小震群序列類型判定方法研究的現(xiàn)狀及相關(guān)問題研究的趨勢＊

崔子健 李志雄 陳章立 趙翠萍 周連慶

1)中國地震局地震預(yù)測研究所,北京 100036

2)中國地震局,北京 100036

小震群序列類型判定方法研究的現(xiàn)狀及相關(guān)問題研究的趨勢＊

崔子健1)李志雄1)陳章立2)趙翠萍1)周連慶1)

1)中國地震局地震預(yù)測研究所,北京 100036

2)中國地震局,北京 100036

小震群地震活動(dòng)經(jīng)常發(fā)生,對其可能類型的快速判別,即對正在活動(dòng)的小震群,究竟是“大震”的前震序列,還是并不伴有大震發(fā)生的一般性小震群的快速判別,對減輕地震災(zāi)害和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文總結(jié)歸納了小震群序列類型判別方法研究的現(xiàn)狀和存在的問題,并對震群序列類型判別研究的趨勢進(jìn)行了初步闡述。

小震群;序列類型;判定方法;研究趨勢

引言

本文的“小震群”意指在較短的時(shí)間內(nèi)相繼多次發(fā)生在局部小區(qū)域里的中小地震活動(dòng),“小震”是相對中強(qiáng)以上地震而言的,一般指MS≤5.0。小震群的震中一般集中分布在幾公里范圍內(nèi),持續(xù)時(shí)間較短,雖然有些小震群活動(dòng)持續(xù)1—2個(gè)月,但多數(shù)小震群集中在十幾天、幾天,乃至幾小時(shí)內(nèi)發(fā)生。

自有區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)記錄以來,經(jīng)常記錄到小震群地震活動(dòng),且往往引起人們的高度關(guān)注。一組有感小震群發(fā)生后,震區(qū)的政府領(lǐng)導(dǎo)與人民群眾最為關(guān)心的是會(huì)不會(huì)發(fā)生更大的地震。毫無疑問,及時(shí)對這一問題作出回答是政府及時(shí)作出決策、做好抗震減災(zāi)工作和安定民心、防止社會(huì)混亂、避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失的重要依據(jù),特別是對于大中城市、人口稠密和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)更是如此。因此,小震群序列可能類型的快速判別,即正在活動(dòng)過程中的小震群,究竟是“大震”的前震序列,還是并不伴有大震發(fā)生的一般性的一組小地震活動(dòng),對于減輕地震災(zāi)害和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在開展地震預(yù)測研究與實(shí)踐的早期,人們把“大震”前非常短的時(shí)間內(nèi)(一般為1天或幾天內(nèi))在未來大震震源區(qū)里成叢集中發(fā)生的小地震稱為前震。陳運(yùn)泰等[1]將其稱為“瞬時(shí)前震”,認(rèn)為瞬時(shí)前震是未來較大地震的種子;隨著觀測資料的積累,人們發(fā)現(xiàn)有些大震前1個(gè)月或稍長時(shí)間里,在未來大震震源區(qū)附近發(fā)生了突出的小震群活動(dòng),也將其視為大震的前震;另外,Evison[2]認(rèn)為大震前幾年,在未來大震震中區(qū)周圍幾百公里范圍里所發(fā)生的小震群活動(dòng)可能與大震的孕育有關(guān),稱之為“前兆震群”,有些人將其視為廣義前震。因此,“前兆震群”的研究對于時(shí)間尺度為幾年的大震危險(xiǎn)區(qū)的確定是很重要的,但從地震預(yù)測的緊迫性來說,前兩種情況更為緊迫。這里把大震前1個(gè)月左右(包括幾天內(nèi))的時(shí)間內(nèi)在未來大震震源區(qū)及其附近發(fā)生的小震群活動(dòng)稱為大震的前震序列。本文將按這一概念綜述小震群序列可能類型判別的研究現(xiàn)狀并就小震群序列類型判定研究趨勢進(jìn)行初步歸納。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)某一地區(qū)小地震在短時(shí)間里集中發(fā)生的震群活動(dòng),判定其后是否會(huì)發(fā)生強(qiáng)地震,對這一問題的研究仍是當(dāng)今世界上地震預(yù)報(bào)中的難題之一。在國外,眾多學(xué)者非常關(guān)注強(qiáng)地震余震的衰減特征和余震激發(fā)更大余震問題的研究[3-7],而利用本文重點(diǎn)關(guān)注的小震群資料開展震群類型判定研究相對較少[8-9]。在我國,基于地震預(yù)測的社會(huì)巨大需求,開展小震群類型判定研究一直是眾多研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。雖然自1966年以來,便曾在邢臺(tái)及海城地區(qū)用大震前小震的“密集—平靜”特點(diǎn)推測未來的大震[10],隨后也有不少人從序列的時(shí)、空、強(qiáng)表現(xiàn)出來的某些特征,以及序列發(fā)展的物理背景上(如波形變化、震源參數(shù)等)尋找表征前兆性震群的某些特征指標(biāo)(如b值、h值、初動(dòng)和頻度變化等異常值),但多數(shù)方法是統(tǒng)計(jì)性的,預(yù)測指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中難免存在不同程度的不確定性,如2002年1—2月在云南漾濞發(fā)生了一組小震群活動(dòng),專家曾對這次震群利用各種統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算,所得結(jié)果大都顯示出該小震群活動(dòng)具有較強(qiáng)的前兆震群特性,但其后并未發(fā)生預(yù)期的強(qiáng)震。因此,對小震群序列類型判定的方法及有關(guān)理論研究仍有待進(jìn)行深入的研究[11]。

1.1 小震群序列類型判定的地震活動(dòng)性圖像方法研究

中國是開展地震預(yù)測探索最早的國家之一,在日常震情分析預(yù)報(bào)工作中,國內(nèi)諸多學(xué)者利用震群目錄,借助地震頻度、應(yīng)變釋放、b值、h值、能量釋放均勻度U值、震群歸一化信息熵K、震群序列的地震發(fā)生方式參數(shù)ρ值等參數(shù)(方法),通過震例,開展小震群序列類型判定的指標(biāo)體系研究,并將結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際小地震震群類型判定工作中。

吳開統(tǒng)等[12]通過對1975年2月4日遼寧海城7.3級地震震前震中及其鄰近地區(qū)小地震密集活動(dòng)開展時(shí)空分布特征研究,結(jié)果表明,遼寧海城7.3級地震的前震序列具有震級不斷增大,頻度上升,震中位置集中,震源深度變化小,P波初動(dòng)一致,b值較小的特點(diǎn)。傅淑芳等[13]在總結(jié)歸納眾多學(xué)者研究結(jié)果后指出,主震型序列在其主活動(dòng)時(shí)期(1個(gè)月至數(shù)月)的b值一般都在0.6以下,震群型序列的b值一般都大于0.6。吳忠良[14]指出,b值小于0.75的地震序列有更大的可能是前震序列。張智等[15]根據(jù)震級-頻度關(guān)系曲線lg N=a-bM線性外推,由橫軸截距Mmax=a/b來預(yù)測序列未來最大地震可能的強(qiáng)度?？慢埳萚16]總結(jié)17個(gè)震例后指出,多數(shù)前震序列服從關(guān)系式:lg X=A-B t(A、B為常數(shù),X表示前震的頻度,t表示從主震往前推的時(shí)間間隔),少數(shù)服從關(guān)系式:lg X=A-B lg t,并且前震活動(dòng)期與波速恢復(fù)期比較接近。劉正榮等[17-19]把茂木清夫修改了的大森余震衰減公式記為n(t)=n1t-h(n1和n分別為第1個(gè)單位時(shí)間和第t個(gè)單位時(shí)間內(nèi)震級超過某一閾值M起的地震次數(shù)),通過對發(fā)生在中國大陸109個(gè)不同類型的地震序列的h值作了統(tǒng)計(jì)分析,指出,當(dāng)h≤1時(shí),相應(yīng)的震群序列為前震序列的可能性較大,當(dāng)h＞1時(shí),相應(yīng)的小震群為一般的小震群的可能性較大。陸遠(yuǎn)忠等[20]、朱傳鎮(zhèn)等[21]、王煒等[22]曾分別提出將能量釋放均勻度U、震群歸一化信息熵K、震群序列的地震發(fā)生方式參數(shù)ρ作為判定前兆震群的指標(biāo)。宋俊高[23]在總結(jié)前人研究前兆震群指標(biāo)的基礎(chǔ)上,提出一種綜合判斷指標(biāo)的方法,用來識(shí)別地震異常及確定未來地震的三要素,并稱U＞0.5、K＞0.7、ρ＜0.55的震群為典型前兆震群,反之則認(rèn)為是典型的非前兆震群。林邦慧等[24]基于前震序列具有能量釋放比較均勻、序列中較強(qiáng)地震相對多、地震頻度隨時(shí)間遞增這樣一個(gè)基本認(rèn)識(shí),引進(jìn)一個(gè)表征序列能量釋放的均勻程度與序列的地震平均強(qiáng)度關(guān)系的物理量F,用F值判別是否前震序列的定量判據(jù)是:F≥1為前震序列,F＜1為一般序列。

1.2 基于地震波形的小震群序列類型判定方法研究

自20世紀(jì)70年代末期以來,國內(nèi)外一批學(xué)者相繼利用地震波觀測資料,開展基于地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性研究之上的地震序列類型研究,主要包含兩方面的內(nèi)容:一類是主要通過地震波波形記錄的垂直分量Pg初動(dòng)和垂直分量Pg、Sg的最大振幅比,研究前兆型小震群和一般性小震群的地震波形或震源機(jī)制解線性相似度所展現(xiàn)出的不同變化特征;另一類是通過計(jì)算小震群的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和力學(xué)參數(shù),分析歸納前兆震群和非前兆震群的這些參量的變化特點(diǎn)。

金嚴(yán)等[25]認(rèn)為海城前震序列地震波垂直分量Pg、Sg的最大振幅比值較一般震群的相應(yīng)數(shù)值更為穩(wěn)定。卓秀榕等[26]根據(jù)計(jì)算視振幅比方差的方法,給出不同地震序列視振幅比方差的數(shù)值范圍。卓鈺如[27]統(tǒng)計(jì)了19個(gè)地震序列垂直分量Pg、Sg的最大振幅比的均方差,以其大小來區(qū)分一般震群和前震序列,并認(rèn)為若最大振幅比均方差小于0.5,則屬于前震序列的可能性較大。金森博雄的研究結(jié)果表明,中強(qiáng)地震前小震P波卓越頻率顯示增高的特征,石田瑞穗通過譜分析認(rèn)為,前震的譜峰頻率系統(tǒng)高于正常地震的譜峰頻率[28]。趙根模[29]指出,普通震群的最大深度一般≤16 km、震源垂直尺度≤10 km、最大深度距平值≤6 km,而前震的最大深度＞16 km、震源垂直尺度＞10 km、最大深度距平值＞6 km。

顧浩鼎等[30]研究表明,前震序列的S波偏振方向變化不大。啜永清等[31]指出,初動(dòng)矛盾符號(hào)比的減小與增大,可以作為判定該地震序列后面是否還有較大地震的指標(biāo)。

陳颙[32]對前震和余震的特征進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)前震在空間上集中、震源機(jī)制解也都比較類似,而余震在空間上發(fā)散、機(jī)制解差異大。據(jù)此,陳颙提出利用震源參數(shù)的一致性可以判別一個(gè)地震序列是前震序列還是正常的主震-余震序列。類似地,王俊國等[33]提出了地震一致性參量a的概念,用以研究強(qiáng)震前震源及其附近地區(qū)中等地震震源機(jī)制解P、T軸隨時(shí)間變化特征。震例結(jié)果表明,若區(qū)域地震資料計(jì)算得出的震源機(jī)制解與構(gòu)造應(yīng)力場一致(a越小),則顯示出構(gòu)造應(yīng)力場控制作用增強(qiáng),發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性增強(qiáng);反之,震源機(jī)制解與構(gòu)造應(yīng)力場不一致(a越大),表明構(gòu)造應(yīng)力場控制作用減弱,中強(qiáng)地震發(fā)生的可能性相對較小。

為克服由于難以精確地給出小震群中多數(shù)小震的震源機(jī)制解的問題,Lund等[34]提出用微震體波譜振幅相關(guān)分析的方法來研究地震序列震源機(jī)制是否相似的問題。根據(jù)其提出的方法,朱航等[35]采用體波譜振幅相關(guān)系數(shù)方法研究地震序列的震源機(jī)制變化過程,對2001年雅江和2003年大姚強(qiáng)震序列,以及2002年漾濞和2003年洱源小震序列進(jìn)行分析研究的結(jié)果表明:強(qiáng)震序列與一般小震序列的滑動(dòng)平均譜振幅相關(guān)系數(shù)時(shí)序曲線形態(tài)存在明顯差異。

Wiemer等[36]通過研究美國1992年蘭德斯7.3級地震前和1999年南加州7.1級地震前,震中及附近地區(qū)中等地震的各個(gè)地震的滑動(dòng)角與斷層滑動(dòng)角之差(滑動(dòng)角偏差β)的變化,發(fā)現(xiàn)上述兩個(gè)地震前β值與b值之間存在正相關(guān),滑動(dòng)角偏差β在震前出現(xiàn)低值。研究結(jié)果表明,滑動(dòng)角偏差β值越小,研究區(qū)域應(yīng)力方向較一致,發(fā)生較大地震的危險(xiǎn)性相對較高;滑動(dòng)角偏差β值越大,應(yīng)力方向一致性差,不易發(fā)生較強(qiáng)地震。

自20世紀(jì)20年代日本學(xué)者和達(dá)清夫首先提出開展地震波縱波和橫波的速度之比vP/vS的研究以來,國內(nèi)外眾多學(xué)者針對不同地區(qū)的許多地震開展了vP/vS的震例研究[37]。我國從20世紀(jì)70年代開始開展波速比的震例研究,依據(jù)眾多震例試圖歸納出波速比變化的時(shí)間、幅度、形態(tài)與強(qiáng)震發(fā)生時(shí)間及地點(diǎn)和震級等的關(guān)系[38-39]。并將初步取得的成果應(yīng)用于地震預(yù)測探索,1976年松潘—平武7.2級地震的成功預(yù)報(bào),震前的波速比異常就是其預(yù)報(bào)依據(jù)之一。

1.3 關(guān)于余震激發(fā)更大余震的研究

日本地震學(xué)家大森(Omori)分別以半日和月為單位時(shí)間,統(tǒng)計(jì)1891年日本中部美濃(Nobi)8級地震和其他2次日本地震有感余震的頻次衰減,結(jié)果顯示單位時(shí)間內(nèi)余震頻度n(t)隨時(shí)間t的變化可以表達(dá)為[40-41]:

式中,K和c為常數(shù),t為從主震開始的時(shí)間。

有關(guān)研究表明[42],不同地震序列余震衰減的指數(shù)往往不等于1,有些地震序列的衰減比式(1)預(yù)期的要快。Utsu等[43]認(rèn)為,這種差異可能與地震發(fā)生的區(qū)域構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。Utsu建議將式(1)修改為[44]:

式(2)為修改的大森公式。其中,K為與主震震級和震級下限有關(guān)的常數(shù);p為序列衰減系數(shù),表征余震序列衰減快慢;c是很小的正常數(shù)。公式(2)尤其是其中的p值被廣泛應(yīng)用于研究地震序列余震衰減特性,甚至余震序列較大地震的預(yù)測。U tsu等[43]對1962—1995年間全球發(fā)表的200多個(gè)序列的p值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié),指出p值分布在0.6～2.5之間,均值為1.1。近期,許多中強(qiáng)地震序列p值計(jì)算結(jié)果仍與U stu總結(jié)的上述認(rèn)識(shí)相一致[6,7,45]。

王碧泉等[46]指出中國大陸東部多數(shù)大地震(M≥7)的p值較低(0.56～0.99)。趙志新等[47]利用點(diǎn)過程最大似然估計(jì)對中國大陸M≥5的32次地震的余震時(shí)間衰減特征進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)中國東部、南部、北部p值的平均值約為0.91,小于中國西部的平均結(jié)果,并且中國大陸平均p值也小于日本島弧地區(qū)的平均p值。這表明,中國大陸西部地震序列衰減較快。對比中國大陸與日本島弧地區(qū)發(fā)現(xiàn),大陸地震序列衰減相對較慢。他們的工作還指出,p值似乎與主震震級無關(guān)。

蔣海昆等[48]利用1970—2004年中國大陸記錄較為完備的154次MS≥5.0地震序列資料,基于震后早期(震后15天)ETAS模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果,系統(tǒng)對比研究了中國大陸不同區(qū)域、不同主震大小、不同主震斷層類型、以及不同序列類型余震ETAS模型參數(shù)的平均統(tǒng)計(jì)特征,并討論了不同統(tǒng)計(jì)條件下的序列衰減及余震激發(fā)問題。研究結(jié)果表明,從中國西南、西北、新疆、華北4個(gè)區(qū)域中強(qiáng)地震序列ETAS模型參數(shù)均值的具體對比來看,西南平均b值略高、新疆b值略低,但總的來看差異極小。p、a顯示一定的區(qū)域性特征,西南、西北p值均值略低于新疆及華北,表明西南、西北地區(qū)序列衰減相對較慢,新疆、華北序列衰減相對較快。華北a均值較低而西北a均值相對較高,意味著盡管華北序列衰減相對較快,但其“余震激發(fā)余震”的能力卻相對較強(qiáng),西北地震序列盡管衰減較慢,但序列結(jié)構(gòu)可能較為單一,激發(fā)高階余震的能力相對較弱;在震后早期階段,b、p、a與序列主震大小相關(guān),b值均值隨主震震級增大而增大,與對具體震例全序列的研究結(jié)果相一致。p、a均值隨主震震級增大而減小,兩者變化趨勢正相關(guān),意味著主震越大則序列衰減越慢、激發(fā)高階余震的能力越強(qiáng)。

1.4 巖石物理實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬

地震的孕育與發(fā)生一方面與區(qū)域應(yīng)力場應(yīng)力增強(qiáng)作用有關(guān),另一方面也與震源所處構(gòu)造位置及巖石力學(xué)性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。研究表明,由于巖石中晶粒缺陷的隨機(jī)分布,導(dǎo)致巖石各向異性和非均質(zhì)性,這將對巖石在外載作用下的破壞行為產(chǎn)生顯著影響。巖石在外載作用下的變形破壞過程,實(shí)質(zhì)上就是巖石中的缺陷的萌生、長大、擴(kuò)展和匯合的過程[49]。為提高對地震孕育、發(fā)生過程的認(rèn)識(shí),人們通過室內(nèi)巖石破裂實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等途徑對巖石介質(zhì)非均勻性在地震孕育及地震發(fā)生類型的影響和作用等方面開展了廣泛的研究[50-53]。

Mogi[54]對4種不同均質(zhì)度的巖石樣品進(jìn)行巖石破裂實(shí)驗(yàn)研究,從介質(zhì)較均勻到非常不均勻分別得到了3種地震序列類型:主震型、前震-主震-余震型、震群型。Mogi實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)應(yīng)力以恒定的速度增大時(shí),均勻程度不同的巖石,其破裂的發(fā)展過程有別:很均勻的介質(zhì)(如松香)在大破裂前沒有觀測到微破裂;幾乎均勻的介質(zhì)(如粗面巖)當(dāng)應(yīng)力水平較低時(shí),沒有微破裂發(fā)生,隨著應(yīng)力增大,在臨近大破裂前觀測到少量的微破裂;不均勻的介質(zhì)(如花崗巖)當(dāng)應(yīng)力水平較低時(shí),沒有微破裂發(fā)生,當(dāng)應(yīng)力增大到一定程度時(shí),開始出現(xiàn)少量的微破裂,隨著應(yīng)力的增大,在臨近大破裂前,微破裂急劇增加;極不均勻的介質(zhì)(如浮石)在較低的應(yīng)力水平下就可以發(fā)生微破裂,隨著應(yīng)力的增高,微破裂的次數(shù)增多,但并不發(fā)生大破裂。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖未直接給出判別前震序列與一般小震群的方法,但指出兩者發(fā)生的介質(zhì)環(huán)境明顯有別:前震序列的震源區(qū)介質(zhì)不均勻,應(yīng)力水平較高;而一般小震群震源區(qū)介質(zhì)極不均勻,應(yīng)力水平較低。

李正光等[55]用花崗巖與砂巖拼接的巖樣,進(jìn)行雙軸加壓單面直剪實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),不同巖樣的加壓,可以再現(xiàn)不同地震序列類型,且破裂發(fā)生過程和規(guī)律與天然地震類似,可分為:前震-主震-余震型、主震-余震型、雙震-多震型和孤立型等。焦明若等[56]對5種具有不同均質(zhì)度系數(shù)和5種具有相同均質(zhì)度系數(shù)的巖石試樣模型進(jìn)行了單軸壓縮載荷作用下的數(shù)值模擬試驗(yàn),研究了介質(zhì)細(xì)觀非均勻性以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)隨機(jī)性對宏觀力學(xué)行為和地震序列類型的影響。結(jié)果表明,巖樣的宏觀變形非線性行為和強(qiáng)度特征取決于巖石的非均勻程度,隨著均質(zhì)度系數(shù)的降低,宏觀變形的非線性增強(qiáng),巖石試樣的韌性隨著均質(zhì)度系數(shù)的降低而逐漸增強(qiáng);隨著均質(zhì)度系數(shù)的提高,宏觀變形的線性增強(qiáng),巖樣的宏觀強(qiáng)度將增加。唐春安等[57]通過對巖石試樣中預(yù)置的傾斜裂紋擴(kuò)展過程的數(shù)值模擬,研究了材料非均勻性對巖石介質(zhì)中裂紋擴(kuò)展模式的影響,結(jié)果表明,巖石的非均勻性對含裂紋試樣的變形、破裂過程及其破壞地震發(fā)生類型有很大影響。

2 震群序列類型判定研究存在的問題

雖然上述各種震群類型判定方法在地震預(yù)測研究與實(shí)踐的檢驗(yàn)中都具有一定的效能,但都存在著一定的問題,其預(yù)測結(jié)果也都存在一定的不確定性。這種不確定性表現(xiàn)在以下幾方面:

(1)應(yīng)變釋放加速和b值較小雖然是判斷小震群可能為前震序列的必要條件,但不是充分必要條件。換句話說,有些一般的小震群應(yīng)變釋放也可能加速,b值也可能較小[58]。用lg N=a-bM曲線線性外推的方法預(yù)測未來可能地震的最大強(qiáng)度Mmax,進(jìn)而判別所發(fā)生的震群序列的類型,則往往導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷。其主要原因是這種線性外推,以在地震學(xué)中自相似性普遍成立為前提,而這本身是現(xiàn)代地震學(xué)中一個(gè)有爭議的問題[59]。已有的一些研究認(rèn)為,“大震”與“小震”服從不同的定標(biāo)律,lg N=a-bM并不是在整個(gè)震級域里都成立[1,60-61]。

(2)h值的判別方法要求首先找出震群序列中的最大地震,然后計(jì)算之后的衰減系數(shù)h值。其中,不僅最大地震前的資料沒有利用,而且要求最大地震之后,小震的次數(shù)應(yīng)較多,否則計(jì)算的誤差較大[38]。因此,該方法雖然被廣泛使用,并有一定的效能,但其不確定性同樣也存在,尤其是當(dāng)震群序列的地震次數(shù)不是很多時(shí),其不確定性加大。

(3)前震序列S波偏振方向變化不大和P波初動(dòng)一致,雖然物理含義較為明確,但由于受到區(qū)域臺(tái)網(wǎng)觀測條件的制約,在實(shí)際應(yīng)用中往往遇到不少困難。

(4)地震波形的相似性程度雖然可以反映地震錯(cuò)動(dòng)方式的一致性程度,但不是唯一的判斷地震序列類型的定量指標(biāo),其認(rèn)識(shí)必須結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、介質(zhì)條件以及地震活動(dòng)性來進(jìn)行綜合判斷。

3 震群序列類型判定研究的趨勢

當(dāng)前,小震群序列類型的判別研究似有以下發(fā)展趨勢。

(1)對傳統(tǒng)方法的震例進(jìn)行深入研究。隨著地震監(jiān)測能力的逐步提高,小地震將被更多地記錄到,用于震群類型研究的震例將會(huì)越來越多,因而,基于更多震例,利用傳統(tǒng)的地震學(xué)預(yù)測參數(shù)或方法,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特點(diǎn),開展震群類型判定指標(biāo)的震例研究仍將不失為一條值得探索的重要途徑。

(2)基于孕震物理模式的震群序列類型判定方法研究。自從開展短時(shí)間尺度的地震預(yù)測研究以來,國內(nèi)外先后提出多種孕震物理模式,如膨脹-流體擴(kuò)散模式(DD)、雪崩不穩(wěn)定裂隙形成模式(IPE)、粘滑模式、包體模式等。其中,美國學(xué)者[62-64]提出的DD模式和前蘇聯(lián)學(xué)者[65]提出的IPE模式受到廣泛的關(guān)注,迄今仍被廣泛引用?；谏鲜鑫锢砟Ｊ?Sobolev[66]根據(jù)裂隙應(yīng)力場相互作用的原理,對孕震過程中震源區(qū)介質(zhì)必然呈現(xiàn)明顯的各向異性做了論證?？梢酝茰y,震源區(qū)是否呈現(xiàn)明顯的各向異性,既是孕震震源區(qū)與長期潛在的大震震源區(qū)的重要區(qū)別,也是前震序列震區(qū)與一般小震群區(qū)的重要區(qū)別。在現(xiàn)代數(shù)字地震觀測技術(shù)條件下,只要地震臺(tái)網(wǎng)布局合理,可以檢測到這種明顯的各向異性,進(jìn)而將其作為判斷小震群序列類型的重要依據(jù)。

(3)利用S波分裂開展震群序列類型判定研究。根據(jù)已有的研究,地殼介質(zhì)呈現(xiàn)明顯的各向異性必然導(dǎo)致S波通過此介質(zhì)時(shí)發(fā)生分裂,以及在各向異性介質(zhì)里所發(fā)生的地震其震源機(jī)制具有高度的相似性。Crampin[67]對地殼介質(zhì)的各向異性做了大量的研究,并把孕育大震的震源區(qū)介質(zhì)呈現(xiàn)明顯的各向異性視為地震預(yù)測的物理基礎(chǔ)。已有研究結(jié)果表明,與大震孕育前比較,在大震孕育過程中,穿過震源區(qū)的S波分裂的延遲時(shí)間δt將增大。

(4)利用震源機(jī)制一致性開展震群序列類型判定研究。已有的許多研究都闡明,淺源地震的發(fā)生與裂隙的擴(kuò)展直接相關(guān)聯(lián)。如圖1所示,對于單一橢圓形裂隙,其端部的應(yīng)力為[68]:σ≈σ∞(1+2 x/b),其中,σ∞為外加壓應(yīng)力,x和b分別為裂隙的半長軸和半短軸的長度。隨著裂隙的擴(kuò)展,其端部應(yīng)力σ增大。介質(zhì)有許多裂隙,各個(gè)裂隙擴(kuò)展的速率和端部應(yīng)力水平彼此有別,處于有利取向的裂隙擴(kuò)展加速,處于不利取向的裂隙擴(kuò)展減慢,甚至停止[66]。當(dāng)裂隙端部的應(yīng)力σ達(dá)到介質(zhì)的理論破裂強(qiáng)度σt=E/2π(E為楊氏模量)時(shí),便出現(xiàn)動(dòng)態(tài)失穩(wěn),進(jìn)而導(dǎo)致地震破裂發(fā)生。依此,前震序列的震區(qū),由于介質(zhì)呈明顯的各向異性,裂隙呈明顯的優(yōu)勢取向排列,因此前震序列的小地震,其震源機(jī)制解應(yīng)較相似。而一般小震群的震區(qū),裂隙取向雜亂,相應(yīng)地,其震源機(jī)制解也必然較混亂,故可以把小震群的震源機(jī)制解是否相似作為一種判別小震群究竟是前震序列還是一般小震群的物理含義較明確的方法。

圖1 裂隙端部應(yīng)力集中示意圖。σ∞:外加的壓應(yīng)力;σ:裂隙端部應(yīng)力;x:橢圓形裂隙半長軸長度;b:橢圓形裂隙半短軸長度

4 結(jié)語

近幾十年來圍繞小震群序列類型的判別所開展的研究取得了不少進(jìn)展,各種方法在地震預(yù)測的實(shí)際應(yīng)用中都顯示了一定的效能,但多數(shù)方法都是統(tǒng)計(jì)性的,有些物理含義并不明確,依其所作的判別也存在不同程度的不確定性。因此,在目前對地震孕育過程及發(fā)生機(jī)理等方面的認(rèn)識(shí)仍不是十分清晰的前提下,有必要多途徑研究探索物理含義較為明確、結(jié)果更為有效的新的判別方法,尤其是借助現(xiàn)代數(shù)字化地震觀測資料,基于一定物理模式或巖石實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上的物理方法研究將是地震預(yù)測探索的必由之路。

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The current research situation in judging the type of a small earthquake swarm and research trend in relevant issues

Cui Zijian1),Li Zhixiong1),Chen Zhangli2),Zhao Cuiping1),Zhou Lianqing1)
1)Institute of Earthquake Science,CEA,Beijing 100036,China
2)China Earthquake Administration,Beijing 100036,China

Small earthquake swarm s often occur,and discriminating a foreshock sequence from ordinary small earthquake swarm s quickly is very important both in the hazard mitigation and social stability.This article summarizes the current research situation in judging the type of small earthquake swarm,its existing problem s are analyzed.Finally,some research trends in judging the type of an earthquake swarm have been elaborated.

small earthquake swarm;type of earthquake sequence;judging method;research trend

P315;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.06.006

2010-11-22;

2011-03-07。

中國地震局行業(yè)基金專項(xiàng)(20070826)和科技部國際合作項(xiàng)目(編號(hào):CR11-16)共同資助。

(作者電子信箱,崔子健:c_z_j@163.com)