四川盆地顯著地震的“窗口”效應(yīng)

張致偉

（四川省地震局，成都 610041）

0 引言

地震活動(dòng)增強(qiáng)或減弱在一定程度上是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱變化的反映。震例研究表明，較大地震前，未來(lái)震中周圍200～300 km 范圍內(nèi)地震活動(dòng)出現(xiàn)增強(qiáng)是一種具有普適性的震兆現(xiàn)象[1]；Mogi[2]指出，在淺源大震前一段時(shí)間內(nèi)，震源區(qū)周圍廣大區(qū)域的地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，此區(qū)域的半徑比震源區(qū)大2～3 倍；羅偉[3]研究發(fā)現(xiàn)四川盆地內(nèi)的地震活動(dòng)可作為川西和川滇交界區(qū)發(fā)生強(qiáng)震的一個(gè)標(biāo)志，當(dāng)盆地內(nèi)發(fā)生一次或幾次4～5級(jí)顯著地震后，大約一兩年內(nèi)或稍長(zhǎng)時(shí)間，在川西或川滇交界區(qū)將可能發(fā)生一次或幾次6～7 級(jí)乃至7 級(jí)以上地震；焦遠(yuǎn)碧等[4]通過(guò)研究我國(guó)大陸及邊境地區(qū)24 次6 級(jí)以上地震，發(fā)現(xiàn)80%的強(qiáng)震前在震源區(qū)及附近有中等顯著地震活動(dòng)增強(qiáng)的過(guò)程，認(rèn)為中等地震活動(dòng)增強(qiáng)可看作是穩(wěn)態(tài)蠕變階段后期發(fā)生的廣義前震；張國(guó)民等[5]研究發(fā)現(xiàn)大地震前地震活動(dòng)往往出現(xiàn)增強(qiáng)過(guò)程，有的出現(xiàn)在未來(lái)大地震的震中及其鄰近地區(qū)，有的則出現(xiàn)在更大的范圍內(nèi)；易桂喜等[6]研究發(fā)現(xiàn)四川長(zhǎng)寧窗ML≥3.5 顯著地震可作為判定四川及鄰區(qū)發(fā)生M≥5.5地震的中期預(yù)測(cè)指標(biāo)；楊向東等[7]研究了華南地區(qū)14次中強(qiáng)地震前中等地震活動(dòng)特征，總結(jié)出中短期中等地震累積頻度呈指數(shù)（加速）增長(zhǎng)，短期至發(fā)震中等地震持續(xù)平靜；趙小艷等[8]研究發(fā)現(xiàn)2013 年四川蘆山7.0 級(jí)地震前川滇地區(qū)出現(xiàn)4～5級(jí)顯著地震活動(dòng)，尤其是2月19—22日連續(xù)發(fā)生了巧家4.9 級(jí)、珙縣—興文4.5 級(jí)、三臺(tái)—梓潼4.7 級(jí)、廣西4.5 級(jí)等6 次地震，其顯著活動(dòng)性歷史罕見(jiàn)；付虹等[9]研究發(fā)現(xiàn)1971年以來(lái)云南所有M≥6.8 地震前，震中附近2°×2°范圍或強(qiáng)震所處的小構(gòu)造區(qū)，震前1～2年4級(jí)地震頻度明顯增加。

四川盆地地震活動(dòng)作為川西和川滇交界區(qū)發(fā)生強(qiáng)震的一個(gè)指標(biāo)[3]，在四川地區(qū)的地震預(yù)測(cè)工作中一直被應(yīng)用和檢驗(yàn)，但隨著時(shí)間的推移，地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中不斷有新的現(xiàn)象出現(xiàn)。2008 年汶川8.0級(jí)地震以來(lái)四川及鄰區(qū)進(jìn)入強(qiáng)震活躍期，跟蹤發(fā)現(xiàn)四川及鄰區(qū)強(qiáng)震前四川盆地均有顯著地震發(fā)生。為研究新一輪強(qiáng)震活躍期四川盆地顯著地震與四川及鄰區(qū)強(qiáng)震的可能關(guān)系，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文系統(tǒng)分析了1980年以來(lái)四川盆地4.5≤M≤5.0地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0地震的對(duì)應(yīng)情況，并對(duì)其預(yù)報(bào)效能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，試圖為四川及鄰區(qū)強(qiáng)震預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 研究范圍及地震活動(dòng)情況

本文涉及的四川盆地具有較為清晰的邊界（圖1：黑色虛線框）。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，1980 年以來(lái)四川盆地共發(fā)生36 次M≥4.5 地震（圖1：綠色），其中 4.5～4.9 級(jí)地震 22 次，5.0～5.9 級(jí)地震 12 次，6.0～6.9 級(jí)地震 2 次，最大為 2019 年 6 月 17 日長(zhǎng)寧6.0 級(jí)和 2021 年 9 月 16 日瀘縣 6.0 級(jí)地震。本研究涉及的強(qiáng)震分布在四川及鄰區(qū)，包括四川省境內(nèi)和距離省界100km范圍的省外區(qū)域。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，1980 年以來(lái)四川及鄰區(qū)共發(fā)生38 次M≥6.0 地震（圖1：紅色），其中6.0～6.9 級(jí)地震32 次，7.0～7.9 級(jí)地震 5 次，8.0～8.9 級(jí)地震 1 次，最大為2008 年5 月12 日四川汶川8.0 級(jí)地震，空間上主要分布在巴顏喀拉塊體中東部和川滇菱形塊體。

圖1 四川盆地M≥4.5地震（綠色）、四川及鄰區(qū)M≥6.0地震（紅色）空間分布（1980年1月1日—2021年12月31日）Fig.1 The spatial distribution of earthquakes with M≥4.5 in Sichuan basin（green circle）and earthquakes with M≥6.0 in Sichuan and its adjacent area（red circle）from January 1st，1980 to December 31st，2021

圖2 給出了四川盆地M≥4.5 地震（a）與四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震的M-t圖，結(jié)果顯示，四川盆地M≥4.5 地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震活動(dòng)同步性較好，呈現(xiàn)活躍—平靜的交替特征。1980 年以來(lái)四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震經(jīng)歷了3 個(gè)活躍時(shí)段（圖2b），分別為 1981—1989 年，1995—2003 年和 2008—2021年。四川盆地M≥4.5地震頻次隨時(shí)間逐漸增多（圖2a），尤其在2008 年以來(lái)的第三活躍時(shí)段，四川盆地M≥4.5 地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震呈現(xiàn)較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 四川盆地M≥4.5地震（a）、四川及鄰區(qū)M≥6.0地震（b）M-t圖Fig.2 The M-t maps of the earthquakes with M≥4.5 in Sichuan Basin（a）and earthquakes with M≥6.0 in Sichuan and its adjacent area（b）

2 “窗口”效應(yīng)分析

地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)的表現(xiàn)形式有兩種類型，一是未來(lái)大震震中及其鄰近地區(qū)，地震活動(dòng)水平出現(xiàn)明顯增強(qiáng)，通常大震在地震增強(qiáng)活動(dòng)峰值后的下降階段發(fā)生；二是未來(lái)大震震中及鄰近地區(qū)并無(wú)明顯地震活動(dòng)增強(qiáng)，而主要表現(xiàn)為更大范圍的地震活動(dòng)性顯著增強(qiáng)，這種地震活動(dòng)增強(qiáng)一般不持續(xù)至主震的發(fā)生[1]。本文為第二種活動(dòng)增強(qiáng)形式，在地震活動(dòng)增強(qiáng)的震級(jí)范圍選取中，我們嘗試了不同的震級(jí)檔，當(dāng)選M＞4.0 時(shí)，四川盆地地震太多，強(qiáng)震的對(duì)應(yīng)率偏低；當(dāng)選M＞5.0 時(shí)，震例太少，強(qiáng)震的漏報(bào)率偏高，不具備研究性。通過(guò)不斷的篩選，最終選取4.5≤M≤5.0較為合適。

為分析四川盆地4.5≤M≤5.0 地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，挑出盆地4.5≤M≤5.0 地震后1 年內(nèi)四川及鄰區(qū)發(fā)生的M≥6.0 地震，并計(jì)算了盆地地震與對(duì)應(yīng)地震的時(shí)間間隔，詳細(xì)信息列于表1。對(duì)1980 年以來(lái)四川盆地21 次4.5≤M≤5.0 地震和四川及鄰區(qū)38 次M≥6.0 地震進(jìn)行梳理，其中約定將對(duì)應(yīng)同一M≥6.0地震的四川盆地地震考慮為一組，最終得到14組4.5≤M≤5.0地震。將時(shí)間較近的強(qiáng)余震或同一4.5≤M≤5.0 地震后的M≥6.0 對(duì)應(yīng)地震作為一組，最終得到12 組M≥6.0 地震。結(jié)果顯示，1980 年以來(lái)四川盆地 14 組 4.5≤M≤5.0 地震中，有12組震后半年內(nèi)四川及鄰區(qū)發(fā)生了M≥6.0地震，僅有2 組例外，對(duì)應(yīng)率達(dá)86%，表明四川盆地4.5≤M≤5.0地震對(duì)四川及鄰區(qū)M≥6.0地震具有較強(qiáng)的指示意義。

表1 四川盆地4.5≤M≤5.0地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 The corresponding relationship between earthquakes with 4.5≤M≤5.0 in Sichuan Basin and earthquakes with M≥6.0 in Sichuan and its adjacent area

2.1 對(duì)應(yīng)地震的優(yōu)勢(shì)發(fā)震區(qū)域

為了分析對(duì)應(yīng)地震的優(yōu)勢(shì)發(fā)震區(qū)域，圖3給出了15 次M≥6.0 對(duì)應(yīng)地震（震群或強(qiáng)余震算一次）的空間分布。由圖可見(jiàn)，除了2013 年甘肅岷縣—漳縣6.3 級(jí)、2013 年西藏左貢—芒康6.1 級(jí)、2019年四川長(zhǎng)寧6.0 級(jí)和2021 年四川瀘縣6.0 級(jí)等4 次地震外，其余對(duì)應(yīng)地震主要集中分布在巴顏喀拉塊體中東部（5 次）和川滇交界地區(qū)（6 次）。其中巴顏喀拉塊體中東部以M≥7.0地震（占80%）為主，而川滇交界地區(qū)則以6.0～6.9 級(jí)地震（占83%）為主。羅偉等[3]基于早期資料，分析認(rèn)為四川盆地內(nèi)4 級(jí)以上地震的活動(dòng)與川西、川滇交界的強(qiáng)震活動(dòng)有較為密切的關(guān)系，而與松潘、龍門山斷裂帶的關(guān)系不明顯。這與本文的研究結(jié)果存在差異，我們分析了優(yōu)勢(shì)發(fā)震區(qū)域的原因。

圖3 四川及鄰區(qū)M≥6.0對(duì)應(yīng)地震的空間分布Fig.3 The spatial distribution of earthquakes with M≥6.0 in Sichuan and its adjacent area

已有研究表明，汶川8.0 級(jí)和蘆山7.0 級(jí)強(qiáng)震可能是巴顏喀拉塊體向南東方向運(yùn)動(dòng)，在龍門山斷裂帶附近與穩(wěn)定的華南塊體碰撞、擠壓引起地殼縮短的產(chǎn)物[10]。汶川8.0 級(jí)地震的發(fā)生，對(duì)四川盆地具有應(yīng)力加載作用[11]，近十多年，四川盆地地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，歷史少震或弱震區(qū)發(fā)生了一系列中強(qiáng)地震，也表明汶川和蘆山地震的發(fā)生可能改變了四川盆地的應(yīng)力環(huán)境[12]，因此，四川盆地地震活動(dòng)對(duì)巴顏喀拉塊體和華南塊體的應(yīng)力變化十分“敏感”。川滇交界地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)主要與川滇菱形塊體往南東方向運(yùn)動(dòng)有關(guān)，這種運(yùn)動(dòng)受到四川盆地的阻擋，而首當(dāng)其沖的是盆地西南部，此處的應(yīng)力變化可能對(duì)川滇菱形塊體的運(yùn)動(dòng)具有靈敏的指示性[3]，這可能就是巴顏喀拉塊體中東部、川滇交界地區(qū)與四川盆地顯著地震關(guān)系密切的原因。因此，可把四川盆地內(nèi)顯著地震活動(dòng)作為巴顏喀拉塊體中東部和川滇交界地區(qū)強(qiáng)震發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志。

2.2 對(duì)應(yīng)地震的優(yōu)勢(shì)發(fā)震時(shí)間

為了分析對(duì)應(yīng)地震的優(yōu)勢(shì)發(fā)震時(shí)間，圖4給出了12 組四川及鄰區(qū)M≥6.0 對(duì)應(yīng)地震與最近一次四川盆地4.5≤M≤5.0 地震的時(shí)間間隔。由圖可見(jiàn)，12組M≥6.0對(duì)應(yīng)地震均發(fā)生在160 d內(nèi)（占100%），最大間隔時(shí)間為151 d。表明四川盆地4.5≤M≤5.0 地震發(fā)生后，四川及鄰區(qū)M≥6.0地震的優(yōu)勢(shì)發(fā)震時(shí)間為160 d 內(nèi)。已有相關(guān)研究也給出了地震活動(dòng)增強(qiáng)的預(yù)測(cè)時(shí)間，如四川地區(qū)3.5～5.9 級(jí)地震月頻度可作為判定四川及鄰區(qū)M≥6.0 地震的1 年尺度預(yù)測(cè)指標(biāo)[6]；華南地區(qū)地震活動(dòng)指數(shù)快速增長(zhǎng)開始到發(fā)震時(shí)間平均約15 個(gè)月，即處于地震孕育的中期階段[7]?？傊?，大量震例研究顯示[1]，地震活動(dòng)增強(qiáng)的時(shí)間預(yù)測(cè)指標(biāo)主要以中期為主，42%的地震發(fā)生在異常持續(xù)6 個(gè)月內(nèi)，21%的地震發(fā)生在異常持續(xù)7～12 個(gè)月內(nèi)。根據(jù)長(zhǎng)中短臨異常的劃分[13]，可將四川盆地4.5≤M≤5.0 地震作為四川及鄰區(qū)強(qiáng)震預(yù)測(cè)的中短期指標(biāo)。

圖4 四川盆地4.5≤M≤5.0地震（綠色）與四川及鄰區(qū)M≥6.0地震（紅色）時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.4 The time distribution of earthquakes with 4.5≤M≤5.0（green）in Sichuan Basin and earthquakes with M≥6.0（red）in Sichuan and its adjacent areas

3 地震預(yù)報(bào)效能評(píng)價(jià)

判別四川盆地4.5≤M≤5.0 地震是否具有統(tǒng)計(jì)上的預(yù)測(cè)意義，必須遵循一定的預(yù)測(cè)規(guī)則，進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)分R值檢驗(yàn)。許紹燮[14]提出了利用R值評(píng)估地震預(yù)報(bào)效能的方法，是針對(duì)某種預(yù)報(bào)方法或?qū)W科在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，對(duì)一定范圍內(nèi)一定震級(jí)下限的地震，進(jìn)行了若干次地震預(yù)報(bào)，既有報(bào)對(duì)的，又有報(bào)錯(cuò)的（虛報(bào)），也有地震沒(méi)有預(yù)報(bào)的（漏報(bào)），評(píng)價(jià)其總體預(yù)報(bào)效能的一種方法。幾十年來(lái)一直被廣泛使用，并進(jìn)行了改進(jìn)和應(yīng)用方式的拓展[15-17]。本文采用《地震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法程式指南》[18]中的地震預(yù)報(bào)效能R值評(píng)分方法（式（1）），該方法能給出不同報(bào)對(duì)次數(shù)、漏報(bào)次數(shù)下具有97.5%置信水平的R值表，可以用于檢測(cè)預(yù)報(bào)方法的可信度。

1980 年 1 月至 2021 年 12 月共 42 年，四川及鄰區(qū)共發(fā)生26 次M≥6.0 地震（震群或強(qiáng)余震算一次），其中報(bào)對(duì)15 次，漏報(bào)11 次，虛報(bào)2 次。本文的預(yù)測(cè)規(guī)則為，四川盆地發(fā)生4.5≤M≤5.0 地震后，預(yù)測(cè)未來(lái)30 d、90 d、180 d 和365 d 內(nèi)四川及鄰區(qū)可能發(fā)生M≥6.0 地震。表2 分別給出了不同預(yù)測(cè)時(shí)間的預(yù)測(cè)效能評(píng)分R值。

表2 不同預(yù)測(cè)時(shí)間的R值檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 R-value test results of different prediction time

使用R值評(píng)分法進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，R＞0 代表該指標(biāo)效能高于隨機(jī)預(yù)測(cè)，具有預(yù)測(cè)意義；當(dāng)R≥R0時(shí)，表明該指標(biāo)預(yù)測(cè)效能通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。其中R0表示考慮報(bào)準(zhǔn)率和漏報(bào)率時(shí)，置信度為97.5%的最低R值。由表 2 可知，預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)為 30 d 時(shí)，R＜R0，未通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)；預(yù)測(cè)窗長(zhǎng)為90 d、180 d 和365 d時(shí)，R＞R0，通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，且最佳預(yù)測(cè)時(shí)間為160 d內(nèi)（表2、圖5）。因此，1980年以來(lái)四川盆地4.5≤M≤5.0 地震可作為判斷四川及鄰區(qū)未來(lái)160 d內(nèi)是否發(fā)生M≥6.0地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

圖5 不同預(yù)測(cè)時(shí)間的R值曲線Fig.5 R-value curve of different prediction times

4 結(jié)論與討論

通過(guò)系統(tǒng)分析1980 年以來(lái)四川盆地4.5≤M≤5.0地震與四川及鄰區(qū)M≥6.0地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到以下主要認(rèn)識(shí)。

（1）四川盆地14 組4.5≤M≤5.0 地震中，有12 組震后半年內(nèi)四川及鄰區(qū)發(fā)生了M≥6.0地震，對(duì)應(yīng)率達(dá)86%，表明四川盆地4.5≤M≤5.0 地震對(duì)四川及鄰區(qū)M≥6.0地震具有較強(qiáng)的指示意義。

（2）四川盆地發(fā)生4.5≤M≤5.0 地震后，四川及鄰區(qū)M≥6.0對(duì)應(yīng)地震的發(fā)震優(yōu)勢(shì)地點(diǎn)為巴顏喀拉塊體中東部及川滇交界地區(qū)，發(fā)震優(yōu)勢(shì)時(shí)間為160 d內(nèi)。由此可見(jiàn)，四川盆地4.5≤M≤5.0 地震可作為四川及鄰區(qū)M≥6.0地震的中短期預(yù)測(cè)指標(biāo)。

（3）根據(jù)強(qiáng)震前的地震活動(dòng)模式[19]，強(qiáng)震前地震活動(dòng)存在震前增強(qiáng)、平靜、前兆震群和甜甜圈等模式，眾多地震之前都有這些模式的全部或部分，細(xì)節(jié)因事件而異，且在不同階段表現(xiàn)出不同的地震活動(dòng)特征。鑒于強(qiáng)震孕育過(guò)程極為復(fù)雜，局部區(qū)域發(fā)生顯著地震僅為強(qiáng)震孕震過(guò)程中表現(xiàn)出的地震活動(dòng)特征之一，還需結(jié)合其他地震活動(dòng)圖像演化和觀測(cè)手段進(jìn)行綜合分析研判。

致謝：中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心閆偉副研究員提供了R值評(píng)分的程序；本文圖片采用GMT 軟件[20]繪制；在此一并表示感謝！