1999年大同-陽高5.6級(jí)地震預(yù)測(cè)回顧

平建軍,單連君,馬 棟，平彩鵬

(河北省地震局，河北 石家莊 050021)

0 引言

1999年11月1日，在山西大同、陽高兩縣交界地區(qū)發(fā)生5.6級(jí)地震(下面如不特別注明，震級(jí)系指Ms)，微觀震中為39°55′N、113°59′E，這是該地區(qū)繼1989年10月6.1級(jí)、1991年3月5.8級(jí)地震后，時(shí)隔8年多再一次發(fā)生的中強(qiáng)地震，3次地震的微觀和宏觀震中幾乎完全重合[1]。這次5.6級(jí)地震前，我國地震科研人員發(fā)現(xiàn)，基于地震震級(jí)-頻度關(guān)系和貝努利獨(dú)立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?jì)算的華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震發(fā)生概率呈高值，該區(qū)1999年5月20日至8月20日出現(xiàn)ML≥4.0地震平靜異常，SQIP方法掃描計(jì)算的結(jié)果顯示，京西北至?xí)x冀蒙交界和遼寧岫巖一帶存在地震危險(xiǎn)性；與此同時(shí)，1999年8月9日地磁日變低點(diǎn)位移異常從晉冀蒙交界地區(qū)穿過,9月12日山西左云發(fā)生ML4.7信號(hào)地震。據(jù)此，通過對(duì)發(fā)震時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)的多層次綜合分析，在1999年9月15日至29日河北省地震局召開的周、月、臨時(shí)等9次地震會(huì)商會(huì)上，預(yù)測(cè)1999年10月底前華北北部發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大，京西北至?xí)x冀蒙交界地區(qū)尤為值得關(guān)注，該預(yù)測(cè)意見與后來的實(shí)際震情相符合。

多年來，晉冀蒙交界地區(qū)是華北地區(qū)地震活動(dòng)的主要場(chǎng)所之一，一直被中國地震局列為地震重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)。目前，該地區(qū)及其周邊存在ML≥3.0地震條帶和ML≥3.0地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)異常；張家口、懷來、易縣伸縮儀，懷來水平擺、赤城水溫等多項(xiàng)地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。在當(dāng)前震情背景下，做好大同-陽高5.6級(jí)地震震例總結(jié)工作，對(duì)堅(jiān)定地震預(yù)測(cè)信心，做好晉冀蒙交界地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作有所裨益。

1 震前資料分析

1.1 華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震發(fā)震概率預(yù)測(cè)

傅征祥等人采用地震震級(jí)-頻度關(guān)系和貝努利獨(dú)立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?給出計(jì)算某區(qū)域某區(qū)間震級(jí)的概率預(yù)測(cè)方法[2]，計(jì)算公式這里不再贅述。應(yīng)用該方法，曾對(duì)1995至1999年華北地區(qū)每年的5.0～5.9級(jí)地震發(fā)震概率進(jìn)行計(jì)算與分析。具體做法為以華北地區(qū)歷史地震目錄和1989至1994年的現(xiàn)代地震目錄為數(shù)據(jù)資料，計(jì)算1995年華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震的發(fā)生概率；將1995年發(fā)生的實(shí)際地震樣本追加到現(xiàn)代地震目錄和歷史地震目錄資料中，計(jì)算出1996年華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震的發(fā)生概率；依次類推，分別得到1997、1998和1999年華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震的發(fā)生概率。1995至1999年華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震的概率預(yù)測(cè)曲線如圖1所示。

圖1 華北地區(qū)5.0～5.9級(jí)地震的概率預(yù)測(cè)曲線

可以得出，當(dāng)計(jì)算某年概率預(yù)測(cè)值p≥0.47時(shí)，在該年內(nèi)華北地區(qū)會(huì)發(fā)生至少一次5.0～5.9級(jí)地震；當(dāng)p<0.47時(shí), 該年內(nèi)華北地區(qū)無5.0～5.9級(jí)地震發(fā)生。如，1995年P(guān)值為0.478,同年華北地區(qū)先后發(fā)生9月20日山東倉山5.2級(jí)和10月6日河北唐山5.0級(jí)地震；1997年P(guān)值為0.642,同年華北地區(qū)于7月28日發(fā)生黃海5.1級(jí)地震；1996年與1998年的P值分別為0.434和0.463，這兩年華北地區(qū)無5.0～5.9級(jí)地震發(fā)生；1999年計(jì)算的P值為0.667，據(jù)此分析認(rèn)為，當(dāng)年華北地區(qū)發(fā)生5.0～5.9級(jí)地震的可能性較大。

1.2 華北地區(qū)ML≥4.0地震平靜異常分析

根據(jù)1970年以來中國地震臺(tái)網(wǎng)中心的地震目錄，用李閩峰等人研制的測(cè)震學(xué)日常分析預(yù)報(bào)CAPSeis軟件，以年為單位，分別制作1989至1998年華北地區(qū)(30°～43°N，108°～125°E)每年的ML≥4.0地震M-t圖(詳見文獻(xiàn)[2])，據(jù)此研究華北地區(qū)ML≥4.0地震的自然時(shí)序結(jié)構(gòu)分布特征，把華北地區(qū)連續(xù)3個(gè)月無ML≥4.0地震發(fā)生作為平靜異常判別指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)平靜異常與5.5級(jí)以上地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(見表1[3])。

表1 華北地區(qū)ML≥4.0地震平靜異常映震情況統(tǒng)計(jì)表

可以看出，1989至1998年華北地區(qū)共出現(xiàn)5次ML≥4.0地震平靜異常，分別對(duì)應(yīng)1989年10月19日大同-陽高6.1級(jí)、1991年3月26日大同-陽高5.8級(jí)、1996年11月9日南黃海6.1級(jí)和1998年1月10日張北6.2級(jí)4次5.5級(jí)以上地震，虛報(bào)5.5級(jí)以上地震1次，漏報(bào)5.5級(jí)以上地震1次。從對(duì)應(yīng)的4次5.5級(jí)以上地震看，平靜異常出現(xiàn)后至5.5級(jí)以上地震發(fā)生所間隔的時(shí)間分別為148 d、94 d、23 d和23 d，平均為72 d。

圖2是1999年華北地區(qū)ML≥4.0地震M-t圖，可以看出，從1999年5月20日河南范縣ML4.0地震后，至8月20日華北地區(qū)無ML≥4.0地震發(fā)生，直到9月12日山西左云發(fā)生ML4.7地震，打破平靜狀態(tài)，出現(xiàn)1999年5月20日至8月20日ML≥4.0地震平靜異常。據(jù)此，未按照以往通常做法，取表1震例給出的平靜異常出現(xiàn)至發(fā)震的最長間隔時(shí)間148 d，作為未來華北地區(qū)5.5級(jí)以上地震發(fā)生的時(shí)間預(yù)測(cè)期限，考慮到自1989年以來平靜異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔時(shí)間越來越短的特征，取表1震例給出的平靜異常出現(xiàn)至發(fā)震的平均間隔時(shí)間72 d，作為未來華北地區(qū)5.5級(jí)以上地震發(fā)生的時(shí)間預(yù)測(cè)期限，預(yù)測(cè)1999年8月20日后的72 d內(nèi)，即1999年10月31日前，華北地區(qū)可能會(huì)發(fā)生5.5級(jí)以上地震。

圖2 1999年華北地區(qū)ML≥4.0地震M-t圖

1.3 華北地區(qū)地震危險(xiǎn)性SQIP方法掃描計(jì)算與分析

山東省地震局周翠英研究員通過深入研究給出一種地震學(xué)定量綜合預(yù)測(cè)方法[4-5]，用于對(duì)區(qū)域地震進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)判,“九五”期間在地震系統(tǒng)一些單位得到推廣應(yīng)用。基本做法是使用1970年至判定日期的地震目錄資料，以3°×3°為尺窗、1°為步長，滑動(dòng)掃描計(jì)算華北地區(qū)(31.5°～40.5°N，111.5°～123.5°E)每一尺窗內(nèi)，由頻度、能量、缺震、b值、C值等10類參數(shù)派生出的13項(xiàng)參量，根據(jù)計(jì)算的每一項(xiàng)參量的異常情況，綜合給出該尺窗內(nèi)13項(xiàng)參量中異常項(xiàng)數(shù)的比值，即地震綜合參量P值，最后給出華北地區(qū)地震綜合參量P值空間分布圖，在P值高值區(qū)域，未來地震危險(xiǎn)性較大[4-5]。研究中，以1980年至1998年每年的9月為判定日期，掃描計(jì)算并制作華北地區(qū)地震綜合參量P值分布圖，研究其與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？紤]到既不漏報(bào)地震又不造成虛報(bào)區(qū)過多，經(jīng)對(duì)比研究，確定判定地震危險(xiǎn)性的規(guī)則是：將華北地區(qū)以1°×1°劃分為108個(gè)網(wǎng)格，當(dāng)出現(xiàn)P≥0.58時(shí)，就預(yù)測(cè)P≥0.58等值線所包圍或經(jīng)過的網(wǎng)格區(qū)在未來一年內(nèi)(即當(dāng)年的10月至次年的9月)可能會(huì)發(fā)生5.5級(jí)以上地震。按照這一地震危險(xiǎn)性判定規(guī)則，1980至1998年華北地區(qū)(SQIP方法指定的范圍)所發(fā)生的1981年8月13日內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)5.8級(jí)、1981年11月9日河北邢臺(tái)5.8級(jí)、1983年11月7日山東菏澤5.9級(jí)、1984年5月21日南黃海6.2級(jí)、1989年10月19日山西大同-陽高6.1級(jí)、1991年3月26日山西大同-陽高5.8級(jí)和1996年11月9日南黃海6.1級(jí)7次5.5級(jí)以上地震，有6次得到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)判定，僅漏報(bào)1996年11月9日南黃海6.1級(jí)地震?，F(xiàn)對(duì)1983年9月的地震預(yù)測(cè)判定做簡要介紹，圖3(等值線起始值0.58、間隔值0.05)是1983年9月所做的華北地區(qū)地震綜合參量P值空間分布圖，可以看出，P≥0.58的區(qū)域一共有4大塊，據(jù)此預(yù)測(cè)判定1983年10月至1984年9月這4大塊區(qū)域可能會(huì)發(fā)生5.5級(jí)以上地震，實(shí)際情況是在其中2個(gè)大塊區(qū)域分別發(fā)生1983年11月7日山東菏澤5.9級(jí)和1984年5月21日南黃海6.2級(jí)地震。

圖3 1983年9月華北地區(qū)地震綜合參量P值空間分布圖

圖4(等值線起始值0.58、間隔值0.05)是1999年9月掃描計(jì)算得到的華北地區(qū)地震綜合參量P值空間分布圖。圖中華北北部出現(xiàn)2個(gè)P≥0.58的較大區(qū)域，一是位于華北地區(qū)西北角的京西北至?xí)x冀蒙交界一帶，二是位于華北地區(qū)東北角的遼寧岫巖一帶，且京西北至?xí)x冀蒙交界一帶的區(qū)域范圍大、P值高。據(jù)此，依照地震危險(xiǎn)性判定規(guī)則認(rèn)為，1999年10月至2000年9月華北北部可能會(huì)發(fā)生5.5級(jí)以上地震，京西北至?xí)x冀蒙交界地區(qū)尤為值得注意。

圖4 1999年9月華北地區(qū)地震綜合參量P值空間分布圖

1.4 山西左云ML4.7信號(hào)地震分析

通常把主震前一個(gè)月內(nèi)發(fā)生的地震稱為前震，信號(hào)地震是一種廣義前震，在震前幾個(gè)月或更長時(shí)間出現(xiàn)[6]。信號(hào)地震的發(fā)生意味著孕震區(qū)地殼應(yīng)力已積累較高，地殼介質(zhì)已開始進(jìn)入破裂失穩(wěn)狀態(tài)，是表明未來主震不久就要發(fā)生的重要震兆信息。已有研究表明，華北地區(qū)信號(hào)地震一般發(fā)生在主震前的2年之內(nèi)，多數(shù)發(fā)生在15個(gè)月內(nèi)；信號(hào)地震與主震的距離不超過200 km，多數(shù)在100 km之內(nèi)；信號(hào)地震震級(jí)一般在ML4.0至ML5.3[7]。

第14頁圖5是1980至1998年晉冀蒙交界地區(qū)ML≥4.7地震M-t圖，顯示從1981年8月13日內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)5.8級(jí)(ML6.1)地震后，該地區(qū)地震活動(dòng)逐年減弱，到1987年逐步增強(qiáng)。由此可知，1988年后，該地區(qū)每發(fā)生一次ML4.7至ML5.0地震，在其后不久就會(huì)有5.5級(jí)以上地震發(fā)生。如，1988年7月23日張家口陽原發(fā)生ML5.0地震，時(shí)隔約15個(gè)月，1989年10月19日山西大同陽高發(fā)生6.1級(jí)地震，兩個(gè)地震相距約39 km；1990年7月21日張家口大海陀發(fā)生ML5.0地震，時(shí)隔約8個(gè)月，1991年3月26日山西大同陽高發(fā)生5.8級(jí)(ML6.1)地震，兩個(gè)地震相距約182 km；1997年5月25日張家口宣化發(fā)生ML4.7地震，時(shí)隔7個(gè)多月，1998年1月10日張家口張北發(fā)生6.2級(jí)地震，兩個(gè)地震相距約65 km。據(jù)此，可把該地區(qū)發(fā)生的ML4.7至ML5.0地震視為信號(hào)地震，當(dāng)其發(fā)生后，在未來長則15個(gè)月、短則7個(gè)月內(nèi)晉冀蒙交界地區(qū)會(huì)發(fā)生5.5級(jí)以上地震。

圖5 1980年至1998年晉冀蒙交界地區(qū)ML≥4.7地震M-t圖

1999年9月12日山西左云發(fā)生ML4.7地震，打破同年5月20日河南范縣ML4.0地震后華北地區(qū)ML≥4.0地震的平靜，符合上述信號(hào)地震的特征。認(rèn)為，1999年9月12日后的15個(gè)月內(nèi)，尤其是在7個(gè)月內(nèi)，晉冀蒙交界地區(qū)發(fā)生5.5級(jí)以上地震的可能性較大。

1.5 地磁日變低點(diǎn)位移異常分析

1999年8月9日地磁日變低點(diǎn)位移出現(xiàn)異常，其分界線一條是從河北昌黎到河北黃壁莊，然后轉(zhuǎn)向西北，通過山西大同直抵內(nèi)蒙古呼和浩特東；另一條是從內(nèi)蒙古呼和浩特西向東南達(dá)河北涉縣附近。以往震例表明，地磁日變低點(diǎn)位移異常出現(xiàn)后，80 d內(nèi)其分界線附近發(fā)生5級(jí)以上地震的可能性較大[8]，據(jù)此并考慮1999年8月9日的地磁日變低點(diǎn)位移異常的兩條近乎平行的分界線，均從晉冀蒙交界及其附近地區(qū)穿過，分析認(rèn)為，1999年10月底前晉冀蒙交界地區(qū)發(fā)生5級(jí)以上地震可能性較大。

2 地震預(yù)測(cè)

從前述可知，在地震時(shí)間預(yù)測(cè)上，華北地區(qū)ML≥4.0地震平靜異常側(cè)重對(duì)未來發(fā)震時(shí)段的預(yù)測(cè)。同時(shí)，表2顯示ML≥4.0地震平靜異常預(yù)測(cè)的發(fā)震時(shí)間是其他4種資料預(yù)測(cè)的發(fā)震時(shí)間的重合時(shí)段，因此，取ML≥4.0地震平靜異常預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)未來地震時(shí)間預(yù)測(cè)定為1999年10月31日前。

在發(fā)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)上，SQIP方法給出的預(yù)測(cè)結(jié)果可信度高。同時(shí)，表2顯示5.0～5.9級(jí)地震發(fā)震概率預(yù)測(cè)和ML≥4.0地震平靜異常給出的發(fā)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)范圍較大，左云ML4.7信號(hào)地震和地磁日變低點(diǎn)位移異常給出的發(fā)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)范圍較具體，均是晉冀蒙交界地區(qū)，其預(yù)測(cè)結(jié)果與SQIP方法基本一致。綜合分析后，采用SQIP方法給出的發(fā)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果，即未來發(fā)震地點(diǎn)為華北北部，京西北至?xí)x冀蒙交界地區(qū)尤為值得注意。

表2 未來地震三要素預(yù)測(cè)情況匯總表

在發(fā)震震級(jí)預(yù)測(cè)上，5.0～5.9級(jí)地震發(fā)震概率給出的預(yù)測(cè)結(jié)果不僅具體明確，且可信度高。以5.0～5.9級(jí)地震發(fā)震概率給出的預(yù)測(cè)結(jié)果為主，參考表2其他4種資料的預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)未來發(fā)震震級(jí)的預(yù)測(cè)判定為5.5至5.9級(jí)，即為中強(qiáng)地震。

在1999年9月15日至29日河北省地震局召開的周、月、臨時(shí)等9次地震會(huì)商會(huì)上，預(yù)測(cè)1999年10月底前華北北部發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大，京西北至?xí)x冀蒙交界地區(qū)尤為值得注意。這一預(yù)測(cè)意見被1999年9月15日河北省地震局周會(huì)商采用，明確寫入1999年第57期震情會(huì)商報(bào)告之中。實(shí)際情況是1999年11月1日山西大同-陽高發(fā)生5.6級(jí)地震，1999年11月29日遼寧岫巖發(fā)生5.4級(jí)地震，與預(yù)測(cè)意見相符。

3 結(jié)語

多年的地震預(yù)測(cè)工作實(shí)踐表明，單項(xiàng)觀測(cè)手段(單項(xiàng)地震觀測(cè)資料分析，單項(xiàng)地震預(yù)測(cè)方法和指標(biāo))進(jìn)行地震預(yù)測(cè)時(shí)，可能會(huì)對(duì)地震的某些要素預(yù)測(cè)較好，表明該手段可能會(huì)反映地震孕育發(fā)生的部分信息，不能勾畫其完整信息。因此，如把眾多的單項(xiàng)手段有機(jī)統(tǒng)一起來，開展地震綜合分析預(yù)測(cè)，通過取長補(bǔ)短、關(guān)聯(lián)與組合的預(yù)測(cè)，就可能會(huì)捕捉到地震孕育發(fā)生的更多信息，乃至全部信息。由此，開展地震綜合分析預(yù)測(cè)將可能會(huì)提高地震預(yù)測(cè)效能。

目前，用于地震預(yù)測(cè)的單項(xiàng)手段眾多，映震效能有高有低，由于地球物理觀測(cè)資料質(zhì)量參差不齊，在進(jìn)行地震綜合分析時(shí)，如不進(jìn)行資料的甄別，會(huì)增加工作量，也會(huì)降低地震綜合預(yù)測(cè)效果。因此，有必要事先通過一些震例研究，把優(yōu)質(zhì)的單項(xiàng)手段提煉和精選，組成地震預(yù)測(cè)骨干手段，實(shí)時(shí)跟蹤并整體分析這些手段的資料變化及其地震預(yù)測(cè)意見，開展地震綜合分析與預(yù)測(cè)。

另外，在對(duì)骨干手段的預(yù)測(cè)意見進(jìn)行綜合分析時(shí)，不能做簡單的匯總，要厘清各單項(xiàng)骨干手段在地震預(yù)測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)上的優(yōu)勢(shì)和短板，賦予適當(dāng)權(quán)重。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行加權(quán)綜合分析，提高地震預(yù)測(cè)意見的準(zhǔn)確性。