地震活动性总体参量Rt在华北构造区地震带中的应用

岳晓媛 武安绪 武敏捷 李 红 林向东

（中国北京 100080 北京市地震局）

地震活动性总体参量Rt在华北构造区地震带中的应用

岳晓媛 武安绪 武敏捷 李 红 林向东

（中国北京 100080 北京市地震局）

考虑到华北构造区主要地震带对首都圈地区的重要影响，采用地震活动性总体状态参量Rt方法，分析跟踪地震带的地震活动状态，研究Rt值在中强地震前后随时间的变化特征。结果显示：当Rt大于阈值时，地震活动状态比较稳定，发生中强地震的可能性较小；反之，当Rt小于阈值时，地震活动处于不稳定状态，具有发生中强地震的危险。

华北构造区；地震带；总体状态参量Rt；地震预测能力；中强地震

0 引言

目前，在地震活动性分析中，被广泛应用于中强地震预测的单项预测预报参量已达30多种，地震学者们依据各地震单项参量的异常预报指标与其映震能力，给出最终的综合预测意见。然而，随着地震预测方法的增多，经常面临大量异常信息的现场筛选和综合。不同的地震活动参数具有不同的物理意义，多个地震活动参数的值及其组合比单个参数值能更好地反映断裂运动的物理状态（武敏捷等，2013）。王林瑛等（2006）借鉴前兆综合分析的方法，提出地震活动性多项因子与背景相关分析的地震活动性多参数总体状态参量Rt，该方法对区域地震活动总体状态可以较客观的定量描述。

鉴于同一构造区内不同地震带的构造特征与地震活动特点仍然存在一定的差异性（朱红彬等，2010），本文分析研究了地震活动性总体状态参量Rt在华北构造区地震带地震预测中的应用，并对其预测指标进行讨论。

1 地震活动性总体状态参量Rt

地震活动性多参数总体状态参量Rt值由具有一定独立性的多项地震活动性预测因子构成，本文分析研究选择地震时间熵Qt值（王林瑛等，1997）、b值、平均震级、E、Rm值5个参量，除b值、地震平均震级M值（缺震）外具有一定的独立性（王林瑛，2005），分别代表了地震活动的时间分布、震级结构、震级强度、频次和外因调制作用的因素，比较全面地刻画了地震活动性各方面特征。当参量Rt接近1时，表明此阶段的活动性与背景状态接近，视为处于平稳态。反之，当其明显偏离1时，表明此阶段的活动性与背景状态明显偏离，视为处于活跃态。由此对地震活动的总体趋势和活动状态的稳定性进行预测判断。

设xij（i=1，2，…，5；j=1，2，…，n），本文取5个预测因子，当i为1—5时，分别表示不同的预测因子，当j为1—n时，分别表示从t1至tn各个时段。为计算相关系数，每个预测因子的时间变化量用相应时间序列的最大值进行归一化处理，每个时间段Rj（t）值由下式计算

其中

式中，xj为不同预测因子的算术平均值。

从以上公式可以看出该方法采用相关参量Rt后的优点：①可较客观地把握地震活动的总体综合异常特征，使异常信息量显著，不受综合模式是否完善的局限；②分析结果简单、快捷、明了；③能比较客观的对区域地震活动所处的总体状态进行定量描述。

2 地震活动性总体参量Rt在华北构造区地震带中的应用

2.1 研究区域及数据处理

华北构造区主要分为银川—河套、汾渭、河北平原、东秦岭—大别、郯庐、长江下游—黄海6个地震带（朱红彬等，2010），其中银川—河套、汾渭、河北平原及郯庐地震带分布在首都圈周边地区，见图1。本文针对上述4条地震带，分别研究地震活动性总体参量Rt在地震带地震预测中的应用。

为了保证地震目录的连续、完整及可靠性，选取中国地震局统一整理发布的《全国地震目录》，研究时间长度为1970年1月至2012年12月。为了排除余震对研究结果的影响，余震排除原则采用SuperSeis中成丛性剔除K—K法。

由于参量指标与地震间的映震效果具有一定阶段性和区域性，每发生一次地震，需对该方法的预测效能重新评估，并以此为依据，对Rt值参数选取作出调整（岳晓媛等，2009）。

2.2 地震预测检验

在异常指标确定后，其对应的发震概率为P（梅世荣等，1993），P=（n+1） /（N+2），n为异常出现后发生地震的次数，N为异常出现的总次数。检验预测效能采用由许绍综合考虑漏报率和虚报率的R值检验法（陆远忠，1985），其计算公式（张国民，2001）为

式中，R值预测评分最优为1，即漏报率为0、虚报率为0；最差为-1，即漏报率为1、虚报率为1。

对于相关系数的误差，由于样本n=5，所以对于95%置信水平下的相关系数大于0.88时，可确定相关性存在。本文主要关注的是相关性的相对变化和对背景水平的偏离程度。

图1 华北构造区主要地震带划分示意Ⅰ银川—河套地震带；Ⅱ汾渭地震带；Ⅲ河北平原地震带；Ⅳ郯庐地震带Fig.1 Sketch map of main seismic belt division in North China tectonic region

3 Rt在华北构造区地震带中的应用与检验

3.1 河北平原地震带

河北平原地震带的分析时间窗为547天，滑动30天，震级下限为ML2.4，计算结果见图2。从图2可见，如果单一的研究5个地震活动参量各自的时间变化特征比较困难，因为每次地震前各个预测因子的异常特征并不一致，但如果分析其地震活动总体状态参量Rt，则可以看到明显的异常特征，并且与地震有较好的对应关系。

当Rt＞ 0.70时，河北平原地震带地震活动特性与背景状态接近，处于稳定状态，Rt值变化平稳，无M 5.6以上地震发生；当Rt≤0.70时，河北平原地震带地震活动处于不稳定状态，发生M 5.6以上地震的危险性明显增加，自1970年以来，此地震带Rt值共出现9次低值异常，其中有7次在异常出现后2年内对应M 5.6以上地震，映震效果较好。因此，可将Rt≤0.70作为河北平原地震带地震活动处于非平稳状态的判别指标。

地震预测检验：预测2年内发生M≥5.6地震的条件概率为P=0.80，检验预测效能R=1－漏报（1/10）－虚报（2/9）=0.68。

3.2 银川—河套地震带

银川—河套地震带的分析时间窗为657天，滑动30天，震级下限为ML2.9，计算结果见图3。从图3可以看出，当Rt＞ 0.55时，银川—河套地震带地震活动处于稳定状态，无M 5.4以上地震发生；当Rt≤0.55时，银川—河套地震带地震活动处于不稳定状态，均发生M 5.4以上地震，表现形式为异常出现后2年内发生M 5.4以上地震。因此，可将Rt≤0.55作为银川—河套地震带地震活动处于非平稳状态的判别指标。

地震预测检验：预测2年内发生M≥5.4地震的条件概率为P=0.67，检验预测效能R=1－漏报（1/4）－虚报（1/4）=0.50。

图2 河北平原带Rt值随时间变化曲线Fig.2 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Hebei plain seismic belt

图3 银川—河套地震带总体状态参量Rt值随时间变化曲线Fig.3 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Yinchuan-Hetao seismic belt

3.3 汾渭地震带

汾渭地震带的分析时间窗为438天，滑动30天，震级下限为ML2.7，计算结果见图4。当Rt＞ 0.60时，汾渭地震带地震活动处于稳定状态，无M 5.0以上地震发生；当Rt≤0.60时，Rt值波动幅度较大，汾渭地震带地震活动处于不稳定状态，发生M 5.0以上地震的危险性明显增加，表现为出现低值异常并恢复后2.5年内发生一组M 5.0以上地震，组内地震发震时间间隔多为1年。因此，可将Rt≤0.60作为汾渭地震带地震活动处于非平稳状态的判别指标。

地震预测检验：预测2.5年内发生M≥5.5地震的条件概率为P=0.43，检验预测效能R=1－漏报（2/4）－虚报（3/5）=0.4。

3.4 郯庐地震带

郯庐地震带的分析时间窗为438天，滑动30天，震级下限为ML3.0，计算结果见图5。当Rt＞ 0.60时，郯庐地震带地震活动处于较稳定状态，且变化平稳，发生M 4.6以上地震的危险性较低；当Rt≤0.60时，郯庐地震带地震活动处于不稳定状态，发生M 4.6以上地震的危险性明显增加，映震形势表现为当Rt值出现异常后，2年内有一次或一组M 4.6以上地震对应，组内地震发震间隔多为半年内。因此，可将Rt≤0.60作为郯庐地震带地震活动处于非平稳状态的判别指标。

图4 汾渭地震带总体状态参量Rt值随时间变化曲线Fig.4 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Fenwei seismic belt

图5 郯庐地震带总体状态参量Rt值随时间变化曲线Fig.5 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Tanlu seismic belt

地震预测检验：预测2年内发生M≥4.6地震的条件概率为P=0.86，检验预测效能R=1－漏报（0/5）－虚报（3/8）=0.63。

4 结论

以华北构造区内对首都圈地区有影响的4条地震带（河北平原，汾渭，银川—河套及郯庐地震带）作为研究区域，利用地震活动总体参量Rt方法判断并跟踪地震带地震活动稳定性。综上所述可以：①地震活动总体状态参量Rt在地震活动平静段和活跃段的差异性较显著，幅度变化大，平静段数值接近1，活跃段数值明显偏离1；②Rt值随时间的变化特征与中强以上地震均有密切的关联，当地震带出现Rt值低值异常后，多数在2年内对应中强以上地震，映震效果较好。因此，地震活动总体参量Rt方法可为今后预测以上地震带中强以上地震提供中期尺度的预测依据。

此外，利用地震活动总体参量Rt方法研究过程中，要注意以下3点：①地震样本数。河北平原、汾渭、银川—河套及郯庐地震带均是小震多发区域，地震样本数充足，充分保证了分析结果的可靠性；②震级下限。为了避免地震发生的随机性，对Rt值的参数选取调整的同时，也要注意震级下限大小的问题，因为震级越小地震发生的随机性越强；③预测效能。由于参量指标与地震间的映震效果具有一定的阶段性和区域性，每发生一次中强以上地震，就要对该方法的预测效能重新评估。

本研究采用中国地震局地球物理研究所王林瑛研究员提供的程序。审稿专家提出的意见和建议使本文得以改进和完善。在此一并表示感谢。

陆远忠，陈章立，王碧泉，等.地震预报的地震学方法［M］.北京：地震出版社，1985：236-267.

梅世蓉，冯德益，张国民，等.中国地震预报概论［M］.北京：地震出版社，1993.

王林瑛，舒曦.利用地震熵值及多分形方法研究地震序列类型的早期判定//国家地震局预测预防司.地震短临预报的理论与方法［C］.北京：地震出版社，1997.

王林瑛，陈学忠、朱传镇，等.地震活动性总体参量Rt及其在地震预测中应用的研究［J］.地震，2006，26（2）： 54-60.

王林瑛，吴忠良，陈佩燕.地震活动性参数的相关性［J］.地震学报，2005，26（2）： 169-174.

武敏捷，朱红彬，岳晓媛，等.基于多地震活动参数的首都圈地区地震危险性分析［J］.华北地震科学，2013，31（1）： 25-30.

岳晓媛，王林瑛，武安绪.地震活动性总体参量Rt在首都圈地区地震预测中的应用［J］.地震地磁观测与研究，2009，1： 8-11.

张国民，傅征祥，桂燮泰.地震预报概论［M］.北京：科学出版社，2001.

朱红彬，邢成起，李红，韩红艳.华北构造区主要地震带分段于强震活动［J］.地震学报，2010，32（6）： 705-717.

A study on the application of integrated parameter Rtof seismic belts in North China tectonic region

Yue Xiaoyuan，Wu Anxu，Wu Minjie，Li Hong and Lin Xiangdong
（Earthquake Administration of Beijing Municipality，Beijing 100080，China）

Considering the important role of seismic belts of North China tectonic zone to the Capital Circle Region，based on an integrated parameter Rtof seismicity to routine analysis and tracking the state of seismic activity of seismic belts in North China tectonic zone，and the variation characteristics of Rtwith time has been studied.The result indicates that: when Rtgreater than the threshold，the state of seismic activity is stable，the probability of strong earthquakes is lower； otherwise，when Rtless than the threshold，the seismic state is unstable and the probability of strong earthquakes is higher.Finally，the efficiency of earthquake prediction by use of Rtparameter has been also estimated.

North China tectonic zone，seismic belts，integrated state，effi ciency estimation of the earthquake prediction，moderately strong earthquake

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.01.006

岳晓媛（1981—），女，满族，辽宁兴城人，工程师，主要从事数字地震学与地震预测等研究工作

2014年震情跟踪合同制定向工作任务（2014020124）资助

本文收到日期：2014-09-01