b值研究概述*

王耀臨 劉偉 柴寧嬌 段昊

1.內(nèi)蒙古地震局烏加河地震臺 內(nèi)蒙古自治區(qū) 巴彥淖爾 015323；

2.內(nèi)蒙古地震局 內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010010

引言

對b值的研究源自古登堡—里克特震級—頻度關(guān)系式：lg N = a－bM。之后肖爾茨和茂木清夫發(fā)現(xiàn)b值反映一個地區(qū)承受平均應(yīng)力和承受強度的極限[1]。茂木清夫在實驗室里對各種地震活動進行了實驗關(guān)于巖石破裂的模擬，發(fā)現(xiàn)在主要破裂發(fā)生前，巖石均勻程度不一致，所產(chǎn)生的微破裂有差異[2]。肖爾茨研究在不同應(yīng)力作用下，脆性巖石破裂的b值變化，他發(fā)現(xiàn)，在脆性的巖石破裂過程中，依賴于應(yīng)力的狀態(tài)，脆性巖石破裂實驗表明，大量微小破裂發(fā)生在主要破裂前，并隨應(yīng)力不同而變化[3]。Atkinson等人根據(jù)雙扭實驗中巖石的聲發(fā)射過程觀測出應(yīng)力狀態(tài)與b值的關(guān)系[4]。由此可見，b值不僅僅是一個統(tǒng)計分析參數(shù)，而且具有非常明顯的物理含義和廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。

1 研究概況

近年來，我國對b值的研究也越來越多，在1987年于軍就海城、唐山大震等多個中強震震前進行b值研究，發(fā)現(xiàn)選取的區(qū)域范圍和地震類型可能對震前b值的表現(xiàn)形態(tài)有影響。段華深等人[5]在1995年改進b值計算方法，增強了地震發(fā)生頻次在b值計算中的重要性，加大了b值的變化幅度，這樣便能非常清晰反映出地震震級和頻次結(jié)構(gòu)的顯著變化，用來分析研究地震活動異常特征和規(guī)律，并結(jié)合定量指標(biāo)的計算分析，探索對破壞性地震進行短期預(yù)報。2001年，鄭兆等人[6]在計算1970-1999年華北b值時空掃描時，分析了對結(jié)果可靠性造成影響的多種因素，用模糊相關(guān)分析法得到不同參數(shù)下計算的b值與對應(yīng)地震震級的模糊矩陣和模糊推理，發(fā)現(xiàn)，有異常無地震的信息量明顯低于有異常有地震的信息量，取b<0.65為異常指標(biāo)。陳培善等人[7]在2003年針對之前人們對b值計算的誤差，提出了兩點改進提議：①采用統(tǒng)一的絕對震級標(biāo)度一矩震級標(biāo)度MW；②舍棄缺失地震次數(shù)的點，然后用最小二乘擬合求得b值，使b值計算較準(zhǔn)確。2012年，王輝等人[8]對川滇地區(qū)強震活動前b值時空分析時發(fā)現(xiàn)，b值的時間分布呈現(xiàn)系統(tǒng)下降在震前，58%的震源區(qū)b值在強震前顯著下降。馮建剛等人[9]在2013年對岷縣漳縣6，6級地震震前的b值情況進行研究，他們發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生在甘東南地區(qū)低b值異常區(qū)域的邊緣，且震前鄰區(qū)地震Δb值異常顯著，該地震的發(fā)生并未降低該區(qū)域的強震危險性。2014年，李正芳等人[10]在利用斷裂帶上的低b值識別凹凸體方法的探討了龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用小震數(shù)據(jù)通過最大似然法計算b值分布圖，歷年強震發(fā)生的位置與相對低b值區(qū)有較大的相關(guān)性，驗證了低b值區(qū)識別凹凸體方法的實用性和可行性。徐偉進等人[11]在2014年對蒙古國以及其周邊范圍進行b值研究，結(jié)果表明該地區(qū)地震空間分布具有一定的叢集性，是典型的地震活動區(qū)，b值和D值呈現(xiàn)正相關(guān)性。2014年，張盛峰等人[12]對云南魯?shù)?.5級地震進行b值的空間分布的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)地震叢集性質(zhì)與DD目錄完整性的下降有關(guān)，在叢集的邊緣下降明顯，內(nèi)部下降程度較低。2015年，謝卓娟等人[13]對滇西南地區(qū)主要活動斷裂進行b值研究，研究表明研究區(qū)內(nèi)斷裂帶之間不同段落的b值分布極不均勻，怒江斷裂帶、瀾滄江斷裂南段等處于低b值區(qū)域，具有較高的應(yīng)力狀態(tài)。王熠熙等人[14]在2015年對河北平原地震帶的b值特征進行研究時發(fā)現(xiàn)，低b值區(qū)域是唐山—遷安斷裂段和昌平—寶坻斷裂段，此地區(qū)地殼介質(zhì)正處于相對高應(yīng)力或閉鎖狀態(tài)。劉艷輝等人[15]在2015年對青藏高原東南緣及鄰區(qū)近年來地震b值特征進行研究發(fā)現(xiàn)，b值的低值危險區(qū)形成時間與地震震級之間成負相關(guān)。張琳琳等人[16]在2015年對新疆天山地區(qū)b值研究發(fā)現(xiàn)，所研究的6級以上地震震前的震中位置的b值多數(shù)處于低b值狀態(tài)，震中附近區(qū)域b值相對較高，反映了應(yīng)力主要向震中方向積累變化。2016年，張登科[17]對大同盆地與晉冀蒙三省交界地區(qū)中強震震前b值研究得出，在研究時段內(nèi)的幾個震例中，地震發(fā)生在b值時間關(guān)系“先是高值異常，然后異常結(jié)束”這一特征末。韓曉明等人[18]在2016年對河套地震帶b值研究顯示，研究時段內(nèi)的中強地震活動往往與b值時序變化較好地對應(yīng)起來，地殼介質(zhì)體性質(zhì)和應(yīng)力環(huán)境共同引起河套地震帶b值空間差異。張廣偉[19]在2016年對云南地區(qū)地震重新定位及b值研究表明，該地區(qū)中上地殼是主要發(fā)震層，隨深度減少b值逐漸減少，b值變化在9～10km深度時最為明顯，可能表明該地區(qū)孕震中強震在9km以下，三維空間分布體現(xiàn)高低b值的過渡帶往往會發(fā)生地震。2017年，于俊誼等人[20]對珊溪水庫地區(qū)b值時空變化特征分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)ML≥4.0的地震主要發(fā)生在高b值與低b值的過渡區(qū)。韓佳東等人[21]對2017年西藏米林6.9級地震進行b值分析顯示，震前震源區(qū)的b值降低，震前震源區(qū)存在很強的應(yīng)力積累；震后b值呈現(xiàn)上升，說明應(yīng)力釋放，b值分布與地下的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，淺層的b值變化與震源區(qū)的破裂程度相關(guān)，深層變化則反映了不同構(gòu)造單元的巖性差異。2018年，任雪梅[22]對地震區(qū)劃中b值統(tǒng)計進行研究，結(jié)果表明模型MGR擬合的數(shù)據(jù)能表現(xiàn)非線性關(guān)系，我國大陸各研究區(qū)的地震震級頻度關(guān)系可以利用模型MGR擬合。張雙鳳等人[23]在2018年利用地震活動性參數(shù)b值判斷張渤地震帶中西段地震危險性，研究表明，河北涿鹿及山西大同一帶有低b值、低a值、較高a/b值的參數(shù)組合，反映該區(qū)域具有較高的應(yīng)力積累，存在強震發(fā)生的危險。鄭確等人[24]在2018年對遼寧海城及其鄰區(qū)地震b值研究表明，b值隨深度增加而降低，低b值在岫巖和蓋州震區(qū)，說明地震危險性較高。史海霞[25]在2018年對汶川地震前的b值變化研究表明，在震前半年前左右，b值出現(xiàn)顯著而且快速下降的趨勢，可能反映了大震準(zhǔn)備過程中應(yīng)力的變化。張帆等人[26]在2018年對鄂爾多斯地塊北緣b值進行研究分析，結(jié)果顯示，中強地震與低b值區(qū)域存在一些對應(yīng)關(guān)系，研究區(qū)內(nèi)多數(shù)大震地震發(fā)生在低b值區(qū)域及其邊緣。2019年，吳果[27]對b值的極大似然法估計和其影響因素進行研究分析，總結(jié)了震級的歸檔效應(yīng)、震級的測量誤差、樣本量、震級跨度、最小完整震級和前余震共6個因子的作用方式，并提出了相應(yīng)的規(guī)避建議。2020年，劉子璇[28]對南北地震帶 b 值震前異常進行研究，得出以下兩點震前異常的形態(tài)：一是在震前小震 b 值持續(xù)降低（或持續(xù)低值過程），直至發(fā)生主震；二是震前 b值持續(xù)性降低的形態(tài)，震前1～2.5年出現(xiàn)b值回升的形態(tài)，稱為“降低—升高—發(fā)震”的模式。曾憲偉[29]在2020年對2019年6月17日長寧6.0級地震進行b值研究，研究發(fā)現(xiàn)b值下降可以有效地判定危險的緊迫程度，對判定強余震的可能發(fā)生地點夠起到很好的輔助作用。李世杰等人[30]，在2021年對強震前b值研究表明，大震發(fā)生前，b值存在異常變化并有一定相似性，變化過程和應(yīng)力積累過程吻合，與震源機制關(guān)系無明顯聯(lián)系，極大似然法能更好地反映強震前后b值的變化特征。余騰等人[31]在2021年對郯廬斷裂帶蘇皖段及鄰區(qū)b值進行研究，結(jié)果顯示，研究區(qū)中強地震發(fā)生時段與中短期b值下降時段關(guān)聯(lián)率達到80%以上。孟昭彤等人[32]在2021年對將b值隨時間和空間變化的特征做了總結(jié)歸納。陳學(xué)忠等人[33]在2021年對四川長寧6.0級地震b值變化進行研究，地震發(fā)生前，破裂區(qū)內(nèi)視應(yīng)力增加，b值下降，震前破裂區(qū)內(nèi)存在明顯的構(gòu)造應(yīng)力增加過程。

2 結(jié)束語

本文研究了1987年至今國內(nèi)b值研究中得到的主要結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著對b值的不斷深入研究，我國學(xué)者在b值方面的研究取得了很多進展，發(fā)現(xiàn)了很多有趣的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)b值時空分布的一些特征，以便在將來更好地運用于地震監(jiān)測預(yù)警，b值的研究將會更好的解釋地震發(fā)生的部分原因，隨著計算機科學(xué)的發(fā)展，臺網(wǎng)監(jiān)測能力的增強，數(shù)據(jù)收集能力大大提升，將會為b值的計算帶來一個新的臺階。