华北地区ML4级地震平静的分析

王亚茹，刘晓丹，王 想，宫 猛

(河北省地震局， 石家庄 050022)

华北地区ML4级地震平静的分析

王亚茹，刘晓丹，王 想，宫 猛

(河北省地震局， 石家庄 050022)

结合华北地区MS≥6级地震活动的韵律特征进行了地震幕的划分，并统计分析了华北地区(33°～43°N，108°～125°E)1980年以来出现ML4级地震平静与中等地震的对应情况，主要结论如下：(1)华北地区目前处于第五地震活跃幕的相对平静时段，目前6级地震已经平静16年多，随时可能进入新的地震活动幕；(2)ML4级地震平静对中强地震的前兆意义与当前地震活动所处地震幕的不同阶段有关，在1980—2000年ML4级地震平静与M5级及以上地震有较好的对应关系；2000年之后ML4级地震平静与ML5.2级及以上地震对应关系较好；(3)2013年11月23日山东莱州ML5.0级地震打破华北地区ML4级地震平静189天，虽然在预报期限内没有ML5.2级以上地震，但是2014年4月1日发生黄海ML5.1级地震，鉴于目前震群活跃，仍要警惕华北地区出现更大地震的危险。

地震平静；预测；地震幕；华北

0 引言

强震发生之前，在震中附近的地震活动会出现暂时的平静现象。很多学者关注到了这一现象并进行了大量的研究，提出破裂强度的双峰式分布、扩容硬化、震前滑动造成的应力松弛等来解释地震平静现象。由于其普遍性，地震平静现象被认为是具有物理意义的地震前兆，并被作为地震预报的重要依据[1]。梅世蓉[2]提出了非均匀坚固体孕震模型，利用震源体内外介质性质的差异和相互作用对强震前地震活动图像异常(包括平静现象)的物理机制进行了解释；陈立德[3]提出了震源硬化模型，用震源硬化解释强震孕育过程中短期地震活动的平静现象；闻学泽等[4-5]用地震时间间隔的变异系数δ研究了中国大陆地震活动丛集特征及中长期预测问题；李志雄[6]提出了地震活动非均匀度(GL值)参数，以刻画与强地震孕育有关的强震前中小地震活动由随机变化向具有有序特征的非均匀状态的变化；刘希强等[7]基于Morlet小波变换研究全球、中国大陆和华北地区地震活动韵律性及时变特征。

华北地区构造复杂，历史上曾发生过多次大震。在1966年邢台地震时，林邦慧等[8]就发现地震的密集—平静—大震发生的现象，后来辽宁省地震局将这一经验成功用于海城地震的预报上；在1976年唐山地震发生前，华北地区出现显著的59天的ML4级地震平静现象。之后很多学者对华北地区的地震平静现象进行了研究。平建军等[9]通过对1989—1998年华北地区的ML4级地震平静的研究，提出ML4级地震平静是华北地区强震前的一个重要震兆特征，当华北地区连续3个月无ML≥4.0地震平静异常后，就预测华北地区将会发生MS≥5.5级地震，直到有相应地震发生或预测期限超过5个月为止，R值为0.697；蒋海昆[10]通过研究1970—1999年华北地区地震平静现象得出当ML≥4.5级地震平静超过110天时，可判定为异常，并得出中小地震的时间间隔服从幂指数分布的规律，约70%的地震平静异常出现后华北地区会有MS5.0级及以上地震发生；王林瑛[11]根据华北地区ML4级地震平静90天以上预测未来30天内发生MS≥6.0级地震这一指标，在1997年12月底的震情监测报告中提出“我们认为应注意在1月20日前华北地区发生6级以上地震的可能性”，结果在1998年1月10日发生张北6.2级地震。这些研究表明华北地区ML4级地震平静与MS5级以上地震存在一定的对应关系。

一定时空范围内地震活动强弱起伏，相互交替，马宗晋[12]提出地震活动期和地震活动幕的概念，每个地震活动期存在约100年左右的地震活动相对平静阶段和200年左右的显著活跃阶段，在每个地震活跃阶段，还存在若干个十至二十年左右的地震活跃幕和间隔的相对平静幕。由于在“地震活跃幕”和“地震平静幕”中地震活动特性的不同，ML4级地震活动“增强”或“平静”的判别标准也会有所不同。华北地区自1966年邢台地震后强震频发，发生唐山、海城等多次地震；在1998年河北张北6.2级地震后，该区地震形势出现很大变化，6级地震长期平静，5级地震明显减少，尤其在2004—2009年，仅发生2006年7月4日河北文安5.1级地震这一次5级以上地震，同时ML4级地震也出现长时间、大范围的的平静；直至2013年地震形势发生新的变化，连续发生1月23日辽宁灯塔5.1级、4月21日黄海5.0级、4月22日内蒙古科尔沁左翼后旗5.3级和5月18日南黄海5.0级地震，5级地震密集活动且成带分布。在此背景下，华北地区自2013年5月18日至11月26日出现ML4级地震平静189天的现象，这次地震平静现象是否具有前兆意义，对未来地震趋势将产生何种影响。本文在结合前人研究成果的基础上，结合地震幕的划分，讨论在地震幕的不同阶段ML4级地震平静的意义，试着归纳有一定意义的平静异常特征，为地震预报提供可能的依据。

1 华北地区地震活动幕的划分

地震发生的时间分布是不均匀的，在一段时间内相对平静而在另一段时间内则比较活跃，这反映了地球内部应力积累、释放和调整的过程。同时，这种“平静”或“活跃”是一种相对概念，随区域、起算震级以及时间的不同而不同。马宗晋通过对华北地区(34°～41°N，109°～123°E)历史地震资料的研究，提出将百年尺度的地震活动韵律称为地震期，在地震活动期内还有若干个十至二十年尺度的地震活跃幕，间隔一、二十年的相对平静幕，并指出华北地区第四地震活跃期始于1815年，目前仍处于第四地震活跃期中。在此基础上，陈荣华[13]、汪良谋[14]、朱红斌[15]等都对华北地区的地震幕进行了研究，由于不同学者选择的华北区域范围、起始震级和划分地震幕的依据有所差别，得到的结果也不尽相同。同时随着历史地震目录的修订，有感地震目录的不断增加[16]，即使按照马宗晋院士当年的划分原则也得不到相同的结果。华北地区自明代建立地方志以来，6级以上的地震很少遗漏，因此本文依据华北地区MS≥6级地震的时序特征(图1)对第四活跃期地震幕进行划分，具体原则为活跃幕至少包含1次7级以上地震且幕内最大时间间隔一般不超过12年(表1)。

图1 华北地区1815年以来M≥6级地震活动时序图

表1 华北地区第四地震活动期的地震幕划分

华北地区目前处于第五地震活跃幕的相对平静时段，该地震活跃幕始于1966年邢台地震，随后发生1969年渤海7.4级、1975年海城7.3级，1978年唐山7.8级等多次强震，1998年张北6.2级地震后，进入相对平静时段，至今6级地震已经平静了16年之久。华北地区地震幕平静持续时间最长为22年，最短为16年，目前华北地区随时有进入新的地震活跃幕的可能。

2 资料选择

本文采用中国地震台网中心提供的全国地震月报目录和全国MS5级以上地震目录，上世纪70年代强震频繁且余震序列丰富，选取华北地区(33°～43°N，108°～125°E)自1980年以来的ML4级以上地震进行研究，不剔除余震，以减少余震的人工剔除对结果的影响。本文中华北地区区域划定是参考中国地震区中华北地震区的边界、一级断块区边界、历史地震及构造活动得出，该区域在板块活动、地质构造、地震活动性及应力背景上具有一定的一致性，包含的主要地震断裂带有：山西地震带、郯庐地震带、张家口-渤海地震带和河北平原地震带。研究区自1980年后共发生MS≥5级地震26次(表2)，把地震时间间隔在3个月内的中强地震定义为1组地震，则共有14次(组)地震，其中最大地震为1998年河北张北6.2级地震。

表2 华北地区1980年以来MS5级以上地震参数表

3 华北地区ML4级地震平静与中强地震的统计关系

对华北地区1980年以来ML4级地震平静超过3个月后，该区MS5级地震的对应情况进行统计(表3)，结果显示，大部分中强地震都是在ML4级地震平静打破后180天内发生的。因此下文以华北地区ML4级地震平静超过90天为地震平静异常的开始，预测地震平静打破后180天内该区发生MS5级地震，直至有对应地震发生或者超过预测期限为止，并采用97.5%置信线下R值[17]评分进行检验。其中，地震平静异常有效期内若发生多次地震则只列出首发地震，按1次(组)地震统计，2005年9月15日至2006年1月8日115天ML4级地震平静和2006年1月8日至2006年4月9日91天ML4级地震平静异常之间仅发生1次ML4.8级地震，在预报有效期内对应了同一个地震，即2006年文安5.1级地震，因此这2次异常作为1次异常处理。从1980年至今，共出现24次ML4级地震平静异常，共有7次对应了地震，R值为0.223；1980年至2000年该区处于第五地震幕的活跃时段，出现的10次平静异常有6次在有效期内发生5级以上地震，对应率为0.6，R值为0.356，通过97.5%置信水平(R0=0.289)检验；2000年后该区处于第五地震幕平静时段，整体地震水平活动较低，14次地震平静异常只对应了一次地震，其余均为虚报。

表3 1980年以来华北ML4级地震平静与M≥5级地震统计表

由上可见，地震活动幕的活跃时段或平静时段与ML4级地震平静的预报效能有很大的关系，在地震幕活跃时段，地震活动频繁且震级较大，而在地震幕平静时段地震活动相对较少且震级偏低，因此处于地震幕的不同阶段，地震平静与中强地震的对应关系是有很大差别的。根据地震活动幕活跃时段地震活动特性提取的异常指标不一定适用于地震活动幕相对平静时段，在地震幕的相对平静时段，地震强度与频度均比地震活跃时段要低很多，假如把对应地震的震级适当调小，ML4级地震平静是否对这些较低震级的地震有一定的前兆反映呢？为此下面计算了ML4级地震平静现象与不同震级地震对应情况(表4)，可见对应地震的震级越低，虚报越少，对应率越高，但是R值并不高；而对应地震震级越高时，虚报次数明显增多。这是因为当对应地震震级越低，相应的地震发生次数就越多，与平静异常相对应的可能性就越大，但由于对应地震次数变多，相应的漏报地震次数也会增多，所以其R值并不高；当对应地震震级越大时，其越有可能对应地震平静异常，因此漏报的情况明显减少，但是会出现多次虚报的情况。综合考虑，本文选取R值评分最高时对应的震级即ML5.2级地震与研究区ML4级地震平静现象进行统计研究(表5)，可见在地震活动幕相对平静时段，适当降低预报地震震级，ML4级地震平静还是能反映一定的震兆信息的。

自2008年四川汶川地震后，华北地区地震形势发生改变，尤其是2011年日本东北部海域9.0级地震后，在太平洋板块和印度板块的双重作用下，华北地区东部在2013年上半年密集发生5级以上地震且呈带状分布，震级逐步增大，环渤海地区发生河北赞皇、山东长岛、山东乳山、辽宁盖州、山东莱州、渤海等多次震群，地震活动呈现增强态势，在此形势下，华北地区随时有进入第六地震幕活跃时段的可能。当进入第六地震幕活跃时段后，华北地区ML4级地震平静异常现象与中强地震的对应关系可能呈现新的特点，要根据具体的地震形势具体分析，但不可否认的是，ML4级地震平静现象对华北地区的中强地震具有重要的指示意义。

表4 2000年以来华北ML4级地震平静与不同震级地震对应统计表

表5 2000年以来华北ML 4级地震平静与ML≥5.2级地震的统计表

4 讨论

众多研究表明在中强地震发生前一定区域内的地震活动表现出一定的平静。但是地震平静不一定都是前兆性地震平静，很多时候地震平静之后并没有预期中的地震发生，这种地震平静是对当前地震形势的一种客观反映，如上文中文安地震前后研究区出现多次大范围、超长时间的地震平静，其后并没有发生预期中的地震。也有一些地震平静属于孕震过程中的特定阶段，一般认为震前有两种异常过程，一种是地震活动性增强—平静—主震发生，另一种是地震活动性增强—平静—前震活动—主震发生。用地震平静来判断未来地震形势，在地震学中还有一个概念即空区，孕震空区属于特定位置的地震平静。对地震空区的分析不仅要关注空区范围内中小地震活动的减弱，还要注意空区周围是否出现中小地震活动的增强。当用地震空区来预测地震时，未来地震的大小与孕震空区范围及起始震级密切相关，一般认为大地震的孕震区域大，而中强地震的孕震区域则相对要小。地震平静与地震空区是既有联系又有区别的两个概念。上文中地震平静是通过对特定区域一定震级范围的地震进行研究，归纳地震平静与中强地震的统计关系，判定未来该区域发生地震的危险性，这个特定区域不同于空区的孕震区域，在出现地震平静现象后，从统计上来说未来存在发生中强地震的可能，具体到震级及地点的推断，还要结合当时的地震形势(如空区、条带、震群以及震情窗等)[18]进行分析，并参考其他地震学指标综合判定[19]。

在中强地震之前震源区及邻区的一定范围内会出现中小地震的平静现象，这种现象在岩石破裂的实验中也可以观察到。马胜利[20]在双轴压缩、等位移速率加载条件下，含宏观凹凸体断层在临近滑动失稳前，声发射活动出现明显的相对平静现象，与此阶段相对应，断层带(特别是非连续部位上新形成的一小段断层)发生了蠕滑和均阻化作用。当断层带上含有强度较大的宏观凹凸体或非连续部位时，滑动失稳前首先需要克服其造成的阻碍作用，与这一过程相对应，会出现地震活动的加速现象，其中可能包括一系列中强地震的发生；由于凹凸体或非连续部位破坏形成的新生断层往往凹凸不平，尚需一定的滑动才能达到断层发生整体失稳所需的相对均匀条件；而断层在滑动失稳前的这一“蠕滑—匀阻化”过程会导致地震活动的相对平静。也可用多应力集中点场[20]的观点结合介质不均匀性来解释地震平静的现象。把华北地区看作具有断裂切割的不均匀的地壳板块体，由于介质的不均匀性，岩石的破裂强度各处并不相同，随着区域应力的积累，一些强度较弱的闭锁段及应力集中点陆续发生一系列中等地震活动，使得较弱闭锁段积累的应力得到局部释放，在断块相对变动的交叉点及应力较强的凹凸体形成应力集中区(即孕震体)。当应力继续增大时，孕震体出现临近强震的短时平静，而孕震体外围则由于能量的释放也出现地震平静，从而发生强震前中等地震平静的现象。当孕震体的中强地震发生后，整个区域的应力场重新进行调整，在外围块体的持续作用下，形成新的应力积累和释放现象，从而再次出现密集活动—平静—地震发生的现象。

5 结语

本文对华北地区MS≥6级地震活动特征进行分析得出该区处于第五地震活跃幕的平静时段，自1998年河北张北地震后6级地震已平静16年多，随时有进入第六地震活跃幕的可能；随后讨论了在地震幕不同阶段ML4级地震平静现象与中强地震的对应关系，1980—2000年在地震幕活跃时段华北地区ML4级地震平静与M5级及以上地震对应关系较好，在2000年后进入第五地震幕平静时段，地震频次及震级明显降低，ML4级地震平静现象与ML5.2级及以上地震能较好的对应。2013年5级地震频发，且多地发生持续时间长、活动强度大的震群活动，在此背景下，2013年5月18日至11月23日出现ML4级地震平静189天的现象，虽然此次平静被打破后有效期内并无ML5.2级以上地震发生，但2014年4月1日黄海发生ML5.1级地震，虽然略低于预报震级，地震平静依然具有一定震兆意义。目前华北地区地震形势严峻，6级地震平静多年，山东乳山和辽宁盖州震群依然存在起伏，随时有进入第六活动幕的可能。当进入新的地震活动幕后，ML4级地震与中强地震的对应关系又会发生新的变化，需要不断的跟踪总结。

致谢：感谢审稿老师对本文提出的建设性意见以及编审在论文修改过程中提出的宝贵意见，张素欣研究员对本文进行了指导，在此深表谢意。

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TheAnalysisofML4EarthquakeQuiescenceinNorthChina

WANG Ya-ru, LIU Xiao-dan, WANG Xiang, GONG Meng

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050022, China)

This paper analyzed the corresponding relationship between quiescence ofML4 earthquake and medium shocks since 1980 in North China Area (33°～43°N,108°～125°E), and discussed the differentiate of seismic seismic episode in the area according toMS≥6 earthquake activity. The main conclusions are as follows: (1) The North China area is in a seismic quiescence period after the fifth seismic episode andMS≥6 earthquake has not occurred for more than 16 years, and it will enter to a new seismic episode for some time to come. (2)The Corresponding relationship between quiescence and earthquake is very different at different time of the earthquake scene. From 1980 to 2000, there is a better corresponding relationship betweenML4 earthquake and M5 earthquake; After 2000, the relationship is appropriate betweenML4 earthquake andML5.2 earthquake.(3)Shandong LaizhouML5.0 earthquake broke the quiescence ofML4 earthquakes in 189 days, although there is aML5.1 earthquake occurred at yellow sea, it may be in risk of earthquakes ofML5.2 or above in the future in North China area.

quiescence of earthquake; prediction; seismic episode; north China area

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.02.011

2014-01-14

河北省地震科技星火计划项目“用地震波谱振幅相关分析法对河北赞皇震群序列的类型研究”(项目编号：201431)

王亚茹(1984-)，女(汉族)，河北赵县人，助理工程师，主要从事地震活动性和数字地震学研究.E-mail：wang24@163.com

P315.75

A

1003-1375(2014)02-0055-07