地形變監(jiān)測地震能力的評價(jià)①

張四新，王雙緒，張 希，劉立煒

（中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西西安 710054）

地形變監(jiān)測地震能力的評價(jià)①

張四新，王雙緒，張 希，劉立煒

（中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西西安 710054）

利用中國地震局第二監(jiān)測中心1992－2007年的年度地震趨勢研究報(bào)告為統(tǒng)計(jì)樣本，對青藏塊體東北緣地區(qū)的年度地震預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)，從一個(gè)側(cè)面評價(jià)了當(dāng)前地形變監(jiān)測地震能力。結(jié)果顯示在16年中無中強(qiáng)地震漏報(bào)，其中報(bào)對地震4個(gè)，報(bào)錯(cuò)地震19個(gè)，對錯(cuò)比例為21%。這表明地形變對中強(qiáng)以上地震有較強(qiáng)的監(jiān)測能力，但由于二者之間尚無確定的對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致了錯(cuò)報(bào)率較高的現(xiàn)象。

地形變；地震監(jiān)測；評價(jià)；青藏塊體東北緣；年度地震預(yù)報(bào)

Abstract：Taking the annual seismicity trend reports from 1992to 2007given by Second Monitoring and Application Center，CEA，as statistical sample，the seismic monitoring and annual earthquake prediction for northeast margin of Qinghai－Tibet block using crustal deformation data are tested.The capacity of earthquake prediction using crustal deformation anomalies is evaluated.The results show that there was no pretermission of prediction for moderate－strong earthquake in 16years，4events were predicted correctly and 19times failed，the accuracy ratio of prediction is about 21%.It is indicated that crustal deformation monitoring has good predictive capacity to moderate－strong earthquake.But caused by the uncertainty of corresponding relationship between crustal deformation and earthquake event，the percentage of failure is much higher than one of accuracy.

Key words：Crustal deformation；Seismic monitoring；Evaluation；Northeast margin of Qinghai－Tibet block；Annual earthquake prediction

0 引言

2008年汶川8.0級地震發(fā)生后地震預(yù)報(bào)受到了社會各界的普遍關(guān)注。震后國家汶川地震專家委員會新聞發(fā)布會表示：“從龍門山及其外圍地區(qū)多年連續(xù)觀測的地球物理資料來看，此次地震之前尚未能認(rèn)定有顯著的異常，因此也未能給出短期和臨震預(yù)報(bào)?！边@也引起了人們對目前地震監(jiān)測手段效能的疑慮。因此客觀的總結(jié)評估當(dāng)前的地震監(jiān)測和預(yù)報(bào)工作就顯得很有必要。我國的地形變監(jiān)測地震研究工作始于1966年邢臺地震之后，近年來隨著GPS、INSAR等高新技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展迅速。中國地震局第二監(jiān)測中心是承擔(dān)中國西部地區(qū)地震形變監(jiān)測和地震預(yù)測研究的專業(yè)單位，本文以1992－2007年間的“年度地震趨勢研究報(bào)告”為統(tǒng)計(jì)樣本，以我國重點(diǎn)地震監(jiān)測區(qū)——青藏塊體東北緣年度地震預(yù)報(bào)為例，試圖從一個(gè)側(cè)面反映當(dāng)前地形變手段監(jiān)測地震能力的強(qiáng)弱。

1 思路與方法

評價(jià)一種手段的地震監(jiān)測能力可能有不同的方法，但主要還是包括兩個(gè)方面：（1）客觀因素，即該手段實(shí)際監(jiān)測地震的能力、范圍及不間斷性。如2001年昆侖山口西8.1級大震就不在監(jiān)測能力范圍內(nèi)；而2008年汶川8.0級大震前雖然震前跨斷裂水準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)龍門山斷裂有階段性異常［1－2］，但可惜到后來停測?？陀^條件不具備使得對這兩次大震的監(jiān)測無法評價(jià)。（2）主觀因素，即能否根據(jù)監(jiān)測到的現(xiàn)象作出準(zhǔn)確的地震預(yù)測。我們常說，監(jiān)測是基礎(chǔ)，預(yù)報(bào)是體現(xiàn)。但是目前真正意義上的地震三要素短期預(yù)報(bào)還很難實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，參照我國目前的地震預(yù)報(bào)評價(jià)機(jī)制，結(jié)合地形變手段時(shí)空大尺度的特點(diǎn)，本文選擇各種形變監(jiān)測手段多，且一直處于不間斷監(jiān)測的青藏塊體東北緣作為研究區(qū)域，以這一區(qū)域從1992年到2007年16年的年度地震預(yù)報(bào)作為統(tǒng)計(jì)樣本，統(tǒng)計(jì)其有震預(yù)報(bào)和無震預(yù)報(bào)的對錯(cuò)比例，錯(cuò)報(bào)率及漏報(bào)率，試圖從一個(gè)局部客觀地反映當(dāng)前地形變監(jiān)測地震的能力。

2 青藏塊體東北緣年度地震預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

青藏塊體東北緣（33°～41°N，96°～108°E）是我國主要地震活動區(qū)之一，地域廣闊，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，屬于中國地震局第二監(jiān)測中心重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)，多年來一直處于不間斷的監(jiān)測之中。區(qū)域內(nèi)布設(shè)有區(qū)域水準(zhǔn)、GPS、重力和跨斷層短測線等不同時(shí)間、空間尺度的形變監(jiān)測手段（圖1給出了區(qū)域水準(zhǔn)和GPS分布），這為年度地震預(yù)報(bào)提供了可靠、詳實(shí)的預(yù)報(bào)依據(jù)。筆者在對青藏塊體東北緣年度地震預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，制作了表1，其中預(yù)報(bào)意見和預(yù)報(bào)檢驗(yàn)均選自當(dāng)年和次年年度地震趨勢研究報(bào)告。

圖1 青藏塊體東北緣水準(zhǔn)、GPS測點(diǎn)與地震分布圖Fig.1 Distribution of leveling and GPS survey stations and main earthquake epicentres in northeastern margin of Qinghai－Tibet block.

表1 青藏塊體東北緣年度地震預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

分析表1，有以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）地震預(yù)報(bào)類型分無震預(yù)報(bào)和有震預(yù)報(bào)2類。統(tǒng)計(jì)顯示3個(gè)小區(qū)域16年中提出無震預(yù)報(bào)25次，有震預(yù)報(bào)23次。其中：祁連—河西地區(qū)、西海固地區(qū)和蘭天武地區(qū)的無震預(yù)報(bào)分別為6次、9次和10次；有震預(yù)報(bào)分別為13次、3次和7次。相對而言，祁連－河西地區(qū)的有震預(yù)報(bào)較多，而后2個(gè)地區(qū)的無震預(yù)報(bào)偏多。主要因?yàn)檫@一時(shí)期祁連－河西地區(qū)地震相對活躍，形變異常較多，而后2個(gè)地區(qū)地震較為平靜，形變異常較少。

（2）從歷年地震預(yù)報(bào)的震級分布看，有震預(yù)報(bào)一般為6±或5～6級，無5級以下或6～7級的有震預(yù)報(bào)；而無震預(yù)報(bào)的震級下限也在6.0～7.0級之間。這反映受監(jiān)測地震形變前兆能力、積累震例所限，預(yù)報(bào)地震的重點(diǎn)仍主要以6±及6級以上的中強(qiáng)地震為主。

（3）年度地震預(yù)報(bào)檢驗(yàn)以反映地震預(yù)報(bào)工作質(zhì)量的重要指標(biāo)——錯(cuò)報(bào)率和漏報(bào)率作為判別標(biāo)準(zhǔn)。無震預(yù)報(bào)不論無震預(yù)報(bào)的下限取MS6.0還是MS7.0，歷年的錯(cuò)報(bào)率均為零。固然中等地震的發(fā)生是一個(gè)小概率事件，報(bào)無震預(yù)報(bào)的正確率要大于有震預(yù)報(bào)，尤其是地震相對平靜的西海固地區(qū)、蘭天武地區(qū)這種機(jī)會更大。但我們也注意到即使地震相對活躍的祁連－河西地區(qū)，僅有的6次無震預(yù)報(bào)錯(cuò)報(bào)率也為零。這反映在形變監(jiān)測手段齊全的青藏塊體東北緣，尚沒有出現(xiàn)中強(qiáng)地震漏報(bào)的例子。

但有震預(yù)報(bào)情況則大有不同，不容樂觀。16年之中有震預(yù)報(bào)僅報(bào)對地震4次，報(bào)錯(cuò)地震卻達(dá)19次，對錯(cuò)比例僅為21℅，錯(cuò)報(bào)率高達(dá)83℅。其中祁連－河西地區(qū)地區(qū)報(bào)對地震3次，報(bào)錯(cuò)地震10次，對錯(cuò)比例為30℅，錯(cuò)報(bào)率為77℅；西海固地區(qū)無報(bào)對地震，報(bào)錯(cuò)地震3次，錯(cuò)報(bào)率高達(dá)100℅；蘭天武地區(qū)報(bào)對地震1次，報(bào)錯(cuò)地震6次，對錯(cuò)比例為17℅，錯(cuò)報(bào)率高達(dá)86℅。從3個(gè)區(qū)域的地震預(yù)報(bào)對錯(cuò)比例看，地震活躍的祁連－河西地區(qū)相對偏高，而地震平靜的西海固地區(qū)最低。這也表明監(jiān)測到的形變異常并不一定都能導(dǎo)致地震發(fā)生，即使是中期的年度地震預(yù)報(bào)要報(bào)對地震也是一件相當(dāng)困難的事情，即使在地震相對活躍的祁連－河西地區(qū)，其年度地震預(yù)報(bào)錯(cuò)報(bào)率也高達(dá)77℅。

3 青藏塊體東北緣年度地震預(yù)報(bào)狀況分析

按照唯物辯證法觀點(diǎn)，事物短期的變化可能無法準(zhǔn)確把握，但是長期發(fā)展趨勢還是可以判斷清晰的。地震的孕育是一個(gè)應(yīng)變能隨時(shí)間不斷積累的過程，而地形變則是地殼運(yùn)動變化的幾何表象，所以中長期來看，理論上在監(jiān)測條件具備的情況下一個(gè)地區(qū)是否存在中強(qiáng)地震在地形變上應(yīng)該能夠得到反映，這也可以從青藏塊體東北緣16年之中無地震漏報(bào)得到映證。但是，中短期來看一個(gè)地區(qū)出現(xiàn)形變異常后是否發(fā)生地震，若發(fā)生，其震級、時(shí)間和地點(diǎn)三要素的判斷仍面臨很大的不確定性，迄今仍是一個(gè)尚未有效解決的難題。

從判據(jù)方面分析。首先由于地殼運(yùn)動產(chǎn)生的形變異常效應(yīng)反映的只是地殼運(yùn)動的變化，地面形變出現(xiàn)劇烈變化之后可能發(fā)生地震，也可能不發(fā)生地震，因此“形變異?！迸c“地震前兆”并不簡單是同一概念。況且引起形變異常的原因很多，既有長周期的，如斷層蠕動、靜地震與慢地震；也有快速變化的外界非構(gòu)造因素影響；也有來自局部構(gòu)造應(yīng)力變化，包括孕震所引起的等。其次，現(xiàn)在還只能在地表一些主要斷裂帶布設(shè)一些極為稀疏的觀測場地，而且分布也不均勻。由于震源的復(fù)雜性，地下構(gòu)造的多樣性，形變前兆有些可觀測到，有些觀測不到，這就存在地震漏報(bào)的可能。

從地震預(yù)報(bào)的三要素分析。首先地震的發(fā)生是滯后于的形變異常的，換句話說，即使監(jiān)測到地震形變前兆，何時(shí)發(fā)生地震仍是一個(gè)未知數(shù)。其次，監(jiān)測范圍內(nèi)出現(xiàn)的形變前兆是否一定意味著本區(qū)域存在發(fā)生地震危險(xiǎn)性也是一個(gè)存在爭議的問題。根據(jù)梅世蓉先生的“堅(jiān)固體孕震模式”［3］理論，地殼不穩(wěn)定區(qū)即形變前兆先出現(xiàn)在外圍，由外向內(nèi)擴(kuò)展包圍震源區(qū)，而震源區(qū)在震前數(shù)年整體呈現(xiàn)“形變空區(qū)”，顯示相對穩(wěn)定或“相對閉鎖”的堅(jiān)固體特征。汶川8.0地震前多種資料顯示龍門山斷層活動處于相對閉鎖狀態(tài)［4］，但是處在西秦嶺構(gòu)造帶與南北地震帶的交匯區(qū)［5－6］、距汶川地震最近的測點(diǎn)僅2百多公里的蘭州－天水－武都地區(qū)，在震前卻存在形變前兆突出的現(xiàn)象，同期位于甘川交界地區(qū)的武都地震臺應(yīng)變、地電阻率資料也存在明顯異常變化［7］，導(dǎo)致表1中2004－2007年對蘭州－天水－武都地區(qū)有震預(yù)測的虛報(bào)?，F(xiàn)在回過頭來看，這些異常出現(xiàn)可能與汶川8.0地震有關(guān)系。此外，目前只是定性的說地震越大孕震區(qū)也越大，但多大范圍、多大幅度的形變前兆對應(yīng)多大震級的地震目前也仍無可靠的定量關(guān)系，當(dāng)前只能根據(jù)某些現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)識來判斷形變異常是否為地震前兆，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)識來判斷地震發(fā)生的三要素，這就不可避免的出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、虛報(bào)率較高的現(xiàn)狀。

從預(yù)測過程的合理性分析。雖然有形變異常不一定要地震，但要地震尤其較大地震則必定有形變異常。地震是應(yīng)變能積累到一定程度的突然釋放的結(jié)果，而在這個(gè)發(fā)展過程中必然有一些“蛛絲馬跡”可尋。事實(shí)證明，由于地殼形變測量“點(diǎn)多面廣”的特點(diǎn)，在有監(jiān)測資料覆蓋范圍內(nèi)在不間斷觀測條件下，地殼形變還是可以捕捉到某些地震孕震信息的。自開展地形變監(jiān)測地震以來，我國已獲得地震前后地形變異常的大量資料，其中包括一些強(qiáng)烈地震的震例，如邢臺、海城、唐山地震等。這些震例表明，一次大震的震前、震時(shí)和震后，地殼都發(fā)生明顯的形變，尤其是地震時(shí)引起的形變十分劇烈。即使象汶川8.0級被專家認(rèn)為是一次低滑動速率、長復(fù)發(fā)周期和高破壞強(qiáng)度的巨大地震［4］，在地震前跨龍門山斷裂帶“茂汶－綿竹”水準(zhǔn)剖面也曾出現(xiàn)明顯的階段性活動跡象，而流動重力更是在震前的2002－2005年重力正負(fù)差異變化明顯增大，并在汶川—馬爾康一帶形成重力變化高梯度帶［8］。

從預(yù)測的前提及因素分析。不同地震的震前地形變持續(xù)時(shí)間、規(guī)模、幅度也不相同，一般而言震前地形變異常程度與地震的震級大小成正比。從青藏塊體東北緣多年來的年度地震預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，限于目前的監(jiān)測條件及能力，形變手段對6±及6級以上的強(qiáng)震具有較強(qiáng)的映震能力，如1986年門源6.4級地震、1995年永登5.8級、2000年景泰5.9級地震、2003年民樂－山丹6.1級地震［9－12］等；對5級以下地震尚無監(jiān)測能力［9］。

綜上所述，一方面地形變具有一定的地震監(jiān)測能力，預(yù)報(bào)地震具有重要的科學(xué)含量而決非瞎碰，另一方面也顯示出目前的年度預(yù)報(bào)地震水平還很低，已經(jīng)取得的進(jìn)展離最終的目標(biāo)還有遙遠(yuǎn)的距離。

4 認(rèn)識與結(jié)論

（1）年度地震預(yù)報(bào)實(shí)踐表明地形變具有一定的地震監(jiān)測能力。但由于地震孕育的復(fù)雜性和地下構(gòu)造的多樣性，形變異常與地震之間并沒有確定的對應(yīng)關(guān)系，這也直接導(dǎo)致較高的年度地震預(yù)報(bào)錯(cuò)報(bào)率。從以往震例看，雖然形變異常不一定是地震發(fā)生的充分條件，但可能是一個(gè)必要條件，尤其是較大地震。

（2）從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，限于目前的監(jiān)測條件，形變手段主要以6±及6級以上的中強(qiáng)地震作為監(jiān)測和預(yù)報(bào)目標(biāo)，對5級以下的中小地震尚無映震能力。

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Evaluation for Seismic Monitoring Ability of Crustal Deformation

ZHANG Si－xin，WANG Shuang－xu，ZHANG Xi，LIU Li－wei

（Second Monitoring and Application Center，CEA，Xi＇an 710054，China）

P315.72＋5

A

1000－0844（2011）01－0015－05

2009－09－24

國家科技攻關(guān)計(jì)劃子專題大地形變與大地震危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測研究﹙2008BAC44B02－0103﹚

張四新（1967－），男（漢族），陜西麟游人，高級工程師，主要從事大地形變與現(xiàn)今地殼運(yùn)動、地震預(yù)測研究.