地震短期综合预测的一种思路

王俊菲 冯志生 沈红会 孙业君 李锋 王维 缪阿丽 李鸿宇

江苏省地震局，南京 210014

0 引言

地震预测是世界性科学难题，目前仍然处于经验性预测阶段。目前的地震预测方法较多，给出的异常项目种类繁多，其中地震活动性异常和数字地震计算的介质变化异常有三四十项，重力形变、电磁和地下流体预测方法和异常项目也有几十项，这些方法总体来说在地震预测上能发挥一定作用，但预测效能不高。因此综合预测可能是未来地震预测的重要途径，已有很多学者对地震综合预测工作进行了探讨，陈立德(1993)对异常进行加权，设定阀值来综合判断地震危险性；韩渭宾等(1997)采用神经网络法进行指标化综合预测；李平等(2000)对测震学指标进行筛选，采用SQIP法对大华北震例进行了综合预测的研究；陈章立等(2008)就浅源地震的物理实质提出优化监测台网，根据不同观测物理量给出异常的综合判定。这些研究都给出了一些综合预测方法和指标，但这些预测指标往往是异常数量的简单统计、加权或者异常时空分布特征。

本文提出一种新的综合预测思路：以虚报率较低的短期异常作为“引信”，在出现1个或数个“引信”短期异常后，再对地震可能发生的地点和震级进行综合判定，该思路的优点是综合预测意见的虚报率低，因为“引信”异常决定了综合预测意见本身具有较高的发震概率。在该思路的指导下，我们在2012年7月20日高邮-宝应4.9级地震和2016年10月20日江苏射阳县4.4级地震震前做出了比较有效的短期预测。

1 短期综合预测思路

一般来说，孕震区及其附近地区总是存在一定数量的不同性质的前兆异常，本文给出的短期综合预测思路如下：

(1)寻找一些可靠的短临异常，这些异常可以理解为短期预测的“引信”，该异常一旦出现，则未来3个月发生地震的可能性很大，其信度高达0.7以上。这样的短临异常不在于多，预测的震级和空间范围可以较大，但要求该异常的人为因素要少、虚报率低。

(2)“引信”异常出现后，先对可能的发震地点进行梳理。一般依据对地点预测较好的方法(如条带、空区、重力、岩石圈磁异常、地磁谐波振幅比等)判定当前可能发生地震的地点，并排除那些发生地震可能性小的地区。

(3)对可能的发震震级进行预测。分析当前异常对应的总体震级，根据可能的总体震级，对严重不符合总体震级的异常可以进行排除。

2 高邮-宝应4.9级地震震前跟踪

2.1 “引信”短期异常

2012年6月底左右，宿迁苏05井水温出现改变原变化趋势的下降异常，下降幅度为0.003℃左右(图1)，虽然下降幅度非常小，但该井自观测以来，水温仪器性能稳定，采样率较高，故障率较低，资料连续可靠，类似异常幅度多次对应了周边400km范围内4≤ML≤5地震，对应率达到11/13，且异常出现时间一般在震前几天至3个月内，大部分在2个月以内(徐桂明等，2010)。同时，盐纺台钙离子、氯离子2012年7月初开始出现同步高值异常，该异常一般对应周围300km范围内4≤ML≤5地震，对应率分别达到 8/11 和7/9，因此当前的同步高值异常信度也很高(图2)。这3项流体异常的同步出现具有非常重要的预测意义，满足了短期综合预测思路的第一要素，可以被认为是做出短期预测的“引信”异常。

图 1 苏05井水温五日均值曲线

图 2 盐纺台钙离子(a)、氯离子(b)五日均值曲线

2.2 地点判定

对于地点的判定，主要依据从2011年2月开始在苏中一带逐步形成的4个小震条带。这4个条带分别为：2011年2～10月在长江口至洪泽湖一带逐渐形成的NW向的ML≥2.0地震带状分布(图3)、2012年1月以来在启东以东海域至金湖附近地区逐渐形成的NW向ML≥2.0地震条带、2012年1月以来在沿洪泽-沟墩断裂形成的NE向的ML≥2.0地震条带、2012年4月以来短期内形成的沿茅山断裂带及向北延伸的NNE向ML≥1.5带状分布(图4)，4个条带集中交汇在高邮附近地区，该地区很有可能是未来发震区域。

图 3 2011年2～10月江苏及邻区ML≥2.0地震空间分布

图 4 2012年1～7月江苏及邻区ML≥1.5地震空间分别

2.3 震级判定

苏05井水温异常对应历史震例震级为4≤ML≤5，盐纺台钙离子、氯离子高值异常对应历史震例震级为4≤ML≤5，ML≥2.0条带和ML≥1.5条带对应的震级为4级左右，因此综合判断未来地震的震级为4≤M≤5。

2.4 综合分析

图 5 高邮-宝应地震异常总体分布

通过以上分析，我们在7月18～19日基本判定短期内高邮及附近地区发生4≤M≤5地震的可能性较大，实际情况是7月20日20时11分发生了高邮-宝应4.9级地震，发震地点和震级基本符合预测意见。地震发生后，对该地震的综合预测进行了反思，并进一步总结了震前未能及时发现的一些前兆异常，包括溧阳苏22井水温下降异常(图6)、高邮台的地磁谐波振幅比异常(蒋延林等，2016)、江苏水位从2010年4～5月左右开始出现的群体性趋势变化(王维等，2016)、常熟台VS垂直摆急剧北倾及固体潮形态出现突变等，这些手段或方法在预测三要素中都有一定的作用。图5 为高邮-宝应地震的异常总体分布图，从图5 可以看出，信度较高的“引信”异常只有1项，但却是预测结果的关键因素，条带的交汇使得地点预测比较明确，震后的总结和反思也对高邮-宝应地震的发生有了进一步的理解，同时对2016年10月20日射阳4.4级地震前的判定和短临预测起了重要作用。

图 6 苏22井水温五日均值曲线

3 射阳4.4级地震震前跟踪

2016年10月20日江苏盐城射阳县洪泽-沟墩断裂带附近(33.7°N，120.3°E)发生4.4级地震，附近地区有明显震感。本次地震发生在江苏省2017年度趋势会商圈定的5级地震危险区内(2016年10月19日全省会商会)，震前3个月内江苏省地震预报研究中心做了很好的震情跟踪。

3.1 “引信”短期异常

射阳地震震前可靠的短临异常比较多，主要有盐纺钙离子、氯离子高值异常及苏05井水温的下降异常、苏22井水温下降恢复中、常熟台VS垂直摆NS向的加速北倾、10月9～15日射阳ML3.5震群震级升高趋势、江苏北部沿海ML2.5地震空区被打破。这些短临异常都比较可靠，历史地震对应率高，因此判断短期发生中等地震的可能性非常大。下面详细介绍各异常。

2016年4月20日苏05井水温开始出现下降变化，到2016年8月27日达到最低值，累计下降幅度为0.002℃，之后一直在低值波动(图1)。2016年4月29日、9月19日盐纺氯离子、钙离子分别出现下降转上升变化，最大上升幅度分别为2.631、0.539mg/L，尤其是氯离子创了历史新高(图2)。苏05井水温下降异常和盐纺台钙离子、氯离子高值异常的可靠性前面已做了详细介绍，因此这些变化有非常重要的短临预测意义。

图 6为苏22井水温五日均值曲线，图6 显示，水温下降幅度超过0.005℃后，周围300km范围内容易发生4≤ML≤5的地震，并且地震一般发生在水温开始恢复的3个月之内，对应率6/7。2016年2月水温出现新的下降变化，最大下降幅度达到0.013℃，7月11日开始恢复，因此判断未来3个月左右周围300km范围内存在发生4≤ML≤5地震的可能(缪阿丽等，2014)。

图 7 常熟VS垂直摆2008年6月SN向分钟值

图 8 常熟VS垂直摆2016年10月SN向分钟值

图7、8 为常熟台VS垂直摆NS向的分钟值曲线，图7 中显示的是2008年6月18日降雨期间出现正常的南倾变化(下降)，而从图8 可以看出2016年10月10日降雨期间反而出现了加速的北倾变化(上升)，且北倾速率大于5倍背景速率，该异常现象曾多次出现，并且异常出现后2个月内常熟台N向或EN向300km范围内均有4≤ML≤5地震对应(图9)，对应率为5/7，考虑到本次异常幅度较大，因此判断未来2个月内常熟台N向或EN向存在发生5级左右地震的可能。

图 9 常熟VS垂直摆SN向异常对应地震震中分布有2个地震重叠，实为5个地震

图 10为2014年3月24日以来在江苏北部沿海形成的ML≥2.5地震空区，该空区被2016年10月9日射阳ML2.6地震打破，空区打破后，空区内部小震活跃，至2016年10月15日发生射阳ML3.5地震，震级逐渐升高。空区被打破一般为短期异常，该地区1987年射阳5.1级地震前也曾出现过ML≥2.5地震空区，因此，该ML≥2.5地震空区被打破现象可视为“引信”短期异常，该地区地震危险性在增加。

图 10 2014年3～2016年10月江苏及邻区ML≥2.5地震空间分布

图 11 2015年8月～2016年10月江苏及邻区ML≥3.0地震空间分布

3.2 地点判定

2015年8月6日以来形成的南黄海至河南范县NW向ML≥3.0地震条带(图11)和2016年1月13日以来形成的安徽怀宁至南黄海NE向ML≥2.5地震条带(图12)交汇于南黄海海域；由盐城台地磁计算的谐波振幅比，自2015年以来出现了不同周期的趋势性负相关变化(图13)，显示盐城附近地区不同层位的深部电阻率发生了变化，该异常现象在高邮-宝应地震前的高邮台也出现过(蒋延林等，2016)。综合分析盐城以东海域附近地区是当前空区、条带交汇、常熟垂直摆异常、地磁谐波振幅比异常指示的预测区域，该区域也是江苏省2016年度5级地震危险区，因此判断盐城以东海域是未来发震的主体地区。

图 12 2016年01～10月江苏及邻区ML≥2.5地震空间分布

图 13 盐城台地磁谐波振幅比异常左侧为NS向，右侧为EW向

3.3 震级判定

苏05井水温异常对应历史震例震级为4≤ML≤5，盐纺台钙、氯离子高值异常对应历史震例震级为4≤ML≤5，苏22井水温下降异常对应历史震例震级为4≤ML≤5，江苏北部沿海形成的ML≥2.5地震空区对应历史震例震级为5.0级左右，ML≥3.0地震条带和ML≥2.5地震条带交汇对应历史震例震级为5.0级左右，地磁谐波振幅比异常对应历史震例震级为5.0级左右。考虑到地磁谐波振幅比异常对应5.0级左右地震比较可靠，因此综合判断未来地震的震级为5.0级左右。

3.4 综合分析

在日常跟踪分析中，我们在2016年8、9和10月的月会商意见中给出了短期预测结论：未来1个月盐城以东海域附近地区存在发生5.0级左右地震的可能，10月9日射阳发生ML2.6地震，该地震打破ML≥2.5地震空区，震后我们判断该地震原震中区及附近地区有发生强有感地震可能，实际情况是10月20日发生了射阳4.4级地震，发震地点基本位于预测区，实际震级比预测意见略低，但地震确实发生了，没有虚报，是一次较成功的短期综合预测。图14为射阳地震异常总体分布。总体来说，如图14 所示，射阳4.4级地震前异常略多，尤其是短临异常较突出，信度较高的多项短临异常是本次地震短期预测较成功的关键因素，另外，在发震地点的预测上也比较明确，不存在争议地点，而震级预测偏高的原因是在预测中基本选择了最高震级，实际上给出4≤ML≤5是比较合理的。

图 14 射阳地震异常总体分布

4 讨论

炮弹的引信一旦点火，炮弹基本会爆炸的，除非是哑弹，实际中哑弹很少。如何提高综合预测的成功率，减少地震综合预测意见的虚报，降低地震综合预测意见的“哑弹”，预测信度高的异常至关重要，我们将预测信度高的异常形象化地称为“引信”异常，强调的是要重视预测信度高的异常在综合预测中的作用和地位。一次综合预测可能要面对几十个异常判据，但综合预测依据中“引信”异常的多少及其预测信度的高低决定了这次综合预测的成功与否。本文给出的短期综合预测思路经过了2次地震综合短期预测实践，有一定的借鉴之处，对指导今后震情跟踪工作有实际意义。