南北地震带北段6级以上地震前ML≥3.0地震活动特征

任雪梅 曾宪伟 丁风和 蔡新华

宁夏回族自治区地震局，银川市北京东路244号 750001

0 引言

强震前区域地震活动时常会出现一个平静或“缺震”过程，这种现象早已为国内外许多地震学者所关注（Mogi，1969；Wesson，1973；牛志仁，1980；陆远忠等，1985；Wyss et al，1988；宋俊高等，1997；丁韫玉等，1997；蒋海昆等，2000）。在所有利用地震活动预测强震的前兆信息中，强震前的地震平静现象可能是最有价值的中长期前兆之一。它有可能提供关于震中位置、时间和强度等的有用信息，因此引起了地震学家的极大关注（Ogata，2004）。Ohtake等（1977）和Kisslinger（1988）曾利用地震前兆平静现象分别对1978年11月墨西哥瓦哈卡7.8级和1986年7月安德烈亚诺群岛7.7级地震进行了预测，发现震级、时间和发生地点与预测的大致符合，印证了“平静”作为“真正前兆”的确定性。在已有的地震预测成功实例中，前兆性地震平静起着主要作用（Habermann，1988），因此被认为是大震前最可靠的前兆现象（Kato，et al，1997）。

近几十年来，我国地震工作者从不同角度对某些特定地区的地震活动平静异常进行了专门研究。蒋淳等（1989）以华北地区每年5级地震的折合频次为基本特征量，对其进行地震活动平静异常模糊识别分析。结果显示，每当平静异常的从属函数L出现局部极大值时，在其后1～3年内华北地区则往往会发生6级以上地震。焦远碧等（2000）研究了1990～1996年我国大陆及边境地区发生的24次6级以上地震前中等地震时序分布状况，发现强震前中等地震的活动特征是：长期平静—集中活动—震前平静，认为震前平静可作为强地震中期预测指标。王林瑛（1999）探讨了华北地区（30°～43°N，110°～125°E）剔除余震影响后 4级以上中等地震活动出现的平静异常与未来30天内该区所发生的6级以上地震的对应关系。结果表明，其短期预测效能相对较高，R评分值达0.46。蒋海昆等（2000）以相邻2次地震的时间间隔作为统计量，对华北地区的地震活动平静异常进行了统计检验。统计结果表明，中强地震之前大范围内中小地震活动的平静异常现象是明显的，给出了不同置信概率下异常的判别标准及M≥5.0地震发生的可能性。

地震活动增强也是强震前普遍存在的现象。在多数强震发生前数年，区域地震活动会出现非随机性的增强（刘蒲雄等，1997）。地震活动增强是短期阶段较为普遍的一种震兆，对区域地震短期预测具有实用价值。国内许多学者都发现在强震源区及附近震前有中等地震活动增强现象（马殿军，1982；郁曙君，1990；焦远碧等，2000；任雪梅等，2002；杨立明等，2002；薛丁，2003；刘小凤等，2010）。研究表明，中等地震活动增强是强震前区域应力场加强的一种表现形式。中等地震的次数越多，震级越大，持续时间越长，活动范围越广泛，则未来主震的震级也越大。

本文分析ML≥3.0地震活动特征主要采用了Δ-t图方法，并据此对1970年以来（因完整的ML≥3.0地震资料起始时间为1970年）南北地震带北段6级以上地震前的ML≥3.0地震活动特征进行分析，进而讨论强震前地震活动平静或增强现象的特征；最后结合主震震源机制解和区域活动性差异，对6级以上地震前兆性平静现象进行了详细的分析。

表1 1970年以来南北地震带北段发生的6.0级以上地震及参数

1 研究对象

本文采用全国弱震目录China2和全国强震目录 CH 48，这2个目录均为中国台网中心提供的速报资料，其时段皆始于1970年。1970年以来南北地震带北段共发生6.0级以上地震13次，包括1次青海共和晚期强余震，即1994年1月3日青海共和6.0级地震；1次双震，即 2003年10月25日甘肃民乐、山丹间的6.1级、5.8级地震，表1给出了这 13次地震的参数。由于研究时段从1970年开始，距1971年3月24日青海玛多6.3级地震前震中区ML≥3.0地震活动持续时间仅有1年多，因此本文不分析该地震的活动特征，仅分析其它12次6级以上地震前的ML≥3.0地震活动特征。

2 研究区12个6级以上地震前ML≥3.0地震活动特征

对研究区12个6级以上地震样本的研究时段均始自1970年，空间上的最初选取范围为200km，最终确定的空间范围是根据实际ML≥3.0地震活动变化的范围而定。以下多幅Δ-t图件中的ML≥3.0地震都是主震发生前的，主震后的ML≥3.0地震活动均未涉及。

2.1 主震前震中区存在1～4年地震平静和1年内的地震活跃

1976年9月23日内蒙古巴音木仁6.2级地震前7年始（图1（a）），随着时间推移，震中区ML≥3.5地震活动存在：3年9个月平静（震中区40km范围内）—5个月活跃（震中区40km范围内）—1年7个月（震中区120km范围内）平静—11个月显著活跃（震中区50km范围内）的过程。即主震前6年多时间内ML≥3.5地震活动存在：①3年9个月和1年7个月的2次平静时段，第1次平静时间较长，但平静的空间范围较小，第2次平静时间较短，但平静的空间范围较大；②5个月和11个月的2次活动增强，临近主震的ML≥3.5地震活跃比第1次显著增强，且发生了信号震和前兆性震群（任雪梅等，2017）。从图1（b）可以看出，2次地震活跃的震中位置发生了变化，第1次活跃时段的地震主要集中在主震西南40km范围内，第2次活跃时段的地震事件主要集中在主震东北方向，主震发生在这2次活跃时段事件的震中分布的交界区域，这个特征有助于判定之后主震发生的位置。

图1 1976年巴音木仁6.2级地震前震中区的ML≥3.5地震Δ-t（a）和震中分布（b）

1990年10月20日甘肃景泰6.2级地震前5年（图2（a））始，震中区 ML≥3.0地震活动先后存在：1年3个月平静（震中区85km范围内）—5个月较活跃（震中区85km范围内）—1年11个月平静（震中区75km范围内）—12个月较活跃（震中区50km范围内）的特征。第2次ML≥3.0地震活动活跃和第1次活跃相比，震中区75km范围内发生了1次 ML≥4.0地震，且地震活跃主要集中在震中区50km范围内，这些特征为判定主震发生提供了参考。

1970年8月9日～2013年7月22日，甘肃岷县、漳县交界6.6级地震前的41年内，震中区18km范围内ML≥3.0地震活动显著平静，没有发生1次ML≥3.0级地震，但在2011年11月2～3日内连续发生3次ML≥3.0地震，其中包含1次ML4.9地震（图3）。2012年10月21日～2013年7月22日震中区100km范围内 ML≥3.0地震活动明显活跃，并呈有序条带分布，主震发生在条带交汇。因此，2013年岷县、漳县交界6.6级地震前震中区ML≥3.0地震存在41年的平静时段，震前主震位置附近ML≥3.0地震存在1年9个月短期活跃。

图2 1990年景泰6.2级地震前震中区的ML≥3.0地震Δ-t（a）和震中分布（b）

图3 2013年甘肃岷县、漳县交界6.6级地震前震中区的ML≥3.0地震 Δ-t（a）和震中分布（b）

从以上震例可以看出，当震中区50km范围内ML≥3.0地震活动出现增强，地震分布较集中，并发生1次ML≥4.0地震和震群时，其后1～2年内有6级以上地震活动的可能性。

2.2 主震前震中区ML≥3.0地震前存在较长时间平静

经过统计分析发现，1970年以来南北地震带北段12次6级以上地震前震中区的ML≥3.0地震活动具有较长时间平静的地震有7次，占总数的58.3%（图4）。

从图4可看出，7次6级以上地震前，主震震中区附近存在ML≥3.0地震平静或缺震的现象，即震前表现为震中区ML≥3.0地震活动较长时间平静，7次6级以上地震前ML≥3.0地震的平静时段和平静的空间范围见表2。

从表2可以看出，这7次6级地震前震中区ML≥3.0地震活动都有较长时间的平静，有4次6级地震前震中区ML≥3.0地震活动存在2次平静时段，每个地震前至少存在1次10年以上的平静时段，空间范围为12～70km，最长的平静时间为32.3年。

2.3 主震前震中区ML≥3.0地震存在1～2年平静

1990年4月26日青海共和7.0级地震后至1992年12月19日，震中区35km范围内ML≥3.0地震一直活跃，其间出现2次4～6个月的平静，之后在1992年12月～1993年12月出现了1年的ML≥3.0地震平静，平静被打破后8天发生了青海共和6.0级地震（图5（a））。2010年1月1日～2014年4月24日，青海门源6.4级地震震中区100km范围内ML≥3.0地震活动均较为活跃，但自2014年4月25日～2016年1月20日主震前1年8个月震中区出现ML≥3.0地震平静，平静持续过程中发生了6.4级地震。因此，当ML≥3.0地震活动较强区域出现1年以上的ML≥3.0地震平静时，存在发生6级以上地震活动的可能（图5（b））。

图5 1994年青海共和6.0级地震（a）和2016年门源6.4级地震（b）前震中区的ML≥3.0地震 Δ-t图

2.4 小结

将前述分析总结如下：

（1）12次强震中有3次震前震中区的ML≥3.0地震活动特征出现较短时间平静异常和活跃，平静异常时间为1年3个月～43年，活跃时段为4个月～1年9个月；这3次主震前有2个地震前出现2次平静和2次活跃；当震中区50km范围内ML≥3.0地震活动出现增强，并发生ML≥4.0地震，其后1～2年内具有发生6级以上地震活动的可能性。这3次震例中，ML≥3.0地震平静和活跃的空间范围为18～120km。

（2）12次地震中有7次地震前震中区的ML≥3.0地震活动具有较长时间平静，其中有2次平静时间为10～20年，4次平静时间为20～30年，1次平静时间为32.3年。这7次震例中，ML≥3.0地震平静的空间范围为12～70km，因此对于南北地震带北段较小范围内的较长时间ML≥3.0地震活动平静应引起注意。

（3）12次地震中有2次地震为原地30年内发生过6级以上地震。当震中区ML≥3.0地震活动存在1～2年平静时，该区域存在发生6级以上地震活动的可能，ML≥3.0地震平静的空间范围为35～100km。

（4）据前文的空间分布特征分析结果（图6）可知：①震前ML≥3.0地震活动存在较短时间平静和活跃的6级以上地震都分布在102°E以东（即宁夏及邻近区域）的现象；②102°E以西的青海和甘肃中西部地区6级以上地震前ML≥3.0地震活动大多存在较长时间的平静（11.5～32.3年）；③原地30年内已经发生过6级以上地震的2个主震前，ML≥3.0地震活动存在1～2年的平静。希冀这些特征对于今后判定该区域6级以上地震的发生具有确定的参考价值。

图6 南北地震带北段6级以上地震前ML≥3.0地震活动差异分布

3 6级以上地震发生前ML≥3.0地震活动特征差异原因分析

3.1 震源机制解

1970年以来南北地震带北段6级以上地震震源机制类型列于表3。102°E以东区域的3次6级以上地震（图6）震源机制分别为走滑和逆冲；青海5次和甘肃1次6级以上地震（1986年门源8.6级、1990年共和7.0级、1993年祁连6.0级、1995年果洛西部6.2级、2000年兴海-玛多间6.6级、2003年德令哈6.6级、2003年甘肃民乐-山丹间6.1级地震）震源机制分别为正断、逆冲和走滑，3种基本错动类型均有呈现；对于原地30年内已经发生过6级以上地震的2次地震（图6），震源机制解均为逆冲型，但震例较少，有待震例积累后作进一步分析。因此，通过考查1970年以来南北地震带北段6级以上地震前ML≥3.0地震活动特征差异与主震震源机制类型之间的对应性后发现（表2），两者之间并不存在显性的相关性。

3.2 区域地震活动差异

统计了1970年以来南北地震带北段6级以上地震前震中区ML≥3.0地震平静范围内的年频度均值（主震前有2次平静的，取较小空间范围进行统计）（表4），由于1994年1月4日青海共和6.0级地震距离1990年4月26日青海共和7.0级地震仅3年多时间，因此未对其进行统计。

表3 1970年以来南北地震带北段6级以上地震参数及震源机制

表4 1970年以来南北地震带北段6级以上地震前震中区ML≥3.0地震平静范围内的年频度均值

由表4可以看出：①南北地震带北段102°E以东区域（宁夏及邻区）的2个6级以上地震前（1976年9月23日内蒙古巴音木仁6.2级地震、1990年10月20日甘肃景泰6.2级地震）震中区平静范围内的ML≥3.0地震年频度均值较高，分别为3.71和1.76，表明6级以上地震前震中区ML≥3.0地震活动水平较高，主震前2次平静持续时间较短，为1～4年，平静后都有小于1年的活跃；②2016年1月21日青海门源6.1级地震是原地复发的6级以上地震，震前震中区100km范围内ML≥3.0地震活动水平较高，震前出现的平静异常时间较短，为1年多；③南北地震带北段102°E以东区域的2013年7月22日甘肃岷县、漳县交界6.6级地震前震中区平静范围内的ML≥3.0地震年频度均值较低，主震前ML≥3.0地震在41年长时间平静时间后出现1年多活跃后发生主震；④其他7次6级以上地震前震中区平静范围内的ML≥3.0地震年频度均值都较低，为0.26～1.06，ML≥3.0地震活动平静时间也较长，为10年以上。

简而言之，南北地震带北段的6级以上地震前，主震前震中区ML≥3.0地震活动水平较低的，存在10年以上的平静异常，活动水平较高的，存在较短时间平静异常，这表明南北地震带北段的6级以上地震前震中区ML≥3.0地震出现的异常特征与其主震前活动水平密切相关。

4 结论与讨论

本文通过对1970～2016年南北地震带北段12次6级以上地震前的ML≥3.0地震活动特征进行分析，发现主震前震中区ML≥3.0地震活动主要表现为平静异常，各个区域的平静特征和时间有差异。

（1）南北地震带北段102°E以东区域（宁夏及邻区）的6级以上地震前震中区ML≥3.0地震活动存在较长时间的平静异常和较短时间的活跃，平静异常时间为1年3个月～43年，短期活跃时间为4个月～1年9个月；青海和甘肃6级以上地震前震中区ML≥3.0地震活动大多存在10年以上的平静，平静时间为11.5～32.3年；青海2次30年内原地发生的6级以上地震前，其震中区ML≥3.0地震活动存在1～2年的平静异常。

（2）1970年以来南北地震带北段12次6级以上地震前震中区ML≥3.0地震平静的空间范围为12～120km，因此对于南北地震带北段较小范围内较长时间的ML≥3.0地震活动平静应引起注意。各个区域的具体特征分别为：①南北地震带北段102°E以东区域（宁夏及邻区）ML≥3.0地震活动出现1年以上的平静后，震中区50km范围内ML≥3.0地震活动出现增强，并伴随发生ML≥4.0，则其后1～2年内有发生6级以上地震活动的可能性；②如果青海地区出现100km范围内10年以上的ML≥3.0地震平静区域，需注意发生6级以上地震活动的可能性。

（3）1970年以来南北地震带北段12次6级以上地震前震中区的ML≥3.0地震活动特征差异主要与区域活动水平有密切关系，与主震震源机制没有显性相关性，与主震前震中区的ML≥3.0地震活动特征水平密切相关。

（4）1970年以来102°E以西的青海和甘肃中西部地区6级以上地震都发生在ML≥3.0地震活动水平较低的区域。