2.1 孕震空间区域的划分
应用孕震断层多锁固段脆性破裂理论方法对特定区域进行中强地震回溯性预测检验时,合理确定孕震空间区域至关重要,它涉及到地震目录建立、累计Benioff应变计算的边界范围等一系列问题。不同的划分方案,其结果会有所差异,甚至相去甚远,最终会影响到回溯性预测检验的效果。秦四清等(2010b)从潜在震源区划分的层次提出了确定孕震空间区域的原则,此原则应用于强震构造区是可行的,但对于华南沿海,若仍按照此原则确定孕震空间区域,难以满足地震统计样本量的需求,也难以满足孕震空间区域内震级分布合理性的要求。实际上,任何强震孕震空间的形成都不能完全归属于某一条活动断裂,即便该断裂或断裂的某一段是明确的控震构造,也必须由若干次级断裂和无数中小断裂的空间组合才能形成孕震体(王晋南,王华林,1998)。因此,针对中等或弱震构造区,孕震空间区域应该是指受一条大的活动构造带或一组现代构造应力条件和变形条件相似的构造带所控制,具有相同的地震活动周期,大致相同的孕育发展过程,空间上连接成带或相对集中的区域,同时该区域应满足地震统计样本量和震级分布合理性的要求。
华南沿海地震带在大地构造上属加里东褶皱带,该带晚古生代以来大部分为相对隆起区,中生代构造运动强烈,以断裂和断块活动为主,新生代以来断裂继续活动,形成一些断陷盆地。该带主要发育北东、北西和近东西向三组活动断裂,北东向活动断裂为主要的控震构造(任镇寰,罗振暖,1998),中等强度以上地震一般发生在两组或三组断裂的交汇部位或新生代断陷盆地的边缘部位。华南沿海地震带在呈现出上述地震构造背景和地震活动特征相对一致性的同时,带内不同地区又表现出一定的差异性。首先,华南沿海地震带在地球动力环境上主要受菲律宾海板块北北西向俯冲挤压作用的影响,由于台湾附近欧亚大陆板块的逆向俯冲作用,致使菲律宾海板块传递的推力向华南内陆随着距离的增大而迅速减弱; 其次,自燕山运动晚期以来,华南沿海地区发生了多期火山活动和岩浆侵入,现代构造运动比较强烈,最新一组北西向断裂也大多分布于沿海地区,而内陆地区则相对稳定; 第三,华南沿海地震带地震活动强度和水平从沿海往内陆由强变弱,在地域上主要集中在东段的闽粤赣交界及近海地区和西段的粤桂琼交界及近海地区。因此,结合地震构造和地震活动性的差异性,并参考黄玮琼等(1998)的研究成果,本文采用了两种不同的孕震空间区域划分方案:(1)以三饶—陆丰断裂接莲花山断裂南段、珠外坳陷北缘穿越北部湾为界,把华南沿海地震带分为内、外两带;(2)以广东省阳山—从化—惠阳一线为界,把华南沿海地震带分为东、西两段。两种划分方案均能满足地震统计样本量和震级分布相对合理的要求。如图1所示,黑色实线所围范围为华南沿海地震带; 蓝色虚线为华南沿海地震带内、外带分界线; 红色虚线为华南沿海地震带东、西段分界线。
图1 华南沿海地震带孕震空间区域划分方案
Fig.1 Area partition scheme of earthquake preparation space in the coastal seismic belt of Southern China
2.2 孕震周期起点及起算震级的确定
计算特定孕震空间区域的累计Benioff应变时,需要确定合理的孕震周期时间起点及起算震级。华南沿海地震带地震活动具有低潮期和高潮期交替出现的周期性特征,1400年以来的地震活动可划分为两个活动周期:1400～1710年为第一活动周期; 1711年至今为第二活动周期,目前仍处于剩余释放阶段。由于历史原因,1400年以前的地震记载很少,难以划分更早的地震活动周期的时间界限,第一活动周期的起始时间是参照它与第二活动周期的界限而大体确定的(魏柏林等,2001)。因此,选用第二活动周期的起始时间作为累计Benioff应变的时间起点较为合理。前人研究结果表明,华南沿海地震带自1500年以后M≥43/4地震记载臻于完整(杨智娴等,1991; 黄玮琼等,1994)。由lgN-M曲线可以看出,1711年以来华南沿海地震带M≥4.7地震相对完整、可靠,可以作为累计Benioff应变计算的震级下限(图2)。
图2 1711年以来华南沿海地震带lgN-M曲线
Fig.2 The lgN-M curve of the coastal seismic belt of Southern China since 1711
2.3 回溯性预测检验方法
孕震断层多锁固段脆性破裂预测理论包含两方面的核心内容:一是对于含多个锁固段的孕震断层,每个锁固段断裂点与加速应变能释放起点的累积Benioff应变之比,有着依赖于锁固段个数的指数律关系,这是普适性的规律; 二是对于不同地区而言,指数函数的底数均可取1.48。因此,运用该理论对华南沿海地震带进行回溯性预测检验时,指数律关系和指数函数底数值1.48的普适性应该是检验的重点。本文在秦四清等(2010a～f,2011)提出的预测思路的基础上,进行了适当的改进,采用如下方法进行回溯性预测检验。
(1)根据中国地震局监测预报司预报管理处最新整编的《中国地震目录》(公元前23世纪～2010年5月)中国地震局监测预报司预报管理处.2010.《中国地震目录》(公元前23世纪—2010年5月).、2010年6月以来中国地震台网中心地震目录和部分越南历史地震目录 广东省地震局测震研究室.1986.琼北及其影响区地震活动性研究.,编制了1711年以来华南沿海地震带M≥4.7地震目录。为保证地震事件的相对独立性,同时考虑强余震对累积Benioff应变的影响,删除弱余震,保留M≥6强余震。并结合上述孕震空间区域划分方案,将地震目录分解成华南沿海地震带内、外带和东、西段4个特定孕震空间区域的地震目录。
(2)对每个特定的孕震空间区域,分别计算其累积Benioff 应变曲线,并结合中强地震和震群事件发生的情况,判识孕震断层应变能加速释放起点和各锁固段断裂点。
(3)确定ξ的取值(初步试算取1.48,后续计算取第(5)步中的修正值),利用(3)式求解累计Benioff应变误差(或称背景误差)Δ,对加速应变起点Sc和各锁固段断裂点Sf(k)的应变观测值进行误差改正,得到其实际的应变值Sc+Δ和Sf(k)+Δ。
(4)由于加速应变起点和第一个锁固段断裂点的累计Benioff应变值已经自然满足指数律关系,因此可以从第一个锁固段断裂点开始,利用下式对后续锁固段断裂点进行回溯性预测检验:
S*f(k+1)=S*f(k)·ξ+(ξ-1)·Δ(k=1,2,3……).(4)
式中:S*f(k)和S*f(k+1)分别为第k个和第k+1个锁固段断裂点累计Benioff 应变的预测值。在预测检验时可能会出现以下两种情况:若被检验锁固段断裂点的实际应变观测值(Sf(k)+Δ)与实际应变预测值(S*f(k)+Δ)的相对误差γ≤5%,则认为该锁固段断裂点通过检验,相应锁固段已破裂完毕,可继续进行下一个锁固段断裂点的预测检验; 若其相对误差γ>5%,则认为该锁固段断裂点未通过检验,可结合地震活动性观测,等待着下一个中强地震(震群)事件的出现,再开始后续锁固段断裂点的检验。
(5)若第(4)步回溯性预测检验过程中,大部分被检验锁固段断裂点的实际应变观测值与实际应变预测值之间的相对误差γ>5%,则重新修正ξ值,重复(3)、(4)步。若绝大部分锁固段断裂点通过相对误差γ≤5%置信水平的检验,则直接跳到第(7)步。
(6)若经反复试算绝大部分锁固段断裂点仍未通过相对误差γ≤5%置信水平的检验,则重新判识孕震断层应变能加速释放的起点和各锁固段断裂点,重复(2)至(5)步。
(7)利用特定孕震空间区域的累计Benioff应变趋势拟合曲线,结合当前累计Benioff应变值,对未来可能发生的中强地震进行预测。
