華南地區(qū)地震預測指標體系建設現狀與展望

周 斌

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530022）

0 引言

經過50多年的地震監(jiān)測預報實踐和科技攻關，華南地區(qū)積累了豐富的地球物理觀測資料，不斷開展地震預測方法探索和震例總結，取得了較豐碩的地震預測研究成果。測震學方面，沈繁鑾等[1]提出增強與平靜特征可作為華南地區(qū)短期預測指標；呂堅等[2]發(fā)現華南沿海地震帶震級結構異常的地震密集事件具備前兆震群的多數參數特征，具有中短期預測意義；李濤等[3]指出1994年臺灣海峽南部7.3級地震和1994—1995年北部灣6.1級、6.2級雙震具有成組和準同步的活動特征；湯蘭榮等[4-5]研究結果顯示，A（b）值、應力調制法分別對華南沿海地區(qū)4.6級、5級以上地震發(fā)震地點具有較好的中期預報效能；葉秀薇等[6]研究了陽江地震窗、華南沿海地震帶ML4地震長時間平靜的震兆意義；陳大慶等[7]提出華南沿海地震帶中強地震具有時空叢集特征；曾新福等[8]認為，華東南地區(qū)1970年以來5.5級以上地震前普遍存在不同程度的地震條帶、空區(qū)或增強異常；郭培蘭等[9-10]提出了桂北弱震區(qū)、平果窗預測指標；此外，閻春恒等[11]、李盛等[12]還嘗試將AI值、AMR矩加速釋放等方法應用于華南地區(qū)地震預測。對地球物理觀測資料異常的分析也取得很多定性或定量化的認識。如吳時平等[13]研究認為，邕寧臺和靈山臺地應力對臺站周邊4.5級以上地震具有一定的預報能力；葉秀薇等[14]研究發(fā)現，粵閩交界及近海地區(qū)的中等地震與強震的水化學前兆異常在數量上有著顯著的差異，中等地震前以中短期及短臨異常變化為主；廖麗霞等[15-16]分析了華南地區(qū)中強地震前地下流體異常特征，建立了流體學科預測指標；文翔等[17-18]分析了1998年廣西環(huán)江4.9級、2013年廣西平果4.5級地震前衛(wèi)星熱紅外資料異常特征；周斌等[19]研究了蒼梧地震前流動重力變化特征，陳兆輝等[20]進一步分析了蒼梧震源區(qū)及華南塊體不同尺度重力場的橫向和縱向分布特征，并探討深部物質密度變化及可能的動力學意義；倪曉寅等[21]研究了華南地區(qū)加卸載響應比異常特征和震例，提出了適用于華南地區(qū)的異常指標和預測規(guī)則；閻春恒等[22]基于近年顯著震例的地磁異常特征，探討了華南地區(qū)地磁預測指標體系在廣西地區(qū)的適用性。

基于幾十年的地震預測實踐成果和20多份地震震例總結資料，2017—2019年華南6省區(qū)分析預報人員開展了華南地區(qū)地震預測指標體系清理和建設，編撰了《華南地區(qū)地震預測指標體系》[23]；以全國測震、電磁、地下流體和形變分析預測技術方法工作手冊[24-27]和《震情會商技術方法業(yè)務應用推薦清單（2020年）》為指導，構建了華南各?。▍^(qū)）中短期震情跟蹤預測指標和會商研判策略[28-33]?？傮w而言，華南地區(qū)已經初步形成了學科較完善、覆蓋華南沿海地震帶和右江地震帶、不同時間尺度的地震預測指標，但預測指標體系在實踐中的表現與預期仍存在差距，特別是中短期指標的預測效能偏低。為展示近年來華南地區(qū)地震預測指標體系建設取得的相關成果，本專輯收錄了19篇論文，內容涉及華南地區(qū)流動重力和定點形變，華南沿海地震帶地震調制比和地震活動顯著增強，華南西南部震群活動和b值，臺灣地區(qū)地殼形變場、震源機制一致性參數和庫侖破裂應力，華南地區(qū)形變、流體、電磁以及綜合學科預測指標體系；同時還包括川滇、新疆和華北地區(qū)的指標體系建設成果，供華南地區(qū)指標體系建設借鑒。本文初步總結了華南地區(qū)預測指標體系的現狀，剖析了存在的主要問題，并提出進一步優(yōu)化預測指標和構建綜合預測指標體系的建議，供地震預測預報工作參考。

1 華南地區(qū)預測指標現狀

1.1 測震學科預測指標

測震學科預測指標可歸結為圖像類（地震空區(qū)、地震條帶、地震窗、震群、地震活動顯著增強、地震平靜）、參數類（b值、調制比）和數字地震學新參數類（地震視應力、震源機制一致性），其中多數方法指標近年在華南地區(qū)得到了較好的應用；同時，陸續(xù)開展了外圍大震對華南地區(qū)中等地震活動影響的研究，總結提煉了相應的預測指標。而以往在震情跟蹤中較常用的參數類指標，如P（b）值、A（b）值等，由于其計算公式主要由b值推演得到，因此逐漸不再作為單獨指標進行總結和應用。以上預測指標構成了華南地區(qū)測震學科不同時空尺度的預測指標體系。從空間上看，充分考慮地震活動的地域和構造差異，按照華南沿海地震帶東段和西段、右江地震帶和臺灣地震帶四個次級構造區(qū)來構建測震學科預測指標。華南沿海地震帶西段和東段觀測資料和震例均較豐富，因此獲得的指標也較多，涵蓋了圖像類和參數類，但數字地震學新參數類還未得到有效應用。右江地震帶只獲得外圍大震影響、平果窗和b值3項指標，其他指標參照華南沿海地震帶西段。臺灣地震帶提煉了平靜、調制比、地震視應力和震源機制一致性4項指標。從預測時間來看，以3個月至3年為主，部分指標時間跨度大，可應用于1年尺度和短臨（3個月內）預測的指標偏少。從預測效果來看，地震空區(qū)對發(fā)震地點的預測最好，前兆性震群、地震活動顯著增強—平靜[1]、調制比對發(fā)震地點和發(fā)生時間有較好效果，均通過了R值檢驗，適合作為中短期震情跟蹤的核心指標。

1.2 地下流體學科預測指標

華南地區(qū)地下流體觀測始于1987年，目前共有75個臺站，160個測項，其中水位64臺項、水溫62臺項，水氡7臺項，氣氡6臺項、氣汞3臺項、水質及流量等18臺項。福建和廣東兩省臺站較多，均為21個，且測項比較豐富，除水位和水溫外，還包括水氡、氣氡等地球化學測項。其他省份（廣西、海南、湖南、江西）的臺站數均為8個左右，以水位和水溫測項為主[23]?；?987年以來的觀測資料和ML4.5以上震例，總結提煉了地下流體學科的預測指標。預測指標類型主要為水位和地球化學測項，水溫測項的指標很少。水位和地球化學的預測指標基本都能通過R值檢驗，其中水位異常的形態(tài)表現為多井水位同震階升、快速上升、上升-轉折、破年變，地球化學異常的形態(tài)為超均方差。預測范圍為臺站周邊300 km的區(qū)域。異常不遵循震級越大異常數量越多、震級越大震中距越遠的常規(guī)；異常出現后半年內發(fā)震的比例占多數，是優(yōu)勢發(fā)震時段[15]。

1.3 形變學科預測指標

華南地區(qū)形變學科觀測手段分為定點形變、連續(xù)重力、流動重力、流動跨斷層和GNSS觀測5類，其中定點形變與連續(xù)重力屬于單點形變觀測，其余形成觀測網絡，絕大部分測點/測網為2000年以后開始觀測，與其他學科相比，數據積累時間較短。定點形變類預測指標的異常形態(tài)表現為潮汐畸變、速率改變、大幅波動、破年變、趨勢轉折等；預測范圍為臺站周邊200～300 km；預測時間為1年以內，部分預測指標具有短期預測意義；基本能通過R值檢驗，但虛報率較高?？傮w而言，由于觀測時間短、震例少，預報效能偏低。流動重力異常形態(tài)為等值線的高梯度帶或四象限分布，異常范圍、持續(xù)時間以及幅值與預測震級成正比；華南地區(qū)流動重力的復測周期為半年，依據目前震例分析得到的預測時間為1～3年；預測地點為梯度帶零值線附近或四象限分布中心；2016年以來廣西地區(qū)的幾次中等地震前均出現不同幅度的流動重力異常[19，34-35]。目前，GPS和流動跨斷層資料未能提取到預測指標。

1.4 電磁學科預測指標

華南地區(qū)共有17個地磁臺站和1個地電阻率臺站，大部分為2008年以后開始觀測。基于2008年以來華南地區(qū)ML4.5以上震例開展了系統的分析研究，結合全國電磁學科預測指標建設經驗[36]，提煉得到華南地區(qū)電磁學科預測指標，包括地磁加卸載響應比法、地磁逐日比法、地磁垂直分量空間相關法和地磁低點位移法4項多臺預測指標以及諧波振幅比和地電阻率轉折2項單臺預測指標。多臺預測指標的異常形態(tài)均為閾值線，其中地磁垂直分量空間相關法預測地點為閾值線兩側300 km（若出現多次異常，為異常重疊區(qū)中心點為圓心半徑300 km的圓范圍），預測時間為18個月；地磁加卸載響應比法和地磁逐日比法預測地點為閾值線高曲率段附近或2個異常區(qū)之間，預測時間為9個月；地磁低點位移法預測地點為閾值線兩側300 km范圍內，預測時間為2個月。諧波振幅比法異常形態(tài)為曲線趨勢下降—轉折—回升過程中不同周期出現不同步且持續(xù)時間超過1年，預測地點為臺站周邊200 km范圍，預測時間為1年左右。地電阻率轉折異常形態(tài)為快速上升或下降、幅度超過3%，預測地點為臺站周邊50 km，預測時間為6個月內。雖然部分指標通過了R值檢驗，但虛報率和漏報率均較高。將地震對應率較好的加卸載響應比法、地磁逐日比法和地磁低點位移法進行組合形成地磁日變化異常綜合預測指標，可有效降低虛報率，提高預報效能[23]。此外，2016年以來華南地區(qū)開展復測周期為1年的流動地磁，借鑒中國西部地區(qū)流磁預測指標經驗[37-38]，重點關注H分量出現局部異常變化與弱化區(qū)域、dF/F卸載或加卸載轉換邊緣，預測時間通常為1年。2021年6月提出的廣西田陽地區(qū)流磁異常，較好對應了2021年8月4日廣西德?？h4.8級地震。

2 存在的主要問題

2.1 預測效能偏低

基于幾十年的實踐經驗和資料積累，通過震例回溯檢驗研究，獲得了華南地區(qū)各學科預測指標，包含異常判定規(guī)則、預測規(guī)則和預測效能R值評分等。但現實情況是，震情跟蹤過程中幾乎找不出“話語權”較重的指標，即這些指標出現異常時，能夠明確指示地震發(fā)生的三要素（發(fā)震時間、地點和強度）或者某些要素，或者無異常時，能夠較肯定的“報平安”。預測指標的預測規(guī)則分辨率普遍不高，如預測時間跨度較長（地震顯著增強預測時間為0.5～32個月）、預測地點范圍太大（地球物理臺站預測范圍普遍為臺站周邊300 km）、預測震級跨度較大（恩平窗開窗預測震級為≥ML4.5）。預測指標與震情研判的需求之間仍存在較大差距，需進一步總結凝練、優(yōu)化完善。

2.2 指標體系不完善

當前我國地震預報處于基于物理統計的經驗性預報階段，形成了長期（10年內）、中期（1～2年內）、短期（3個月內）、臨震（10天內）和震后（顯著地震發(fā)生后幾天至1個月內）漸進式預報工作模式。從預測時間來看，華南地區(qū)預測指標主要以中期指標為主，其它階段的預測指標偏少，未能梳理出臨震預測指標，關于震后趨勢預測指標的研究偏少，系統歸納和總結不夠。部分R值評分較高的指標，預測時間跨度為長期和中期，或者中期和短期，有的甚至跨越短期、中期和長期三個階段，導致預測指標在實踐應用中“高分低能”?；诙鄬W科的綜合分析預測是提高預測效能的一條可行途徑。華南各省局已初步構建了中短期綜合研判策略，部分學者開展了綜合預測指標體系的研究，但主要以異常的統計分析和簡單疊加為主，缺乏物理方法、動力過程分析、物理機制分析以及定量的綜合過程，亟需構建更科學的綜合研判策略以及更嚴謹的決策流程。

2.3 基礎性研究不夠

近年來，華南地區(qū)地震監(jiān)測站網和地球物理場觀測網絡不斷加密和優(yōu)化，為認識地震孕育、成核和發(fā)生過程提供了更豐富、更精細的資料，但這些觀測資料的深加工和信息挖掘還不夠。如，目前尚未建立華南地區(qū)主要構造帶動力學模型，以致場上動態(tài)資料如何反應區(qū)域構造調整過程并不清楚，這需要利用不斷加密的GNSS網絡觀測數據及地質學和地球物理學研究成果，建立區(qū)域主要構造帶的動力學模型，深入分析動態(tài)觀測資料變化所反映的區(qū)域應力應變調整過程，分析這種調整過程對區(qū)域主要斷裂帶中強地震孕育的影響，不斷提高震源區(qū)辨別的可靠性；再如，華南沿海地震帶地震活動強度和水平從沿海往內陸由強變弱，在地域上主要集中在東段的閩粵贛交界及近海地區(qū)和西段的粵桂瓊交界及近海地區(qū)，是何深部構造環(huán)境造成這一地震分布的格局？這需要利用密集分布的寬頻帶地震監(jiān)測站網資料反演獲得地下三維速度結構和介質屬性，為揭示這一現象提供深部構造的支撐等。這些研究可為科學認識華南地區(qū)地震孕育機理、有效建立地震預測指標體系和開展數值地震預測探索奠定基礎。

3 討論和展望

3.1 抓住指標這個點

預測指標是開展震情跟蹤和綜合研判的基礎，指標建設和評價過程應當做到科學嚴謹。對于全國學科組推薦的清單方法，應按照其推薦的預報程式開展預測指標構建，并參照相關流程開展測試評價；對于其他新資料或新方法，應當確保資料和預測判據有明確的物理意義，制定合理的預報程式和測試評價方法。用于分析的數據，其質量和可靠性必須有保證，如基于地震目錄類的指標要考慮地震目錄的完備性，地球物理類觀測數據質量要求為B類及以上。指標建設過程中，空間統計范圍要結合華南地區(qū)地質構造和地震活動分區(qū)，在此基礎上根據R值評分結果來動態(tài)調整異常判定標準和預測規(guī)則之間的協調性和合理性。參與統計的震例是否屬于同一地震構造區(qū)帶、是否同處活躍幕或平靜幕，地震對應率、地震漏報率、地震虛報率3個參數的統計是否準確，這些因素都可能影響預測指標建設的合理性以及R值評分結果的可靠性。在此基礎上，根據R值評分、地震對應率和地震虛報率來綜合評價預測指標的預測效能，科學嚴謹的建立預測指標，有效規(guī)避預測指標“高分低能”的問題。

3.2 抓住動力學這條線

目前，測震學科方法大多是基于震例的歸納、類比，缺少結合物理過程的定量分析。定點學科更多側重相對于背景的異常持續(xù)時間、空間分布、幅度或異常測項比，對異常反映的構造活動的物理機制分析不足。地球物理場觀測的物理機制相對清楚，但缺少不同手段解釋觀測變化物理機制的相互印證與綜合。因此，指標體系建設過程中，需要進一步梳理典型震例前不同階段測震、定點和流動物理場觀測異常，探討動態(tài)觀測資料變化可能的物理機制，如反映的是地殼變形加速還是減速、區(qū)域應力增強還是減弱、斷層運動增強還是減弱，結合區(qū)域地質構造模型，用動力學這條主線，將測震、定點和流動地球物理場觀測有效結合起來，置于統一的力學框架和協調的變形體系進行分析，增強不同學科間的相互印證。

3.3 抓住主體區(qū)這個面

云南作為中國大陸西部多震省份，基于多年的實踐經驗，提出了實操性較強的6.5級地震跟蹤分析的思路，即：首先從判別強震活動主體區(qū)開始，研究可能的發(fā)震地點，再針對危險區(qū)探尋強震孕育階段、震前1～2年的異常共性特征，在此基礎上追蹤短臨階段的異常，對強震的危險性進行跟蹤判別。地震主體區(qū)分析是強震跟蹤研判的基礎。無論是中國大陸西部的天山地區(qū)、川滇地區(qū)，還是東部的華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)，強震在時間上起伏波動的期-幕分布規(guī)律及一段時間內在空間上相對穩(wěn)定的叢集分布特征，既是觀測客觀事實，也是強震跟蹤分析的基礎。過去我們習慣于利用異常指標的空間疊加來判定危險區(qū)，問題是多數定點地球物理異常指標的預測空間范圍存在不確定性，加之觀測臺站空間分布不均勻，致使危險區(qū)判定變得十分困難。開展預測指標體系建設，應該將主體區(qū)分析和地球物理異常有效結合起來，利用主體區(qū)分析“謀大勢、抓全局”，利用地球物理場異常和定點地球物理異?！案^程、把局部”。應該注意的是，對強震地點的把握，要更加注重主體區(qū)分析和地球物理場異常的結合，對時間進程的把握，要更加強調定點地球物理異常演化過程的跟蹤。

3.4 做到“場”“源”結合

中國老一輩地震工作者基于對大陸型強震機理持續(xù)的研究和預測實踐，不斷探索場兆、源兆以及兩者的關系，逐漸形成了“場源結合，以場求源”的綜合思路，其具體科學問題可以歸結為“從板塊到斷層的動力加載過程（由動力源到震源）”，具體內容包括周邊板塊動力邊界加載、主要地質塊體運動調整、典型構造帶變形機制、具體斷裂帶應力加載[40-41]。雖然該思路尚處于初步探索之中，但對于預測指標體系建設仍具有積極的指導意義。源兆是地震孕育的直接信息，指震源體（孕震震源體積）中及附近區(qū)域其介質內的各種各樣被人們在震前直觀觀測到的信息，主要包括物理前兆信息（力學、熱學、電磁、地震波等）和化學前兆信息（如Rn、H2、He等攜帶深部信息的元素、氣體和離子）兩類，空間上主要出現在震源附近，時間上更逼近發(fā)震時刻。場兆是地震孕育的間接信息，指震源體外廣大區(qū)域觀測到的前兆觀測方法、地震活動性方法提供的信息（如地球自轉、固體潮、構造應力場、地震大形勢分析等），與源兆相比，范圍較廣，出現的時間距發(fā)震時刻相對較早。場兆和源兆兩者是相輔相成、互相作用、共同孕震、互為因果的關系[42]。預測指標梳理過程中，場兆和源兆有助于預測規(guī)則的科學制定，如果判定為源兆相關的預測指標，那么預測時間應當相對的短、預測范圍應當相對的小。預測指標體系構建過程中，對比不同震例的源兆和場兆，以場求源，以源觀場，可能有助于尋找共性特征以及理解個性差異；根據預測指標的場兆和源兆屬性特征，在不同階段預測策略中賦予不同的權重方案，有助于提高綜合預測指標體系的合理性和科學性。

3.5 依靠地震科技支撐

地震的孕育和發(fā)生是一個非常復雜的過程。由于地球內部的“不可入性”、大地震的“非頻發(fā)性”、地震物理過程的復雜性，地震預測是公認的科學難題[43]。地震預測的進步，強烈依賴地震科技的進步和支撐，如地震監(jiān)測技術革新、地震分析方法和理論進步、地球內部結構和震源物理模型不斷精細、震源物理過程認識不斷深化等等。綜合考慮華南地區(qū)地震活動的時空演化、前兆異常類型和分布特征，建設密度更高的GNSS觀測網，在地震活動主體地區(qū)加密地球物理站點，開展密集臺陣探測，有針對性地在華南沿海地區(qū)開展定點地球化學觀測等，實現對場的全方位動態(tài)跟蹤和對源的高精度密切監(jiān)測，加強斷層運動狀態(tài)、斷層應力狀態(tài)和震源異常等方面的研究，將有助于增進對地震的了解、提高預測指標體系的效能、促進地震預測預報技術的進步。