寧夏及鄰區(qū)M S≥5.0地震的前震和廣義前震特征分析

任雪梅 焦德成 蔡新華

寧夏地震局，銀川市北京東路244號(hào) 750001

0 引言

前震的特征與識(shí)別及其在強(qiáng)震中短期預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用研究，一直是國(guó)內(nèi)外利用測(cè)震學(xué)方法研究地震中短臨預(yù)測(cè)的主要方向之一（王林瑛等，2005）。我國(guó)曾有利用前震實(shí)現(xiàn)地震短臨預(yù)測(cè)的先例，如1975年2月4日海城7.3級(jí)、1999年l1月29日岫巖5.4級(jí)等地震。但中國(guó)大陸近代發(fā)生的十幾次強(qiáng)震中有明顯前震的不多，除1966年3月22日邢臺(tái)7.2級(jí)、1975年2月4日海城7.3級(jí)等地震的前震形成序列，最大震級(jí)分別為5.2、4.6以外；還有1976年龍陵7.3級(jí)地震，其主震前25m in發(fā)生了5.2級(jí)前震；2010年玉樹7.1級(jí)地震，其主震前2個(gè)多小時(shí)發(fā)生4.7級(jí)前震（劉蒲雄等，2012）。大震前有明顯前震的震例不多，而平靜異常的時(shí)間尺度可為幾天至幾個(gè)月，故前震往往難以作為臨震判據(jù)（劉蒲雄，2000）。多年的地震預(yù)測(cè)實(shí)踐表明，中強(qiáng)地震發(fā)生前出現(xiàn)前震的概率很低，目前發(fā)現(xiàn)的有前震現(xiàn)象的中強(qiáng)地震與總的統(tǒng)計(jì)樣本量之比小于10%（陳颙，1978；Chen et al，2008），且對(duì)其的識(shí)別、判定與中強(qiáng)震預(yù)測(cè)同樣困難。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，中強(qiáng)震孕育過程中在孕震區(qū)附近或沿地震構(gòu)造帶往往有中等地震活動(dòng)，其空間分布呈現(xiàn)出某種有序性（楊立明等，2004），諸如成組、叢集、遷移、條帶、圍空等。這些中等地震活動(dòng)對(duì)后續(xù)中強(qiáng)地震在時(shí)間及空間上顯示了一定的指示意義或前兆意義，但它們又有別于前震，此類地震應(yīng)屬?gòu)V義前震。前震難覓，不易識(shí)別，相比之下，廣義前震活動(dòng)的顯著性和有序性則易于識(shí)別。廣義前震的概念提出較早（茂木清夫，1979；趙根模，1980），近年來又得到較大發(fā)展。薛?。?003）研究認(rèn)為，1996年包頭西6.4級(jí)地震前，在震中西部臨河盆地出現(xiàn)顯著的中等地震活動(dòng)增強(qiáng)和叢集異常，且在時(shí)間上也表現(xiàn)出了集中的特征。楊向東等（2004）研究了華南地區(qū)14次中強(qiáng)地震前中等地震的活動(dòng)特征，并據(jù)此提出了該地區(qū)中強(qiáng)震短期預(yù)測(cè)判據(jù)。董治平等（2008）分析了祁連山構(gòu)造帶1984年以來的13次中強(qiáng)地震，其中有廣義前震的10次，占77%，研究認(rèn)為，廣義前震的有序活動(dòng)可視為祁連山構(gòu)造帶中強(qiáng)地震發(fā)生的短臨異常。

前震尚無統(tǒng)一的定義，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，前震是臨近主震前短期內(nèi)發(fā)生在主震震源區(qū)的地震。梅世蓉等（1993）將其定義為：“前震是指主震前發(fā)生在震源區(qū)內(nèi)與主震有關(guān)的一些地震，前40天中發(fā)生在距主震100km內(nèi)的地震被認(rèn)為是有意義的前震，或稱直接前震?！标愡\(yùn)泰等（2000）在論述破裂起始現(xiàn)象時(shí)指出：“瞬時(shí)前震，指的是在較大地震之前非常短的時(shí)間內(nèi)（一般為1天或幾天內(nèi)）發(fā)生的、距離較大地震很近的小地震?！边@些小地震被認(rèn)為是較大地震的“種子”。王林瑛等（2005）給出了前震識(shí)別與判定標(biāo)準(zhǔn)，即“直接前震一般發(fā)生在主震事件前30天內(nèi)；直接前震一般發(fā)生在與主震事件相距50km的范圍內(nèi)；直接前震與主震事件的震級(jí)差大致在1.0級(jí)以上。”上述定義都是針對(duì)直接前震的，由此可見，直接前震限定在強(qiáng)震孕育區(qū)內(nèi)或邊緣，與未來強(qiáng)震的孕育區(qū)關(guān)系密切。廣義前震定義則是在直接前震定義上的拓延，陸遠(yuǎn)忠等（1985）對(duì)廣義前震給出的定義為：“廣義前震是發(fā)生在1個(gè)地震序列之前較長(zhǎng)時(shí)間（幾個(gè)月、幾年甚至更長(zhǎng)），較遠(yuǎn)距離（距震源數(shù)十千米甚至數(shù)百千米），與該序列孕育有關(guān)的單個(gè)地震（即前兆地震），或地震群（即前兆震群）以及它們的組合?！?/p>

本文通過對(duì)寧夏及鄰區(qū)（35°00′～40°40′N，103.5°～107°40′E）1970～2015年以來 14次MS≥5.0地震前的中短期地震進(jìn)行時(shí)空特征分析，識(shí)別出了該區(qū)域每個(gè)MS≥5.0地震的前震和廣義前震（空區(qū)、條帶、信號(hào)地震和前兆地震等），總結(jié)了 MS≥5.0地震前空區(qū)、條帶、信號(hào)地震和前兆地震等的時(shí)間、空間特征，并根據(jù)這些特征，提出了今后對(duì)該區(qū)域進(jìn)行地震預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)如何綜合利用前震和廣義前震。此外，還分析了內(nèi)蒙古1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震前與2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震前弱震活動(dòng)特征間的差異。

1 研究對(duì)象

采用的全國(guó)弱震目錄China2和全國(guó)強(qiáng)震目錄CH 48均為中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的速報(bào)資料，研究時(shí)段始于1970年。1970年以來寧夏及鄰區(qū)共發(fā)生MS≥5.0地震15次，由于靈武1988年1月4日MS5.5地震和1988年1月10日MS5.0地震為雙震，可視為1次地震事件，因此，僅分析靈武MS5.5地震前的弱震活動(dòng)特征，表1給出了這14次地震的參數(shù)。

本文從空區(qū)、條帶、信號(hào)震、前兆震群等4個(gè)方面總結(jié)了14次MS≥5.0地震的前震、廣義前震的特征。

2 前震、廣義地震的特征

2.1 空區(qū)

1970年以來寧夏及鄰區(qū)發(fā)生的MS≥5.0地震及其參數(shù)見表1，其中，6次地震震前在震中附近區(qū)域出現(xiàn)空區(qū)（表2、圖1），由表2、圖1可見，空區(qū)內(nèi)的地震為主震和打破空區(qū)的地震。本文統(tǒng)計(jì)的空區(qū)均屬于第Ⅱ類空區(qū)中的弱震空區(qū)，也稱為孕震空區(qū)（國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司，1990）。

由圖1可見，除1989年11月2日固原 MS5.0、2015年 4月 15日阿拉善左旗MS5.8等地震前空區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)打破空區(qū)平靜的地震外，其它空區(qū)內(nèi)在主震前都出現(xiàn)了打破空區(qū)平靜的地震，出現(xiàn)的時(shí)間為主震前35天至14個(gè)月，其中1982年4月14日海原MS5.5、1990年 10月 20日景泰MS6.2等地震前空區(qū)內(nèi)打破平靜的地震出現(xiàn)時(shí)間較早，為主震前1年；其中，預(yù)測(cè)指示意義最顯著的是1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震前的8月19日在主震西南60km處發(fā)生的 ML3.3地震，其距主震發(fā)震只有35天；以上空區(qū)內(nèi)打破空區(qū)平靜的地震的震級(jí)為ML3.0～4.0。由圖1還可見，2015年 4月 15日阿拉善左旗MS5.8地震前存在2個(gè)ML≥3.0空區(qū)，其中，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的于2009年4月出現(xiàn)，持續(xù)6年，長(zhǎng)軸為70km，2013年4月又出現(xiàn)了新的空區(qū)，長(zhǎng)軸近 400km；第 1個(gè)空區(qū)在2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震后消失，而第 2個(gè)空區(qū)主震后依然存在。

表1 1970年以來寧夏及鄰區(qū)發(fā)生的M S≥5.0地震及其參數(shù)

表2 寧夏及鄰區(qū)M S≥5.0地震前空區(qū)統(tǒng)計(jì)

2.2 條帶

由14次震例條帶統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見（表3），僅有 4次震前出現(xiàn)了 ML≥3.0震級(jí)的條帶，持續(xù)時(shí)間為2～7年。

圖2為寧夏及鄰區(qū)1970年以來MS≥5.0地震前條帶分布。由圖2的4次震例可見，主震都發(fā)生在條帶的端部及其附近；主震震級(jí)越大，條帶越長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間也越長(zhǎng)。

2.3 信號(hào)震

圖1 寧夏及鄰區(qū)1970年以來M S≥5.0地震前空區(qū)分布

地震活動(dòng)向空區(qū)內(nèi)部收縮或空區(qū)被打破，通常將在地震活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)段空區(qū)內(nèi)部發(fā)生的地震作為信號(hào)震，但并非每次大震前空區(qū)內(nèi)部都出現(xiàn)信號(hào)震，由圖1可見，寧夏及鄰區(qū)1970年以來的14次震例中，僅4次出現(xiàn)了打破平靜的地震，本文稱其為Ⅰ類信號(hào)震；Ⅰ類信號(hào)震中有些未出現(xiàn)在空區(qū)內(nèi)，而是出現(xiàn)在主震震中附近，臨近主震發(fā)生，震級(jí) ML≥4.0，且主震震中附近地震活動(dòng)增強(qiáng)，此類地震以靈武-吳忠地區(qū)地震為代表（表4），本文將其命名為Ⅱ類信號(hào)震。

表3 寧夏及鄰區(qū)M S≥5.0地震前的條帶統(tǒng)計(jì)

由表4可見，14次震例中4次震前出現(xiàn)了Ⅰ類信號(hào)震，4次震前Ⅱ類信號(hào)震，其中，3次發(fā)生在寧夏南部及鄰區(qū)；Ⅰ類信號(hào)震出現(xiàn)在主震前35～410天，Ⅱ類主震前 3～37天，Ⅱ類信號(hào)震距主震發(fā)震時(shí)間較近，預(yù)測(cè)指示意義較強(qiáng)。主震前出現(xiàn)Ⅱ類信號(hào)震的4次中有3次在靈武-吳忠地區(qū)，該區(qū)域主震前ML≥3.0地震活動(dòng)特征為：隨著主震的臨近，震中區(qū)發(fā)生ML≥3.0地震的時(shí)間間隔越來越小，震級(jí)越來越大；距主震發(fā)生2個(gè)月內(nèi)，會(huì)發(fā)生1次或2次ML≥4.0Ⅱ類信號(hào)震（圖3），因此，靈武-吳忠地區(qū)Ⅱ類信號(hào)震的識(shí)別和判定須有以上弱震活動(dòng)特征。

根據(jù)王林瑛等（2005）給出的前震、直接前震的識(shí)別與判定標(biāo)準(zhǔn)，由表4可見，本文的Ⅰ類、Ⅱ類信號(hào)震中的一部分應(yīng)屬于直接前震，但王林瑛等（2005）制定的直接前震識(shí)別與判定標(biāo)準(zhǔn)不太適合寧夏及鄰區(qū)。根據(jù)表4的前震特征，本文給出寧夏及鄰區(qū)直接前震的識(shí)別與判定標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）直接前震一般發(fā)生在主震前60天內(nèi)（除1982年4月14日海原 MS5.5、1990年10月20日景泰MS6.2等地震前的Ⅰ類信號(hào)震出現(xiàn)在主震前360天，其它信號(hào)震均出現(xiàn)在主震前60天內(nèi)）；

（2）直接前震一般發(fā)生在與主震震中相距35km的范圍內(nèi)，若是在寧夏北部及鄰區(qū)空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)地震，則其與后續(xù)主震的空間距離在65km以內(nèi)；

（3）直接前震與主震的震級(jí)差約為1.0以上（除1971年6月28日靈武5.1級(jí)地震前的Ⅱ類信號(hào)震與主震的震級(jí)差為0.6以外，其它信號(hào)震與主震的震級(jí)均相差1.0以上。

2.4 前兆震群

寧夏及鄰區(qū)1970年以來14次MS≥5.0地震中有5次震前出現(xiàn)前兆性震群，且均發(fā)生在寧夏北部及鄰區(qū)，寧夏南部及鄰區(qū)MS≥5.0地震前均未出現(xiàn)前兆性震群（表5）。由表5可見，前兆震群一般發(fā)生在主震前18～411天，除2015年4月15日5.8級(jí)地震的前兆震群發(fā)生在主震前411天以外，其它4次均在主震前18～156天，即6個(gè)月之內(nèi)；這些前兆震群均發(fā)生在距主震震中60km的范圍內(nèi)。

圖2 寧夏及鄰區(qū)1970年以來M S≥5.0地震前條帶分布

3 1976年9月23日巴音木仁M S 6.2地震前與2015年4月15日阿拉善左旗M S 5.8地震前弱震活動(dòng)特征間的差異

由表1可見，內(nèi)蒙古1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震與2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震震中僅相距約15km，震級(jí)差0.4，2個(gè)地震的震源機(jī)制解都是近SN向的走滑型，發(fā)震斷層都為磴口-本井?dāng)嗔眩瑩?jù)此，這2個(gè)地震的前震和廣義前震的特征應(yīng)相同，但從上述分析可見，2個(gè)地震前存在許多差異。

（1）2個(gè)地震前都存在5～6年的空區(qū)，空區(qū)的半徑相差較大，1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震前的空區(qū)長(zhǎng)軸為280km，2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震前的空區(qū)長(zhǎng)軸僅為70km，這可能與主震震級(jí)的大小有關(guān)，但2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震前還存在1個(gè)持續(xù)2年的較大范圍的空區(qū)，地震發(fā)生后依然存在。因此，判斷未來主震震級(jí)時(shí)應(yīng)綜合考慮2個(gè)空區(qū)的長(zhǎng)軸。2個(gè)地震前都存在5～6年的條帶，條帶長(zhǎng)度相差不大。2個(gè)地震前存在的空區(qū)和條帶均屬于中長(zhǎng)期趨勢(shì)性背景異常，表明震前都有顯著的中長(zhǎng)期趨勢(shì)性背景異常。

表4 寧夏及鄰區(qū)M S≥5.0地震前空區(qū)內(nèi)信號(hào)震統(tǒng)計(jì)

表5 寧夏及鄰區(qū)M S≥5.0地震前震群統(tǒng)計(jì)

圖3 1970年靈武-吳忠地區(qū)M S≥5.0地震前距主震震中50km內(nèi)的M L≥3.0地震M-t圖

（2）2個(gè)地震前都存在前兆震群，但出現(xiàn)的時(shí)間相差較大，1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震的前兆震群出現(xiàn)在主震前5個(gè)月，2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震的在主震前13個(gè)月，前者的前兆震群具有短期預(yù)測(cè)指示意義，而后者的僅具有中期預(yù)測(cè)指示意義。

（3）1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震前35天，空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了Ⅰ類信號(hào)震，而2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震前則未見。

由此可見，2個(gè)地震前都存在顯著的中長(zhǎng)期趨勢(shì)性背景異常，1976年9月23日巴音木仁MS6.2地震前存在短期和臨震測(cè)震學(xué)異常，而2015年4月15日阿拉善左旗MS5.8地震前則不存在顯著的短期和臨震測(cè)震學(xué)異常。

4 結(jié)論及討論

（1）1970年以來寧夏及鄰區(qū)MS≥5.0地震中僅有少數(shù)存在顯著的廣義前震，主要為空區(qū)和條帶?？諈^(qū)為中長(zhǎng)期趨勢(shì)性背景異常，在地震前1.3～6.0年出現(xiàn)；條帶也為中長(zhǎng)期趨勢(shì)性背景異常，在地震前2～7年出現(xiàn)。

（2）1970年以來寧夏及鄰區(qū)MS≥5.0地震中多數(shù)存在顯著的前震，主要為信號(hào)震和前兆震群，這些前震的分布規(guī)律性較強(qiáng)，即1970年以來寧夏南部及鄰區(qū)共發(fā)生MS≥5.0地震5次，其中，3次MS≥5.0地震前出現(xiàn)Ⅰ類信號(hào)震；1970年以來靈武-吳忠地區(qū)共發(fā)生 MS≥5.0地震4次，其中，3次地震前出現(xiàn)Ⅱ類信號(hào)震；1970年以來寧夏北部及鄰區(qū)（包括靈武-吳忠地區(qū)）共發(fā)生MS≥5.0地震9次，其中，5次MS≥5.0地震前出現(xiàn)前兆震群。

（3）Ⅰ類信號(hào)震為中短期趨勢(shì)性背景異常，大多于主震前35～410天出現(xiàn)；Ⅱ類信號(hào)震為臨震異常，主震前3～37天出現(xiàn)，Ⅱ類信號(hào)震距主震發(fā)震時(shí)間較近，預(yù)測(cè)指示意義較強(qiáng)；前兆震群為短期趨勢(shì)性異常，大多于主震前6個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)。

（4）前兆性震群常出現(xiàn)在寧夏北部及鄰區(qū)的MS≥5.0地震前。

（5）給出了寧夏及鄰區(qū)直接前震的識(shí)別與判定標(biāo)準(zhǔn)。

由以上分析可見，僅根據(jù)某一項(xiàng)前震特征判定未來MS≥5.0地震時(shí)存在很大的不確定性，因此，在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中，多種地震前兆特征在時(shí)空上的相互關(guān)聯(lián)及其與未來地震的位置以及孕震時(shí)間進(jìn)程的關(guān)聯(lián)等可能需要特別關(guān)注。