地震活动在一定程度上是构造应力场强弱变化的反映(沙海军等,2009)。对大地震发生前地震活动变化的研究表明,大地震前地震活动往往出现增强过程,有的出现在未来大地震的震中及其邻近地区,有的则出现在更大的范围内(张国民等,2001)。2013年芦山7.0级地震前,川滇地区出现了显著的4～5级地震密集增强活动过程:2013年2月7日至3月3日共发生8次4～5级地震,尤其是2月19～22日连续发生了巧家4.9级,长宁—珙县4.5、4.1级,三台5.1级,广西4.5级,墨江4.8级和永胜4.2级共6次(组)地震,其密集活动性历史罕见。为研究这些地震的发生与芦山地震的可能关系,我们系统分析了1965年以来川滇地区4～5级中等地震密集活动与后续强震的时空对应关系。

川滇地区位于青藏高原东南部、欧亚板块和印度板块汇聚和相互作用的边缘地带,特殊的构造部位和强烈的地壳运动,使得该地区成为中国大陆内部地震活动最强烈的区域之一(周连庆等,2008)。根据川滇地区强震活动空间分布、活动断裂以及中小地震资料,确定研究区范围为(21°～35°N,95°～108°E)。

笔者选用的地震目录为1965年1月至2013年12月中国地震台网中心地震月报目录,并采用与主震震级相关的余震空间、时间窗方法(简称K-K法)删除余震(Keilis-Borok,Knopoff,1980; 陈凌等,1998)。

此次中等地震密集活动时段为1个月,因此我们按照30 d滑动、以1 d为步长统计4.0～5.9级地震频度。在整理数据时发现1个月M≥4.0地震频次N≥6的震例太多,且对应后续强震的对应率不高; N≥8的震例太少,不具备研究性,故将频度N≥7视为高频异常。统计中将震群活动计为1次地震,如表1所示(震群放在每行表的最后)。当出现30 d频度N≥7时,按其后1 a内发生的M≥6.7地震统计对应强震活动情况。

按照上述异常统计标准和对应强震统计原则,对1965年以来川滇地区4.0～5.9级地震进行了全时空扫描,发现30 d频度N≥7的现象共出现过20组,表1给出了这20组4～5级地震密集活动及对应强震情况。

由表1可见,20组中有7组无对应,有1组(表中编号18)是明显受2004年印尼9.0级地震影响。有12组对应了M≥6.7强震,对应率达60%。从对应地震的震级来看,12组中有一半对应了7.0级以上地震。

表1 川滇地区4～5级中等地震密集活动及对应强震情况
Tab.1 M4.0～5.0 moderate earthquake clusters and their corresponding strong earthquakes in Sichuan-Yunnan region

图1给出了密集活动丛中最大地震震级与对应地震震级的关系。12组密集地震最大震级为4.8～5.8级,对应地震震级为6.7～7.4级,由图1可见二者之间并没有明显的相关性。

从对应地震与密集活动的时间间隔来看,0～12个月不等,但半年以内有8次,占75%,10～12个月4次,占25%,表明中等地震密集活动后,强震多在半年内发生。根据长—中—短—临震异常的划分(梅世蓉等,1993),可以认为中等地震的密集活动可能是强震前的中—短期异常指标。

密集地震的发生时间有一定的规律性,1973～1979年共出现了7次异常,平均每年1次(图2),远高于密集地震41%的年发生概率(41%=20次/49年)。而这一异常时期,刚好对应了川滇地区第IV地震活跃期,也是川滇地区最强的一个活跃期

图1 密集地震最大地震震级与对应地震震级的关系
Fig.1 Relationship between magnitude of maximum earthquakes in strong earthquake clusters and the magnitude of their corresponding strong earthquakes

图2 密集地震出现时间及其对应地震(黑色实心圆表示无地震对应)
Fig.2 The occurring time of earthquake clusters and their corresponding earthquakes(black dots mean no corresponding earthquake)

利用R值对地震预报效能进行评估的方法是由许绍燮(1989)提出的,在时间序列研究中应用较多(张国民等,2002; 王晓青,2000),此方法经过不断的改进和更新(罗兰格,2004,2010)。本文采用《地震学分析预报方法程式指南》(国家地震局科技监测司,1990)中的地震预报效能R值评分方法,该方法能给出不同报对次数、漏报次数下具有97.5%置信水平的R值表,可以用于检测预报方法的可信度。

假设某种预报方法或学科预报评价研究总的时间段为T(天),该研究时段内实际发生地震次数为N₁,若干次预报有震所用的总时间为 t(天),预报有震并且发生了地震的次数为n¹₁(天),预报有震但没有发生地震(虚报)所用的时间为n⁰₁(天),于是定义R值为

R=(报对的地震次数)/(应报对的地震总次数)-(预报占用时间)/(预报研究的时间)

=(n¹₁)/(N₁)-t/T.

1965年1月至2013年12月49年内,川滇地区共发生M≥6.7地震18次。本文中4级地震密集共发生20次,预测时间20年,其中报对12次,漏报6次,8次虚报,预测评分R值为

R=12/18-20/49=0.258 5.

在《地震学分析预报方法程式指南》(国家地震局科技监测司,1990)中给出的报对12次,漏报6次情况下具有97.5%置信水平的R值为0.257,本文得到的R值为0.2585,满足检验条件,证明用川滇地区4、5级地震密集活动作为M≥6.7地震1年尺度的预报指标,可以取得一定的预测效应。

前述分析结果表明,我们可以用中等地震密集活动对后续强震做出年度尺度的时间预测,那么强震的发生地点是否与密集地震空间分布有关?为此,我们分析了12组密集地震空间分布及其后续强震的空间分布(图3)。4级地震密集活动后对应地震多集中分布在以下区域:红河断裂带以西的滇西南(4次)及滇西北东条带(5次),震中多为4～5级地震活跃区; 鲜水河—安宁河断裂带及其附近区域(4次),为4～5级地震不活跃区,另外有2次发生在龙门山断裂带及其附近区域。

苏有锦等(2005)研究指出我国西南地区部

分强震前震中附近会出现显著的地震活动增强,这一现象在云南地区部分强震前格外明显,如1974年大关7.1级、1976年龙陵7.4级、1988年澜沧7.6级地震。而部分地震前中强地震活动又表现为大面积中强地震的平静,如1970年通海7.8级地震。这可能表明不同构造区强震前的地震活动表现是不一样的,不能一概而全。

由于本文只简单的统计了中等密集地震与对应地震的空间关系,而密集活动距离强震发生往往有一段时间(表1),这一时间段的地震活动空间分布没有考虑在内。而这一时间段的地震活动

○:密集地震震中; ☆:对应强震震中

图3 中等密集地震及其对应强震震中分布
Fig.3 Distribution moderate earthquake clusters and the of epicenter of their corresponding strong earthquakes

空间有可能有助于对后续强震发震地点预测。陈宇卫等(2006)通过对中国大陆及邻区4个Ⅰ级活动地块中1972～2003年全部地震资料进行系统分析,认为强震中期阶段典型的地震活动演化图像是中等地震聚集活动,震前震中区附近的地震密度和有效速率增高。如果要对发震地点有更好的预测,可以在中等地震密集活动出现后,密切关注地震频度异常高值区。因为地震频度的增加反映了区域构造应力场的增强,反之,地震频度的降低反映了应力场的减弱(沙海军等,2009)。因此,可以在中等地震密集活动出现后,密切关注地震频度异常高值区,并结合其他地震活动图像如空区、条带和前兆异常分布进一步对强震发震地点做出预测。

2013年2月7日至3月19日,川滇地区出现4～5级地震密集活动,这是芦山7.0级地震前一个非常显著的地震活动异常现象(图4)。

图4 芦山7.0级地震前川滇地区4～5级地震密集活动M-t图
Fig.4 M-t scheme of M4.0～5.0 earthquakes cluster in Sichuan-Yunnan region before Lushan MS7.0 earthquake

(1)中等地震密集活动中的最大地震震级与后续强震震级不相关。

(2)对应地震与密集活动的时间间隔多在半年内,表明中等地震密集活动后,强震地震多在半年内发生,故可将密集活动作为强震的中—短期异常指标。

(3)将4、5级地震密集活动作为M≥6.7地震1年尺度的预报异常,预报效能R值为0.258 5,可以取得一定的预测效应。

(4)密集地震空间分布及其后续强震的空间分布显示:在云南地区,强震多发生在密集地震集中区,而四川的强震多发生在4、5级地震不活跃区。

研究表明大震的孕育过程具有阶段性,在各个阶段地震活动图像有不同的特点,因此受大震影响的区域地震活动性在一定程度上取决于其处于哪个孕震阶段(中国地震局监测预报司,2008)。具体在本文中,部分强震前在震前不同时间段出现了4、5级地震丛集活动可能是其孕震过程中表现出的地震活动特征之一。

本文只是简单的统计了密集地震与后续强震的时空对应关系,而密集活动距离强震发生往往有一段时间,并没有考虑这一段时间的地震活动时空分布。而且由于这一时段长短不一(表1:0～12个月),比较难以得到较为共性的特征,故本文不对这一部分内容详述。