全球MW≥8.0淺源地震的前震序列研究

薛 艷 解孟雨 劉 杰 莊建倉(cāng)

1)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045 2)日本東京數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究所， 東京190—8562

0 引言

近年來(lái)全球發(fā)生了多次8級(jí)以上大地震， 造成了嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。由于有儀器記錄的時(shí)間短， 因此有完整小地震記錄以來(lái)的8級(jí)地震震例較少。人們對(duì)地震序列的研究主要集中于5級(jí)以上地震(Wellsetal.， 1994； 蔣海昆等， 2007； Chenetal.， 2013， 2015)。有學(xué)者對(duì)全球大地震的地震序列進(jìn)行了一定的研究(蘇有錦等， 2008， 2014； 呂曉健等， 2010)， 但尚未有涉及8級(jí)大地震前震序列特征的系統(tǒng)研究。

2011年3月11日日本本州以東海域9.1級(jí)地震震前2d發(fā)生了7.3級(jí)前震序列， 最大前震距主震約43km， 整個(gè)前震序列分布在主震NE方向100km范圍內(nèi)。2012年4月11日蘇門(mén)答臘8.6級(jí)地震震前90d發(fā)生了7.2級(jí)前震序列， 最大前震與主震震中相距約20km， 前震序列分布在距主震震中66km的范圍內(nèi)。2014年4月1日智利伊基克8.2級(jí)地震震前15d發(fā)生了6.7級(jí)前震序列， 最大前震與主震震中相距42km， 前震序列分布在主震周?chē)?5km的范圍內(nèi)。這3次大地震的前震活動(dòng)引起了廣泛關(guān)注(Meredithetal.， 2011； Xueetal.， 2012； Brodskyetal.， 2014)。

在所有的地震短臨前兆中， 前震是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的預(yù)報(bào)強(qiáng)震最有效的指標(biāo)之一(Jonesetal.， 1979)。陳颙等(2015)總結(jié)了前震序列的4個(gè)特點(diǎn)： 前震序列是一種高頻率的地震活動(dòng)， 其活動(dòng)頻率比背景地震的活動(dòng)頻率高； 前震序列在主震之前(幾h—幾d)發(fā)生； 前震序列發(fā)生的位置與主震相同； 主震的震級(jí)比前震序列中任何地震的震級(jí)都大。由此可見(jiàn)， 前震的確定與其和主震的時(shí)間差和距離差的約束有關(guān)。Chen等(2015)系統(tǒng)研究了加利福尼亞地區(qū)5級(jí)以上地震的前震序列特征， 發(fā)現(xiàn)48%的5級(jí)以上地震在震前30d內(nèi)， 距離主震5km范圍內(nèi)至少發(fā)生了1次前震。

此外， 陳顒(1978)還發(fā)現(xiàn)前震序列的震源機(jī)制解類(lèi)似， 而余震序列的震源機(jī)制解差異大， 并據(jù)此提出利用震源參數(shù)的一致性判別一個(gè)序列是前震序列還是正常的主震-余震序列的方法。倪四道等(2010)研究了2010年4月14日青海玉樹(shù)7.1級(jí)地震前約2h在距離主震震中僅2km處發(fā)生的4.7級(jí)地震序列的時(shí)空分布及波形特征， 認(rèn)為該4.7級(jí)序列符合陳顒(1978)的理論， 是典型的前震序列。

Scholz(1968)在巖石破裂實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， 微破裂b值與壓應(yīng)力呈負(fù)相關(guān)。針對(duì)一些特定震例的研究表明，b值會(huì)在主震前后發(fā)生變化， 與余震相比， 前震序列的b值偏低(Smith， 1981； Xueetal.， 2012)。這一特性與初始的高應(yīng)力狀態(tài)隨著主震的應(yīng)力降而降低的理論一致， 該結(jié)論常被用于識(shí)別前震(Scholz， 1968； 李全林等， 1978； 林邦慧等， 1994)。Gulia等(2019)研究認(rèn)為， 前震b值顯著低于區(qū)域背景b值， 并提出了實(shí)時(shí)判別前震的 “交通燈”準(zhǔn)則。本文將系統(tǒng)研究1976年以來(lái)全球MW≥8.0淺源地震前震序列的統(tǒng)計(jì)特征， 應(yīng)用 “傳染型余震序列(epidemic-type aftershock sequence， ETAS)”模型計(jì)算前震和余震序列參數(shù)， 并討論參數(shù)的差異性。研究中使用了美國(guó)國(guó)家地震信息中心(NEIC)提供的全球地震目錄(1)http://earthquake.usgs.gov。， 震源機(jī)制解數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)哈佛大學(xué)(2)http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html。。

1 地震目錄最小完備性震級(jí)的討論

美國(guó)國(guó)家地震信息中心(NEIC)提供了1973年以來(lái)全球地震目錄。該目錄早期使用了多個(gè)震級(jí)標(biāo)度， 但是近20a以來(lái)震級(jí)標(biāo)度主要為mb和MW， 其中4級(jí)及以下地震主要為mb震級(jí)， 5級(jí)以上地震主要為MW震級(jí)。本文對(duì)該目錄中的所有地震統(tǒng)一用震級(jí)M表示。

采用定量評(píng)估的 “最大曲率MAXC”方法(Wiemeretal.， 2002)分析全球地震目錄的最小完備性震級(jí)Mc隨時(shí)間的變化。最大曲率方法(maximum curvature method)是將震級(jí)-頻度曲線(xiàn)一階導(dǎo)數(shù)的最大值對(duì)應(yīng)的震級(jí)作為Mc。結(jié)果顯示(圖 1)： 1973—1994年， 最小完備性震級(jí)為4.6～5.0級(jí)； 1995—2012年， 最小完備性震級(jí)為4.3～4.7級(jí)； 2013—2016年， 最小完備性震級(jí)為4.2～4.6級(jí)。

圖 1 基于MAXC方法計(jì)算的全球最小完備性震級(jí)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)Fig. 1 Curve of global catalogue minimum completeness magnitude with time calculated by “MAXC” method.

2 前震序列的活動(dòng)特征

1976—2017年全球共發(fā)生獨(dú)立的MW≥8.0淺源地震29次， 其中逆沖型23次。為了確定前震， 本文先做如下約束： 1)前震序列發(fā)生在余震區(qū)內(nèi)， 本文取主震后10d中余震的密集活動(dòng)區(qū)作為余震區(qū)； 2)主震前30d， 余震區(qū)內(nèi)的地震活動(dòng)水平明顯高于背景狀態(tài)， 頻度達(dá)到背景值的2倍以上； 3)最大前震震級(jí)M≥5.0。

依據(jù)上述約定， 共挑選出8個(gè)前-主-余型地震序列(蔣海昆等， 2007)， 其主震發(fā)震斷層滑動(dòng)角均位于69°～110°范圍內(nèi)， 即全部為逆沖型地震， 占8級(jí)以上逆沖型地震總數(shù)(23次)的34.8%。前-主-余型地震主要分布在環(huán)太平洋地震帶的西北邊界帶、 西南邊界與東南邊界帶(圖 2)， 這主要受全球8級(jí)以上地震空間分布的影響。

圖 2 全球1976—2017年MW≥8.0地震的震源機(jī)制解Fig. 2 Global shallow focus mechanism solution with MW≥8.0.紅色震源球?yàn)橛星罢鸬牡卣?/p>

之后統(tǒng)計(jì)了 8 次大地震前震活動(dòng)開(kāi)始的時(shí)間、 最大前震與主震的震級(jí)差及震中距等參數(shù)， 結(jié)果顯示(表1)， 最大前震與主震的震級(jí)差為1.1～2.8級(jí)， 震中距為10～53km。87.5%的時(shí)間差(最大前震與主震發(fā)生的時(shí)間差)為2h～15d， 僅2006年11月15日千島群島8.3級(jí)地震震前45d發(fā)生最大前震。

表1 8次大地震的主震和最大前震的基本參數(shù)、 最大前震與主震的時(shí)間差、 震級(jí)差等相關(guān)統(tǒng)計(jì)Table1 Basic parameters of the 8 great earthquakes and their largest foreshocks， the difference of occurrence time and magnitude between the main shock and the largest foreshock

圖 3 是8次前-主-余型地震序列的震中分布， 其中余震序列的持續(xù)時(shí)間為主震后1個(gè)月。圖 4 是地震序列沿圖 3 所示AB剖面的震中遷移圖， 即將地震投影到AB線(xiàn)段上， 繪制每個(gè)地震投影點(diǎn)與A點(diǎn)的距離D隨時(shí)間t的變化情況。可以看出， 前震的空間分布集中， 且集中分布于主震震中附近。圖 5 是8次大地震的前震、 主震和余震震源機(jī)制解分布圖。 可見(jiàn)， 前震序列震源機(jī)制解與主震震源機(jī)制解顯示的斷層錯(cuò)動(dòng)類(lèi)型及2個(gè)節(jié)面的走向、 傾角都較為一致， 而余震的震源機(jī)制解比較復(fù)雜， 不僅破裂類(lèi)型不一致， 且節(jié)面的走向、 傾角都有很大差異， 這與陳颙(1978)提出的前震特征相符。

圖 3 8次大地震的前震和余震序列震中分布Fig. 3 Epicenter distribution of foreshock and aftershock sequences of 8 great earthquakes.a 1976-01-14， 克馬德克群島海域， M8.2； b 1985-03-03， 智利中部近海， M8.0； c 1986-05-07， 阿留申群島， M8.0； d2006-11-15， 千島群島， M8.3； e 2007-04-01， 所羅門(mén)群島， M8.1； f 2011-03-11， 日本本州近海， M9.1； g 2013-02-06， 圣克魯斯群島， M8.0； h 2014-04-01， 智利北部近海， M8.2。紅色圓形、 藍(lán)色圓形和黃色五角星分別表示前震、 余震和主震震中； 圖中虛線(xiàn)框表示表2中背景b值的計(jì)算范圍

圖 4 8次大地震的前震和余震序列沿AB剖面(圖 3所示)的震中遷移D-t圖Fig. 4 Epicenter migration map in AB direction.a 1976-01-14， 克馬德克群島海域， M8.2； b 1985-03-03， 智利中部近海， M8.0； c 1986-05-07， 阿留申群島， M8.0； d2006-11-15， 千島群島， M8.3； e 2007-04-01， 所羅門(mén)群島， M8.1； f 2011-03-11， 日本本州近海， M9.1； 2013-02-06， 圣克魯斯群島， M8.0； h 2014-04-01， 智利北部近海， M8.2。橫坐標(biāo)為時(shí)間t， 以第1次前震發(fā)生的時(shí)間為零點(diǎn)， 后續(xù)地震距離第1次前震的時(shí)間間隔為橫坐標(biāo)值， 單位為d； 圖中紅色空心圓表示主震

圖 5 8次大地震的前震和余震的震源機(jī)制解示意圖Fig. 5 Sketch map of focal mechanism solution for earthquake sequence.a 1976-01-14， 克馬德克群島海域， M8.2； b1985-03-03， 智利中部近海， M8.0； c1986-05-07， 阿留申群島， M8.0； d2006-11-15， 千島群島， M8.3； e2007-04-01， 所羅門(mén)群島， M8.1； f 2011-03-11， 日本本州近海， M9.1； g 2013-02-06， 圣克魯斯群島， M8.0； h 2014-04-01， 智利北部近海， M8.2。紅色震源球?yàn)榍罢鸷椭髡穑?藍(lán)色震源球?yàn)橛嗾?

為了考察前震序列在臨近主震時(shí)是否出現(xiàn)加速活動(dòng)， 統(tǒng)計(jì)了主震前半年(180d)余震區(qū)內(nèi)M≥Mc(Mc為最小完備震級(jí))地震累積頻度隨時(shí)間的變化。取余震區(qū)及其附近主震前3a左右的4級(jí)以上地震， 使用G-R關(guān)系確定最小完備震級(jí)。結(jié)果顯示， 1976年克馬德克群島海域8.2級(jí)地震余震區(qū)附近的最小完備震級(jí)為4.9級(jí)， 1985年智利中部近海8.0級(jí)地震附近的最小完備震級(jí)為4.7級(jí)， 1986年阿留申群島8.0級(jí)地震附近的最小完備震級(jí)為4.6級(jí)， 2007年4月1日所羅門(mén)群島8.1級(jí)地震附近的最小完備震級(jí)為4.2級(jí)。另外4次地震， 即2006年千島群島8.3級(jí)、 2011年日本本州以東海域9.1級(jí)、 2013年圣克魯斯群島8.0級(jí)和2014年智利北部近海8.2級(jí)， 最小完備震級(jí)分別為4.2級(jí)、 4.5級(jí)、 4.4級(jí)和4.0級(jí)。圖6a是8次大地震前半年余震區(qū)內(nèi)M≥Mc地震累積頻度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)， 圖6b是累積頻度歸一化的結(jié)果。可以看出， 主震發(fā)生前半年， 余震區(qū)內(nèi)僅有少量地震活動(dòng)， 而到主震前約1個(gè)月地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)， 累計(jì)頻度出現(xiàn)加速增長(zhǎng)的特點(diǎn)。具體而言， 在8次大地震中， 1986年8.0級(jí)、 2006年8.3級(jí)和2007年8.1級(jí)地震的前震序列分別自主震前35d、 45d和43d開(kāi)始頻度顯著增加， 其余5次均在主震前15d內(nèi)開(kāi)始加速活動(dòng)。值得注意的是， 1986年和2007年2個(gè)前震序列在主震前1d內(nèi)、 2006年前震在主震前6d又再次出現(xiàn)加速活動(dòng)(圖 6)。

圖 6 8次大地震主震前180d余震區(qū)內(nèi)最小完備震級(jí)以上(M≥Mc)地震的累積頻度曲線(xiàn)Fig. 6 Cumulative frequency curve of earthquakes with M≥Mc in aftershock area 180 days before 8 main earthquakes.橫坐標(biāo)以主震發(fā)生時(shí)刻為0點(diǎn)， 負(fù)值表示主震前

3 應(yīng)用ETAS模型計(jì)算地震序列參數(shù)

本文使用ETAS模型分別計(jì)算前震和余震序列參數(shù)。ETAS模型假設(shè)所有余震均可以按照大森-宇津公式(Utsu， 1961)激發(fā)自身的余震， 且震級(jí)的分布是獨(dú)立的。假定主震的發(fā)生時(shí)間為初始零時(shí)刻， 在其后某觀測(cè)時(shí)段[0，T]內(nèi)地震序列{(ti，Mi)；i=1， 2， …，N}的強(qiáng)度函數(shù)可表示為(Ogata， 1988)

(1)

其中，t為主震發(fā)生后的離逝時(shí)間；M0為計(jì)算所用序列的截止震級(jí)；Mi、ti分別為第i個(gè)事件的震級(jí)與距主震的時(shí)間長(zhǎng)度；μ為背景地震發(fā)生率；p表示序列衰減快慢；c為主震后余震頻次達(dá)到峰值的時(shí)間長(zhǎng)度；K表示余震的活躍程度；α表示觸發(fā)次級(jí)余震的能力(Ogata， 1989， 1992)。

ETAS模型參數(shù)可使用最大似然法進(jìn)行估計(jì)。在擬合時(shí)段[S，T]內(nèi)， 似然函數(shù)L可表述為

(2)

將式(1)帶入式(2)， 即可對(duì)參數(shù)[μ，K，c，α，p]進(jìn)行最大似然估計(jì)。

為了考察ETAS模型的擬合效果， 一般使用 “殘差分析”方法(Daleyetal.， 2003)將地震序列轉(zhuǎn)換為在 “轉(zhuǎn)換時(shí)間”(τ)域的分布， 并考察實(shí)際地震序列與理論值的擬合情況。將條件強(qiáng)度函數(shù)λ(t)采用時(shí)間序列{ti}進(jìn)行如下轉(zhuǎn)換：

(3)

由此將{ti}轉(zhuǎn)化為服從單位速率的穩(wěn)態(tài)泊松分布(3)Zhuang J， Harte D， Werner M J， et al.， 2012， Basic models of seismicity: Temporal models， Community Online Resource for Statistical Analysis， doi: 10.5078/corssa-79905851。{τi}。如果ETAS模型對(duì)數(shù)據(jù)的擬合較好， 則在轉(zhuǎn)換時(shí)間域{τi}的地震累積曲線(xiàn)表現(xiàn)為線(xiàn)性， 接近標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)泊松過(guò)程的理論直線(xiàn)。

此外， 本文利用最大似然法(Aki， 1965； Utsu， 1966)計(jì)算b值：

(4)

(5)

式中，n為參與計(jì)算的地震數(shù)目。

本文采用震級(jí)-序號(hào)法確定前震和余震的最小完備震級(jí)(Huang， 2006)。圖 7 是4次大地震的前震和余震的震級(jí)-序號(hào)圖。可以看出， 在主震發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)， 由于主震波形振幅大、 面波持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)， 大量小震級(jí)余震被 “淹沒(méi)”， 使得地震監(jiān)測(cè)能力降低， 余震最小完備震級(jí)上升(Iwata， 2008)。本文通過(guò)調(diào)節(jié)ETAS模型擬合的起始時(shí)間C0以確保有足夠多的地震參與計(jì)算， 即主震后—C0時(shí)刻期間的數(shù)據(jù)不參與計(jì)算， 取C0時(shí)刻后最小完備震級(jí)以上的地震計(jì)算序列參數(shù)(蔣長(zhǎng)勝等， 2013)。由圖 7 可見(jiàn)， 2006年千島群島8.3級(jí)地震的前震序列最小完備震級(jí)為4.2級(jí)(圖7a)， 主震后0.139d余震的最小完備震級(jí)為4.4級(jí)(圖7b)； 2011年3月11日日本本州近海9.1級(jí)地震前震序列的最小完備震級(jí)為4.5級(jí)(圖7c)， 余震序列在主震后0.529d的最小完備震級(jí)是4.5級(jí)(圖7d)； 2013年2月6日圣克魯斯群島8.0級(jí)地震前震序列的最小完備震級(jí)為4.4級(jí)(圖7e)， 余震序列在主震發(fā)生后0.164d的最小完備震級(jí)為4.3級(jí)(圖7f)； 2014年4月1日智利北部海域8.2級(jí)地震前震序列的最小完備震級(jí)為4.0級(jí)(圖7g)， 余震序列在距離主震后0.046d的最小完備震級(jí)為4.4級(jí)(圖7h)。

圖 7 4次大地震的前震和余震序列的震級(jí)-序號(hào)圖Fig. 7 The magnitude-number chart of foreshocks and aftershocks of 4 great earthquakes.a和b為2006年11月15日千島群島8.3級(jí)地震的前震和余震； c和d為2011年3月11日日本本州近海9.1級(jí)地震的前震和余震； e和f為2013年2月6日圣克魯斯群島8.0級(jí)地震前震和余震； g和h為2014年4月1日智利北部近海8.2級(jí)地震的前震和余震。 圖中2條垂直虛線(xiàn)分別表示最小完備震級(jí)Mc和達(dá)到最小完備震級(jí)的時(shí)刻C0， C0為距離主震發(fā)生的時(shí)間， 單位為d

樣本量N和最低計(jì)算震級(jí)Mj影響地震序列參數(shù)的估算結(jié)果(Shietal.， 1982； Bender， 1983； 蔣長(zhǎng)勝等， 2013； 吳果等， 2019)。為了確保參數(shù)計(jì)算的可靠性， 本文約定當(dāng)前震序列滿(mǎn)足計(jì)算樣本量N≥30且最低計(jì)算震級(jí)Mj≥Mc(Mc為最小完備震級(jí))時(shí)， 才同時(shí)計(jì)算前震和余震序列參數(shù)α、p和b值。在8個(gè)前震-主震型地震序列中， 有4個(gè)可以對(duì)比計(jì)算其前震和余震序列參數(shù)， 其中余震序列的持續(xù)時(shí)間為主震后1個(gè)月(表2)。針對(duì)2006年千島群島8.3級(jí)和2014年智利8.2級(jí)地震的前震序列， 我們分別選了2個(gè)最低計(jì)算震級(jí)， 結(jié)果顯示， 不同的最低計(jì)算震級(jí)可以得到不同的α、p和b值， 但由此造成的差異與計(jì)算誤差大體相當(dāng)， 即ETAS模型的計(jì)算結(jié)果比較穩(wěn)定。為了比較， 對(duì)同一個(gè)地震的前震和余震取相同或相近的最低計(jì)算震級(jí)。所得結(jié)果表明， 前震和余震序列的α值和p值沒(méi)有規(guī)律性差異， 而b值規(guī)律性明顯， 前震b值顯著低于余震(圖 8， 表2)。

為了進(jìn)一步識(shí)別前震， 我們計(jì)算余震區(qū)及附近較長(zhǎng)時(shí)間的區(qū)域背景b值(確定計(jì)算時(shí)間主要考慮完備震級(jí)且避免期間發(fā)生大地震， 計(jì)算區(qū)域?yàn)閳D 3 虛線(xiàn)框所示區(qū)域)。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 4次前震序列的b值均低于區(qū)域背景b值， 而3次的余震b值高于區(qū)域背景b值， 1次的余震b值與背景b值相當(dāng)(表2)。計(jì)算4次前震序列b值與區(qū)域背景b值的差， 再除以區(qū)域背景b值， 結(jié)果依次為0.243、 0.163、 0.138和0.103， 即前震序列的b值低于區(qū)域背景b值的10%～24%。前震b值與區(qū)域背景b值之差依次是區(qū)域背景b值標(biāo)準(zhǔn)差的4.2倍、 6.1倍、 7.1倍和2.2倍， 具有顯著性。

為了討論前震b值的穩(wěn)定性， 對(duì)樣本量豐富的2個(gè)前震序列， 即2006年千島群島8.3級(jí)和2014年智利北部8.2級(jí)地震的前震序列進(jìn)行累積滑動(dòng)計(jì)算， 最低計(jì)算震級(jí)分別為4.2級(jí)和4.0級(jí)。結(jié)果顯示(圖 9)， 在前震發(fā)生的最初階段b值較低， 之后逐漸增大， 當(dāng)計(jì)算樣本量N≥70后，b值基本穩(wěn)定。

圖 8 4次大地震的前震和余震b值(a)、 α值(b)和p值(c)計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig. 8 Parameters b-value(a)， α-value(b)and p-value(c)of foreshocks and aftershocks for 4 great earthquakes.圖件橫坐標(biāo)為地震編號(hào)， 與表2 序號(hào)一致

圖 9 2006年千島群島8.3級(jí)(a)和2014年智利北部近海8.2級(jí)(b)地震前震序列的b值隨計(jì)算樣本量的變化Fig. 9 Change of b-value with the calculated sample size of foreshock sequences of the 2006-11-15 Kuril Islands M8.3 and the 2014-04-01 off the coast of northern Chile M8.2 earthquake.圖中直線(xiàn)和虛線(xiàn)表示背景b值及其誤差

4 結(jié)論與討論

綜上所述， 得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)1976—2017年， 全球共發(fā)生29次8級(jí)以上淺源地震， 其中8次有前震， 占總數(shù)的27.6%， 略低于1900—2011年全球8.5級(jí)以上地震的前震比例(Xueetal.， 2012)， 明顯高于中國(guó)大陸地區(qū)中強(qiáng)以上地震的前震比例(陳颙等， 2015)。

(2)8次前震序列的主震發(fā)震斷層的滑動(dòng)角為69°～110°， 即全部為逆沖型， 占8級(jí)以上逆沖型地震總數(shù)(23次)的34.8%。

(3)前震序列空間分布集中， 且集中分布在主震震中附近。最大前震與主震的震中距為10～53km， 震級(jí)差為1.1～2.8級(jí)， 優(yōu)勢(shì)發(fā)生時(shí)間差為2h～15d， 僅2006年11月15日千島群島8.3級(jí)地震震前45d發(fā)生最大前震。

(4)主震前半年， 余震區(qū)內(nèi)有少量的地震活動(dòng)， 而到主震前約1個(gè)月， 特別是主震前15d內(nèi)， 地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)， 累計(jì)頻度加速增長(zhǎng)， 即前震序列具有高頻度活動(dòng)的特點(diǎn)。具體而言， 8次大地震中有5次在主震前15d內(nèi)出現(xiàn)加速活動(dòng)； 3次的加速活動(dòng)開(kāi)始時(shí)間超過(guò)1個(gè)月(35～45d)， 但在主震前1d和6d又再次出現(xiàn)頻次顯著增多的現(xiàn)象。

(5)前震的震源機(jī)制解一致性好， 且與主震一致， 而余震的震源機(jī)制解比較復(fù)雜。

(6)應(yīng)用ETAS模型計(jì)算前震和余震序列的α、p和b值， 結(jié)果顯示， 對(duì)于反映激發(fā)次級(jí)余震能力的α值和序列衰減快慢的p值， 前震和余震沒(méi)有共性差異； 而b值則共性特征明顯， 前震b值顯著低于余震。與區(qū)域背景b值相比， 前震b值明顯偏低； 而余震b值高于背景b值或與其相當(dāng)。

(7)為了討論前震b值的穩(wěn)定性， 計(jì)算了2個(gè)資料豐富的前震序列b值隨樣本量的變化。結(jié)果顯示， 在前震序列的開(kāi)始階段b值較低， 之后逐漸增大， 當(dāng)計(jì)算樣本量N≥70后，b值基本穩(wěn)定。

雖然前震是短臨地震預(yù)報(bào)最有效的方法之一， 但前震的識(shí)別至今仍較為困難。特別是前震與前兆震群(宋俊高等， 1989)更為相似， 兩者均具有空間分布集中、 高頻次活動(dòng)和震源機(jī)制解一致的特點(diǎn)， 如乳山震群(劉方斌等， 2018)和蓋州震群(王亮等， 2015)。但前兆震群與余震均具有高b值的特點(diǎn)(前兆震群b≥0.65)(宋俊高等， 1989)， 而前震b值則較低(Guliaetal.， 2019)。

b值不僅反映了大、 小地震的比例關(guān)系， 更有明確的物理意義。b值的大小主要取決于震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和介質(zhì)性質(zhì)， 并與應(yīng)力呈反比(Scholz， 1968； Wyss， 1973； Urbancicetal.， 1992)， 可用來(lái)衡量區(qū)域相對(duì)應(yīng)力水平(Wyssetal.， 2000； 易桂喜等， 2013)。本文對(duì)比研究了4次大地震的前震和余震序列的b值， 考慮了最低計(jì)算震級(jí)和樣本量的影響， 并引入?yún)^(qū)域背景b值， 將前震b值與其進(jìn)行對(duì)比， 結(jié)果顯示， 前震b值低于區(qū)域背景b值的10%～24%， 前震b值與區(qū)域背景b值之差是區(qū)域背景b值標(biāo)準(zhǔn)差的2.2～7.1倍， 具有顯著性， 這與Gulia等(2019)的研究結(jié)果一致。

此外， 本文研究的震例均為板間地震。有研究顯示(蘇有錦等， 2014)， 對(duì)于淺源地震， 板內(nèi)和板間地震序列具有相似的時(shí)、 空、 強(qiáng)統(tǒng)計(jì)特征。 因此， 本文的研究結(jié)果對(duì)板內(nèi)大地震具有參考意義。