四川MS≥6.8級地震的時空對稱性研究

楊飛霞，曹廣超，延軍平，王 侖

（1.青海師范大學 生命與地理科學學院，青海 西寧 810001； 2.陜西師范大學 旅游與環(huán)境科學學院，陜西 西安710062；3.青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室，青海 西寧 810001）

四川MS≥6.8級地震的時空對稱性研究

楊飛霞1,3，曹廣超1,3，延軍平2，王 侖1,3

（1.青海師范大學 生命與地理科學學院，青海 西寧 810001； 2.陜西師范大學 旅游與環(huán)境科學學院，陜西 西安710062；3.青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室，青海 西寧 810001）

20世紀以來，對地震的預測與分析希望能用人類的智慧減少地震災害對人類的傷害，并取得了一些成果。選取四川MS≥6.8級以上地震，利用時間對稱法，通過三元、四元、五元可公度的計算，可公度結構系圖和蝴蝶結構圖的分析，結果顯示，2016、2020年發(fā)生地震信號較強，通過經緯向遷移特征分析，大致判斷下次地震發(fā)生在31.0oN以北，101.6oE以西地區(qū)。并分析地震的發(fā)生與太陽黑子的關系。該預測對下一次四川地震的防災工作有一定的意義。

對稱性；可公度；四川；地震

0 引言

2013年4月20日，四川省雅安市發(fā)生7.0級地震，震中蘆山縣（30.3oN，103.0oE）距成都100公里。地震造成了200多人死亡，11470人受傷，累計受災人數達到38.3萬人，同時成都、重慶、陜西寶雞和貴陽等地都有不同程度的震感。

四川處于喜馬拉雅山地震帶，亞歐板塊與印度板塊相互之間擠壓，以及多地殼活動造成該地區(qū)地震頻發(fā)[1]。印度板塊向東北方向移動，造成喜馬拉雅弧和緬甸弧交匯深深地頂入四川地區(qū)及其附近，很大部分轉化為青藏高原的隆起[2]。根據張俊香[3]等人的研究，四川發(fā)生8.0級地震的超越概率值為0.03，換言之，四川發(fā)生這一風險水平的地震是33～34年一遇。1973年發(fā)生7.9級地震，到2006—2007年可能會發(fā)生大地震，實際發(fā)生時間為2008年，相差1～2年。據此可以基本判斷在接下來的25年左右，四川基本不會發(fā)生8.0級左右的大地震。

王騰[4]等人利用20世紀以來發(fā)生的13次地震成功預測2013年四川雅安MS≥6.8級以上地震，可以看出對稱性在對自然災害，尤其是地震災害的預測上有好的前例，可公度得到了較好的驗證。本文運用時間對稱性和空間對稱性的原理，通過可公度方法、可公度結構系圖和蝴蝶結構圖的分析，在王騰[4]等人成功預測2013年雅安地震的基礎上，選擇MS≥6.8級地震，計算下一次可能發(fā)生地震的年份，并分析地震震中的經緯度遷移規(guī)律，判斷下次地震的位置，對四川地震災害的預測和防護有一定的幫助，積極地應對地震災害，減少經濟和人員損失。

1 研究區(qū)概況與資料來源

1.1研究區(qū)概況

四川省地跨青藏高原、橫斷山脈、云貴高原、秦巴山地、四川盆地等幾大地貌單元，地勢西高東低，由西北向東南傾斜[5]。最高點是西部的大雪山主峰貢嘎山，海拔高達7556米。四川地形復雜，處于板塊交界處的獨特地理位置使得四川地貌多樣，山地、高原、丘陵、盆地都可以在四川省內看到，其中山地、高原和丘陵占全省面積的97.46%[6]。同時因地處喜馬拉雅山地震帶，四川地震頻發(fā)，是繼臺灣、西藏、新疆和云南之后全國第五大地震活動區(qū)[7]。預測四川地震對四川災害的防范有一定的意義。

1.2資料來源

本文資料主要選自2011年地震出版社出版的全球地震目錄，并結合中國地震臺網中心（http://www.cenc.ac.cn/）發(fā)布的最新地震消息，選取了自20世紀以來四川地區(qū)發(fā)生的14次MS≥6.8級地震，其中1976年四川松潘發(fā)生兩次7.2級地震則按一次計算, 2010年青海玉樹7.1級地震雖然在四川境外，但從地質構造和斷層帶位置分析，玉樹地震位于甘孜—玉樹斷層帶上，因此玉樹地震屬于四川地區(qū)范圍內[8]，將其計入其中。四川地區(qū)MS≥6.8級地震資料統計表見表1。

表1 四川地區(qū)20世紀以來MS≥6.8級地震序列表

2 時間對稱性及趨勢判斷

本文通過三元可公度方法計算，將已知的年份設為X1、X2、X3、X4…一直到Xn的時間序列，利用計算機軟件CalcNextYear計算出Xn+1，即要求的下一個可能發(fā)生災害的年份，并用四元可公度，五元可公度驗證Xn+1，三元、四元、五元可公度法得出的最佳結果可能不一樣，再用可公度結構系圖和蝴蝶結構圖進一步判斷最佳年份。表1可知20世紀以來四川地區(qū)MS≥6.8級地震的年份有1904，1923，1933，1936，1948，1955，1958，1967，1973，1976，1981，2008，2010，2013，可得X1=1904，X2=1923，X3=1933，X4=1936，X5=1948，X6=1955，X7=1958，X8=1967，X9=1973，X10=1976，X11=1981，X12=2008，X13=2010，X14=2013，求X15。

2.1可公度計算

利用三元可公度方法，計算下一個可能發(fā)生MS≥6.8級地震的年份，計算結果見表2。三元可公度計算X15=2016出現頻數最多為4次。

表2 四川地區(qū)三元可公度計算結果

表3 四川地區(qū)四元可公度計算結果

四元可公度計算結果見表3。根據四元可公度計算方式，預測下一次自然災害發(fā)生的年份Xi，Xi=Xj+ΔX，Xj為自然災害最后一次發(fā)生年份，2016年和2020年出現的頻數最多，分別為16次。

五元可公度計算的結果顯示2020年出現的頻數最多，為36次。根據可公度計算及驗證，四川地區(qū)2016年和2020年發(fā)生強震的趨勢明顯，最有可能發(fā)生MS≥6.8級地震的趨勢。

2.2可公度結構系圖

可公度結構系圖是指運用工整規(guī)范的網絡特征來直觀地表示某地地震災害發(fā)生時間的規(guī)律性[9]，更加清晰地顯示出災害發(fā)生時間上的對稱性。四川地區(qū)MS≥6.8級地震的可公度結構系圖見圖2。四川地區(qū)的歷史地震具有良好的可公度，同時該地區(qū)地震的時間序列性有一定的周期性，時間間隔以3年，19年，32年和40年最顯著。地震活動可劃分為活躍期和平靜期，以1900年至今作為研究時段，在此時間尺度上，從地震發(fā)生的頻數可以看出1904—1923年為平靜期，19年間發(fā)生3次MS≥6.8級地震，1923—1936年為活躍期，1936—1948年為平靜期，1948—1981年為活躍期，1981—2008年為平靜期，27年間沒有發(fā)生大地震，2008—2016年或2008—2020年為活躍期,目前尚無定論。

2.3蝴蝶結構圖

蝴蝶結構圖即是自然災害事件對稱性結構的體現，是可公度方法關于時間結構認識的進一步表達，其主要解決可公度計算中兩年份信號都較強時如何抉擇的問題[10]。四川地區(qū)MS≥6.8級地震時間序列蝴蝶圖見圖3。經計算，2016年四川地區(qū)發(fā)生MS≥6.8級地震的隨機概率為42.9%，不漏報置信水平40%，2020年分別為28.6%和26.7%。預測年份的隨機性概率T=m/n，m為實際預測的災害次數，n為用于預測的總災害事件次數，不漏報置信水平（1-a）=m/(n+1)。從圖3可知，與2016年有關的主周期是40年、3年，與2020年有關的主周期只有40（39）年。2016年發(fā)生地震的信號比2020年強。

3 空間對稱性及趨勢判斷

四川地區(qū)MS≥6.8級地震震中的經緯度遷移示意圖（圖4）。左圖緯度遷移圖以31.0oN為對稱軸，右圖經度遷移圖以101.6oE為對稱軸。從圖中可以明顯看出，除第3次、第5次、第10次地震外，緯度遷移和經度遷移具有明顯的規(guī)律性，即隨著緯度的增加（減?。┙浂入S之減小（增大）。經緯度遷移基本具有一致性，呈西北—東南走向，緯向震中向北遷移，經向震中則向西遷移；緯向震中向南遷移，則經向震中向東遷移。按照地震震中經緯度遷移規(guī)律，下一次的地震震中經緯度有兩種分布情況。第一種是緯向繼續(xù)向南遷移，緯度在31.0oN以南，經向向東遷移，經度在101.6oE以東；第二種是緯向向北遷移，緯度在31.0oN以北，經向向西遷移，經度在101.6oE以西。假設第15次地震震中經緯度按照經緯度遷移規(guī)律遷移，下一次的地震震中從東南—西北方向遷移，即在31.0oN以北，101.6oE以西地區(qū)，四川西北地區(qū)。

4 太陽活動與四川地震機理性探討

地震是地球上板塊與板塊之間的碰撞擠壓引起的，屬于地球內部能量所產生的效果，太陽活動釋放能量提供外動力[11]，對地震的發(fā)生具有深遠意義。一般認為，太陽活動的變化會影響太陽所發(fā)出的磁場，磁場的強弱影響對地球外殼的引力[12]，從而影響地殼之間運動，造成地殼之間相互碰撞擠壓，即產生地震。太陽黑子活動是太陽活動的一種表現，其變化數被作為表示太陽活動強弱的一種指標[13]。

太陽黑子數變化具有周期性，平均11年一個周期，大致經過3～5年太陽黑子數較其他年份達到最大值，也就是所說的太陽黑子峰年，再經過5～7年太陽黑子數達到極小值，也就是所說的太陽黑子谷年[14-16]。根據NASA（美國國家航空航天局）數據統計資料表明，1902年，太陽黑子進入第14個周期，到2009年進入第24個周期，第24周期預計到2020年結束。一個周期以太陽黑子數的極小值為開始，達到極大值后開始下降到另一個太陽黑子極小值結束，這個極小值也是下一個周期的開始，所以太陽黑子的周期不是嚴格按照11年的規(guī)律[17-18]。從圖5可以看出第15、16、18、19、22個周期以10年為一個周期，第20周期以12年為一個周期，第23周期以13年為一個周期。

四川地區(qū)MS≥6.8級地震與太陽黑子活動的關系（圖5），20世紀發(fā)生的14次地震有8次發(fā)生在太陽黑子數的谷年或太陽黑子活動的峰后期，有6次地震發(fā)生在太陽黑子數的峰年或太陽黑子活動的峰前期，有9次地震發(fā)生在雙周期內，5次地震發(fā)生在單周期內?？梢钥闯觯柡谧臃搴笃诤碗p周期是地震發(fā)生較多的時間段。據NASA推測，2013年太陽黑子活動達到頂峰，太陽黑子數達到極大值，實際是2014年是太陽黑子峰年，太陽黑子數達到113.3，是近幾個周期中峰值最小的周期。第20個周期太陽黑子峰值較其他周期較小時發(fā)生多次地震，可以推測，峰值較小的周期發(fā)生的地震可能性越大。2016年和2020年則完全符合前3個特點，所以判斷2016年和2020年發(fā)生地震具有其合理性。

5 結論

（1）利用可公度方法計算、可公度結構系圖和蝴蝶結構圖驗證，四川地區(qū)MS≥6.8級地震具有良好的可公性，2016年和2020年發(fā)生地震的信號較強。

（2）四川地區(qū)MS≥6.8級地震的震中空間分布大致具有西北—東南趨勢，根據此規(guī)律，下一次發(fā)生地震震中的遷移方向應為東南向西北方向遷移。

（3）四川地區(qū)MS≥6.8級地震震中的經緯度遷移具有良好的規(guī)律性。緯向震中向北遷移，經向震中向西遷移，緯向震中向南遷移，經向震中向東遷移。假設該區(qū)域的遷移規(guī)律不變，則第15次地震震中的遷移方向為緯向震中向北遷移，經向震中向西遷移，在31.0oN以北，101.6oE以西地區(qū)。

（4）分析四川地區(qū)MS≥6.8級地震與太陽黑子活動的關系，太陽黑子峰值較小的周期是地震發(fā)生的活躍期，同時太陽黑子峰后期和雙周期發(fā)生地震的可能性較大，趨勢判斷2016年和2020年處于雙周期的太陽黑子峰后期，且第24周期的太陽黑子峰值較小，因此2016年和2020年發(fā)生地震的可能性較大。

對稱性方法是研究自然災害趨勢的一種方法[19]，對自然災害的趨勢判斷具有一定的意義，運用對稱性方法對自然災害趨勢做一定的判斷，可以在一定程度上減少自然災害對人類社會的破壞。利用人類科學的力量預測地震，為防震減災工作服務，是我們一直努力的方向。

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THE SPACE-TIME SYMMETRY OF THE EARTHQUAKE DISASTERS（MS≥6.8） IN SICHUAN REGION

YANG Fei-xia1,3，CAO Guang-chao1,3，YAN Jun-ping2，WANG Lun1,3

(1.Qinghai Normal University，College of Life and Geographical Sciences，Qinghai Xining 810001，China；2.Shanxi Normal University，College of Tourism and Environment，Shanxi，Xi’ an 710062，China；3.Qinghai Province Key Laboratory of Physical Geography and Environmental Process，Qinghai Xining 810001，China)

ract: Since the 20th century, people began to Quake prediction, hoping to use human intelligence to reduce earthquake damage to the human, and some results have been achieved. Selected Sichuan region data MS≥6.8,using the method of commensurability information extract including ternary, quaternary and quintuple, commensurability structure and butterfly structure to analyze. The results show: there is a strong earthquake signal in the 2016 and 2020 year. According to the weft transfer characteristic analysis, we find that the next earthquake may occur in the northern of 31.0oN, western of 101.6oE, and analyze the relationship with macula. The forecast for the next of the Sichuan earthquake disaster prevention work has a certain meaning.

ds: symmetry; commensurability ; Sichuan; earthquake

P315.7

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.005

1674-8565（2016）04-0032-06

國家社會科學基金重點項目—西部重大災害時空規(guī)律的統計研究（14AZD094）；青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室項目（2014-Z-Y24，2015-Z-Y01）

2016-07-24

2016-08-23

延軍平（1956-），男，教授，博士生導師，現主要從事區(qū)域災害與區(qū)域開發(fā)研究。E-mail: yanjp@snnu.edu.cn

楊飛霞（1993-），女，江蘇省南京市人，碩士研究生，現主要從事地表環(huán)境過程研究工作。E-mail: yfx812@163.com