地震空区可能是未来大震危险区的概念在20世纪60年代已经萌芽。布内(1965)总结了加尔姆地区大震前地震活动的时空分布特征,指出较强地震常常发生在地震活动减弱的区域内; Allen等(1965)研究了加利福尼亚地震活动,指出活动断裂带上近期中小地震活动较低的地区可能是未来大震的“候选区”; Fedotov(1965)首先提出了地震空区的概念; Mogi(1979)将地震空区分为两类:一类是地震带上大地震震源区分布的空段,另一类是缺少中小地震的空区。我国地震学者对地震空区也做了不少研究,梅世蓉(1960)在研究中国的地震活动性时曾指出:一切毁灭性地震都不发生在有感地震频度最高的地方; 陆远忠等(1982,1983,1985,1989)研究强震前中小地震活动的演变过程时,提出了“背景空区”和“孕震空区”的概念; 刘蒲雄等(1993,1997)在地震活动图像研究方面取得了很大进展。

目前,地震空区作为预测未来强震地点的一种方法受到广泛的重视,但人们希望从中取得更多的地震要素讯息,以便对未来大震的强度和发震时间作出估计。曲延军等(2010)对中国大陆地震空区统计特征分析后认为,5级地震围空震级在M_L2.5左右,6级地震围空震级在M_L3.5左右,7级以上地震围空震级在M_L4.0左右。以往研究多是指出强地震前单一地震档空区现象,近两年笔者在完成中国地震局监测预报司震情跟踪任务“西北地区强震前地震活动图像异常总结”时,对中国大陆西部10次M≥7地震进行跟踪研究后发现,M≥7地震并非仅有单一的地震空区,而是震前同一构造区域地震震级由大到小逐渐大面积平静,出现多震级档地震空区配套的特性。它有别于中强或强震前单一震级档形成的地震空区。研究认为这种地震空区的演化过程可能对M≥7地震的孕育地点有指示意义,对M≥7地震的中期预测起到积极作用。

地震活动图像分析是以已发生地震的各种参数为基础资料,借鉴这些震例所提供的经验来寻找具有前兆意义的异常地震活动图像,诸如地震空区、地震条带、地震活动增强、地震活动平静等。本研究主要采用陆远忠等(1989)地震空区定义,对历史上中国大陆西部M≥7地震前同一构造区域中等以上地震空区演化过程进行回顾性跟踪、分析、总结,以期获得M≥7地震前中等以上地震空区演化规律,同时检验这种图像演化对M≥7地震孕育是否有普适性意义,讨论这些异常时间进程对M≥7地震的预测意义。

地震目录的完整性是地震空区研究的基础,中国大陆中小地震资料始于1970年。本文选择1973年以来中国大陆西部内陆腹地10个M≥7地震作为研究样本(图1中椭圆虚线内地震),使用了中国地震局监测预报司预报管理处整编的《中国地震目录》(公元前23世纪～公元2010年5月)和中国地震局台网中心提供的1970年以来《全国小震月报目录》。

图1 1970～2010年中国大陆M≥7地震分布
Fig.1 Distribution of M≥7 earthquakes in Chinese mainland from 1970 to 2010

通过对中国大陆西部10次M≥7地震前地震活动图像演化过程的分析发现,其中9次地震前在同一构造区域均有M≥6、M≥5、M_L≥4.0地震形成的大范围地震平静区,各震级档平静特征十分突出,构成不同震级档配套的地震空区。仅1976年松潘、平武7.2级双震前地震空区配套不完整,但其震前地震活动图像也有明显的异常特征。本文所研究的两次8级特大地震前M_L≥3地震也在震源区出现大面积平静的现象(表1)。

中国大陆西部腹地10个M≥7地震前地震活动图像演化过程,其中9个地震前在同一构造区域内M≥6、M≥5、M_L≥4(或4.5)地震分别形成地震空区,两个8级特大地震前M_L≥3地震也在震源区出现空区。表明M≥7地震前在同一构造区域逐渐形成的配套地震空区是M≥7地震前的重要异常图像。四川松潘、平武7.2级双震前M≥5、M≥6地震表现出的地震活动演化图像是集中、增强—发震,M_L≥4地震则是平静—活跃—发震。其它震例所表现的则是多震级档地震逐渐平静,形成地震空区—发震。无论是增强—发震,还是平静—发震,M≥7地震前地震活动图像均有突出的异常演化过程。

多震级档地震空区符合陆远忠等(1989)对“背景空区”和“孕震空区”的相关定义,其中M≥6、M≥5地震空区可作为背景空区,M_L≥4地震空区为孕震空区。多震级档地震空区的讨论原则上是在同一构造区域,预测主震多发生在空区内部或空区边缘,主震发生后空区解体。

图6 1971年8月～1976年8月24日M≥5地震分布(a)及川滇地区M≥6地震M-t图(b)
Fig.6 Distribution of M≥5 earthquakes from Aug.,1971 to Aug.24,1976(a)and M-t chart of M≥6 earthquakes in Sichuan-Yunnan region

图7 1976年四川松潘、平武7.2级地震前空区及空区M-t示意图(空心圈为1975年12月6日～1976年8月16日地震)
(a)1975年2月至1975年12月5日ML≥4地震分布;
(b)1975年2月至1976年8月16日ML≥4地震分布
Fig.7 The seismic gaps before the Songpan-Pingwu M7.2 earthquake in Sichuan in 1976 and M-t chart of seismic gaps(the hollow circles represent the earthquakes from Dec.6,1975 to Aug.16,1976)(a)distribution of ML≥4 earthquakes from Feb.,1975 to Dec.5,1975;(b)distribution of ML≥4 earthquakes from Feb.,1975 to Aug.16,1976;(c)M-t chart of seismic gaps

所研究的震例中,玉树7.1级地震前的多震级档地震配套空区是震前提出且作为M≥7地震的背景性异常密切跟踪的异常图像。2010年度地震趋势会商该异常图像作为重点异常列入年度会商报告,2010年3月31日青海省地震局例行月会商中该异常图像再次被提出,会商意见中指出“这种多震级档配套出现的地震空区是大震孕育的背景性异常”。2010年4月14日5时39分配套空区内发生4.7级地震,青海省地震局紧急会商,主要依据跟踪的地震配套空区图象,做出“注意信号震的可能,跟踪青海中南部—藏东地区大震危险性”的预测意见,130分种后发生7.1级地震。这是跟踪地震配套空区一次较成功的预测,虽然没有取得减灾实效,但作为地震预测预报研究还是有一定的实际意义。

朱传镇等(1981)、林邦慧等(1994)、宋治平等(2001)研究认为,中小震群活动与周围的中强以上地震有关,一个接近8级的强震,通过震群活动反映出来的应力变化其空间尺度可达近千公里。陈立德(2000)研究认为7级强震前兆异常范围至少500 km,因此前兆异常与地震都是区域应力场作用的结果和表现。地震行业标准《震例总结规范》(DB/T 24-2007)规定7级大地震前兆异常研究半径为500 km。多震级档地震围空最大半径也在500 km左右,说明多震级档地震空区所反映的千余公里的空间尺度可能是M≥7地震的孕育范围。

配套地震空区只是一个地震活动图像的表象特征,它可能反映了M≥7地震孕育的物理场,但对于它的形成机制目前尚无明确的理论和实验解释。张国民等(1993)、梅世蓉等(1997)、刘杰等(1999)、陆远忠等(2007)对地震学图像开展了多种数学物理模型研究,这些研究在地震孕育的理论模型,解释强震的时空轮回特征,以及对地震前兆现象提供理论解释等方面取得了明显的进展,但是直接对地震空区、地震条带、地震活动的增强和其后的相对平静的机理的研究并不多。国外,Mori和Kawamura(2006)利用一维弹簧滑块模型(B-K模型)的数值模拟研究地震的时空分布,认为地震空区这种圈饼型平静前兆图像出现的时间与模型中摩擦失稳的程度有关。

本文所研究的M≥7地震前广泛出现的地震活动演化图象,可通过普适性检验,但目前尚无对反例(即出现配套空区而无相应地震发生)的研究,仍有待于今后的震例检验和进一步的研究。