青海玉樹7.1級大震的預(yù)測討論①

郭安寧，郭增建，焦 姣，李 鑫

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 73000）

0 引言

2010年4月14日青海玉樹發(fā)生7.1級地震，對該次地震本文作者曾有過預(yù)測。2006年我們在《西北地震學(xué)報》上發(fā)表文章，用“三性法”預(yù)測在2012年前后2年內(nèi)青海境內(nèi)可能再次發(fā)生7級以上地震［1］。并指出，對于具體的發(fā)震地區(qū)可用空區(qū)法、靜中動判據(jù)和立交模式法來求；2007年我們在《國際地震動態(tài)》上發(fā)表文章，用靜中動判據(jù)指出：青海玉樹已進(jìn)入發(fā)生強(qiáng)震的有效時期［2］。已往對上述“三性法”和“靜中動判據(jù)”是配合使用的。前者預(yù)測年份較好，盡管它也可用取樣地區(qū)作為預(yù)測地區(qū)；后者預(yù)測地區(qū)較好，盡管它也有統(tǒng)計得出的發(fā)震時間段的預(yù)測。但無論如何，上述預(yù)測還只是對玉樹大震的中長期預(yù)測，作為減少傷亡來說，最重要的是短臨預(yù)測。本文對此作回顧性預(yù)測討論。這里所說的回顧性預(yù)測是指預(yù)測指標(biāo)和方法在玉樹大震前早就提出了，但在震后回過頭來用這些指標(biāo)和方法結(jié)合實際資料預(yù)測玉樹大震。

1 用組合模式預(yù)測發(fā)震位置和震級

組合模式是我們在1973年提出的震源孕育模式［3］。該模式認(rèn)為震源是由應(yīng)力積累單元和其兩端的應(yīng)力調(diào)整單元組合而成。應(yīng)力積累單元的介質(zhì)強(qiáng)度較高或斷層面上的靜摩擦極限較高，它是積累應(yīng)力和最后發(fā)震釋放能量的主體。應(yīng)力調(diào)整單元介質(zhì)強(qiáng)度低或斷層面上靜摩擦極限較小，如構(gòu)造交會的巖石破碎區(qū)，高溫塑性區(qū)，富含流體區(qū)以及蠕滑斷層段等，它們積累應(yīng)力不大時就塑性形變或斷層蠕滑了，它把要承擔(dān)的應(yīng)力轉(zhuǎn)移調(diào)整到應(yīng)力積累單元的端部形成應(yīng)力集中。當(dāng)大震發(fā)生時，應(yīng)力積累單元的斷層快速錯動和傳播，當(dāng)傳播到應(yīng)力調(diào)整單元時，斷層就止裂了，主震結(jié)束。這就是組合模式的梗概。

對于玉樹大震來說，玉樹大震的震源斷層走向與活動的地質(zhì)斷層走向是一致的，即NW走向，在這個震源斷層?xùn)|南端是玉樹縣城，西北端是隆寶湖（圖1，圖中實直線段是地震在地表形成的斷裂，取自文獻(xiàn)［4］）。玉樹東南不遠(yuǎn)有NE向的支斷層與NW向發(fā)震斷層相交（據(jù)董治平），這里介質(zhì)相對破碎，因之是應(yīng)力調(diào)整單元。在巴塘鄉(xiāng)有第四紀(jì)巴塘盆地［5］，也是調(diào)整單元的組成部分。在震源斷層的西北端有隆寶湖，因水長期滲入地下，介質(zhì)變?nèi)酰允菓?yīng)力調(diào)整單元。以湖泊作為調(diào)整單元在文獻(xiàn)［6］中曾討論過。

2007年我們在《國際地震動態(tài)》上是用“靜中動判據(jù)”這個地震活動指標(biāo)預(yù)測玉樹地區(qū)可能在2010－2014年間發(fā)生大震。但并不清楚玉樹地區(qū)的具體活動斷層和湖泊情況。圖1是我們在玉樹大震后才收集資料并從震源孕育的組合模式進(jìn)行討論的。

圖1 2010年玉樹7.1級地震的震源組合模式Fig.1 The combination mode of Yushu 7.1earthquake in 2010.

如果震前知道圖1中兩個調(diào)整單元則其間的積累單元的長度約為60km，按此長度L即可用下式求出震級MS為7.0，所用公式為MS＝3.3＋2.1lgL（km）。上述結(jié)果是與實際震級7.1級相近的。陳運泰院士小組震后用地震波反演得出玉樹大地震的斷層長度為50～70km［7］，與上述組合模式得出的結(jié)果也是相近的。

玉樹大震的前震群發(fā)生于上述應(yīng)力積累單元的西北端，即隆寶湖附近的崩榮喀。它是應(yīng)力積累單元和應(yīng)力調(diào)整單元的交接區(qū)。如果我們事先能劃出玉樹大震的組合模式，則前震群發(fā)生于這個模式的應(yīng)力積累單元端部，就要思考它可能就是前震群。1975年海城7.3級大震的前震群就發(fā)生在應(yīng)力積累單元。這就是用組合模式為背景去鑒別前震群。按該模式，未來大震的極震區(qū)也就是應(yīng)力積累單元和其端部。由于組合模式可幫助判斷前震群，因之是與臨震預(yù)報有關(guān)系的。

還應(yīng)指出，在玉樹東南的橫交支斷層還會起到震源斷層向東南傳播止裂的作用。因圖1中震源斷層的錯動方向是背著支斷層的，即拉張鋒頭是對著它的，引張可使支斷層張裂，遂使震源斷層的傳播止裂。

2 關(guān)于前震的討論

前震的識別一直是人們在大震預(yù)測中渴求的，但識別非常不易。作為回顧性研究，我們分析了2010年玉樹大震前五年內(nèi)（2006－2010年）玉樹地區(qū)的4～5級地震的活動情況，發(fā)現(xiàn)在這5年中除2006年7月18～19日在玉樹城西80km處有MS5.3和MS5.8地震以及后面4天內(nèi)有3個4級地震外，以玉樹城為中心周圍200km范圍內(nèi)直到2010年4月14日玉樹大震發(fā)生再無4級和4級以上地震（據(jù)《地震》所載地震目錄）。這個5.8級地震的余震序列似為正常的余震衰減。而且由于它距玉樹大震已過去3年半了。我們就不把它當(dāng)作前震看待了。

根據(jù)倪四道等的研究，2010年4月14日玉樹大震的前震活動很明顯［8］，如圖2所示，圖2（a）是主震前3小時內(nèi)的前震活動，（b）圖是主震前30小時內(nèi)的前震活動，（c）圖是一些前震和主震的相對位置圖。

倪四道等說前震很明顯，是在玉樹大震后來說的。問題是在玉樹大震前如何由這些中小震群來判斷后面有大震呢？對此1989年我們曾提出用統(tǒng)計物理學(xué)中“臨界慢化”的判據(jù)去識別它［9］，即孕震系統(tǒng)應(yīng)力積累態(tài)向大釋放態(tài)轉(zhuǎn)變時猶如相變，判斷相變即將發(fā)生的指標(biāo)之一就是“臨界慢化”。換成地震預(yù)測的語言就是孕震系統(tǒng)震前稍早一些時候，前震單一發(fā)生后又被系統(tǒng)拉回到積累態(tài)而恢復(fù)了，到快要發(fā)生大釋放態(tài)前，前震就間隔縮短，或一個稍大前震跟隨很多小震，這就是類似于臨界慢化。劉正榮研究的前震群h值也屬于臨界慢化。對于其他前兆來說，早期一個前兆出現(xiàn)異常，很快又被孕震系統(tǒng)拉回到積累態(tài)而恢復(fù)了，但到快臨震時，前兆出現(xiàn)的種類就多了，各前兆出現(xiàn)的頻次也高了，或者前兆持續(xù)時間拖長了，這也是慢化（我們過去稱其為群體慢化），它是大釋放態(tài)驅(qū)使孕震系統(tǒng)不易回到積累態(tài)而是向釋放態(tài)發(fā)展的前奏。

圖2 玉樹地震前震序列隨時間的演化Fig.2 The foreshocks sequences of the Yushu earthquake in time evolution.

對于圖2來說，它是屬于“臨界慢化”的形式，因之大震就可能快要發(fā)生了。如果說我們用上述“臨界慢化”的指標(biāo)作判斷還不好作結(jié)論。那就用1986年出版的《地震對策》一書19－20頁中的“預(yù)報對策”來討論［10］。即：“中小地震在某地的突然活躍雖不是必然發(fā)生大震的前兆，但仍有預(yù)報決策的意義?！瓚?yīng)當(dāng)指出中小地震突然活躍隨后未有大震的例子也不少。但是在作為預(yù)報決策來說，在未弄清中小地震突然活躍的根本原因之前，我們應(yīng)當(dāng)按后面可能還有大震來決策。其三要素的決策如下：以前震群中最大地震震級加2.5級定為主震震級（這是統(tǒng)計結(jié)果，不是嚴(yán)格結(jié)果），以前震地區(qū)作為主震發(fā)生地區(qū)。至于發(fā)震時間則不易說得準(zhǔn)確，但應(yīng)按臨震預(yù)報的時間尺度來定。”前震群中最大地震加2.5級作為要防的主震，其典型震例如1975年2月4日海城大震前小震群中的最大地震就與主震震級差2.5級，1927年5月23日古浪8級地震的前震為5?2級，就與主震相差2.5級。

對于玉樹大震來說，如果按《地震對策》的意見，則由圖2可知，最大前震為4.7級，再加2.5級，則為7.2級，這和后來實際震級為7.1級很接近。上述《地震對策》一書是國家地震局當(dāng)時的重點成果之一，該書國家科委當(dāng)時評價為“國家級成果”。遺憾的是現(xiàn)在沒有發(fā)布地震預(yù)報的科技政策，即虛報了誰承擔(dān)責(zé)任。

3 由異年倍九律和磁暴二倍法相配預(yù)測玉樹大震的發(fā)生日期

大震發(fā)生日期的研究是實現(xiàn)短臨地震預(yù)測的重要組成部分。1978年我們曾提出如何用外因、震源過程和前兆三者結(jié)合的調(diào)制模式來預(yù)測發(fā)震日期①郭增建，秦保燕，李海華，等.論海城地震的短臨前兆模式［A］∥地震地球化學(xué)論文集［G］.1978年全國水化專業(yè)會議資料匯編.。但玉樹大震位于青海人煙稀少地區(qū)，無前兆觀測臺站，因之不好用調(diào)制模式討論玉樹大震的發(fā)生日期，所以我們就用異年倍九法和磁暴二倍法相配來討論。前者可預(yù)測地區(qū)，后者對時間預(yù)測有單解。這兩個方法的長處是它們易于操作，且所用資料是可靠的。

3.1 異年倍九法簡介

異年倍九法（或稱異年倍九律）是我們在1986年提出的預(yù)測大震發(fā)生日期的方法［11］。在自然界中，具有9天周期和9天韻律的現(xiàn)象有：日月引潮力長期項中9天的周期成分，電離層擾動的9天周期成分，大氣振蕩的準(zhǔn)9天周期和韻律，磁暴后大氣溫壓狀況變化的9天周期和韻律，以及地球自轉(zhuǎn)速率變化中的準(zhǔn)9天周期成份等。由此，異年倍九法的含義是：如果某地區(qū)歷史上某大震相對于后來該地區(qū)6.5級以上地震的發(fā)生日期之間符合倍九天關(guān)系，則可認(rèn)為它們是由九天周期的外因觸發(fā)的，這個關(guān)系對今后大震發(fā)生日期的預(yù)測也有參考價值。基于這個思考我們把作為起算時間的大震稱為帶頭地震，稱后面符合倍九天關(guān)系的地震為被帶地震。帶頭地震一般取所研究地區(qū)內(nèi)震級至少為7級的地震，震級越大更宜作帶頭地震。

異年倍九法是由不同年份類似季節(jié)或相近季節(jié)中的地震來討論的。例如在華北地區(qū)1679年三河平谷8級地震發(fā)生于9月2日，它是帶頭地震，其后唐山在1976年7月28日發(fā)生的7.8級地震，兩者相差36天（4×9）；1969年7月18日渤海灣7.4級地震與1679年8級地震的日期之差為46天（5×9＋1），這是夏季和初秋的情況。在晚冬和初春季節(jié)，1966年3月22日邢臺7.2級地震與1975年2月4日海城7.3級地震相差46天（5×9＋1），邢臺地震為帶頭地震。在甘川交界地區(qū)，在7～8月這個季節(jié)，1879年7月1日武都文縣8級地震為帶頭地震，其后1933年8月25日迭溪7.5級地震相差55天（6×9＋1）；1976年8月16日松潘7.2級地震與武都文縣8級地震相差46天（5×9＋1）；其中迭溪與松潘地震相差9天。對于川滇地區(qū)來說，1955年4月14日康定7.5級地震，其后1974年5月11日大關(guān)7.1級地震與其相差27天（3×9）；2008年5月12日汶川8級地震與康定地震相差28天（3×9＋1）。以上許多實例說明，異年倍九律在由帶頭地震的發(fā)震日期預(yù)測以后其附近地區(qū)的大震發(fā)生日期方面是有一定的參考價值的。所以我們也由它來討論玉樹大震。

前已述及，我們在2007年曾在《國際地震動態(tài)》上預(yù)測玉樹地區(qū)已進(jìn)入發(fā)生大震的有效時期，所以我們?nèi)∨c玉樹較近的1947年3月17日（陰歷二月二十五日）青海達(dá)日7.7級大震為帶頭地震（達(dá)日地震在玉樹東約200km，它是青海南部最大的一次地震）。這個大震的異年倍九天先例是它與1955年4月14日康定7.5級地震日序之差為28天（3×9＋1，康定在達(dá)日地震東南約400km），與1971年4月3日青海雜多6.5級地震日序之差為17天（2×9－1，雜多地震在達(dá)日地震西約400km）。以上具有倍九天關(guān)系的地震在青海南部和四川中北部，這說明這一地區(qū)在3月和其前后的月份九天周期的外因是在起作用的。值得指出的是在四川和青海地域在1947年之后到2010年之間由每年3月17日到4月17日的時間范圍內(nèi)，只有一個6.5級以上地震不在日序差為倍九天的時間。即它與在日序差為倍9天的震例相比為少數(shù)。另一方面由1947年3月17日到2010年4月14日的天數(shù)亦可用9除盡只缺1天。這說明1947年達(dá)日7.7級地震可作為帶頭地震。如由異年倍九法求發(fā)震日期，則從3月17算起有一九、二九和三九三個日期，即3月26日，4月4日和有4月13日為發(fā)震日。如何選擇它們中那個日期是最可能的發(fā)震日期呢？這要用磁暴二倍法或低點位移法與其相配來選擇。

3.2 由磁暴二倍法配合異年倍九法求玉樹大震的發(fā)生日期

耿慶國用磁暴二倍法求出2010年4月13日是可能發(fā)生大震的日期。另外沈宗丕也用磁暴月相二倍法求出4月13日為發(fā)震日。以上結(jié)果耿沈二同志在玉樹震前就作出來了。但磁暴二倍法不知未來發(fā)震的地點在何處。把他們所求4月13日與上節(jié)異年倍九法所求日期相配，則可選擇異年倍九法中第三個九天（即4月13日）為發(fā)震日期。實際上玉樹大震發(fā)生于2010年4月14日，與所預(yù)測的結(jié)果只差1天。

4 討論

（1）我們在2006年《西北地震學(xué)報》第1期上發(fā)表文章，用三性法指出2012年前后2年在青?？赡茉俅伟l(fā)生7級以上地震。至于發(fā)震地區(qū)該文指出可用空區(qū)法、靜中動判據(jù)和立交模式法去求。2007年我們在《國際地震動態(tài)》第6期上發(fā)表文章，用靜中動判據(jù)指出青海玉樹已進(jìn)入發(fā)生7級以上地震的有效期。這是我們對玉樹大震的中長期預(yù)測。但在所預(yù)測的2010～2014年這5年中那一年發(fā)震，我們不知道。對此如玉樹周圍有前兆觀測資料，則有可能選出那一年發(fā)震。遺憾的是玉樹周圍沒有前兆臺網(wǎng)觀測。

（2）在2010年4月14日玉樹7.1級大震前2時10分有一個MS4.7前震。如單從測震學(xué)角度來說，在中國西部發(fā)生4.7級地震，這是常見不鮮的，無法判斷它是前震。但如果用組合模式作為背景，并用臨界慢化的觀點以及用異年倍九法和磁暴二倍法相配求出一個發(fā)震日期，則互相對照有可能幫助判斷出這個前震。例如由異倍九法和磁暴二倍法相配求出4月13日是玉樹大震的發(fā)生日期，則在此日附近發(fā)生4.7級且其位置符合組合模式的位置，其時間序列符合臨界慢化的特征，于是該4.7級地震就應(yīng)把它當(dāng)前震“對待”，并緊急疏散居民避震。“對待”二字是現(xiàn)階段地震對策的含義。即在地震預(yù)報在科學(xué)理論上未過關(guān)的今天，只要有某些跡象符合前震的特征，就要冒虛報的可能性，做出防大震的預(yù)測。對此只是回顧性預(yù)測討論。僅作為教訓(xùn)為今后大震預(yù)測作參考。

地震預(yù)報是國際難題。愿我國地震戰(zhàn)線的同志們不回避目標(biāo)，對準(zhǔn)三要素而多方實驗，堅持邊觀測邊研究邊預(yù)報的方針，研究與預(yù)測磨合前進(jìn)。我們的本篇論文也是本著這個精神思考和討論的。

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