走滑破裂型大地震中前震的發(fā)生

Yi Cheng　Louis Ngai Yuen Wong

?

走滑破裂型大地震中前震的發(fā)生

Yi ChengLouis Ngai Yuen Wong

因?yàn)榍罢鸨豢醋魇呛罄m(xù)地震最可靠的前兆事件之一，它們?cè)跍?zhǔn)確測(cè)定即將到來地震的時(shí)間和地點(diǎn)方面都很有用。但最具挑戰(zhàn)性的問題還沒有令人滿意的答案。這些問題包括：為什么有些地震可以作為其他地震的前震，而有些則不行？哪些關(guān)鍵性因素控制著它們？在本項(xiàng)研究中，根據(jù)地震破裂形態(tài)，一組發(fā)生在中國和美國西部的走滑破裂型地震(MS≥6.0)被分成三種類型：1類，2類和3類。它們分別指的是包含張性巖橋、壓性巖橋，以及張性與壓性混合型巖橋的破裂的地震。前震更可能在1類和3類地震之前出現(xiàn)，而不大可能出現(xiàn)在2類地震之前。這些現(xiàn)象可能表明，對(duì)走滑型地震來說，張性連接的結(jié)構(gòu)使得前震易于發(fā)生。與先前發(fā)表的一些成果不一致的是，前震的發(fā)生與本研究所涉及的主震震源深度(小于30km)似乎并不相關(guān)；這意味著，對(duì)于不同震源機(jī)制和位置的地震，正應(yīng)力增加可能對(duì)前震發(fā)生有不同的影響。在本研究的數(shù)據(jù)集中，未發(fā)現(xiàn)前震與主震震級(jí)之間的確定性聯(lián)系。

在線資料地震序列空間分布圖斷層幾何形態(tài)等震線圖

0　引言

1975年中國海城地震(Wangetal，1976)、1995年希臘科扎尼—格雷韋納地震(Bernardetal，1997)和2001年希臘斯基羅斯島地震(Thanassoulas and Klentos，2010)都實(shí)現(xiàn)了成功的主震預(yù)測(cè)，而且主震之前發(fā)生前震概率較大(Jones and Molnar，1976；Doser，1990；Michael and Jones，1998；Reasenberg，1999；Katoetal，2012；Brodsky and Lay，2014)，由于受到這些例子的激勵(lì)，前震的發(fā)生多年來被認(rèn)為是最有希望預(yù)測(cè)地震的現(xiàn)象。因此致力于揭示前震顯著特征的研究廣泛展開。

在主震前數(shù)周至數(shù)月量級(jí)的時(shí)間尺度上，逆大森定律通常觀察到的時(shí)間尺度小于正大森定律，這說明前震活動(dòng)性大體上隨時(shí)間臨近主震而增強(qiáng)。對(duì)世界各地地震目錄和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告的分析研究(Papazachos，1975；Kagan and Knopoff，1978；Jones and Molnar，1979；Tormannetal，2008)，以及一些概率模型(Helmstetter and Sornette，2003；Zaliapin and Ben-Zion，2013)都提出了這一特征。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，主震破裂發(fā)生之前的破裂過程具有明顯的加速現(xiàn)象(Scholz，1968；Fonsekaetetal，1985；Hoek and Martin，2014)，以及一些數(shù)值模型(Hainzletal，1999；Wang and Tonon，2009)也支持這個(gè)概括性結(jié)論。而且，對(duì)于多個(gè)地震序列(Jones and Molnar，1979；Smith，1981；Ogataetal，1996；Helmstetter and Sornette，2003)和單一地震序列(Papadopoulosetal，2010，Katoetal，2012；Yagietal，2014)，常有前震在空間上向主震遷移的報(bào)告，但并非總是如此(Papadopoulosetal，2000)。對(duì)于前震的震級(jí)，古登堡—里克特關(guān)系式中的b值被假定在前震中明顯低于余震和背景地震活動(dòng)性中的b值(Mogi，1963；Scholz，1968；Papazachos，1975；Molchanetal，1999；Papadopoulosetal，2010)，但并不是所有研究者都同意這個(gè)假定(Hamilton，1969；Knopoffetal，1982)。有些研究者對(duì)解決這一爭(zhēng)議進(jìn)行了嘗試，并把這一爭(zhēng)議歸因于數(shù)據(jù)處理過程中微小的不對(duì)稱性(Knopoffetal，1982)或不同的主震震級(jí)閾值(Ogata and Katsura，2014)。

但是，即使有了這些可識(shí)別的特點(diǎn)，我們?nèi)圆磺宄芊瘾@得地震特征中關(guān)于前震、余震和主震的可靠的識(shí)別方法。目前主要有兩種矛盾的前震理論。一些研究人員認(rèn)為，前震、主震和余震之間沒有差異；也就是說，所有的前震都是伴隨更大余震的主震(Ogataetal，1996；Gelleretal，1997；Felzeretal，2002，2004)。另一方面，一些研究聲稱，前震是由于主震起始過程中的前兆慢滑移而形成，并攜帶著即將到來的主震的信息(Kanamorietal，1981；Ohnaka，1992；Dodgeetal，1996；Bouchonetal，2011；Katoetal，2012)。最近的一項(xiàng)研究表明，第一種觀點(diǎn)的流行伴隨著基于疊加方法的統(tǒng)計(jì)模型的發(fā)展，但其中任何一種觀點(diǎn)的合理性都取決于最小前震與主震之間震級(jí)間隔的選擇(Mignan，2014)。

Mogi(1963)描述了地震序列的三種模式，并認(rèn)為前震的出現(xiàn)受到地殼介質(zhì)橫向不均勻性程度的控制。進(jìn)一步的研究表明，前震的發(fā)生率隨主震震源深度增加而減少(Abercrombie and Mori，1996；Maeda，1996)。Abercrombie和Mori(1996)把這種現(xiàn)象歸因于可能減少的小尺度地殼不均勻性和隨深度增加而增大的正應(yīng)力。此外，通過美國加利福尼亞州逆沖地震事件的前震發(fā)生率和世界范圍的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，揭示了地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境對(duì)它們的影響。走滑型地震和其他兩種震源機(jī)制地震的前震率的微小差別已被識(shí)別出來(Jones，1984；Reasenberg，1999)。盡管有這些研究進(jìn)展，但仍然沒有搞清楚為何有些地震出現(xiàn)前震而有些沒有出現(xiàn)?？刂破浒l(fā)生的關(guān)鍵因素仍然沒有完全定論。從本文的37個(gè)走滑型地震的研究中，我們識(shí)別出一個(gè)新的基本因素，這個(gè)因素對(duì)前震發(fā)生可能有相當(dāng)大的影響。而且，這些地震表明，前震的發(fā)生可能與主震的震源深度(小于30km)無關(guān)。所有這些嘗試都有助于我們加深對(duì)前震發(fā)生的理解，提高對(duì)即將到來的主震的預(yù)測(cè)能力。

1　數(shù)據(jù)分析

在遭受1966年邢臺(tái)大地震造成的巨大破壞后，中國建立了一個(gè)相對(duì)可靠的系統(tǒng)，它能夠監(jiān)測(cè)和研究與地震相關(guān)的數(shù)據(jù)。在本研究中，我們?cè)敿?xì)研究了幾乎所有1966～2013年間發(fā)生在中國的MS≥6.0走滑型地震(圖1)。它們對(duì)震區(qū)的設(shè)施和財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的破壞。為了擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫，我們校驗(yàn)了Abercrombie和Mori(1996)報(bào)告的59個(gè)美國西部的地震。其中9個(gè)被識(shí)別為走滑型地震，且主震震級(jí)不小于6.0。這些地震的數(shù)據(jù)源包括中國地震信息網(wǎng)(CSI)和中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(CEDC)的地震現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告和地震目錄、美國地質(zhì)調(diào)查局地震信息中心(USGS NEIC)發(fā)布的數(shù)據(jù)(見“數(shù)據(jù)與來源”一節(jié))，還有一些期刊出版物。我們發(fā)現(xiàn)37個(gè)地震中的19個(gè)有前震；前震的特征是MS≥2.0，發(fā)生在主震的水平距離15km內(nèi)，且時(shí)間在30天內(nèi)(表1)。前震率定義為至少有一次前震的主震的發(fā)生比例，這里是51.4%。每單位震級(jí)前震率由前震率除以震級(jí)差范圍(Mmmin-Mfmin；Reasenberg，1999)獲得，這里約為13%。這個(gè)結(jié)果符合已經(jīng)發(fā)表的其他前震率結(jié)果，它們的范圍從12%～17%(Michael and Jones，1998；Reasenberg，1999)。

圖1　(a)28個(gè)中國地震的位置。(b)9個(gè)美國地震的位置。五角星表示有前震的地震，圓圈表示沒有前震的地震

圖2　(a)地震序列的空間分布(1988年11月30日之前ML≥2的地震)所揭示的瀾滄—耿馬地震右階破裂面。(b)等震線以及地震斷層。圖b中的粗實(shí)線表示已證實(shí)的斷層。等震烈度使用修改的麥卡利烈度表示。這里僅給出了烈度大于VI的等震線(修改自中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心)

與Jones和Molnar(1979)類似，根據(jù)預(yù)定的前震定義，前震可以從地震目錄中首先識(shí)別出來。之后，對(duì)于每次地震，我們查閱了至少一份出版物或中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心發(fā)布的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告(參看“數(shù)據(jù)與來源”)，用來檢驗(yàn)以前的判斷。而且，表1中增加的一列(N/Mfmax)表明，盡管應(yīng)用了Mfmax≥2.0這個(gè)閾值，但大多數(shù)前震最大值大于4.0級(jí)，因此不大可能定錯(cuò)位置和當(dāng)成背景事件。這些事件中有3個(gè)特殊的地震，它們的前震不足3.0級(jí)，中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(見“數(shù)據(jù)與來源”)的鹽源—寧蒗地震現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告稱，主震兩周之前在西北西—東南東向的活躍區(qū)域內(nèi)發(fā)生了許多Mf≥2.0的小地震。這個(gè)活躍區(qū)域的反?，F(xiàn)象說明，這些小地震是前震，而不是背景地震活動(dòng)。對(duì)于維多利亞地震來說，Avercrombie和Mori(1996)在他們發(fā)表的文章中，將很多小地震斷言為前震。我們唯一不能以很大把握斷定的地震是瀾滄—耿馬地震，根據(jù)中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心的目錄和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告，該地震僅有一個(gè)小前震(見“數(shù)據(jù)與來源”)。

本項(xiàng)研究中，每個(gè)地震的破裂形態(tài)都由下面3步?jīng)Q定。第一步，檢查地震序列的空間分布和等震線圖來確定破裂排列；第二步，用震源機(jī)制解識(shí)別滑動(dòng)類型，包括左旋(LL)型和右旋(RL)型。共軛型的特點(diǎn)是兩種模式的疊加；第三步，通過將它們與可能的新形成的地面破裂和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告中已經(jīng)存在的斷層相比較來驗(yàn)證結(jié)果。下面描述一些代表性地震來說明如何通過各種資料識(shí)別破裂形態(tài)。圖2～5顯示出了地震的震中空間分布和地震烈度。有興趣的讀者可以參考這篇文章的電子補(bǔ)充材料和列出的參考文獻(xiàn)，來了解其他地震的信息。

圖3　(a)地震序列空間分布(1976年9月1日之前ML≥2的地震)所顯示的松潘地震右階破裂面。(b)等震線圖。圖a中的粗虛線表示推測(cè)的斷層。等震烈度使用修正的麥卡利地震烈度表。這里只展示了烈度大于VI的部分[修改自Jones et al，1984，以及中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(參見“數(shù)據(jù)與來源”)]

圖4　地震序列(2003年12月30日之前ML≥2.0的地震)空間分布顯示的大姚地震線性地震破裂面及其等震線圖。等震線烈度采用修正的麥卡利地震烈度表。這里只顯示了烈度大于VI的部分(修改自Hua et al，2006)

圖5　(a)從地震序列(1981年12月31日之前ML≥4.0的地震)空間分布擇優(yōu)出的鹽源—寧蒗地震共軛地震破裂面。(b)等震線圖。圖a中粗虛線表示推測(cè)斷層，大圓圈表示大地震。等震線烈度使用修正的麥卡利地震烈度表。這里只顯示了烈度高于VI度的部分(修改自中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心，見“數(shù)據(jù)與來源”)

圖6　從所研究地震中識(shí)別出來的破裂形態(tài)(灰色區(qū)域)。三種類型中的圓形區(qū)域都是因破裂面形狀不規(guī)則而產(chǎn)生的連接；定性地來說，它們分別被張應(yīng)力、壓應(yīng)力和復(fù)合應(yīng)力所控制。沒有顯著的幾何形狀不規(guī)則時(shí)，共面破裂的情況沒有顯示出沿破裂方向的張性巖橋，因此被劃分為2類的破裂形態(tài)之一

在圖2中，瀾滄—耿馬地震序列的大部分地震集中在兩個(gè)西北—東南向的區(qū)域，它們似乎被巖橋上的其他一些事件連接起來。與這種現(xiàn)象一致，等震線圖表現(xiàn)出西北—東南的擇優(yōu)走向，但最大烈度[修正的麥卡利地震烈度(MMI)IX]的兩個(gè)平行區(qū)域是分開的。此外，已驗(yàn)證的斷層很好地對(duì)應(yīng)于強(qiáng)震烈度和地震密度的分離區(qū)域。因此，這次地震的破裂面被認(rèn)為是右階的(RS)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和震源機(jī)制揭示出主震是右旋滑動(dòng)模式(中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心，見“數(shù)據(jù)與來源”)。最后認(rèn)為這個(gè)地震是右旋/右階(RL/RS)破裂。

與圖2中的現(xiàn)象相似，松潘地震(如圖3所示)的破裂面也被認(rèn)定為右階。但它屬于左旋滑動(dòng)模式。因此它被確定是左旋/右階破裂，Jones等(1984)也是這樣認(rèn)為的。

與前面兩個(gè)例子不同，有些地震的所有相關(guān)事件位于一個(gè)帶狀區(qū)域，比如圖4所示的大姚地震。通常只有主震附近的單個(gè)區(qū)域有最高的地震烈度。等震線的整體輪廓通常趨于橢圓形，長軸大體上與地震序列確定的帶狀區(qū)域走向平行。地震序列中的較大事件被認(rèn)為有相同的右旋走滑震源機(jī)制和相似的西北西—東南東向破裂面(Huaetal，2006)。因此大姚地震被認(rèn)為是右旋/單破裂(RL/1R)型。

在鹽源—寧蒗地震中觀測(cè)到另一種地震序列的分布，事件似乎沿兩個(gè)方向排列(圖5)。其他研究人員(Zhangetal，1995)開展的關(guān)于震源機(jī)制解和地面運(yùn)動(dòng)的后續(xù)分析和中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(見“數(shù)據(jù)與來源”)均證實(shí)了以上共軛排列與這次地震的共軛破裂相關(guān)。兩個(gè)分離的高烈度區(qū)域趨向于兩個(gè)方向，出現(xiàn)在等震線圖上。對(duì)其他一些共軛破裂的地震，通常會(huì)找到單一的高烈度區(qū)域。等震線圖顯著的特點(diǎn)是擇優(yōu)方向不明顯，例如Ⅵ這樣的低烈度等震線，整體看來近乎圓形。

在對(duì)其地震破裂和滑動(dòng)模式識(shí)別之后，所研究的地震被劃分為三個(gè)類型(表1和圖6)。1類包括破裂形態(tài)含有張性巖橋的地震，比如右旋/右階型。2類包括兩種破裂形態(tài)。一種是壓性巖橋[左旋/右階(LL/RS)或者右旋/左階(RL/LS)]；另一種表征為地震序列震中沿著單一擇優(yōu)破裂面的排列[左旋/單破裂(LL/1R)或者右旋單破裂(RL/1R)]。3類的特征是張性和壓性巖橋都出現(xiàn)，包括共軛破裂和交叉破裂等的地震。

2　結(jié)果與討論

圖7繪出了前震發(fā)生次數(shù)與破裂形態(tài)的關(guān)系。當(dāng)同時(shí)考慮中國地震和美國地震時(shí)，由破裂形態(tài)定義的三種地震類型的前震率之間存在明顯差別，1類的前震率高于3類的前震率，2類的遠(yuǎn)低于3類的。這個(gè)結(jié)果表明，對(duì)于走滑地震來說，張性互鎖是一種可能有助于前震發(fā)生的不均勻性結(jié)構(gòu)。

此外，即便分別考慮中國和美國的地震，也能得到相同的結(jié)果。美國的9個(gè)地震有55.6%(9個(gè)中有5個(gè))的前震率，1類，2類和3類地震的前震率具體分別為100%，0%和75%。中國的28個(gè)地震前震率為50%(28個(gè)中有14個(gè))。具體地說，1類、2類和3類地震的前震率分別為80%、20%和61.5%。兩組數(shù)據(jù)說明2類地震有最低的前震率。由此看來，這個(gè)結(jié)論對(duì)不同地區(qū)沒有太大差別，盡管進(jìn)一步的研究需要更多數(shù)據(jù)來驗(yàn)證。

在相對(duì)連續(xù)的走滑斷層形成過程中，不連續(xù)的互相平行的子斷層通過巖橋的破裂會(huì)被連接起來?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室三軸試驗(yàn)已經(jīng)表明，正斷層或張性破裂大體出現(xiàn)在張性橋區(qū)，但逆斷層或剪切破裂通常發(fā)育在壓性橋區(qū)(Sylvester，1988；Lin and Logan，1991)。巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，在脆性狀態(tài)下，張性破裂引發(fā)的應(yīng)力或位移水平低于巖橋中的剪切破裂(Lin and Logan，1991；Park and Bobet，2010)。這就是說，當(dāng)儲(chǔ)存的應(yīng)變能不能觸發(fā)沿著整個(gè)斷層面(主震)的滑動(dòng)時(shí)，局部應(yīng)變能就有可能足夠大，以至于使張性巖橋連接斷開(前震)。該破裂引起的后續(xù)應(yīng)力調(diào)整會(huì)有助于整個(gè)破裂的最終滑動(dòng)和擴(kuò)展。這個(gè)解釋沒有把前震當(dāng)成無關(guān)的小震，而是看作后續(xù)主震起始過程的一部分，這與“受起始控制的”模型相符(Ohnaka，1992；Abercrombie and Mori，1996)

表1　本項(xiàng)研究中MS≥6.0地震的震源參數(shù)1)

表1(續(xù))

表1(續(xù))

1)這里，前震定義為與主震的水平距離15km內(nèi)、時(shí)間在30天內(nèi)的MS≥2.0事件。除非特別指出，否則地震記錄均來自中國地震信息網(wǎng)(CSI)和中國地震數(shù)據(jù)共享中心

2)破裂形態(tài)：LL：左旋；RL：右旋；LS：左階；RS：右階；1R：?jiǎn)未纹屏?/p>

3)中國地震的發(fā)震時(shí)刻為當(dāng)?shù)貢r(shí)間(世界時(shí)+8小時(shí))。對(duì)于雅江和麗江地震，走滑破裂可能不是主要的震源機(jī)制(Wangetal，1997；Long，2004)

4)表中所有地震震級(jí)均采用MS。地方震震級(jí)ML<4.0的地震通過MS=ML(Wang and Yu，2009)換算成MS

5)在深度列中(主震)，左邊的數(shù)值從地震目錄中獲得，右邊的數(shù)值從發(fā)表文獻(xiàn)中查得。單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)表示各個(gè)數(shù)據(jù)源的值一致

6)N/Mfmax分別表示前震的數(shù)目和最大震級(jí)。橫線表示沒有前震

7)持續(xù)時(shí)間是第一個(gè)記錄到的前震與主震的間隔

圖7　前震發(fā)生與破裂形態(tài)的關(guān)系。堆疊柱狀圖上的標(biāo)注表示各個(gè)國家、各種情況的地震數(shù)目(A：美國；C：中國)。例如1類的陰影柱內(nèi)，A2和C4表示包括2個(gè)美國地震和4個(gè)中國地震。當(dāng)一起考慮中國和美國的數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)該柱狀圖，1類、2類和3類地震的前震率分別是6∶7，2∶13和11∶17。數(shù)據(jù)顯示，2類地震的前震率低于另外兩種類型。此外，單獨(dú)考慮每個(gè)國家的數(shù)據(jù)時(shí)，三種類型的地震在中國的前震率分別是4∶5，2∶10和8∶13，在美國分別是2∶2，0∶3和3∶4。因此，相同的趨勢(shì)仍然占據(jù)優(yōu)勢(shì)，即2類地震具有最低的前震率

某些特定地震之前一些前震的定位結(jié)果也支持這個(gè)觀點(diǎn)，例如海城、玉樹、約書亞特里、姚安和興海地震。在這些地震中只觀測(cè)到一個(gè)或幾個(gè)前震，它們都位于互鎖區(qū)域及其附近。但是，由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性，并非每個(gè)地震的所有前震都必須發(fā)生在互連區(qū)域。如果出現(xiàn)任何比張性互連更適合的其他類型的各向異性，前震就可能發(fā)生在遠(yuǎn)離互連區(qū)域的位置。這種情況下，并不清楚前震是獨(dú)立的地震，還是即將到來主震的起始過程的一部分。

本項(xiàng)研究的全部走滑事件平均深度約為14.3km，但根據(jù)中國地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心和美國地質(zhì)調(diào)查局地震信息中心目錄數(shù)據(jù)(見“數(shù)據(jù)與來源”)，28個(gè)中國地震平均深度是16.2km。這些深度與全球矩心矩張量(Global CMT)目錄中的大體一致，其走滑事件深度中值是15km(Reasenbergetal，1999)。

圖8　(a)作為主震深度函數(shù)的前震率。(b)作為主震震級(jí)函數(shù)的前震率。數(shù)據(jù)從表1獲得，數(shù)據(jù)點(diǎn)上方和下方的數(shù)字表示每個(gè)震級(jí)間隔的主震總數(shù)。圖b中，對(duì)于主震對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的深度值的情況，如果該地震有前震就采用深度較淺的值，如果沒有前震就采用較深的值。前震率似乎與主震的深度和震級(jí)均無關(guān)

由于不同數(shù)據(jù)源間的不一致性，某些時(shí)候，某些地震給出了不同的深度，比如唐山、松潘和約書亞特里地震(表1)。本項(xiàng)研究使用下面的規(guī)則來確定每個(gè)地震的深度。有前震的主震采用較淺的深度，沒有前震的地震則采用較深的深度。該規(guī)則旨在表明，如果有前震，前震的發(fā)生會(huì)隨震源深度的增加而減少這一關(guān)系。但即使采用上面的數(shù)據(jù)預(yù)處理措施，圖8a中也辨別不出這種趨勢(shì)。類似地，使用單一目錄的數(shù)據(jù)，也沒有觀測(cè)到前震發(fā)生與地震深度之間的確定關(guān)系。

目前的結(jié)果看似與之前的研究(Abercrombie and Mori，1996)所觀測(cè)到的前震發(fā)生—地震深度關(guān)系相沖突。鑒于以下三個(gè)方面，這種不一致性是可以理解的。(1)本研究只討論走滑型地震，但Abercrombie和Mori(1996)分析的數(shù)據(jù)是以三種類型的地震為基礎(chǔ)的。不同震源機(jī)制的地震可能有不同的前震率和平均深度(Abercrombie and Mori，1996；Reasenberg，1999)；(2)這里研究的大部分地震發(fā)生在中國，而Abercrombie和Mori(1996)報(bào)告的數(shù)據(jù)集中在美國西部。構(gòu)造環(huán)境可能影響結(jié)果。例如，對(duì)加利福尼亞州地震目錄來說，走滑事件比逆沖事件有更高的前震率，但全球矩心矩張量目錄顯現(xiàn)出了相反的事實(shí)(Reasenberg，1999)；(3)不同數(shù)據(jù)源有時(shí)提供了不同的地震深度，尤其對(duì)于幾十年前的地震。本研究考慮到了數(shù)據(jù)的不一致性，但之前的研究沒有提及這點(diǎn)，盡管這可能并不重要。

圖9　(a)作為主震函數(shù)的最大前震震級(jí)。(b)前震持續(xù)時(shí)間(以小時(shí)為單位)與主震震級(jí)的關(guān)系。(c)前震持續(xù)時(shí)間與主震深度的關(guān)系。所有的數(shù)據(jù)都從表1的19個(gè)地震的前震得到。圖a中，對(duì)于震級(jí)是Mm的主震而言，最大前震震級(jí)隨機(jī)分布在Mfmin和Mm之間。在圖b，c中，前震持續(xù)時(shí)間似乎與主震的震級(jí)和深度均無關(guān)

亦如圖8b所示，前震發(fā)生與主震震級(jí)的關(guān)系并不能被明顯識(shí)別。如果主震可被解釋為沿著整個(gè)斷層面破裂，其震級(jí)就應(yīng)主要受巖石中儲(chǔ)存的能量控制，這不僅取決于斷層面形態(tài)，還取決于圍壓、溫度和巖性等。本文討論的許多前震可能都與斷層階躍或共面幾何形態(tài)有關(guān)，這僅僅是斷層形態(tài)的一個(gè)參數(shù)。因此它們可能不能表示積聚在巖石中的總能量。而且，儲(chǔ)存的能量可能沒有一次性完全釋放，比如有時(shí)以震群的形式釋放。因此，單獨(dú)的前震發(fā)生并非即將發(fā)生主震的可靠的指示器。之前已經(jīng)有相似的結(jié)果(Jones and Molnar，1979；Abercrombie and Mori，1996)。

為了預(yù)測(cè)后續(xù)主震的震級(jí)，許多文章都研究了最大前震與主震之間可能的震級(jí)關(guān)系。本文的數(shù)據(jù)表明，除了前震震級(jí)總是小于主震的情況之外(圖9a)，最大前震與主震的震級(jí)之間沒有可識(shí)別的關(guān)系。這說明前震震級(jí)不能用來可靠地預(yù)測(cè)主震震級(jí)。這個(gè)結(jié)果與一些研究所概括的相符(Jones and Molnar，1979；Agnew and Jones，1991；Reasenberg，1999；Papadopoulosetal，2000)，而與另一些研究不相符(Papazachos，1975；Smith，1981；Lindh and Lim，1995)。后者估算的主震與最大前震的震級(jí)差大約是2級(jí)，相關(guān)系數(shù)較低。

我們研究了前震持續(xù)時(shí)間與主震震級(jí)和深度之間可能的相關(guān)性，在圖9b和9c中給出。盡管前震持續(xù)時(shí)間隨主震震級(jí)(Papadopoulosetal，2000)和深度(Jones，1984)的增加而減少曾在統(tǒng)計(jì)學(xué)上得以揭示，但本研究卻并沒有觀測(cè)到這種相關(guān)性。圖9b和9c中，前震持續(xù)時(shí)間似乎各自與主震震級(jí)和深度無關(guān)。這種不一致性需要進(jìn)一步在這方面加以研究。

在本研究中，小地震事件可能因記錄不完整而被忽略。我們集中研究中國MS≥6.0的走滑型地震。1類地震的樣本量可能不足以得出有代表性的前震率。如果可以得到或包括更多的數(shù)據(jù)，那么1類和3類地震的前震率差別可能小于當(dāng)前的結(jié)果。

3　結(jié)論

基于對(duì)37個(gè)走滑地震數(shù)據(jù)的分析，我們發(fā)現(xiàn)2類地震的前震率比其他兩種類型的地震低，這可能歸因于2類地震缺少張性巖橋。另外，就本項(xiàng)研究而言，我們并沒有觀測(cè)到前震率與主震深度之間的確定性關(guān)系，這說明震源深度對(duì)前震發(fā)生的影響是復(fù)雜的。

數(shù)據(jù)與來源

中國地震信息網(wǎng)和中國地震數(shù)據(jù)共享中心可分別使用http：//www.csi.ac.cn/和http：//data.earthquake.cn/data/檢索訪問(最后訪問時(shí)間均為2013年10月)。美國地震調(diào)查局國家地震信息中心可通過http：//earthquake.usgs.gov/regional/neic/訪問(最后訪問時(shí)間為2013年10月)。

Abercrombie，R.E.，and J.Mori(1996).Occurrence patterns of foreshocks to large earthquakes in the western United States，Nature381，303-307.

Agnew，D.C.，and L.M.Jones(1991).Prediction probabilities from foreshocks，J.Geophys.Res.96，no.B7，11，959-11，971.

Bernard，P.，P.Pinettes，P.Hatzidimitriou，E.Scordilis，G.Veis，and P.Milas(1997).From precursors to prediction：A few recent cases from Greece，Geophys.J.Int.131，no.3，467-477.

Beroza，G.C.(1991).Near-source modeling of the Loma Prieta earthquake：Evidence for heterogeneous slip and implications for earthquake ha-zard，Bull.Seismol.Soc.Am.81，no.5，1603-1621.

Bouchon，M.，H.Karabulut，M.Aktar，S.Ozalaybey，J.Schmittbuhl，and M.-P.Bouin(2011).Extended nucleation of the 1999Mw7.6 Izmit earthquake，Science331，no.6019，877-880.

Brodsky，E.E.，and T.Lay(2014).Recognizing foreshocks from the 1 April 2014 Chile earthquake，Science344，no.6185，700-702.

Chen，Y.，and G.Cui(2001).Anomaly diagrams of seismicity and characteristics of seismic sequence before Xinghai earthquake withMS6.6，Earthq.Res.Plateau13，no.1，14-20 in Chinese).

Diao，G.，S.Zhang，S.Wang，X.Long，and J.Wang(1999).Three dimensional characteristics of the seismologic faults in WudingMS6.5 earthquake，Yunnan，1995，ActaSeismol.Sinica21，no.4，361-366(in Chinese).

Dodge，D.A.，G.C.Beroza，and W.Ellsworth(1996).Detailed observations of California foreshock sequences：Implications for the earthquake initiation process，J.Geophys.Res.101，no.B10，22，371-22，392.

Doser，D.I.(1990).Foreshocks and aftershocks of large(M≥5.5)earthquakes within the Western Cordillera of the United States，Bull.Seismol.Soc.Am.80，no.1，110-128.

Felzer，K.R.，R.E.Abercrombie，and G.Ekstrom(2004).A common origin for aftershocks，foreshocks，and multiplets，Bull.Seismol.Soc.Am.94，no.1，88-98.

Felzer，K.R.，T.W.Becker，R.E.Abercrombie，G.Ekstrom，and J.R.Rice (2002).Triggering of the 1999MW7.1 Hector Mine earthquake by aftershocks of the 1992MW7.3 Landers earthquake，J.Geophys.Res.107，no.B9，ESE 6-1-ESE 6-13.

Fonseka，G.M.，S.A.F.Murrell，and P.Barnes(1985).Scanning electron microscope and acoustic emission studies of crack development in rocks，Int.J.RockMech.Min.Sci.Geomech.Abstr.22，no.5，273-289.

Geller，R.J.，D.D.Jackson，Y.Y.Kagan，and F.Mulargia(1997).Enhanced：Earthquakes cannot be predicted，Science275，no.5306，1616-1620.

Hainzl，S.，G.Zoller，and J.Kurths(1999).Similar power laws for foreshock and aftershock sequences in a spring-block model for earthquakes，J.Geophys.Res.104，no.B4，7243-7253.

Hamilton，R.M.(1969).Seismological studies of the Gisborne earthquake sequence，1966，inGisborneEarthquake，New Zealand Department of Scientific and Industrial Research，Geophysics Division，New Zealand，7-23.

Hauksson，E.，L.M.Jones，K.Hutton，and D.Eberhart-Phillips(1993).The 1992 Landers earthquake sequence：Seismological observations，J.Geophys.Res.98，no.B11，19，835-19，858.

Helmstetter，A.，and D.Sornette(2003).Foreshocks explained by cascades of triggered seismicity，J.Geophys.Res.108，no.B10，doi：10.1029/2003 JB002409.

Hoek，E.，and C.Martin(2014).Fracture initiation and propagation in intact rock.A review，J.RockMech.Geotech.Eng.6，no.4，287-300.

Hua，W.，J.Liu，S.Zheng，and Z.Chen(2006).The characteristic analysis and seismic triggering study of the DayaoM6.2 andM6.1 earthquake sequences in 2003，Earthq.Res.China22，no.1，10-23(in Chinese).

Ichinose，G.A.，K.D.Smith，and J.G.Anderson(1998).Moment tensor solutions of the 1994 to 1996 Double Spring Flat，Nevada，earthquake sequence and implications for local tectonic models，Bull.Seismol.Soc.Am.88，no.6，1363-1378.

Jones，L.M.(1984).Foreshocks(1966-1980) in the San Andreas system，California，Bull.Seismol.Soc.Am.74，no.4，1361-1380.

Jones，L.，and P.Molnar(1976).Frequency of foreshocks，Nature262，677-679.

Jones，L.M.，and P.Molnar(1979).Some charac-teristics of foreshocks and their possible relationship to earthquake prediction and premonitory slip on faults，J.Geophys.Res.84，no.B7，3596-3608.

Jones，L.M.，W.Han，E.Hauksson，A.Jin，Y.Zhang，and Z.Luo(1984).Focal mechanisms and aftershock locations of the Songpan earthquakes of August 1976 in Sichuan，China，J.Geophys.Res.89，no.B9，7697-7707.

Kagan，Y.，and L.Knopoff(1978).Statistical study of the occurrence of shallow earthquakes，Geophys.J.Int.55，no.1，67-86.

Kanamori，H.(1981).The nature of seismicity patterns before large earthquakes，inEarthquakePrediction，D.W.Simpson and P.G.Richards(Editors)，American Geophysical Union，Washington，D.C，doi：10.1029/ME004p0001.

Kato，A.，K.Obara，T.Igarashi，H.Tsuruoka，S.Nakagawa，and N.Hirata(2012).Propagation of slow slip leading up to the 2011MW9.0 Tohoku-Oki earthquake，Science335，no.6069，705-708.

Knopoff，L.，Y.Kagan，and R.Knopoff(1982).bva-lues for foreshocks and aftershocks in real and simulated earthquake sequences，Bull.Seismol.Soc.Am.72，no.5，1663-1676.

Lin，P.，and J.M.Logan(1991).The interaction of two closely spaced cracks：A rock model study，J.Geophys.Res.96，no.B13，21667-21675.

Lindh，A.，and M.Lim(1995).A clarification，correction，and updating of Parkfield，California，earthquake prediction scenarios and response plans，U.S.Geol.Surv.Open-FileRept.95，695 pp.

Long，F(xiàn).，Y.Zhang，X.Wen，S.Ni，and Z.Zhang(2010).Focal mechanism solution ofML≥4.0 events in theMS6.1 Panzhihua-Huili earthquake sequence of Aug 30，2008，ChineseJ.Geophys.53，no.012，2852-2860(in Chinese).

Long，S.(2004).Fracture characters and statutory of the Yajiang earthquake sequence with Ms 6.0 in the Sichuan region in 2001，Earthq.Res.China20，no.1，1-11(in Chinese).

Maeda，K.(1996).The use of foreshocks in probabilistic prediction along the Japan and Kuril trenches，Bull.Seismol.Soc.Am.86，no.1A，242-254.

Magistrale，H.，L.Jones，and H.Kanamori(1989).The Superstition Hills，California，earthquakes of 24 November 1987，Bull.Seismol.Soc.Am.79，no.2，239-251.

Michael，A.J.，and L.M.Jones(1998).Seismicity alert probabilities at Parkfield，California，revisited，Bull.Seismol.Soc.Am.88，no.1，117-130.

Mignan，A.(2014).The debate on the prognostic value of earthquake foreshocks：A meta-analysis，Scientif.Rept.4，1-5，doi：10.1038/srep04099.

Mogi，K.(1963).Some discussions on aftershocks，foreshocks and earthquake swarms：The fracture of a semi-infinite body caused by an inner stress origin and its relation to the earthquake phenomena(third paper)，Bull.Earthq.Res.Inst.41，615-658.

Molchan，G.，T.Kronrod，and A.Nekrasova(1999).Immediate foreshocks：Time variation of thebvalue，Phys.EarthPlanetIn.111，no.3，229-240.

Ogata，Y.，and K.Katsura(2014).Comparing foreshock characteristics and foreshock forecasting in observed and simulated earthquake catalogs，J.Geophys.Res.119，no.11，8457-8477.

Ogata，Y.，T.Utsu，and K.Katsura(1996).Statistical discrimination of foreshocks from other earthquake clusters，Geophys.J.Int.127，no.1，17-30.

Ohnaka，M.(1992).Earthquake source nucleation：A physical model for short-term precursors，Tectonophysics211，nos.1/4，149-178.

Oppenheimer，D.H.，P.A.Reasenberg，and R.W.Simpson(1988).Fault plane solutions for the 1984 Morgan Hill，California，earthquake sequence：Evidence for the state of stress on the Calaveras fault，J.Geophys.Res.93，no.B8，9007-9026.

Papadopoulos，G.A.，M.Charalampakis，A.Fokaefs，and G.Minadakis(2010).Strong foreshock signal preceding the L’Aquila(Italy) earthquake(MW6.3)of 6 April 2009，Nat.Ha-zardsEarthSyst.Sci.10，no.1，19-24.

Papadopoulos，G.A.，G.Drakatos，and A.Plessa(2000).Foreshock activity as a precursor of strong earthquakes in Corinthos Gulf，central Greece，Phys.Chem.Earth25，no.3，239-245.

Papazachos，B.C.(1975).Foreshocks and earthquake prediction，Tectonophysics28，no.4，213-226.

Park，C.H.，and A.Bobet(2010).Crack initiation，propagation and coalescence from frictional flaws in uniaxial compression，Eng.Fract.Mech.77，no.14，2727-2748.

Reasenberg，P.A.(1999).Foreshock occurrence before large earthquakes，J.Geophys.Res.104，no.B3，4755-4768.

Scholz，C.(1968).Microfractures，aftershocks，and seismicity，Bull.Seismol.Soc.Am.58，no.3，1117-1130.

Silver，P.，and T.Masuda(1985).A source extent analysis of the Imperial Valley earthquake of October 15，1979，and the Victoria earthquake of June 9，1980，J.Geophys.Res.90，no.B9，7639-7651.

Smith，E.G.(1981).Foreshocks of shallow New Zealand earthquakes，NewZealandJ.Geol.Geophys.24，nos.5/6，579-584.

Smith，K.D.，and K.F.Priestley(1988).The foreshock sequence of the 1986 Chalfant，California，earthquake，Bull.Seismol.Soc.Am.78，no.1，172-187.

Sun，X.，X.Xu，L.Chen，X.Tan，G.Yu，Z.Li，G.Su，J.Wang，and X.Zhang(2012).Surface rupture features of the 2010 Yushu earthquake and its tectonic implication，Chin.J.Geophys.55，no.1，155-170(in Chinese).

Sylvester，A.G.(1988).Strike-slip faults，Geol.Soc.Am.Bull.100，no.11，1666-1703.

Tang，R.，D.Wen，T.Deng，and S.Huang(1976).A preliminary study on the characteristics of the ground fractures during the Luhuo earthquake(M7.9)，1973 and the origin of the earthquake，ChineseJ.Geophys.19，no.01，18-32(in Chinese).

Thanassoulas，C.，and V.Klentos(2010).How“Short”a“Short-term earthquake prediction”can be? A review of the case of Skyros Island，Greece，EQ(26/7/2001，MS6.1 R)，available at http：//arxiv.org/abs/1002.2162(last accessed May 2015).

Tormann，T.，M.K.Savage，E.G.Smith，M.W.Stirling，and S.Wiemer(2008).Time-，distance-，and magnitude-dependent foreshock probability model for New Zealand，Bull.Seismol.Soc.Am.98，no.5，2149-2160.

Wang，S，and Y.Yu(2009).Research on empirical relationship of earthquake magnitude scales and its influence on seismicity parameters，Technol.Earthq.DisasterPrevent.4，no.2，141-149(in Chinese).

Wang，S.，X.Long，and Z.Li(2002).Focal fault and stress field of Yao’anM6.5 earthquake on January 15，2000，Earthq.Res.China18，no.1，59-66(in Chinese).

Wang，S.，X.Long，and S.Luo(1997).The focal mechanism，seismogenic stress field and rupture characteristics of the Lijiang earthquake sequence，J.Seismol.Res.20，no.1，26-34(in Chinese).

Wang，T.，H.Xiang，Z.Fang，Q.Deng，F(xiàn).Ji，S.Cheng，and H.Xu(1976).A study of the geotectonic background and seismogenic structures of Haicheng earthquake，Sci.Geol.Sin.3，205-212(in Chinese).

Wang，Y.，and F.Tonon(2009).Modeling Lac du Bonnet granite using a discrete element model，Int.J.RockMech.Min.Sci.46，no.7，1124-1135.

Xie，Y.，Y.Li，J.Zhang，X.Li，and N.Liu(2007).Seismogenic structure of the 2007 Ning’er，Yunnan，MS6.4 earthquake，J.Seismol.Res.30，no.4，350-358(in Chinese).

Xu，X.，G.Yu，F(xiàn).Wang，M.Gu，Z.Sun，B.Liu，and H.You(2000).Seismogenic model for the 1966 Xingtai earthquake—nucleation of newborn fault or strike-slip of pre-existing fault?Earthq.Res.China16，no.04，364-382(in Chinese).

Yagi，Y.，R.Okuwaki，B.Enescu，S.Hirano，Y.Yamagami，S.Endo，and T.Komoro(2014).Rupture process of the 2014 Iquique Chile earthquake in relation with the foreshock activity，Geophys.Res.Lett.41，no.12，4201-4206.

Zaliapin，I.，and Y.Ben-Zion(2013).Earthquake clusters in southern California I：Identification and stability，J.Geophys.Res.118，no.6，2847-2864.

Zhang，S.，G.Diao，S.Wang，and X.Long(1994).Rupture characteristics of the 1976 Longling earthquake sequence，Earthq.Res.China10，no.2，152-159(in Chinese).

Zhang，S.，S.Wang，X.Long，and G.Diao(1995).Fracture feature of 1976 Yanyuan-Ninglang earthquake sequence，Earthquake3，no.2，275-279(in Chinese).

Zhang，Z.，and S.Liu(1982).The focal characteristics of the Tonghai earthquake，Yunnan Pro-vince，on January 5，1970，ChineseJ.Geophys.25，no.05，440-447(in Chinese).

Zhang，Z.，C.Wang，X.Fang，and H.Yan(1989).An echelon fracture model for the Tangshan earth-

quake sequence as well as simulation in theory and experiment，ActaSeismol.Sinica11，no.3，291-302(in Chinese).

Zhou，S.，Z.Xu，and X.Chen(2001).Analysis on the source characteristics of the 1997 Jiashi earthquake swarm，western China，ChineseJ.Geophys.44，no.5，654-662(in Chinese).

楊志高(1981—)，男，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心工程師，主要從事速度結(jié)構(gòu)反演和地震定位研究。E-mail：yzg@seis.ac.cn。

Yi Cheng，Louis Ngai Yuen Wong.2016.Occurrence of foreshocks in large earthquakes with strike-slip rupturing.Bull.Seismol.Soc.Am.106(1)：213-224.doi：10.1785/0120140338

楊志高 譯.2016.走滑破裂型大地震中前震的發(fā)生.世界地震譯叢.47(5)：358-375.doi：10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.201605001

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41274062)資助

中國地震臺(tái)網(wǎng)中心楊志高譯；鄒立曄校

中國地震局地球物理研究所朱玉萍復(fù)校