華北地區(qū)震群活動(dòng)與強(qiáng)震

薛 艷， 陳琳榮， 黎明曉， 劉雙慶

(1．中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045；2．吉林省地震局工程地震研究所，長(zhǎng)春 130022;3. 天津市地震局，天津 300201)

華北地區(qū)震群活動(dòng)與強(qiáng)震

薛 艷1， 陳琳榮2， 黎明曉1， 劉雙慶3

(1．中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045；2．吉林省地震局工程地震研究所，長(zhǎng)春 130022;3. 天津市地震局，天津 300201)

通過(guò)系統(tǒng)研究華北地區(qū)震群活動(dòng)與強(qiáng)震的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)：①震群活動(dòng)與區(qū)域強(qiáng)震關(guān)系密切，小震群頻度的起伏可以反映區(qū)域地震活動(dòng)水平的強(qiáng)弱；②華北地區(qū)ML≥2.0震群半年累積頻度N≥8可以作為區(qū)域MS≥5.7地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)，預(yù)測(cè)時(shí)間為異常出現(xiàn)后的10個(gè)月內(nèi)，預(yù)測(cè)效能評(píng)分R=0.615，大于具有97.5%置信水平的R0(0.437)；③震群頻度指標(biāo)可以通過(guò)Molchan模型檢驗(yàn)，對(duì)于不同強(qiáng)度的目標(biāo)地震(MS≥5.0、MS≥5.5與MS≥5.7地震)，其預(yù)測(cè)效能均好于Poisson模型，其中60%目標(biāo)地震的預(yù)測(cè)概率增益可以達(dá)到2～4水平；④區(qū)域震群對(duì)強(qiáng)震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)意義有限：在張北6.2級(jí)、瑞昌5.7級(jí)與前郭5.8級(jí)地震前2年，與強(qiáng)震相關(guān)的構(gòu)造帶震群活躍；震前中短期階段(2～10個(gè)月)，震群向震中及周邊遷移；而對(duì)其余4次強(qiáng)震，震群對(duì)發(fā)震地點(diǎn)沒(méi)有指示意義。

華北地區(qū)；震群；強(qiáng)震；統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)；預(yù)測(cè)指標(biāo)

0 引言

震群與強(qiáng)震的關(guān)系很早就引起了地震學(xué)家的關(guān)注。Kanamori[1]發(fā)現(xiàn)，在日本和歌山附近震群活動(dòng)非常突出，且有感地震頻次與菲律賓海板塊北部邊界帶的8級(jí)以上地震密切相關(guān)，并用數(shù)值模擬方法予以解釋。在我國(guó)淺源大地震前若干年，在未來(lái)震中區(qū)及其周圍大范圍地區(qū)，震群活動(dòng)顯著增多[2]。

有關(guān)震群和強(qiáng)震的關(guān)系研究大致可以分為2個(gè)方面，一是根據(jù)震群序列本身，分別從序列在時(shí)、空、強(qiáng)方面表現(xiàn)出來(lái)的某些特征，以及在序列發(fā)展的物理背景上(如波形變化、震源參數(shù)等)尋找表征前兆性震群的某些特征指標(biāo)[3-7]。近年來(lái)，隨著數(shù)字化波形資料的使用，學(xué)者們通過(guò)高精度定位、震源機(jī)制解等手段確定某個(gè)震群的發(fā)震斷層及破裂機(jī)制，探討震群的成因[8-10]。另一方面的研究涉及一個(gè)較大區(qū)域范圍內(nèi)震群時(shí)空演化的群體特征，尋找與強(qiáng)震孕育和發(fā)生的關(guān)系。姜秀娥等[11]研究了1967—1979年華北區(qū)域震群的時(shí)空活動(dòng)特征與唐山地震的關(guān)系；薛艷等[12]研究了唐山地震前后華北區(qū)域震群及前兆震群的時(shí)空演化特征；敖雪明等[13]系統(tǒng)研究了天山地震帶7級(jí)左右強(qiáng)震前的區(qū)域震群活動(dòng)特征。研究表明，在強(qiáng)震前，區(qū)域震群活動(dòng)增強(qiáng)可能是一個(gè)共性特征。

本文作者在日常震情跟蹤工作中積累了1995年以來(lái)華北及附近地區(qū)(30°～43°N，108°～124°E)的震群資料，并一直應(yīng)用震群頻次的起伏變化預(yù)測(cè)該區(qū)中強(qiáng)以上地震1,2,3。本文將系統(tǒng)研究區(qū)域震群活動(dòng)與中強(qiáng)以上地震的關(guān)系，同時(shí)提煉震群預(yù)測(cè)指標(biāo)，為震情跟蹤提供判定依據(jù)。

1 華北地區(qū)1995年以來(lái)地震目錄最小完整性震級(jí)

地震目錄是進(jìn)行地震活動(dòng)性研究的基礎(chǔ)資料，完整的地震目錄是地震活動(dòng)性研究結(jié)果可靠性的保證。黃瑋瓊等[14]研究結(jié)果顯示，北京、天津、河北、山西和山東地區(qū)從1970年開(kāi)始ML3.0地震基本完整，安徽中北部及附近地區(qū)1971年開(kāi)始ML3.0地震基本完整;焦遠(yuǎn)碧等[15]研究結(jié)果顯示，1979年以后華北地區(qū)(32°～42°N，110°～122°E)的測(cè)震臺(tái)網(wǎng)可以控制ML≥2.5地震；魏富勝等[16]研究了1990—2005年中國(guó)大陸地區(qū)地震觀測(cè)的完整震級(jí)下限，結(jié)果顯示，京津唐地區(qū)ML1.0以上地震基本完備,華北北部(渤海除外)、鄂爾多斯北緣、東緣、南緣、遼寧中西部、安徽和江蘇南部及湘、贛、皖交界地區(qū)ML≥1.5地震基本完整,華北其他地區(qū)ML2.0以上地震基本完整。2007年完成的“十五”計(jì)劃，使得地震觀測(cè)技術(shù)有了重要進(jìn)步，大大加強(qiáng)了地震觀測(cè)的靈活性和可靠性。

2 震群資料的處理與震群頻度隨時(shí)間的變化

2.1 震群的選取原則

本文確定震群的原則主要參照姜秀娥等[11]的約定，具體判定原則如下：

1)同一地點(diǎn)(半徑20 km范圍內(nèi))的一群地震中，在半個(gè)月內(nèi)至少有3個(gè)主要地震，滿足M1>M2>M3，且ΔM1,2≤1，ΔM2,3≤1(ΔM1,2=M1-M2，ΔM2,3=M2-M3)，但M1<6.0。

2)震群活動(dòng)峰值日(連續(xù)24小時(shí))的地震頻度N滿足以下條件之一：ML≥1.0，N≥7；ML≥1.5，N≥5；ML≥2.0，N≥4；ML≥2.5，N≥3(當(dāng)這3次地震有2次3級(jí)以上時(shí)，M3≥2.0即可)。

3)對(duì)于持續(xù)活動(dòng)數(shù)日至數(shù)年的震群點(diǎn)，當(dāng)發(fā)生新的顯著地震且伴隨小震的爆發(fā)活動(dòng)，同時(shí)這些地震又滿足1)、2)兩個(gè)條件者，可作為新的一次震群事件。

4)對(duì)于強(qiáng)震的余震活動(dòng)區(qū)，則以正常的衰減曲線為基線，凡高于基線，且滿足1)、2)兩個(gè)條件者，算作一次震群事件。

依據(jù)以上原則，華北地區(qū)(30°～43°N，108°～124°E)1995—2015年間共發(fā)生188次2級(jí)以上震群，其中2.0～2.9級(jí)79次，3.0～3.9級(jí)87次，4.0～4.9級(jí)20次，5.0～5.9級(jí)2次。平均每年大約發(fā)生9次2級(jí)以上震群。這些震群主要分布在張渤地震帶、汾渭地震帶的中北段、河北平原帶南段及遼寧、山東半島、江蘇及安徽地區(qū)(圖1a)。1996—2005年，華北及鄰區(qū)(圖1b)共發(fā)生21次MS≥5.0地震(不含余震)，其中10次MS≥5.5地震，MS≥6.0地震3次，最大為1996年5月3日內(nèi)蒙古包頭6.4級(jí)地震。

圖1 華北及鄰區(qū)震群(a: 1995—2015年)與MS≥5.0地震空間分布(b：1996—2005年)

考慮大華北地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)能力，認(rèn)為1995年以來(lái)，除了海域，其他地區(qū)2級(jí)以上震群大體完整。圖2a～2c分別是ML≥2.0、ML≥3.0和ML≥4.0震群年頻度圖，圖2d是華北及鄰區(qū)MS≥5.5地震活動(dòng)M-t圖。可以看出，1995年以來(lái)2級(jí)以上震群年頻度介于4～16次之間，沒(méi)有出現(xiàn)早期震群年頻度明顯少于近年來(lái)的情況(圖2a)。這表明，1995年以來(lái)華北地區(qū)2.0級(jí)以上震群基本完備。

2.0級(jí)以上震群頻度與3.0級(jí)以上震群頻度起伏變化大體一致。在1995—1999年、2002—2005年和2012—2015年3個(gè)時(shí)段，震群年頻度較高。與此相對(duì)應(yīng)的是，在此3個(gè)階段，華北及鄰區(qū)均發(fā)生了5.5級(jí)以上地震。而4.0級(jí)以上震群由于數(shù)量少，年頻度起伏與5.5級(jí)以上地震活動(dòng)的相關(guān)性不好(圖2)。

a ML≥2.0； b ML≥3.0； c ML≥4.0； d M-t圖圖2 區(qū)域震群年頻度及大華北及鄰區(qū)MS≥5.5地震M-t圖

2.2 區(qū)域震群頻度隨時(shí)間的變化與中強(qiáng)以上地震

圖3是華北地區(qū)(30°～43°N，108°～124°E)2級(jí)以上震群頻度曲線(窗長(zhǎng)6個(gè)月，滑動(dòng)步長(zhǎng)1個(gè)月)，在其中標(biāo)注了華北及鄰區(qū)(圖1b)1996年以來(lái)發(fā)生的所有5.0級(jí)以上地震(沒(méi)有標(biāo)注黃海海域發(fā)生的小于6.0級(jí)的地震)。

由圖3可以看出，震群高頻度與5.0級(jí)以上地震具有較好的相關(guān)性。值得注意的是，2008—2011年震群頻度也比較高，這可能與2008年5月12日四川汶川8.1級(jí)地震與2011年3月11日日本MW9.1地震有關(guān)。

表1列出了震群頻次N≥8開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)間及后續(xù)5.7級(jí)以上地震，這些地震包括了華北地塊及其邊緣在此期間發(fā)生的所有MS≥5.7地震(圖1b)。可以看出，1995年以來(lái)震群頻度共出現(xiàn)8組N≥8的高值，其中7組高值后華北及鄰區(qū)發(fā)生了5.7級(jí)以上地震，1組高值后沒(méi)有發(fā)生5.7級(jí)以上地震。強(qiáng)震發(fā)生在震群頻度高值出現(xiàn)后的3～13個(gè)月，其中86%的地震發(fā)生在高值后的10個(gè)月內(nèi)。

圖3 華北地區(qū)ML≥2.0震群頻度曲線(6個(gè)月窗長(zhǎng)，1個(gè)月滑動(dòng))與5.0級(jí)以上地震

序號(hào)震群高頻度(N≥8)出現(xiàn)的時(shí)間高頻度后MS≥5.7地震高頻度出現(xiàn)的時(shí)間距離中強(qiáng)震發(fā)生的時(shí)間差/月11996-01-251996-05-03包頭MS6.41996-11-09南黃海MS6.13.29.521997-05-191998-01-10張北MS6.27.732002-07-222003-08-16巴林左旗MS5.912.842005-08-052005-11-26瑞昌MS5.73.752012-07-29無(wú)62013-04-252013-10-31前郭MS5.52013-11-23前郭MS5.8772014-03-212015-04-15阿拉善左旗MS5.81382015-01-152015-04-15阿拉善左旗MS5.83

如果將震群頻度N≥8作為異常，則共出現(xiàn)8組高值異常。如果以10個(gè)月為預(yù)報(bào)時(shí)間，則虛報(bào)3次，報(bào)準(zhǔn)地震6次，漏報(bào)1次，異常出現(xiàn)后發(fā)震的條件概率為5/8=0.625。如果以13個(gè)月為預(yù)測(cè)時(shí)間，則虛報(bào)1次，漏報(bào)0次。1996—2015年預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)5.7級(jí)以上地震在10個(gè)月內(nèi)的自然概率(平均發(fā)震率，不考慮余震)為0.38。顯然，當(dāng)出現(xiàn)震群高值異常后發(fā)生5.7級(jí)以上地震的條件概率明顯高于自然概率。

為了評(píng)價(jià)震群高頻次的地震預(yù)測(cè)效能，本文利用許紹燮[17]提出的R值評(píng)分(公式1)來(lái)評(píng)估。

(1)

將異常出現(xiàn)后10個(gè)月作為預(yù)測(cè)時(shí)間，則預(yù)測(cè)總時(shí)間為61個(gè)月(9.5+7.7+3.7+7+3+3×10=61)，預(yù)報(bào)研究的總時(shí)間為 (2015-1995+1)×12=252個(gè)月，則根據(jù)公式(1)，預(yù)測(cè)效能評(píng)分R=6/7-61/252=0.615，具有97.5%置信水平的R0=0.437，顯然R>R0，即震群半年累積頻次N≥8可以作為華北地區(qū)5.7級(jí)以上地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2.3 應(yīng)用Molchan圖表法對(duì)震群頻度的地震預(yù)測(cè)效能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

Molchan圖表法(MED)可以對(duì)地震前兆的預(yù)報(bào)效能進(jìn)行評(píng)估，并得到概率增益曲線[18-19]。定義時(shí)空占有率為τ，漏報(bào)率為υ。當(dāng)前兆異常閾值由最高變化到最低值時(shí)，時(shí)空占有率τ從0變到1，漏報(bào)率υ則從1變化到0。圖4給出了當(dāng)前兆指標(biāo)函數(shù)作為報(bào)警閾值變化時(shí)τ隨υ的變化曲線。很容易看到，在完全隨機(jī)猜測(cè)的情況下，υ=1-τ，是一條連接(0,1)和(1,0)的直線(圖4中Gain=1的實(shí)線，即Poisson模型)。一個(gè)比完全隨機(jī)的Poisson分布好的預(yù)警指標(biāo)，υ-τ曲線應(yīng)該在Gain=1實(shí)線的下方；而在Gain=1實(shí)線的上方的υ-τ曲線的預(yù)警指標(biāo)的預(yù)測(cè)效能比Poisson模型差(圖4)。

在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，貝葉斯公式可表示為

P(E|A)=P(A|E)×P(E)/P(A) 。

(2)

式中：E表示地震；A表示前兆異常；P(E|A)表示有異常前兆下的地震發(fā)生條件概率；P(A|E)表示地震發(fā)生前，前兆異常出現(xiàn)的概率；P(E)為地震發(fā)生概率；P(A)為前兆異常出現(xiàn)的概率。概率增益可定義為：

Gain=P(E|A)/P(E) =P(A|E)/P(A) 。

(3)

根據(jù)式(3)可以得到概率增益Gain=1、Gain=2、Gain=3、Gain=4的直線，通過(guò)Molchan圖表計(jì)算可以得到如圖4所示關(guān)系圖。

圖4 Molchan圖表模板

為了評(píng)估震群頻度的預(yù)測(cè)效能，首先構(gòu)建震群頻度函數(shù)，確定6個(gè)月窗長(zhǎng)，1個(gè)月滑動(dòng)，對(duì)震群頻度進(jìn)行采樣，這樣得到一個(gè)頻度序列，1個(gè)月1個(gè)值。

首先按照固定時(shí)間間隔劃定N個(gè)單元，依次為每個(gè)單元賦值。如果第i個(gè)單元的異常值，為第i+1個(gè)單元地震的前兆，則可以對(duì)每個(gè)地震都可以得到一個(gè)特征值。以該特征值為閾值，分別計(jì)算時(shí)空占有率和漏報(bào)率；依次下調(diào)閾值，計(jì)算時(shí)空占有率和漏報(bào)率，直到漏報(bào)率為零，并將結(jié)果投影到Molchan圖表。取1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月等不同的時(shí)間間隔來(lái)劃分單元，取均值作為單元的異常值。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)單元時(shí)間長(zhǎng)度為3個(gè)月時(shí)預(yù)測(cè)效果最好。圖5a～5c分別是MS≥5.0、MS≥5.5與MS≥5.7地震的檢驗(yàn)結(jié)果，可以看出，對(duì)于不同強(qiáng)度的目標(biāo)地震，利用震群頻度進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)效能均好于Poisson模型。在18次5.0級(jí)以上地震中，有11次地震的預(yù)測(cè)概率增益為2～4；在10次5.5級(jí)以上地震中，有6次地震的預(yù)測(cè)概率增益可以達(dá)到2～4；在7次5.7級(jí)以上地震中，有4次地震的預(yù)測(cè)概率增益達(dá)到3～4。

圖5 震群頻度的預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果(a：MS≥5.0；b：MS≥5.5；c：MS≥5.7；單元時(shí)間長(zhǎng)度均為3個(gè)月)

2.4 7次MS≥5.7地震前2年區(qū)域震群時(shí)空演化特征

圖6給出了1996年5月3日包頭6.4級(jí)、1996年11月9日長(zhǎng)江口6.1級(jí)、1998年1月10日張北6.2級(jí)、2003年8月16日巴林左5.9級(jí)、2005年11月26日瑞昌5.7級(jí)與2013年10月31日前郭5.8級(jí)地震前區(qū)域震群的空間分布。由圖可見(jiàn)，1995年1月至1996年包頭地震前，區(qū)域震群比較活躍，主要分布在華北北部和蘇皖浙及附近地區(qū)，其中4.0級(jí)以上震群1次，為1995年7月20日河北沙城4.1級(jí)震群(圖6a中紅色五角星)，該震群一直持續(xù)活動(dòng)到1997年7月，特別是開(kāi)始活動(dòng)后至1995年底，共發(fā)生1.0級(jí)以上地震153次，其中2.0級(jí)以上地震48次，表現(xiàn)出很強(qiáng)的爆發(fā)性，該震群距離包頭地震震中約500 km。包頭6.4級(jí)地震后至南黃海6.1級(jí)地震前震群集中在張渤帶的東段—渤海附近地區(qū)，而長(zhǎng)江口南黃海6.1級(jí)地震附近沒(méi)有發(fā)生震群(圖6b)。

1996年震群主要沿張渤帶的中東段分布，其中3.0級(jí)以上震群有3月28日遼寧新金3.0級(jí)、6月17日渤海3.4級(jí)、10月15日河北唐山3.6級(jí)及12月16日北京順義4.5級(jí)震群(圖6c中藍(lán)色圓)。1997年震群主要分布在2個(gè)區(qū)域，一個(gè)是長(zhǎng)江口及其附近，發(fā)生了8月3日長(zhǎng)江口4.4級(jí)和10月20日江蘇常熟3.2級(jí)地震，這2個(gè)震群發(fā)生在1996年11月9日長(zhǎng)江口MS6.1地震后，可能是一次強(qiáng)震發(fā)生后應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整的結(jié)果[20]；另一個(gè)震群相對(duì)集中的區(qū)域?yàn)閺埐硯У奈鞫?，其?.0級(jí)以上震群有1月10日山西大同3.3級(jí)、11月2日內(nèi)蒙古涼城3.3級(jí)和12月9日山西渾源3.6級(jí)震群(圖6c中紅色圓)。顯然，張北地震前2年區(qū)域震群主要沿張渤帶分布，特別是震前2個(gè)月華北地區(qū)僅發(fā)生3次2.0級(jí)以上小震群，均集中在張北地震震中附近(圖6d)。在這些震群中尤以北京順義4.5級(jí)震群最為突出，該震群從1996年12月16日開(kāi)始一直持續(xù)至1998年3月初，共發(fā)生1.0級(jí)以上地震158次。

2002年區(qū)域震群數(shù)量顯著增多，統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)共發(fā)生8次3.0級(jí)以上震群，其中4.0級(jí)以上震群5次，分別為6月17日海城4.0級(jí)、7月14日霍山4.0級(jí)、8月3日懷來(lái)4.4級(jí)、10月12日大同4.0級(jí)和12月25日邢臺(tái)4.2級(jí)震群(圖6e藍(lán)色圓)。2003年1月至8月16日巴林左旗5.9級(jí)地震前震群數(shù)量有所減少，共發(fā)生3.0級(jí)以上震群4次，分別為1月19日邢臺(tái)3.9級(jí)、3月28日大同3.1級(jí)、5月9日安徽來(lái)安與江蘇六合交界3.1級(jí)及6月5日山東青島嶗山4.2級(jí)震群(圖6e紅色圓)。突出的震群是2003年青島嶗山4.2級(jí)震群，該震群從2003年5月21日開(kāi)始活動(dòng)一直持續(xù)到11月，發(fā)生30次1.0級(jí)以上地震，其中3.0級(jí)以上7次，4.0級(jí)以上地震2次。2004年11月1日該區(qū)再次發(fā)生4.1級(jí)地震，余震非常豐富。此外，值得注意的是，在統(tǒng)計(jì)區(qū)外圍，距離巴林左旗5.9級(jí)地震震中北西約220 km處，2002年10月20日發(fā)生了西烏珠穆沁旗5.2級(jí)震群。

2004年統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)震群數(shù)量不多，2.0級(jí)以上震群主要分布在遼寧、唐山及天津地區(qū)，其中3.0級(jí)以上震群2次，分別為3月7日海城3.5級(jí)和3月13日唐山3.9級(jí)震群(圖7f藍(lán)色圓)。2005年1月至瑞昌地震前震群數(shù)量顯著增多，特別是華北南部地區(qū)，震群數(shù)量增多明顯，發(fā)生了5月20日霍山3.2級(jí)、7月10日安徽金寨3.3級(jí)和10月2日山東聊城3.4級(jí)震群。其中金寨和霍山震群距離瑞昌5.7級(jí)地震震中約200 km(圖6f紅色圓)。

2012年大華北地區(qū)震群活動(dòng)顯著增強(qiáng)，共發(fā)生3級(jí)以上震群10次，最大為2012年7月20日江蘇寶應(yīng)5.1級(jí)震群。這些震群主要分布在郯廬斷裂帶東側(cè)，即遼寧南部至江蘇地區(qū)(圖6g藍(lán)色圓)。2013年震群持續(xù)活躍，至2013年10月31日前郭地震前共發(fā)生3.0級(jí)以上地震11次，其中9次集中分布在遼蒙交界至山東半島，最大為2013年1月21日內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗4.3級(jí)震群(圖6g紅色圓)。前郭地震發(fā)生在震群集中區(qū)的東北部，距離最近的科爾沁4.3級(jí)震群約200 km(圖6g)。

2012年以來(lái)華北地區(qū)最突出的是遼寧蓋州震群與山東乳山震群，其中蓋州震群始于2012年2月，至2016年5月12日仍在持續(xù)，共發(fā)生1級(jí)以上地震1 587次，其中4級(jí)地震8次，最大震級(jí)ML4.7。乳山震群始于2013年10月，至2016年5月12日仍在活動(dòng)，共發(fā)生ML≥1.0地震1 596次，其中4.0級(jí)以上地震4次。前郭地震發(fā)生在這2個(gè)震群活動(dòng)持續(xù)當(dāng)中。

2014年至2015年4月15日阿拉善左旗5.8級(jí)地震前，區(qū)域震群仍非?；钴S，并于2015年1月15日出現(xiàn)高值異常，2015年1月18日在距離5.8級(jí)地震約170 km處的內(nèi)蒙古臨河發(fā)生了2.8級(jí)小震群，3月8日臨河再次發(fā)生3.8級(jí)地震。從空間分布看，震群主要分布在華北東部，而鄂爾多斯西緣很少(圖6h)。

以上分析表明，區(qū)域震群對(duì)強(qiáng)震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)意義有限。在張北6.2級(jí)、瑞昌5.7級(jí)與前郭5.8級(jí)地震前2年，與主震相關(guān)的構(gòu)造帶震群活躍；震前中短期階段(2—10個(gè)月)震群向震中及周邊收縮。而在其余4次強(qiáng)震前震群對(duì)發(fā)震地點(diǎn)沒(méi)有指示意義。

a:包頭6.4級(jí)地震前(藍(lán)色與紅色圓分別表示1995年1月—1995年12月與1996年1月1日—1996年5月2日期間發(fā)生的震群)；b：包頭地震后至南黃海地震前(1996年5月3日—1996年11月8日)；c: 張北地震前 (藍(lán)色與紅色圓分別表示1996年1月—1996年12月與1997年1月—1997年12月期間發(fā)生的震群); d: 張北地震 (1997年11月1日—1998月1月9日); e: 巴林左地震前(藍(lán)色與紅色圓分別表示2002年1月—2002年12月與2003年1月1日—2003年8月23日期間發(fā)生的震群); f: 江西瑞昌地震前(藍(lán)色與紅色圓分別表示2004年1月—2004年12月與2005年1月1日—2005年11月25日期間發(fā)生的震群); g: 前郭地震前(藍(lán)色與紅色圓分別表示2012年1月—2012年12月與2013年1月1日—2013年10月30日期間發(fā)生的震群)；h：阿拉善左旗地震前(藍(lán)色圓與紅色圓分別表示2014年1月—2014年12月與2015年1月1日—2015年4月14日期間發(fā)生的震群)圖6 7次強(qiáng)震前2年左右區(qū)域震群空間分布

3 結(jié)論與討論

綜上所述，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)華北地區(qū)震群活動(dòng)與區(qū)域強(qiáng)震關(guān)系密切，小震群頻度的起伏可以反映區(qū)域地震活動(dòng)水平的強(qiáng)弱。

2)華北地區(qū)ML≥2.0震群半年累積頻度N≥8可以作為區(qū)域5.7級(jí)以上地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)，R=0.615，大于具有97.5%置信水平的R0=0.437。預(yù)測(cè)時(shí)間為異常出現(xiàn)后的10個(gè)月內(nèi)。

3)取半年震群累積頻度，滑動(dòng)步長(zhǎng)1個(gè)月為原始數(shù)據(jù)序列，應(yīng)用Molchan模型對(duì)震群頻度的檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，對(duì)于不同強(qiáng)度的目標(biāo)地震(MS≥5.0、MS≥5.5與MS≥5.7地震)，其預(yù)測(cè)效果均好于完全隨機(jī)狀態(tài)下的Possion分布。具體看，在18次5.0級(jí)以上目標(biāo)地震中有11次地震的預(yù)測(cè)概率增益為2～4；在10次5.5級(jí)以上目標(biāo)地震中有6次地震的預(yù)測(cè)概率增益可以達(dá)到2～4；在7次5.7級(jí)以上目標(biāo)地震中有4次地震的預(yù)測(cè)概率增益達(dá)到3～4。

4)1998年張北6.2級(jí)地震前2年，區(qū)域震群主要沿張渤地震帶分布，震前2個(gè)月震群向震中附近遷移；2005年瑞昌5.7級(jí)地震前11個(gè)月華北南部震群活躍；2013年前郭5.8級(jí)地震前2年，震群主要沿郯廬地震帶附近分布，震前10個(gè)月震群主要分布在郯廬帶的渤海至遼寧段附近。而1996年包頭6.4級(jí)、南黃海6.1級(jí)、2003年巴林左5.9級(jí)及2015年阿拉善左旗5.8級(jí)地震前2年，震群分布在整個(gè)華北地區(qū)，與主震地點(diǎn)的關(guān)系不明顯。

如何理解華北地區(qū)強(qiáng)震前大范圍的小震群活動(dòng)增強(qiáng)呢？華北地區(qū)的小震群主要發(fā)生在強(qiáng)震破裂區(qū)、水庫(kù)庫(kù)區(qū)、斷裂端部與交匯部位等，多為弱化區(qū)，這些特殊區(qū)域?qū)?yīng)力場(chǎng)擾動(dòng)比較敏感，容易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，并以頻繁的小震活動(dòng)來(lái)釋放應(yīng)變能。當(dāng)華北地區(qū)孕育強(qiáng)震(或一組強(qiáng)震)時(shí)，大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)擾動(dòng)增強(qiáng)，多個(gè)弱化區(qū)應(yīng)力集中，從而形成多點(diǎn)震群活動(dòng)。大范圍的小震群活動(dòng)是強(qiáng)震(一組強(qiáng)震)的一種“場(chǎng)兆”。

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Relationship between Earthquake Swarms and the Strong Earthquake in North China

XUE Yan1, CHEN Lin-rong2, LI Ming-xiao1, LIU Shuang-qing3

(1.China Earthquake Networks Center, Beijing100045, China; 2. Institute of Engineering Mechanics, Earthquake Administration of Jilin Province, 130022, China; 3. Earthquake Administration of Tianjin Municipality, Tianjin 300201, China)

The relationship between earthquake swarms and the strong earthquake in North China has been studied, the results show: ①Earthquake swarm activity is closely related to regional strong earthquakes, and the frequency of small swarms can reflect the level of regional seismic activity. ②The half year cumulative frequency ofML≥2.0swarms great than or equal to 8 can be used as a predictive index ofMS≥5.7earthquakes. The prediction time is 10 months after the appearance of the anomaly. The value of the predictive efficacy score R is 0.615, greater than that of R0, 0.437, with a 97.5% confidence level. ③Frequency index of earthquake swarms can be tested by Molchan model. For target earthquakes withMS≥5.0,MS≥5.5 andMS≥5.7 respectively, the predicted results are all better than the Poisson model. The prediction probability gain can be achieved 2～4 for the 60% of the target earthquakes especially. ④The place prediction of earthquake swarms to the strong earthquake is limited. Two years before the ZhangbeiMS6.2, RuichangMS5.7 and QianguoMS5.8 earthquake, swarms are mainly active in the vicinity of the tectonic zones associated with the strong earthquake. While they migrate to the epicenter and the surrounding area 2 months to 10 months before the strong earthquake. But for the rest strong earthquakes, the place prediction of swarms is not significant.

North China; earthquake swarm; strong earthquake; statistical test; prediction index

2017-02-08

地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“全球巨大地震前地震活動(dòng)及序列演化特征研究”(XH17048)；震情跟蹤項(xiàng)目“華北地區(qū)6級(jí)以上地震危險(xiǎn)性研究”(2017020504)

薛艷(1969—)，女，北京人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事地震預(yù)測(cè)研究．E-mail：xueyan5619@seis.ac.cn

P315．2

A

1003-1375(2017)02-0001-09

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.02.001

薛艷，陳琳榮，黎明曉，等. 華北地區(qū)震群活動(dòng)與強(qiáng)震[J]. 華北地震科學(xué)，2017，35(2):1-9.

1 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心. 2012. 2013年度中國(guó)地震趨勢(shì)研究報(bào)告. 2 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心. 2013. 2014年度中國(guó)地震趨勢(shì)研究報(bào)告. 3 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心. 2014. 2015年度中國(guó)地震趨勢(shì)研究報(bào)告.