地震活动期_幕最大地震M_1的估计及中_长期地震趋势预测

地震活动期_幕最大地震M_1的估计及中_长期地震趋势预测 的估计及地震活动期、幕最大地震1 M Ξ 中- 长期地震趋势预测 张立人, 陇正位 ( )中国地震局分析预报中心, 北京 100036 摘要: 提出一种地震活动期、幕最大地震M 的估计方法: 利用中低震级累计频度N1 不震级 ? 近似的直线关系得到间隔地震频度 N 不震级的线性关系。用间隔频度 N 不震级的线性关系估 计最大地震M 。结果表明, 以震级 2间隔频度的线性关系估计的M 比震级 2累计频度关系得到 11 的M 更接近实际发生的最大地震震级, 震级 2累计频度关系得到的M 通常被高估。基于震级 21 1 累计频度关系曲线的特征和震级 2 间隔频度的线性关系估计的最大地震M , 可为中 2 长期地震 1 趋势预测提供新的信息。研究表明, 中国大陆自 1979 年开始的地震幕即将结束, 而帕米尔东北 侧自 1915 年以来的地震平静期也将结束。 关键词: 地震趋势预测; 最大地震震级; 震级2累计频度关系; 地震期、幕 () 中图分类号: P 315. 5; P 315. 75 文献标识码: A 文章编号: 100023274 20010120053206 引言 1 等提出震级和频度有如下关系:Gu ten b e rg ()lo gN = A B m 1 - ()2 lo gN =a - bM ? M ,M 式中, N 为震级m ～ m + ?m 的间隔地震数; N 为震级 ?M 的地震数; m = M -0 0 ? () 为起算震级。由于为了获得较好的震级 2 频度直线统计关系, 在实践中式 2得到了较多的 () () 应用。应用式 2的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 在于不少研究均表明在高震级范围, 实际震级分布往往偏离式 2 () 得出的直线关系, 呈现史凸下弯的形态, 且实际发生的最大地震M 大多小于由式 2估计 1 2 的载距震级。本文将基于前人的有关研究, 提出一种评估最大地震震级M 的方法。1 1 原理及方法 34 B en de r 及程德利等均指出震级2累计频度 N 不间隔频度 N 的差异; 在间隔频度? Ξ 收稿日期: 2000203227; 修改回日期: 2000205222 ( ) 基金项目: 中国地震局“九五”科研攻关项目 962913207205成果之一 ( ) 作者简介: 张立人 19432, 男, 山东范县人, 副研究员, 主要从事地震地质、工程地震及中2长期地震预测研究。 N 不震级M 关系为直线的前提条件下, 震级 2 累计频度关系实际则为一曲线, 由震级 2 累计 频度关系拟合的 b 值较震级 2 间隔频度关系给 出的 B 值要高, 只有当震级 M 小于最大地震 M 1～ 1. 5 级时, 由震级 2累计频度关系拟合的1 b 值接近于 B 值。从断裂分数维的角度也可得 到断裂长度不其累计频度N 和间隔频度 N ? 关系的类似差异。 为验证震级 2 累计频度关系不震级 2 间隔 图 1 震级2累计频度?不间隔N 频度关系的差别, 人为设置一组震级 2 频度关 频度 N 关系的比较( ) 系 数据 表 1, 震级间隔 ?M = 0. 5, 相邻间隔 () 的地震数 N 之比为 1?2。以最小二乘法可得到震级 2 累计频度关系中 图 1, a = 5. 81, b = 0. 67,M = 8. 7; 在震级 2间隔频度关系中,A = 2. 107,B = 0. 602,M = 8. 5。由震级M 5. 0～ 7. 01 1 () b = 0. 61,A = 2. 13 ,B = 5. 48, 范围内, 得出 a =。8. 450. 61。再据式1可求出M 1 = 设置的间隔频度 及累计频度?数据表 1 N N 8. 5 8. 0 7. 5 7. 0 6. 5 6. 0 5. 5 5. 0 M N 1 2 4 8 16 32 64 128 N1 3 7 15 31 63 127 255 ? 据程德利的数字模拟结果, 在距离最大震级约 1～ 1.5 级的区间, 以最小二乘法 L S 估 计的 b 值无明显的系统偏差, 当 ?M = 0. 1 时, 绝对偏差不超过 0. 003。 () 因此, 在考虑到震级记录完整性的同时, 在进离最大震级M 1 M 1 - M ? 1的区间M 0 的近似值。 - M , 震级 2 累计频度具有近似的直线关系, 由此拟合的 b 值, 可视为 B )()(L o gN = a - bM1 3 ?M 1 - M? )(N - N L o g A = ()M M + ?M 4 ?0 ?0 () 将 A 和 B 代入式 1, 令 N = 1, 可求出 m 1 , 进而可得出M 1。 2 结果不分析 ?据中国第四代区划图提供的《中国地震简目》, 分别得到 1958～ 1978 年、1979～ 1996 年二个地震幕及华北 1484～ 1730 年、1815～ 1996 年二个地震活跃期及帕米尔东北侧 1915 ～ 1996 年的震级2频度关系及最大地震震级M , 结果列于表 2。1958～ 1978 年是中国从1 1897 年以来的第四个地震幕, 最大地震为 1977 年台湾的 8. 0 级地震。由震级 2 间隔频度() N 2M 关 系 给 出 M 为 7. 9 级 不 实 际 最 大 地 震 震 级 基 本 符 合。但 由 震 级 2 累 计 频 度1 ) ( N 2M 关系得到的M 1 为 8. 5 级, 较实际震级高 0. 5。同时计算了中国 1979～ 1996 年地 6 震活动幕的M 1 为 7. 8, 这一时期发生的最大地震为 7. 4 级, 但在 1997 和 1999 年分别发生了 () () 西藏玛尼 7. 5 级 M 7. 8,M 为N E IC 测定的面波震级和台湾 7. 6 级 M 7. 7地震, 表明SZ SZ SZ ? 冯浩等, 中国地震简目, 1997。 () () 由震级 2 间隔频度 N 2M 关系给出M 1 有一定的预测能力, 而同期由式 2给出的M 1 值则 为 8. 5 级。 1484～ 1730 年是华北历叱上第三活动期, 最大地震为 1668 年山东郯城 8? 级地震。由 ;震级 2 累计频度关系得到的M 为 8. 6 级, 由震级 2 间隔频度关系给出的为 8. 3 级。历叱地震1 的震级误差为 0. 25 级。同时, 当M S ? 7. 8 时, 把矩震级M W 作为M S 的自然延续是合理的。 5 1668 年山东郯城 8? 级特大地震按矩震级估计为M 8. 2 级, 应当说由震级 2 间隔频度关 ;W 系给出的M 不实际地震震级还是符合的。1815～ 1996 年为华北地区现今的一个地震活动1 () () 1976 年唐山不最大地震 期。由式 2给出的结果M 1 为 8. 4, 而由式 1给出的M 1 为 7. 9, 7. 8 级地震符合较好。 表 2 二种震级2频度关系的最大地震震级的估算与实际最大地震震级 实际最大 ()()A a B b M 范围 时间 震级区间 ?M1 地震 5. 76 0. 61 8. 0 7. 9 0. 1 5. 0～ 6. 4 中国 1958～ 1978 年 ( )( )6. 90 0. 81 8. 0 8. 5 0. 1 5. 0～ 8. 0 5. 59 0. 61 7. 4 7. 7 0. 1 ～ 1996 年 19795. 0～ 6. 3 ( )( ) 6. 77 0. 82 7. 4 8. 3 0. 1 5. 0～ 7. 4 ?4. 67 0. 52 88. 3 0. 5 ;5. 0～ 7. 0华北地区 1484～ 1730 年 ( )( )8?4. 92 0. 57 8. 7 0. 5 ;5. 0～ 8. 5 7. 8 7. 9 0. 5 4. 82 0. 57 1815～ 1996 年 5. 0～ 7. 0 ( )( )7. 8 8. 4 0. 5 4. 93 0. 59 5. 0～ 7. 8 7. 9 0. 5 4. 58 0. 54 7. 5 5. 0～ 7. 01815～ 1975 年 ( )( )8. 2 0. 5 4. 91 0. 60 7. 5 5. 0～ 7. 5 7. 4 7. 3 0. 1 5. 61 0. 65 帕米尔东 5. 1～ 6. 61915～ 1996 年 ( )( )7. 4 7. 9 0. 1 6. 80 0. 86 北侧5. 1～ 7. 4 注: 为震级间隔。?M 6 为证明方法的普适性, 引用 等给出的全球矩震级2频度关系进行M 的计算。 P ach eco 1 全球 1900～1989 年矩震级M W 7. 0～ 7. 5 震级范围的年发生率 n 不M W 有如下关系: lo gn = 7. 20 - 0. 90M W () 由上式可求得 90 年中, M W 7. 0 地震数为 133. 8 个。按式 1计算, 可得M W 1 = 9. 4 。这一时 23期全球最大地震为 1960 年智利地震, 智利地震的地震矩为 1. 2～ 1. 6×10?相当矩震 , N m 级 9. 3～ 9. 5。 从全球、中国及华北地区三个计算结果不实际地震的符合情况看, 由震级2间 隔频度关系估计M 的方法是可信的。1 3 震级2累计频度关系曲线的演化特征 ( ) 一个地震区 带在地震期、地震幕不同阶段震级2累计频度关系曲线具有不同的特点, () 以中国最近二个地震幕为例 1956～ 1978 年, 1979～ 1996 年, 震级2累计频度关系曲线在地 震幕的强震活动发展过程中, 呈现不同的特点, 高震级的大地震往往在经历了高潮活动后, 才具有较好的的比例关系, 其震级2间隔频度关系才有较好的线性关系, 但震级2累计频度关 系曲线在高端偏离线性, 明显下弯。 () 1地震平静幕的震级2累计频度关系。 中国在 1956～ 1965 年地震平静幕期间发生最 (() )大震级为台湾 7. 2 级地震。 震级2累计频度关系在高端明显下弯史凸 图 2。 由式 1计算a 的M 1 = 7. 2, 不实际发生最大的地震相等。这表明地震平静幕最大的地震符合震级2间隔频 度线性关系。 () 2地震活跃幕的早、中期。1966 年台湾 7. 8 级地震不仅表明平静幕的结束, 还改变了 震级2累计频度关系曲线在高端明显下弯史凸的特征。在震级2累计频度曲线的高端, 表现为 () 前伸上弯的特征 图 2。b ( ) 3活跃幕结束阶段。1956 年开始的地震幕至 1978 年结束, 此时的震级2累计频度曲线 (() ) 呈现出下弯史凸形 图 2, 由式 1计算M = 8. 0, 不实际发生的最大地震相等。c1 1979～ 1996 年中国地震幕的震级2累计频度关系也经历了不 1956～ 1978 年地震幕相类 似的演化过程。 1979～ 1984 年中国处于地震平静幕, 震级2累计频度关系曲线为下弯史凸形(() ) 图 2, 由式 1计算的M = 6. 9, 不实际发生的 7. 0 级相近。1985 年乌恰 7. 4 级地震标志活 d1 ()跃幕的开始, 震级2累计频度关系曲线在高端表现为前伸下凹缺震的特点 图 2。本活跃幕从e ( 1994～ 1996 年发生一系列强震, 震级2累计频度关系曲线已显示出在高端下弯史凸的特征 图 () ) 2, 且由式 1计算得出M = 7. 7。 此时, 最大地震M 尚未发生, 但其后发生的 1997 年西藏 f1 1 ( ( ) ) 玛尼 7. 5 级 M 7. 8和 1999 年台湾 7. 6 级 M 7. 7地震, 表明本活跃幕实际发生的最大地 SZ SZ 震M 为 7. 7 左史, 最大地震遵循震级2间隔频度的线性关系, 强震活动已近尾声。1 图 2 中国 1956～ 1978 年、1979～ 1996 年震级2累计频度关系曲线 帕米尔东北侧在经历了 1890～ 1914 年的高潮活动后, 自 1915 年以来, 地震活动相对平 静, 实际发生的最大地震为M 7. 4。 图 3 显示震级2累计频度曲线呈现出下弯史凸形, 由式 1 ( ) 1计算M = 7. 3, 不实际发生的最大地震相近, 表明平静期将结束, 未来地震活动将进入 1 一个相对活跃时期。 4 讨论不结论 7 () 1把地震分为有界地震和无界地震二类, 前者破裂受孕震层厚度制约, 是强Scho lz 度大的地震, 而后者的破裂不受孕震层厚度的制约, 为中小地震。对于无界地震 b 值较低, 而 有界地震 b 值较高。全球消减带有界地震 不无界地震的转变发生在 7. 5 级; 对于转 换断层地震, 这一转变的震级要小得多。对 中国而言, 除喜马拉雅及台湾地区, 均属板 内地震, 这一转变大约发 生 在 5. 9～ 6. 6 级。 这一震级范围的破裂尺度为 10～ 25 , 不多数中国板内地震的孕震层厚度相km 图 3 帕米尔东北侧 1915～ 1996 年 当。研究表明, 除孕震层厚度制约大地震的 震级2累计频度关系曲线 破裂深度这一因素外, 在震级2间隔频度具 () 有线性关系的前提下, 一个地区 带破裂过程较完整, 大小地震呈比例时, 震级2累计频度关 系曲线必然具有下弯史凸特征, 偏离中小地震的线性关系。因此, 在高震级范围内震级2累计 频度曲线下弯史凸是一个普遍存在的现象。 () ( ) 2在中、长期地震预测研究中, 判断一个地区 带地震活跃期、幕的开始相对要容易, 而判断活跃期、幕的结束则要困难得多。 中国大陆在 1976 年地震高潮活动后, 从 1977～1981 年连续 4 年仍被预测处于地震活跃幕, 这表明对地震活跃幕持续和结束时间的判断能 8 力的不足。中国本次地震活跃幕在 1994～ 1999 年大震连发, 特别是 1997 年西藏玛尼 7. 5 ( ( ) ) 级 M 7. 8和 1999 年台湾 7. 6 级 M 7. 7大地震发生后, 无论是从震级2累计频度关系 SZ SZ 曲线的形态特征, 以及计算的M 不实际发生的最大地震震级相近, 均表明本次活动幕已近1 尾声, 不大可能发生 8 级左史乃至更大的地震。 类似的华北第四地震活跃期, 在 1966～ 1976 年M ? 7 地震连发高潮活动后, 对是否存在 9 , 10 发生 8 级甚至 8 级以上大震仍有争议。 本文提出的震级2累计频度关系曲线演化特征分 析和M 计算结果使这个问题有了较明确的回答; 该活跃期最大地震为 1976 年唐山 7. 8 级地 1 震, 未来发生M ? 8 的地震可能性不大。本文提出的震级 2 累计频度曲线演化特征的分析和 M 计算方法, 对判断地震活跃期、幕的结束标志提供了一种新的信息: 最大地震遵循震级21 间隔频度的线性关系, 在高震级范围震级2累计频度关系曲线具有下弯史凸特征, 偏离中小 地震的线性关系。 ( ) 3本文给出的M 计算方法, 较一般运用震级 2累计频度关系计算的M 要更接近实际 1 1 发生最大地震的震级, 克服了其对M 的过估问题。 但作为一种预测方法而言, 亦不是万能 1 的。当M 发生在高潮期的开始, 例如中国 1972 年台湾 8 级地震, 华北 1668 年郯城 8;? 级大 1 () 震1, 以震级2间隔频度关系按式 计算结果均偏低, 而对于M 地震发生在高潮期的后期, 如1 华北 1976 年唐山 7. 8 级和中国本活跃幕 7. 7 级最大地震, 本方法可提前 1～ 10 年作出较准 () () 确的预测。华北 1815～ 1966 年由式 1计算结果为M = 7. 8, 中国 1979～ 1996 年由式 1计 1 算结果为M = 7. 7, 均为后来发生的地震所验证。1 如果最大地震发生在高潮期开始, M 计算值均偏低, 表明缺少高档次地震, 高潮期仍 1 将持续, 就这一点而言, 仍有一定的预测意义。 参考文献: () 1 2133., . [. , 1941, 34 1: 1Gu tenbe rg B R ich te r C F Se ism ic ity o f th e ea r th J Geo l So c A m Sp ec P ap 2 傅征祥. 中国大陆地震活动性力学研究[. 北京: 地震出版社, 1997. 2682272. M . [. , 1983,3 B ende r BM ax im um lik e lihoo d e st im a t io n o f b va lue s fo r m agn itude g ro up da ta J B S S A () 73 3: 8312851. ) (4 地震学报, 1986, 8 增刊: 25235. 程德利, 张裕中. b 值的数字模拟[J . 5 () 周惠兰. 中国历叱大地震的矩震级[. 地球物理学报, 1984, 27 4: 3602371. J , . 1900 1989 . 6 P ach eco J F Syk e s L RSe ism ic m om en t ca ta lo g o f la rge sh a llow ea r th quak e s to J B S () 82 3: 1 30621 349.S A . : [. , 1982,7 Scho lz CSca ling low s fo r la rge ea r th quak e s co n sequence s fo r p h y sica l m o de ls J B S S A () 72 1: 1214. 马宗晋, 汪良谋. 中国大震形势研究的述评不形势预测 [. 国家地震局分析预报中心. 中国地震大 8 A 形势预测研究[. 北京: 地震出版社, 1990. 9224.C () 9 地震学报, 1982, 4 3: 2392249. 许绍燮, 沈佩文. 地震活动性图像[J . () 10 张立人. 华北第四地震期最大地震震级的估计[. 中国地震, 1987, 3 2: 42246. J 1 E st im a te of m ax im um ear thquake m agn itude M f or a - se ism ic per iod or ep isode an d m ed ium lon g term ear thquake tren d pred ic t ion 22, ZHA N G L iren CH EN Zh en gw e i (), , 100036, C en te r fo r A na ly sis and P red ic t io nC SB B e ijing C h ina : , A bstrac tT h is p ap e r p ropo sed o n e m e tho dw h ich u se s th e lin ea r re la t io n b e tw een th e m idd le2low m agn itu de an d cum u la t ive f requ en cy to o b ta in th e lin ea r re la t io n b e tw een m ag2 M . n itu de an d in te rva l f requ en cyT h e m ax im um ea r th qu ak e m agn itu de 1 can b e ca lcu la ted . b y u sin g th e lin ea r re la t io n b e tw een m agn itu de an d in te rva l f requ en cyT h e ca lcu la t io n re2 : , su lt s show th a tb y u sin g th e lin ea r re la t io n b e tw een m agn itu de an d in te rva l f requ en cy M th e e st im a ted m ax im um ea r th qu ak e m agn itu de 1 is c lo se r to th e o b se rved m ax im um ea r th qu ak e m agn itu de in o n e se ism ic p e r io d o r ep iso de th an th a t e st im a ted b y u sin g th e re2 . .la t io n b e tw een m agn itu de an d cum u la t ive f requ en cyT h e la te r o n e is o f ten o ve re st im a ted T h e evo lu t io n a l ch a rac te r ist ic s o f th e re la t io n cu rve b e tw een m agn itu de an d cum u la t ive , M f requ en cyan d th e e st im a ted m ax im um ea r th qu ak e m agn itu de 1 b y u sin g th e lin ea r re la2 t io n b e tw een m agn itu de an d in te rva l f requ en cy can g ive th e n ew in fo rm a t io n in th e m ed i2 2. um lo n g te rm ea r th qu ak e t ren d p red ic t io n fo r o n e se ism ic p e r io d o r ep iso deT h e in ve st iga2 1979 , t io n show s th a t th e se ism ic ep iso de sta r ted f rom in C h in a is com in g to th e en da se is2 2. m ic a lly qu ie t p e r io d is c lo se to th e en d in th e a rea o f th e N o r th E a ste rn side o f P am ir sKey word s: E a r th qu ak e p red ic t io n; M ax im um ea r th qu ak e m agn itu de; R e la t io n b e tw een ; m agn itu de an d cum u la t ive f requ en cySe ism ic p e r io d o r ep iso de