华北地区地震条带的统计分析

2019-03-20梁向军宋美琴

山西地震 2019年1期

王霞，梁向军，宋美琴

(1.山西省地震局,山西太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西太原 030025)

0 引言

地震条带图像是地震预测中常用的方法之一。1969年刘蒲雄首次提出地震条带的概念，“通过弱震活动的分析开展地震预报的一些认识，大震前，小震活动出现条带分布，而条带外围广大地区呈现平静的异常图形”[1]。我国地震学家从20世纪80年代开始对地震条带进行认真清理与系统研究，主要是针对中国大陆、四川、云南、新疆、华北及东北地区等的中强震前的条带进行统计分析[2-12]。《中国震例》(1970—2013)的震例总结表明，地震条带是6级以上地震前的主要异常现象，如1976年唐山7.8级、1989年大同-阳高6.1级和1998年张北6.2级等地震前均出现了地震条带[13]。这些震例为我们积累了宝贵的经验。然而，已有的关于地震条带的研究大多是震例的回溯性研究，缺乏系统的清理及预测效能的评估。震前如何利用条带去预测地震的时空强三要素，目前主要通过经验关系式外推或一些定性指标来实现。

华北地区自1998年张北地震后，一直处于5级左右地震活动时段，缺乏MS≥5.0地震前条带的系统性研究。现有的华北地区条带图像研究成果[1,7,8,14]给出一些统计关系式，提供了一定的参考依据，但使用中发现诸多疑问，具体为实际跟踪过程中，一方面部分条带结束后并未发生预期的地震；另一方面，即使采用条带图像预测未来地震，但又缺乏在虚报、漏报、对应率等方面统计检验结果的支持，现有的条带研究成果难以科学地指导日常震情跟踪。因此，有必要采用统一的技术途径、目录，针对华北地区MS≥5.0地震，开展条带指标的清理，服务于华北地区震情形势的跟踪、判定。

1 方法和数据

该文的华北地区是按照华北Ⅰ级块体边界来勾画，因此下文所用的地震目录涉及的是此块体内的地震。首先运用“震级-序号”法、“最大曲率”法(MAXC)、90%和95%的拟合度GFT法对华北地区1970—2017年的地震目录分别处理，结果显示1970—1995年期间的最小完整性震级在ML2.0～3.0之间波动，1996—2008年处于ML2.0附近，2009年至今在ML1.0左右变化(见第2页图1)。综合分析得出华北地区最小完整性震级为ML3.0。通过对华北地区MS≥5地震进行余震删除后，获得49个华北地区MS≥5地震目录(其中5.0～5.9级39个，6.0～6.9级8个，7级以上2个)。

利用上述删除余震的地震目录，按照地震条带的特征和判据，通过SuperSeis的“滑动震中分布图”，设定不同窗长、步长对华北地区1970—2017年的地震目录进行全时空人工识别并提取条带异常，最终识别出41个ML3以上的地震条带(其中28个条带对应地震，13个条带虚报)，逐一整理条带的特征参数，结果如第3页表1所示。

图1 华北地区1970年以来地震目录的完整性震级分析Fig.1 Integrity magnitude analysis of earthquake catalogue in North China since 1970

2 分析结果

该研究识别出的条带中，有2个主震前存在2个条带交汇的现象，分别是1992年1月23日南黄海5.3级(第4页图2)和2005年11月26日江西九江5.7级地震(见第4页图3)，这2次主震发生在条带交汇处，另外在九江5.7级地震前还存在较短的1个近NS向条带(见图3a)；存在的2个条带分别对应了2次地震的情况，即表1中条带5对应了1978年辽宁营口5.9级和东沟5.0级地震，条带28对应了2013年辽宁灯塔5.1级和黄海5.0级地震；还有一些主震前存在不同时段不同起始震级的多个条带，如1976年唐山7.8级地震、1994年南黄海5.3级等；其余对应了主震的条带中有半数是主震前存在1个条带。主震前后条带的M-T图和相应的内外频次比图，以1992年南黄海5.3级地震为例(见第4页图4)，其余条带不再一一列出。对识别出的条带与主震间的关系做如下统计分析。

(1) 条带持续时间与主震震级关系。

从28个对应地震的条带统计来看，条带持续时间在3年以上的占36%，1～3年的占50%，半年左右的占14%，表明中长期地震条带出现的概率较高，而短期地震条带出现的概率偏低。从不同震级档的统计结果看，7级以上地震的条带持续时间在3年以上，6.0～6.9级地震的条带持续时间在2～3年，而5.0～5.9级地震的条带持续时间跨度大，在3个月至3年以上。总体上条带持续时间与主震震级存在一定的线性相关关系，但相关系数较低(见第5页图5)。

(2) 条带长度与主震震级关系。

条带长度与未来主震震级的关系表明，两者存在一定的线性相关关系，但相关系数较低(见第5页图6)。7级以上地震前条带长度达600 km，6级以上地震前条带长度在400 km以上，5～5.9级地震前条带长度在260～1 000 km范围内，这与《测震学分析预报方法》[15]的研究结果较为一致，即中强地震前条带的长度短者为200 km，长者可达900 km。

(3) 条带起始震级与主震震级关系。

条带起始震级与主震震级存在一定的线性相关关系(见第5页图7)，随着起始震级增大，对应的主震震级也相应增大。7级以上地震前存在多个条带，包括背景条带(ML≥4)和弱震条带；5.0～6.9级地震前条带大多数为弱震条带，还有部分为背景条带(起始震级为ML4.0～4.1)。

(4) 条带与主震位置关系。

统计结果显示，2次地震(1992年南黄海5.3级和2005年九江5.7级地震)前存在2个条带交汇，主震发生在条带交汇处，其余主震发生在条带内部和外部各占50%，其中内端部、内部、内中部在条带内部中的比例分别为54%、23%和23%，外端部、外部、外中部在条带外部中的比例分别为38.5%、38.5%和23%。

3 讨论与结论

该研究共识别出ML≥3.0地震条带41个，其中有28个对应华北地区MS≥5地震，13个条带虚报，因此，条带的报准率为68%、虚报率为32%、漏报率52%(25/48)。在此特别说明条带漏报率计算时，由于1976年4月6日和林格尔6.3级地震前目录不全，无法恢复其条带，因此这个地震未列入目标地震的总数。

尽管统计的华北地区ML≥3.0地震条带的持续时间、长度、起始震级均与主震震级存在一定的线性正相关关系，但其相关系数较低，未能通过95%置信水平下的相关系数临界值检验。究其原因，一是可能与华北地区7级以上震例少，以5～6级地震为主，由于震级区间小导致统计关系未能给出很好的线性相关；二是地震条带的方法在大震前出现的比例高，而中强震前出现的比例偏低，华北地区以中强震为主且震前出现地震条带的比例也不高，造成统计样本偏少且相关系数低。

表1 华北地区可识别出的地震条带统计表Table 1 Statistical table of seismic bands identified in North China

吕坚等[11]对《中国震例》中246次MS≥5震例的梳理研究发现，66.7%的7级以上震例出现地震条带异常，针对华北地区44次MS≥5震例中有18次在震前出现地震条带(占比40.9%)。因此，7级以上震例前出现条带比例较高，一定程度上表明条带是大震发生的重要异常判据。考虑到华北地区完整性震级，只开展了ML≥3.0的地震条带识别，华北地区MS≥5地震前出现条带的比例约为50%，因此地震条带仅作为部分地震的预测依据，还应结合其他异常来综合做出研究区域的预测。

图2 1992年南黄海5.3级地震前条带图像Fig.2 Band image before the South Yellow Sea MS 5.3 earthquake in 1992

图3 2005年九江5.7级地震前条带图像Fig.3 Band image before the Jiujiang MS 5.7 earthquake in 2005

图4 1992年南黄海5.3级地震前2个条带的M-T图和内外频次比图Fig.4 M-T maps and internal-external frequency ratio maps of two bands before the South Yellow Sea MS 5.3 earthquake in 1992