蔣長勝

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

川滇地區(qū)地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)物理特征

蔣長勝

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

自20世紀(jì)80年代以來，現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)物理與地震學(xué)的交叉，為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究提供了新的線索。本文利用國際上近年來發(fā)展起來的PI算法、各態(tài)遍歷性、AMR等統(tǒng)計(jì)物理概念和算法，以及RTP分析、基于時(shí)-空ETAS模型的隨機(jī)除叢法和ROC檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)地震學(xué)方法，考察了川滇地區(qū)的地震活動(dòng)統(tǒng)計(jì)物理特征，以為該地區(qū)的強(qiáng)震綜合預(yù)測(cè)策略提出建議。

基于時(shí)-空ETAS模型的隨機(jī)除叢法，考察了川滇地區(qū)背景地震特征，結(jié)果表明，川滇地區(qū)地震活動(dòng)具有更為復(fù)雜的時(shí)空特征，地震序列更傾向于具有前震事件，地震活動(dòng)也以叢集地震活動(dòng)為主。

利用國際上新近發(fā)展的圖像信息學(xué)PI算法，使用1970—2007年ML3.0以上區(qū)域地震目錄，針對(duì)MS5.5及以上預(yù)測(cè)“目標(biāo)震級(jí)”，采用15年尺度的地震目錄滑動(dòng)時(shí)間窗、均為5年尺度的地震活動(dòng)“異常學(xué)習(xí)”時(shí)段和“預(yù)測(cè)時(shí)間窗”進(jìn)行PI算法計(jì)算。對(duì)PI算法預(yù)測(cè)效果使用ROC檢驗(yàn)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，結(jié)果表明，PI算法預(yù)測(cè)效果不但明顯優(yōu)于隨機(jī)預(yù)測(cè)，同時(shí)優(yōu)于基于地震叢集理論進(jìn)行地震數(shù)目統(tǒng)計(jì)的地震相對(duì)強(qiáng)度（Relative Intensity，RI）算法。

將PI算法進(jìn)一步應(yīng)用于年尺度地震預(yù)測(cè)研究，直接將PI算法的“預(yù)測(cè)時(shí)間窗”縮短至3年和1年，PI算法的預(yù)測(cè)效果雖仍優(yōu)于隨機(jī)預(yù)測(cè)，但相對(duì)5年“預(yù)測(cè)時(shí)間窗”明顯下降。在年尺度上，PI預(yù)測(cè)的效果與RI預(yù)測(cè)的基本相當(dāng)，表明PI算法用于年度地震預(yù)測(cè)技術(shù)上并不可行。然而，采用RTP的思路，將PI算法和RI算法作為“前兆反向追蹤”（RTP）分析中的中長期地震危險(xiǎn)性估計(jì)方法，可以在一定程度上解決年度地震趨勢(shì)會(huì)商中地震虛報(bào)率較高的問題。結(jié)果表明，可在不影響預(yù)測(cè)成功率的情況下，PI／RI算法與RTP分析相結(jié)合的思路一定程度上降低了年度會(huì)商的地震虛報(bào)率。

針對(duì)川滇地區(qū)7級(jí)以上強(qiáng)震頻度低、突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，將川滇地區(qū)與安達(dá)曼-蘇門答臘地區(qū)作為統(tǒng)一的研究區(qū)，用PI算法進(jìn)行了MW7.0以上強(qiáng)震的時(shí)間相依地震危險(xiǎn)性分析。選取10年尺度的地震活動(dòng)“異常學(xué)習(xí)”時(shí)段、3年尺度的“預(yù)測(cè)時(shí)間窗”、1.0°×1.0°的空間網(wǎng)格及MW5.0的截止震級(jí)進(jìn)行計(jì)算，ROC檢驗(yàn)表明PI算法適用于川滇-安達(dá)曼-蘇門答臘地區(qū)MW7.0以上強(qiáng)震的中長期預(yù)測(cè)。從各態(tài)遍歷性角度討論了方法的適用程度。

利用地震的“類臨界點(diǎn)”模型中的AMR現(xiàn)象研究了川滇地區(qū)的強(qiáng)震臨界性。在已知實(shí)際發(fā)震時(shí)刻和震中位置的情況下，在由時(shí)-空-地震序列截止震級(jí)（T-R-Mc）構(gòu)成的三維空間中討論了震前AMR現(xiàn)象的客觀性問題，結(jié)果表明，川滇地區(qū)強(qiáng)震前的矩釋放行為較為復(fù)雜，研究所用模型參數(shù)對(duì)AMR結(jié)果影響較大；強(qiáng)震的孕育時(shí)-空過程的確伴有“類臨界”現(xiàn)象存在；是否刪除或削弱叢集地震對(duì)AMR現(xiàn)象研究影響顯著，且去除叢集地震后得到的背景地震的矩釋放行為更為穩(wěn)定?？疾炝舜ǖ岬貐^(qū)AMR現(xiàn)象的特征時(shí)、空尺度。結(jié)果表明，除叢后的AMR特征時(shí)、空尺度較為明顯，約分別為T＝5 a和R＝50 km，這大致上相當(dāng)于PI算法所用的時(shí)間尺度和Moore近鄰組成的格點(diǎn)cluster的尺度。對(duì)強(qiáng)震的時(shí)間臨界性考察結(jié)果表明，僅半數(shù)左右的震例存在震前參數(shù)m隨時(shí)間減小的現(xiàn)象。

本研究還從2008年5月12日四川汶川MS8.0地震前是否存在AMR現(xiàn)象和PI“熱點(diǎn)”角度，考察了此次地震的可預(yù)測(cè)性問題。由于汶川8.0級(jí)地震破裂的特殊性，在AMR研究中對(duì)算法做了必要的改進(jìn)。采用了BIC準(zhǔn)則來解決數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)的不同對(duì)結(jié)果的影響；不但使用了以往常見的圓形空間窗，還使用了“類裂紋形”窗來研究震前的地震矩釋放行為。結(jié)果表明，僅考慮破裂帶上成核點(diǎn)周圍的段落，震前未見明顯的加速或平靜現(xiàn)象；但沿著斷裂帶進(jìn)一步擴(kuò)展考察的空間范圍，震前微震活動(dòng)展示了明顯的AMR行為。

對(duì)2008年5月12日四川汶川MS8.0地震的PI算法回溯性研究結(jié)果表明，震前PI“熱點(diǎn)”覆蓋了整個(gè)主震破裂區(qū)和北西向龍門山斷裂帶的中南段。但當(dāng)擴(kuò)大空間網(wǎng)格尺度或提高截止震級(jí)時(shí)，PI“熱點(diǎn)”消失。在物理上，這可能表明較小的地震事件仍能攜帶較為豐富的強(qiáng)震危險(xiǎn)性增強(qiáng)的信息；而對(duì)于板內(nèi)地震，統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)選取中設(shè)定截止震級(jí)低于“目標(biāo)震級(jí)”兩個(gè)震級(jí)單位的常用標(biāo)準(zhǔn)可能是成問題的。

最后，根據(jù)上述對(duì)川滇地區(qū)地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)物理特征的認(rèn)識(shí)，針對(duì)實(shí)際地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的工作需要，提出了該地區(qū)的強(qiáng)震綜合預(yù)測(cè)策略。

地震統(tǒng)計(jì)物理；地震可預(yù)測(cè)性；川滇；圖像信息學(xué)（PI）算法；AMR；地震斷層系統(tǒng)的各態(tài)遍歷性；ETAS模型；ROC檢驗(yàn)

（作者電子信箱，蔣長勝：jiang＿cs79＠sina.com）

P315；

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10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.019