全球及中國(guó)大陸強(qiáng)震時(shí)序活動(dòng)特征

邵志剛 馬宗晉 蔡晉安 任金衛(wèi) 陳會(huì)忠 張浪平

1)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

2)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

0 引言

全球和很多地震區(qū)(帶)的地震活動(dòng)并不隨時(shí)間均勻分布，其時(shí)間進(jìn)程呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)性。Mogi(1974)認(rèn)為全球地震活動(dòng)普遍存在強(qiáng)弱交替現(xiàn)象，即一個(gè)時(shí)段內(nèi)強(qiáng)震連續(xù)發(fā)生，一個(gè)時(shí)段強(qiáng)震活動(dòng)相對(duì)較弱，且這些強(qiáng)弱活動(dòng)交替變化。很多地震區(qū)(帶)存在這種強(qiáng)震活動(dòng)強(qiáng)弱交替出現(xiàn)時(shí)序特征，太平洋地震帶或低緯度環(huán)球剪切帶等全球尺度地震帶存在十幾年強(qiáng)弱幕式交替活動(dòng)(馬宗晉等，2006;Levin et al.，2009;杜品仁等，2010)。中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震活動(dòng)在時(shí)間上同樣存在高潮和低潮交替的時(shí)序活動(dòng)特征(傅征祥等，1986;張國(guó)民，1987)，中國(guó)大陸內(nèi)部的南北地震帶和強(qiáng)震活動(dòng)同樣存在平靜期和活躍期交替活動(dòng)特征(韓守琪，1998)?？傊?，某一空間范圍內(nèi)的地震活動(dòng)往往表現(xiàn)出在某一時(shí)段內(nèi)相對(duì)活躍，隨后一個(gè)時(shí)段內(nèi)又相對(duì)平靜，如此強(qiáng)弱起伏，相互交替的強(qiáng)震幕式活動(dòng)是普遍存在的現(xiàn)象(馬宗晉等，1982)。

關(guān)于區(qū)域地震活動(dòng)準(zhǔn)周期性時(shí)序特征相關(guān)研究討論相對(duì)較多，但區(qū)域地震活動(dòng)還同時(shí)具有上百年和數(shù)十年不同時(shí)間層次時(shí)序特征(蔣銘等，1991)，這也是地震活動(dòng)非均勻時(shí)序特征的重要表現(xiàn)形式。例如，根據(jù)不同方法判定華北地區(qū)自公元1000年以來(lái)的華北強(qiáng)震第3活動(dòng)期(1484—1730年)和第4活動(dòng)期(1815年以來(lái))的5級(jí)以上地震記錄是完整的(時(shí)振梁等，1997)，第3活動(dòng)期持續(xù)262a，期間10個(gè)強(qiáng)活動(dòng)幕和9個(gè)弱活動(dòng)幕相互交替出現(xiàn);第4活動(dòng)期目前已持續(xù)活動(dòng)近200a，已發(fā)生5個(gè)強(qiáng)活動(dòng)幕和4個(gè)弱活動(dòng)幕相互交替出現(xiàn)，目前正處于第5個(gè)弱活動(dòng)幕。華北地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)存在20～30a的活動(dòng)幕，比幕式活動(dòng)更高的時(shí)間層次為數(shù)百年的地震活動(dòng)期(馬宗晉等，1982;張國(guó)民等，1985，1988)。

本文主要依據(jù)強(qiáng)震目錄，分析了全球、中國(guó)大陸西部及周邊“大三角地區(qū)”和中國(guó)大陸地區(qū)數(shù)年、十幾年的強(qiáng)震幕式活動(dòng)或比強(qiáng)震幕式活動(dòng)更長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)十年、數(shù)百年時(shí)間層次的地震活動(dòng)期及其相互間的聯(lián)系。

1 全球強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)空演化特征

全球的強(qiáng)震空間分布不是隨機(jī)分布的，而是主要集中分布在幾個(gè)全球性地震帶上，這一現(xiàn)象早在板塊構(gòu)造說(shuō)提出十幾年之前就已經(jīng)被較完整揭示了(Gutenberg et al.，1954)，并成為大西洋中洋脊存在的重要依據(jù)。Mogi(1974)根據(jù)全球板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)，指出全球地震活動(dòng)集中分布在4個(gè)地震帶(區(qū))內(nèi)，分別為環(huán)太平洋地震帶、地中海-喜馬拉雅地震帶、大洋脊地震帶和大陸地震區(qū)。從總格局上看，它與 Gutenberg等(1954)的劃分沒有本質(zhì)區(qū)別，只是把 Gutenberg等(1954)劃分的裂谷地震帶歸為大陸地震區(qū)，以及確定存在太平洋洋脊地震帶，這重要的區(qū)別在于明確地闡明這些地震帶(區(qū))與板塊運(yùn)動(dòng)機(jī)制的有機(jī)聯(lián)系。從全球1900年以來(lái)的7級(jí)以上地震空間分布來(lái)看，目前全球強(qiáng)震大多仍然分布在上述4個(gè)全球性地震帶(區(qū))內(nèi)(圖1)。

圖1 全球MS≥7.0地震空間分布(中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心目錄，1900年1月1日至2012年4月30日)Fig.1 The distribution of global strong earthquakes(CENC catalog，from 1900-01-01 to 2012-04-30).

考慮到全球強(qiáng)震目錄的完整情況，本文選取中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)給出的1900年以來(lái)MS8.0地震來(lái)分析全球強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)空演化特征(中國(guó)地震局震害防御司編，1995，1999)，其中1900年至今全球共發(fā)生8級(jí)以上地震120次，由其M-t關(guān)系圖(圖2)可見，全球強(qiáng)震活動(dòng)具有時(shí)間上呈現(xiàn)強(qiáng)弱交替特征，1900年以來(lái)大致可以劃分出8個(gè)強(qiáng)震活躍時(shí)段(圖2，表1)。雖然劃分結(jié)果表明活躍時(shí)段的地震活動(dòng)明顯要比弱活動(dòng)時(shí)段活躍得多，但更為顯著的是全球強(qiáng)震不同活躍時(shí)段的年平均發(fā)生頻次表現(xiàn)出隨時(shí)間的變化而變化。20世紀(jì)60年代前的5次活躍時(shí)段全球8級(jí)地震平均年頻次逐漸降低，由20世紀(jì)初平均每年發(fā)生3.5次8級(jí)地震下降到自然發(fā)震概率，20世紀(jì)下半葉的3次活躍時(shí)段為100多年來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)最弱的活躍時(shí)段，2001年以來(lái)全球處于新的活躍時(shí)段，該活躍時(shí)段強(qiáng)震活動(dòng)明顯增強(qiáng)(圖3);弱活動(dòng)時(shí)段平均年頻次從20世紀(jì)初略低于自然發(fā)震概率降低到平靜時(shí)段(圖3)。整體來(lái)講，全球8級(jí)地震不僅表現(xiàn)為10a左右強(qiáng)震強(qiáng)弱的交替活動(dòng)，從更長(zhǎng)時(shí)間分析來(lái)看，20世紀(jì)全球8級(jí)地震活動(dòng)60年代前后存在顯著差異，而2000年以來(lái)活動(dòng)狀態(tài)又發(fā)生轉(zhuǎn)折，這也許表明全球強(qiáng)震活動(dòng)百年以上尺度的活動(dòng)周期可能是客觀存在的。

圖2 全球MS≥8.0地震M-t圖Fig.2 The M-t diagram of global MS≥8.0 earthquakes.

表1 全球MS≥8.0地震活動(dòng)時(shí)段劃分Table 1 The division of periods of global MS≥8.0 earthquake activity

圖3 全球MS≥8.0地震各段平均年頻次及其擬合曲線圖Fig.3 The mean annual rate of global MS≥8.0 earthquakes in each period.

大洋中脊是全球最長(zhǎng)的地震活動(dòng)帶，其地震活動(dòng)是反映全球板塊運(yùn)動(dòng)的一種重要表現(xiàn)形式(Rundquist et al.，2002)。ISC給出的全球地震目錄中1960年以來(lái)全球的中強(qiáng)地震相對(duì)比較完整，本文利用該目錄中大洋中脊的地震，給出大洋中脊每年地震釋放的應(yīng)變隨時(shí)間的變化。整體上來(lái)看，20世紀(jì)60—70年代全球大洋中脊地震活動(dòng)水平較低;而80年代以來(lái)大洋中脊的地震活動(dòng)逐漸增強(qiáng)(圖4)，其變化與全球8.0級(jí)地震各段平均年頻次變化似乎具有某種呼應(yīng)關(guān)系。該結(jié)果表明當(dāng)前全球強(qiáng)震活躍可能具有更長(zhǎng)時(shí)間全球性應(yīng)力應(yīng)變累積過程。

圖5為1900年以來(lái)全球8級(jí)地震各活躍時(shí)段的地震分布圖。由此圖可見，在Ⅰ活躍時(shí)段內(nèi)全球8級(jí)地震不僅頻次較高(表1)，且空間分布較廣。由其分布來(lái)看，該時(shí)段的強(qiáng)震活動(dòng)反映了太平洋板塊東向、太平洋板塊西向、澳大利亞板塊北向和印度板塊北向運(yùn)動(dòng)。在Ⅱ活躍時(shí)段內(nèi)全球8級(jí)地震空間分布主要反映的是太平洋板塊西向運(yùn)動(dòng)。由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ活躍時(shí)段內(nèi)全球8級(jí)地震空間分布演化來(lái)看，澳大利亞板塊北向、印度板塊北向和太平洋板塊北向作用影響范圍大致呈現(xiàn)由南往北的空間遷移過程。在VI活躍時(shí)段內(nèi)，全球8級(jí)地震空間分布相對(duì)比較集中在澳大利亞板塊中東段邊界和太平洋板塊西北邊界。而在Ⅶ活躍時(shí)段是1900年以來(lái)最弱的全球強(qiáng)震活躍時(shí)段，空間沒有呈現(xiàn)優(yōu)勢(shì)集中現(xiàn)象，但均反映的是太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)。在Ⅷ活躍時(shí)段內(nèi)全球8級(jí)地震不僅頻次顯著增強(qiáng)(圖2，3)，且空間分布較廣，反映了太平洋板塊東向、太平洋板塊西向、澳大利亞板塊北向和印度板塊北向運(yùn)動(dòng)。

圖4 洋中脊地震年應(yīng)變釋放及其擬合曲線圖Fig.4 The annual seismic strain release in the mid-oceanic ridges and its fitting curve.

2 中國(guó)大陸西部及周邊“大三角地區(qū)”強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)序特征

早在1954年Gutenberg等根據(jù)1904—1952年全球7級(jí)以上地震震中分布圖指出，在亞洲大陸內(nèi)部存在由帕米爾-貝加爾構(gòu)造帶和阿爾卑斯構(gòu)造帶所圍成的“大三角地區(qū)”的強(qiáng)震集中地區(qū)(圖1)?；谥袊?guó)大陸活動(dòng)構(gòu)造及其現(xiàn)代構(gòu)造變形的研究，在張文佑(1984)、馬杏垣(1989)、丁國(guó)瑜(1991)等研究的基礎(chǔ)上，張國(guó)民等(2000)和張培震等(2003)較系統(tǒng)地提出了中國(guó)大陸活動(dòng)地塊科學(xué)假說(shuō)，并將中國(guó)大陸及鄰區(qū)劃分為6個(gè)Ⅰ級(jí)活動(dòng)地塊，其中2個(gè)最活躍的Ⅰ級(jí)活動(dòng)塊體青藏和西域活動(dòng)塊體分布在中國(guó)西部及鄰區(qū)的“大三角地區(qū)”。

圖6為中國(guó)及鄰區(qū)的活動(dòng)地塊和該地區(qū)M≥8.0地震震中分布。由圖6可見，中國(guó)大陸西部及鄰區(qū)的地震活動(dòng)在印度板塊與歐亞板塊的相互碰撞環(huán)境下，向北朝歐亞板塊一側(cè)延伸至貝加爾一帶，東邊則與南北地震帶相連接形成了著名的“大三角地區(qū)”(馬宗晉1997)。在“大三角地區(qū)”內(nèi)包含了青藏地塊區(qū)及其邊界帶、西域地塊區(qū)及其邊界帶以及滇緬地塊區(qū)的大部及其邊界帶，形成了一個(gè)相對(duì)完整的孕震構(gòu)造區(qū)域。在這一構(gòu)造區(qū)內(nèi)強(qiáng)震多發(fā)，是全球地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一。

圖5 各強(qiáng)活動(dòng)時(shí)段內(nèi)全球MS≥8.0地震空間分布圖(箭頭表示板塊運(yùn)動(dòng)方向)Fig.5 The spatial distribution of global MS≥8.0 earthquakes in each highly active period(arrows indicate the direction of plate movement).

中國(guó)大陸西部及周邊的“大三角地區(qū)”自1800年以來(lái)發(fā)生M≥8.0強(qiáng)震25次。由于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初近代地震學(xué)儀器的應(yīng)用，自1900年以來(lái)“大三角地區(qū)”的8級(jí)地震記錄是完整的。對(duì)于1800—1900年之間的8級(jí)地震完整性問題，Khattri(1987)和Bilham等(2001)研究表明，自1800年以來(lái)喜馬拉雅地區(qū)的8級(jí)地震沒有遺漏;傅征祥等(2003)利用地震震級(jí)(M)和頻度(N)的G-R關(guān)系分析認(rèn)為，1800年以來(lái)“大三角地區(qū)”8級(jí)大地震的記錄應(yīng)該是完整的。

為進(jìn)一步分析中國(guó)大陸西部及周邊“大三角地區(qū)”強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)序特征，采用最優(yōu)分割法研究“大三角地區(qū)”強(qiáng)震活動(dòng)的時(shí)間進(jìn)程分段特征。最優(yōu)分割法是聚類分析的一種，F(xiàn)isher于1958年首先提出。所謂最優(yōu)分割，就是對(duì)有序樣品的一種分段，它使得各段內(nèi)部差異最小，而段與段間的差異最大。由于最優(yōu)分割法能夠客觀地得到數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的最優(yōu)解，所以在地質(zhì)、氣象、地震等專業(yè)得到比較廣泛的應(yīng)用。

圖6 中國(guó)大陸及鄰區(qū)活動(dòng)地塊(張培震等，2003)與強(qiáng)震分布(1500年以來(lái)MS≥8.0)Fig.6 The distribution of tectonic blocks(after ZHANG Pei-zhen et al.，2003)and strong earthquakes(MS≥8.0 since 1500 AD)in China mainland and its adjacent areas.

圖7是“大三角地區(qū)”1800年以來(lái)MS≥8.0地震的M-t圖，為進(jìn)一步刻畫該區(qū)8級(jí)以上地震的時(shí)間進(jìn)程特征，本文采用相鄰地震時(shí)間間隔為統(tǒng)計(jì)樣本，利用最優(yōu)分割法(Fisher，1958;方開泰，1982;洪時(shí)中，1984)計(jì)算了“大三角地區(qū)”8級(jí)地震的時(shí)間序列分段結(jié)果。

用符號(hào) P(n，k|i1，i2，…，ik)表示對(duì)有序樣品 x1，x2，…，xn的 K 分割，即將這幾個(gè)樣品分為K段，其中p表示分割，n表示樣品總數(shù)，k表示所分的段數(shù)，i1，i2，…，ik為每一段第一個(gè)樣品的下標(biāo)，即將有序樣品分割為{xi1，xi1+1，…，xi2-1}，{xi2，…，xi3-1)，…，{xik，xik+1，…xn}，其中1=i1＜i2＜i3＜… ＜ ik≤n。

圖7 1800年以來(lái)大三角地區(qū)MS≥8.0地震 M-t圖及 1/Δt-t圖Fig.7 The M-t and 1/Δt-t diagram of MS≥8.0 earthquakes in the‘big triangular seismic region′since 1800.

R=(n-1)!/［(k-1)!(n-k)!］種分法，其中必有一種或數(shù)種是最優(yōu)的。用Px(n，k)表示對(duì)樣品的最優(yōu)K分割，反之有序樣品的最優(yōu)K分割Px(n，k)一定是在某一個(gè)截尾子段的最優(yōu)K-1分割Px(i，k-1)之后再添一段形成的。由此，從各截尾子段的最優(yōu)二分割出發(fā)，可建立一種遞推共識(shí)來(lái)求解出最優(yōu)K分割。類(段)的直徑，例如段{xi，xi+1，…，xj}的直徑為

最優(yōu)分割用誤差函數(shù)作為分割優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，誤差函數(shù)由各段直徑之和來(lái)表示

誤差越小，表明段內(nèi)差別越小，不同段之間的差別越大。當(dāng)n，k固定時(shí)，是誤差函數(shù)值最小的那種分割就是最優(yōu)分割，其誤差函數(shù)為最小誤差函數(shù)為

由式(1)、式(2)可以得到最小誤差函數(shù)E［p(n，k)］的遞推公式

在具體計(jì)算過程中，最小誤差函數(shù)是隨著分段數(shù)的增加而逐漸減小，也即對(duì)于n個(gè)樣本肯定是分為n段的分法的最小誤差函數(shù)值最小，可判定為最優(yōu)分割，引入計(jì)算比值

當(dāng)β值較大時(shí)，則說(shuō)明分為K+1段明顯比分為K段要好;而當(dāng)β值接近1時(shí)，則說(shuō)明達(dá)到了最優(yōu)分割的要求。

“大三角地區(qū)”1800年以來(lái)MS≥8.0地震明顯存在2個(gè)8級(jí)地震長(zhǎng)時(shí)間平靜段，分別為1833—1878年，1958—2001年，平靜時(shí)間均＞40a。本文利用1833—2001年8級(jí)以上地震的時(shí)間間隔為有序統(tǒng)計(jì)樣本，根據(jù)圖8，K≥5時(shí)K-E曲線和K-β曲線都相對(duì)比較穩(wěn)定，而且β值接近1，由此可將1833—2001年期間該地區(qū)8級(jí)強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)間進(jìn)程分割為5個(gè)時(shí)段:1833—1879年、1880—1901 年、1902—1912年、1913—1957 年、1958—2001年。

圖8 “大三角地區(qū)”1833—2001年MS≥8.0地震時(shí)間間隔最優(yōu)分割Fig.8 Seismic active periods of MS≥8.0 earthquakes from 1833 to 2001 in the‘big triangular seismic region′divided by the Fisher method.

3 中國(guó)大陸地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)序特征

中國(guó)大陸7級(jí)以上強(qiáng)震平靜期與活躍期的劃分，曾為中國(guó)大陸地區(qū)強(qiáng)震跟蹤提供重要參考依據(jù)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，有多種研究結(jié)果提出，中國(guó)大陸及鄰區(qū)的強(qiáng)震活動(dòng)在時(shí)間軸上具有活躍與平靜相交替的特征。在活躍期內(nèi)，強(qiáng)震呈現(xiàn)成組的群體活動(dòng)狀態(tài)發(fā)生，而處于相鄰2個(gè)強(qiáng)震組之間的地震活動(dòng)水平相對(duì)較低的間隙期被稱為平靜期(梅世蓉，1960;李欽祖等，1980)。一般認(rèn)為，19世紀(jì)末以來(lái)中國(guó)大陸經(jīng)歷的5個(gè)強(qiáng)震叢集的成組活動(dòng)時(shí)段，大體上劃分為1895—1906年、1920—1934年、1946—1955年、1966—1976年(馬宗晉等，1982;張國(guó)民，1987)和1988—1997年(圖9)。

但2001年11月14日昆侖山口西8.1級(jí)地震發(fā)生，使得如何判定1998—2007年中國(guó)大陸強(qiáng)震活動(dòng)狀態(tài)發(fā)生明顯分歧。如果該時(shí)段為強(qiáng)震活躍期，則中國(guó)大陸地區(qū)僅有1次7級(jí)以上強(qiáng)震;如果判定該時(shí)段為平靜期，中國(guó)大陸地區(qū)又發(fā)生了昆侖山口西8.1級(jí)大地震，1998—2007年呈現(xiàn)爭(zhēng)議較大的“平靜期不平靜、活躍期不活躍”特殊性。

為深入探討這一問題，張國(guó)民等(2006)將無(wú)(7級(jí))震年和有震年作0，1化處理，在時(shí)間軸上建立7級(jí)地震少發(fā)時(shí)段和頻發(fā)時(shí)段的判據(jù)，進(jìn)而分析當(dāng)前7級(jí)地震的形勢(shì)。圖10中用5種圖例符號(hào)代表少震時(shí)段的5類判據(jù)，在時(shí)間軸上刻畫了中國(guó)大陸地區(qū)1900年以來(lái)7級(jí)以上強(qiáng)震的少震時(shí)段時(shí)間分布，圖中少震時(shí)段之外的定義為頻發(fā)時(shí)段。由圖7可以看到，1956—1965年、1977—1987年均有4類少震時(shí)段判據(jù)貫穿，而在1900—1955年期間少震時(shí)段判據(jù)貫穿的類別則相對(duì)較少。同樣表明，1900年以來(lái)中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震活動(dòng)可能受控于中國(guó)大陸西部及周邊“大三角地區(qū)”8級(jí)地震或全球地區(qū)8.5級(jí)地震更大時(shí)空尺度強(qiáng)震活動(dòng)，即在大三角地區(qū)8級(jí)地震活躍時(shí)段內(nèi)，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震活動(dòng)的期幕劃分相對(duì)勉強(qiáng);而在大三角地區(qū)8級(jí)以上地震平靜時(shí)段內(nèi)，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震活躍期幕劃分更為清晰。

對(duì)于不同時(shí)段，中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震活動(dòng)表現(xiàn)出不同的時(shí)序特征，本文采用7級(jí)以上強(qiáng)震累積頻次來(lái)刻畫這一特征。1900—1955年中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震累積頻次和累積應(yīng)變均隨時(shí)間近似呈線性增加(圖11 a)，其中擬合方程式為

圖9 1900年以來(lái)中國(guó)大陸地區(qū)MS≥7.0淺源地震M－t圖(紅色為MS≥8.0強(qiáng)震)Fig.9 The M －t diagram of MS≥7.0 shallow earthquakes in China mainland since 1990(the red refers to MS≥8.0 earthquakes).

而1956—1976年與1977—2001年中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震累積頻次則隨時(shí)間以指數(shù)方式增加(圖11 b，c)，其中擬合方程式為

圖10 20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)陸區(qū)7級(jí)以上地震少發(fā)時(shí)段與頻發(fā)時(shí)段(張國(guó)民等，2006)Fig.10 The infrequent and frequent occurrence period of MS≥7.0 earthquakes in China mainland since 1900(after ZHANG Guo-min et al.，2006).

相關(guān)系數(shù)分析表明(圖11)，所有擬合曲線均較實(shí)際地反映了中國(guó)大陸強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)序特征。因此，可以認(rèn)為1900年以來(lái)中國(guó)大陸7級(jí)以上地震于1955年前后呈現(xiàn)2種不同的活動(dòng)狀態(tài)。1900—1955年中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震累積頻次隨時(shí)間近似呈線性增加;1956—1976年與1977—2001年中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震累積頻次隨時(shí)間呈指數(shù)增加(圖11)。該結(jié)果表明，“大三角地區(qū)”8級(jí)地震活躍時(shí)段內(nèi)中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上地震持續(xù)活動(dòng);“大三角地區(qū)”8級(jí)地震平靜時(shí)段內(nèi)中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上地震則表現(xiàn)為分階段的加速釋放。

利用變異系數(shù)Cv(Kagan et al.，1991;傅征祥等，2003)進(jìn)一步分析1900—1955年之間與1956—2001年之間中國(guó)大陸7級(jí)以上地震活動(dòng)時(shí)間特征。對(duì)于中國(guó)大陸地區(qū)1900—1955年以來(lái)7級(jí)以上地震的時(shí)間進(jìn)程，Cv≈0.9，其活動(dòng)似呈現(xiàn)為泊松過程。對(duì)于1956—2001年之間的7級(jí)地震進(jìn)程，Cv≈1.3，其活動(dòng)呈現(xiàn)為群集過程。這一結(jié)果表明，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震的活躍與平靜交替特征，明顯受“大三角地區(qū)”8級(jí)地震的活躍與平靜影響。

綜合以上分析，可以認(rèn)為1900年以來(lái)中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震活動(dòng)受“大三角地區(qū)”8級(jí)地震或全球地區(qū)8.5級(jí)地震更大時(shí)空尺度強(qiáng)震活動(dòng)影響顯著，在1900—1955年與1956—1997年2個(gè)時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)出明顯不同的2種活動(dòng)進(jìn)程，即在“大三角地區(qū)”8級(jí)地震活躍時(shí)段內(nèi)，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震的平靜與活躍相交替特征不清晰;而在“大三角地區(qū)”8級(jí)以上地震平靜時(shí)段內(nèi)，中國(guó)大陸7級(jí)以上地震的平靜與活躍相交替特征顯著。

圖11 中國(guó)大陸地區(qū)1900年以來(lái)7級(jí)以上強(qiáng)震活動(dòng)不同時(shí)段內(nèi)時(shí)序特征Fig.11 The temporal characteristics of MS≥7.0 strong earthquakes in China mainland since 1900.

4 結(jié)論與討論

由本文分析認(rèn)為，全球和中國(guó)大陸西部及周邊“大三角地區(qū)”強(qiáng)震活動(dòng)也許客觀存在“百年”活動(dòng)周期。20世紀(jì)上半葉，在全球8.5級(jí)巨大地震相對(duì)活躍狀態(tài)下(圖12 a)，中國(guó)西部及鄰區(qū)的“大三角地區(qū)”8級(jí)大震也表現(xiàn)出大致同步的相對(duì)活躍(圖12 b)，而此時(shí)中國(guó)大陸地區(qū)由于8級(jí)以上大震活躍，7級(jí)以上強(qiáng)震活躍與平靜相交替的準(zhǔn)周期活動(dòng)特征并不明顯，只能從地震能量釋放角度大致可以區(qū)分出強(qiáng)震活動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)弱狀態(tài)(圖12 c)。而20世紀(jì)后半葉，在全球8.5級(jí)巨大地震平靜和“大三角地區(qū)”8級(jí)巨震平靜的背景下，中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震活躍與平靜相交替的顯著特征，表現(xiàn)出較好的10年尺度活躍—平靜交替的準(zhǔn)周期現(xiàn)象(張國(guó)民等，1987)。因此，中國(guó)大陸地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)不僅時(shí)序上表現(xiàn)為十幾年和近100a不同時(shí)間層次上的活動(dòng)特征，而且中國(guó)大陸地區(qū)區(qū)域強(qiáng)震活動(dòng)明顯受控于“大三角地區(qū)”和全球更大空間尺度的強(qiáng)震活動(dòng)。

圖12 1900年以來(lái)地震M-t圖Fig.12 The M-t diagrams of earthquakes since 1900.

不同資料表明，這種大空間10年尺度和百年尺度活動(dòng)周期同時(shí)存在的現(xiàn)象可能是客觀的，例如太陽(yáng)黑子、地磁場(chǎng)和火山等。根據(jù)太陽(yáng)黑子不同記錄結(jié)果分析，太陽(yáng)黑子活動(dòng)除了11a的施瓦貝周期外，還存在80～90a的優(yōu)勢(shì)活動(dòng)周期(Ogurtsov et al.，2002)。相關(guān)研究表明地磁場(chǎng)除存在30a優(yōu)勢(shì)周期外，110a“百年周期”活動(dòng)特征同樣非常明顯(白春華等，2010)。對(duì)1400年以來(lái)全球5級(jí)以上火山頻度進(jìn)行時(shí)頻分析，結(jié)果表明全球火山活動(dòng)存在顯著的世紀(jì)尺度周期(88a左右和100a左右，曲維政等，2011)。雖然他們之間是否存在內(nèi)在關(guān)系還不是很清楚，有待于進(jìn)一步研究，但與強(qiáng)震活動(dòng)類似，上述大空間尺度活動(dòng)不僅時(shí)序上表現(xiàn)為十幾年或數(shù)十年優(yōu)勢(shì)周期活動(dòng)，而且也表現(xiàn)出百年尺度的“活動(dòng)周期”，時(shí)序上表現(xiàn)為不同時(shí)間層次上的活動(dòng)特征。

本文主要利用統(tǒng)計(jì)方法描述不同區(qū)域強(qiáng)震活動(dòng)時(shí)序特征，更多的是地震活動(dòng)時(shí)空現(xiàn)象的分析，關(guān)于這些現(xiàn)象的更深層次的構(gòu)造成因或地球動(dòng)力學(xué)含義有待于地質(zhì)構(gòu)造、地球物理、地球化學(xué)和大地測(cè)量等相關(guān)地學(xué)領(lǐng)域開展進(jìn)一步的深入研究工作。

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