川滇地区地震活动的统计物理特征

蒋长胜

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

川滇地区地震活动的统计物理特征

蒋长胜

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

自20世纪80年代以来，现代统计物理与地震学的交叉，为地震预测预报研究提供了新的线索。本文利用国际上近年来发展起来的PI算法、各态遍历性、AMR等统计物理概念和算法，以及RTP分析、基于时-空ETAS模型的随机除丛法和ROC检验等统计地震学方法，考察了川滇地区的地震活动统计物理特征，以为该地区的强震综合预测策略提出建议。

基于时-空ETAS模型的随机除丛法，考察了川滇地区背景地震特征，结果表明，川滇地区地震活动具有更为复杂的时空特征，地震序列更倾向于具有前震事件，地震活动也以丛集地震活动为主。

利用国际上新近发展的图像信息学PI算法，使用1970—2007年ML3.0以上区域地震目录，针对MS5.5及以上预测“目标震级”，采用15年尺度的地震目录滑动时间窗、均为5年尺度的地震活动“异常学习”时段和“预测时间窗”进行PI算法计算。对PI算法预测效果使用ROC检验方法进行统计检验，结果表明，PI算法预测效果不但明显优于随机预测，同时优于基于地震丛集理论进行地震数目统计的地震相对强度（Relative Intensity，RI）算法。

将PI算法进一步应用于年尺度地震预测研究，直接将PI算法的“预测时间窗”缩短至3年和1年，PI算法的预测效果虽仍优于随机预测，但相对5年“预测时间窗”明显下降。在年尺度上，PI预测的效果与RI预测的基本相当，表明PI算法用于年度地震预测技术上并不可行。然而，采用RTP的思路，将PI算法和RI算法作为“前兆反向追踪”（RTP）分析中的中长期地震危险性估计方法，可以在一定程度上解决年度地震趋势会商中地震虚报率较高的问题。结果表明，可在不影响预测成功率的情况下，PI／RI算法与RTP分析相结合的思路一定程度上降低了年度会商的地震虚报率。

针对川滇地区7级以上强震频度低、突发性强的特点，将川滇地区与安达曼-苏门答腊地区作为统一的研究区，用PI算法进行了MW7.0以上强震的时间相依地震危险性分析。选取10年尺度的地震活动“异常学习”时段、3年尺度的“预测时间窗”、1.0°×1.0°的空间网格及MW5.0的截止震级进行计算，ROC检验表明PI算法适用于川滇-安达曼-苏门答腊地区MW7.0以上强震的中长期预测。从各态遍历性角度讨论了方法的适用程度。

利用地震的“类临界点”模型中的AMR现象研究了川滇地区的强震临界性。在已知实际发震时刻和震中位置的情况下，在由时-空-地震序列截止震级（T-R-Mc）构成的三维空间中讨论了震前AMR现象的客观性问题，结果表明，川滇地区强震前的矩释放行为较为复杂，研究所用模型参数对AMR结果影响较大；强震的孕育时-空过程的确伴有“类临界”现象存在；是否删除或削弱丛集地震对AMR现象研究影响显著，且去除丛集地震后得到的背景地震的矩释放行为更为稳定。考察了川滇地区AMR现象的特征时、空尺度。结果表明，除丛后的AMR特征时、空尺度较为明显，约分别为T＝5 a和R＝50 km，这大致上相当于PI算法所用的时间尺度和Moore近邻组成的格点cluster的尺度。对强震的时间临界性考察结果表明，仅半数左右的震例存在震前参数m随时间减小的现象。

本研究还从2008年5月12日四川汶川MS8.0地震前是否存在AMR现象和PI“热点”角度，考察了此次地震的可预测性问题。由于汶川8.0级地震破裂的特殊性，在AMR研究中对算法做了必要的改进。采用了BIC准则来解决数据点数的不同对结果的影响；不但使用了以往常见的圆形空间窗，还使用了“类裂纹形”窗来研究震前的地震矩释放行为。结果表明，仅考虑破裂带上成核点周围的段落，震前未见明显的加速或平静现象；但沿着断裂带进一步扩展考察的空间范围，震前微震活动展示了明显的AMR行为。

对2008年5月12日四川汶川MS8.0地震的PI算法回溯性研究结果表明，震前PI“热点”覆盖了整个主震破裂区和北西向龙门山断裂带的中南段。但当扩大空间网格尺度或提高截止震级时，PI“热点”消失。在物理上，这可能表明较小的地震事件仍能携带较为丰富的强震危险性增强的信息；而对于板内地震，统计模型参数选取中设定截止震级低于“目标震级”两个震级单位的常用标准可能是成问题的。

最后，根据上述对川滇地区地震活动的统计物理特征的认识，针对实际地震预测预报的工作需要，提出了该地区的强震综合预测策略。

地震统计物理；地震可预测性；川滇；图像信息学（PI）算法；AMR；地震断层系统的各态遍历性；ETAS模型；ROC检验

（作者电子信箱，蒋长胜：jiang＿cs79＠sina.com）

P315；

： A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.019