(1号地震)前M≥7.0地震平静时间是8.5年,震前也出现了显著的M≥6.0地震平静异常(3.54年)。

因此,在M≥7.0地震平静时间大于5年以上的条件下,同时出现M≥6.0(≥1.0σ)和M≥6.5地震(≥1.5σ)平静异常或出现M≥6.0地震(≥1.0σ)平静异常,可能是川滇地区7级以上地震发生前的一个典型现象,在统计上具有明显的显著性和重现性。

表1 1900～2008年川滇地区7级以上地震目录及其震前M≥6.0或M≥6.5地震平静异常
Tab.1 Catalogue of earthquakes with M≥7.0 and quiescence anomalies for earthquakes with M≥6.0(above 1.0σ) or M≥6.5(above 1.5σ)before earthquakes with M≥7.0 in Sichuan-Yunnan region,from 1900 to 2008.

注:(1)*号标注的9组地震,震前均出现了显著的M≥6.0(≥1.0σ)或M≥6.5地震(≥1.5σ)平静异常;(2)M≥6.0地震平静异常,*号后面的数字表示平静异常后至发生7级以上地震的时间;(3)表中以括号标注的数字,仅作参考,未参与统计。

通过对1900年以来川滇地区M≥6.0、M≥6.5和M≥7.0地震时间分布特征的系统统计分析,得出汶川8.0级地震前川滇地区出现的M≥6.0、M≥6.5和M≥7.0地震平静异常(平静时间分别达3.63年、8.29年和12.27年)在该地区近100年来的地震活动性中是非常显著的。

川滇地区M≥7.0地震活动,从时间分布特征上大致可分为两类,一类是间隔时间较长(5年以上),以“单发”的形式发生; 另一类是间隔时间较短(3年以内),以“群发”(或成组活动)的形式发生,其比例大致相当,各占50%左右。对于第一类地震,10组震例中,有9组出现了M≥6.0(1.0σ以上)和M≥6.5地震(1.5σ以上)平静异常,占90%; 其中有5组同时出现了M≥6.0(1.0σ以上)和M≥6.5地震(1.5σ以上)平静异常,有4组出现了M≥6.0地震(1.0σ以上)平静异常,只有1组未出现异常。由此表明,在M≥7.0地震平静时间大于5年以上的条件下,M≥6.0和M≥6.5地震平静异常可能是这类7级地震前一个重要或典型的异常现象,在统计上具有显著性和重现性。

对于川滇地区M≥7.0地震活动,以往的一些研究和认识可能过多强调了其“成组性”活动特征(石绍先等,2003)。本文研究表明,“单发性”活动也是它的一个重要特征,而且这类地震前有显著的地震平静异常现象。强烈(大)地震前的地震平静现象可能是最有价值的中长期前兆,被认为是大震前最可靠的前兆现象,引起了地震学家的普遍关注(Habermann,1988; Wyss et al,1988,1998; Kisslinger,1988; Wiemer,Wyss,1994; Kato et al,1997; 韩渭宾,1998; Katsumata,1999; Huang et al,2001,2002; Ogata,2004; Wu,Chiao,2006)。

上述地震平静异常能否应用于实际的地震预测预报,是一个值得进一步讨论的问题。由表1可见,如果用M≥6.0(1.0σ以上)和M≥6.5地震(1.5σ以上)平静异常的开始时间作M≥7.0地震的起报时间,其时间变化范围分别是:1.9～3.6年(跨度1.7年)和5.0～8.3年(跨度3.3年)。对于M≥6.0(1.0σ以上)平静异常,加上1年左右的延迟(前述),则时间跨度2.7年左右。由此可见,这两个指标的时间跨度在3年左右,可用于1～3年时间尺度的预测预报。如果把该指标应用于汶川地震,实际情况应该是2005年1月M≥6.5地震平静异常达指标,2005年9月M≥6.0地震平静异常达指标,2005年M≥7.0地震平静时间9年多,也就是说,据此在2005年可以做出一个“未来3年左右的时间内(或1～3年)川滇地区将发生7级以上地震”的预测。这与实际情况基本一致。一个需要探讨的关键问题是,一个地区或区域是否存在极限平静时间?从本研究给出的结果看,似乎存在一定的稳定性和重复性:如M≥6.0地震平静时间3年以上的6次异常(依次是3.54、4.70、3.61、3.99、3.55和3.63 a); M≥6.5地震平静时间5年以上的6次异常(依次是5.65、5.00、5.13、5.13、5.24、7.78和8.29 a); M≥7.0地震平静时间12年以上的3次异常(依次是14.73、12.22、12.27 a)。因此,虽然应用地震平静来准确预测地震仍有许多问题需要研究,但它可能是较为可靠的一种前兆现象,具有一定程度的预测意义。

本文结果是按川滇统计区域(21°～34°N,97°～106°E),1900年以来近100年时间尺度上统计分析的结果。汶川8.0级地震前,在中国大陆地区出现了6年多的7级以上地震平静和5、6级地震显著平静现象(刘杰等,2008,2009),而在四川地区则出现了32年左右的7级以上地震平静。这些不同空间尺度上出现的平静现象及其可能存在的关系,值得进一步研究和探讨。