岳曉媛 武安緒 武敏捷 李 紅 林向東

（中國北京 100080 北京市地震局）

地震活動(dòng)性總體參量Rt在華北構(gòu)造區(qū)地震帶中的應(yīng)用

岳曉媛 武安緒 武敏捷 李 紅 林向東

（中國北京 100080 北京市地震局）

考慮到華北構(gòu)造區(qū)主要地震帶對(duì)首都圈地區(qū)的重要影響，采用地震活動(dòng)性總體狀態(tài)參量Rt方法，分析跟蹤地震帶的地震活動(dòng)狀態(tài)，研究Rt值在中強(qiáng)地震前后隨時(shí)間的變化特征。結(jié)果顯示：當(dāng)Rt大于閾值時(shí)，地震活動(dòng)狀態(tài)比較穩(wěn)定，發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較小；反之，當(dāng)Rt小于閾值時(shí)，地震活動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有發(fā)生中強(qiáng)地震的危險(xiǎn)。

華北構(gòu)造區(qū)；地震帶；總體狀態(tài)參量Rt；地震預(yù)測(cè)能力；中強(qiáng)地震

0 引言

目前，在地震活動(dòng)性分析中，被廣泛應(yīng)用于中強(qiáng)地震預(yù)測(cè)的單項(xiàng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)參量已達(dá)30多種，地震學(xué)者們依據(jù)各地震單項(xiàng)參量的異常預(yù)報(bào)指標(biāo)與其映震能力，給出最終的綜合預(yù)測(cè)意見。然而，隨著地震預(yù)測(cè)方法的增多，經(jīng)常面臨大量異常信息的現(xiàn)場篩選和綜合。不同的地震活動(dòng)參數(shù)具有不同的物理意義，多個(gè)地震活動(dòng)參數(shù)的值及其組合比單個(gè)參數(shù)值能更好地反映斷裂運(yùn)動(dòng)的物理狀態(tài)（武敏捷等，2013）。王林瑛等（2006）借鑒前兆綜合分析的方法，提出地震活動(dòng)性多項(xiàng)因子與背景相關(guān)分析的地震活動(dòng)性多參數(shù)總體狀態(tài)參量Rt，該方法對(duì)區(qū)域地震活動(dòng)總體狀態(tài)可以較客觀的定量描述。

鑒于同一構(gòu)造區(qū)內(nèi)不同地震帶的構(gòu)造特征與地震活動(dòng)特點(diǎn)仍然存在一定的差異性（朱紅彬等，2010），本文分析研究了地震活動(dòng)性總體狀態(tài)參量Rt在華北構(gòu)造區(qū)地震帶地震預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)其預(yù)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行討論。

1 地震活動(dòng)性總體狀態(tài)參量Rt

地震活動(dòng)性多參數(shù)總體狀態(tài)參量Rt值由具有一定獨(dú)立性的多項(xiàng)地震活動(dòng)性預(yù)測(cè)因子構(gòu)成，本文分析研究選擇地震時(shí)間熵Qt值（王林瑛等，1997）、b值、平均震級(jí)、E、Rm值5個(gè)參量，除b值、地震平均震級(jí)M值（缺震）外具有一定的獨(dú)立性（王林瑛，2005），分別代表了地震活動(dòng)的時(shí)間分布、震級(jí)結(jié)構(gòu)、震級(jí)強(qiáng)度、頻次和外因調(diào)制作用的因素，比較全面地刻畫了地震活動(dòng)性各方面特征。當(dāng)參量Rt接近1時(shí)，表明此階段的活動(dòng)性與背景狀態(tài)接近，視為處于平穩(wěn)態(tài)。反之，當(dāng)其明顯偏離1時(shí)，表明此階段的活動(dòng)性與背景狀態(tài)明顯偏離，視為處于活躍態(tài)。由此對(duì)地震活動(dòng)的總體趨勢(shì)和活動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)判斷。

設(shè)xij（i=1，2，…，5；j=1，2，…，n），本文取5個(gè)預(yù)測(cè)因子，當(dāng)i為1—5時(shí)，分別表示不同的預(yù)測(cè)因子，當(dāng)j為1—n時(shí)，分別表示從t1至tn各個(gè)時(shí)段。為計(jì)算相關(guān)系數(shù)，每個(gè)預(yù)測(cè)因子的時(shí)間變化量用相應(yīng)時(shí)間序列的最大值進(jìn)行歸一化處理，每個(gè)時(shí)間段Rj（t）值由下式計(jì)算

其中

式中，xj為不同預(yù)測(cè)因子的算術(shù)平均值。

從以上公式可以看出該方法采用相關(guān)參量Rt后的優(yōu)點(diǎn)：①可較客觀地把握地震活動(dòng)的總體綜合異常特征，使異常信息量顯著，不受綜合模式是否完善的局限；②分析結(jié)果簡單、快捷、明了；③能比較客觀的對(duì)區(qū)域地震活動(dòng)所處的總體狀態(tài)進(jìn)行定量描述。

2 地震活動(dòng)性總體參量Rt在華北構(gòu)造區(qū)地震帶中的應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)處理

華北構(gòu)造區(qū)主要分為銀川—河套、汾渭、河北平原、東秦嶺—大別、郯廬、長江下游—黃海6個(gè)地震帶（朱紅彬等，2010），其中銀川—河套、汾渭、河北平原及郯廬地震帶分布在首都圈周邊地區(qū)，見圖1。本文針對(duì)上述4條地震帶，分別研究地震活動(dòng)性總體參量Rt在地震帶地震預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。

為了保證地震目錄的連續(xù)、完整及可靠性，選取中國地震局統(tǒng)一整理發(fā)布的《全國地震目錄》，研究時(shí)間長度為1970年1月至2012年12月。為了排除余震對(duì)研究結(jié)果的影響，余震排除原則采用SuperSeis中成叢性剔除K—K法。

由于參量指標(biāo)與地震間的映震效果具有一定階段性和區(qū)域性，每發(fā)生一次地震，需對(duì)該方法的預(yù)測(cè)效能重新評(píng)估，并以此為依據(jù)，對(duì)Rt值參數(shù)選取作出調(diào)整（岳曉媛等，2009）。

2.2 地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

在異常指標(biāo)確定后，其對(duì)應(yīng)的發(fā)震概率為P（梅世榮等，1993），P=（n+1） /（N+2），n為異常出現(xiàn)后發(fā)生地震的次數(shù)，N為異常出現(xiàn)的總次數(shù)。檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效能采用由許紹綜合考慮漏報(bào)率和虛報(bào)率的R值檢驗(yàn)法（陸遠(yuǎn)忠，1985），其計(jì)算公式（張國民，2001）為

式中，R值預(yù)測(cè)評(píng)分最優(yōu)為1，即漏報(bào)率為0、虛報(bào)率為0；最差為-1，即漏報(bào)率為1、虛報(bào)率為1。

對(duì)于相關(guān)系數(shù)的誤差，由于樣本n=5，所以對(duì)于95%置信水平下的相關(guān)系數(shù)大于0.88時(shí)，可確定相關(guān)性存在。本文主要關(guān)注的是相關(guān)性的相對(duì)變化和對(duì)背景水平的偏離程度。

圖1 華北構(gòu)造區(qū)主要地震帶劃分示意Ⅰ銀川—河套地震帶；Ⅱ汾渭地震帶；Ⅲ河北平原地震帶；Ⅳ郯廬地震帶Fig.1 Sketch map of main seismic belt division in North China tectonic region

3 Rt在華北構(gòu)造區(qū)地震帶中的應(yīng)用與檢驗(yàn)

3.1 河北平原地震帶

河北平原地震帶的分析時(shí)間窗為547天，滑動(dòng)30天，震級(jí)下限為ML2.4，計(jì)算結(jié)果見圖2。從圖2可見，如果單一的研究5個(gè)地震活動(dòng)參量各自的時(shí)間變化特征比較困難，因?yàn)槊看蔚卣鹎案鱾€(gè)預(yù)測(cè)因子的異常特征并不一致，但如果分析其地震活動(dòng)總體狀態(tài)參量Rt，則可以看到明顯的異常特征，并且與地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)Rt＞ 0.70時(shí)，河北平原地震帶地震活動(dòng)特性與背景狀態(tài)接近，處于穩(wěn)定狀態(tài)，Rt值變化平穩(wěn)，無M 5.6以上地震發(fā)生；當(dāng)Rt≤0.70時(shí)，河北平原地震帶地震活動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生M 5.6以上地震的危險(xiǎn)性明顯增加，自1970年以來，此地震帶Rt值共出現(xiàn)9次低值異常，其中有7次在異常出現(xiàn)后2年內(nèi)對(duì)應(yīng)M 5.6以上地震，映震效果較好。因此，可將Rt≤0.70作為河北平原地震帶地震活動(dòng)處于非平穩(wěn)狀態(tài)的判別指標(biāo)。

地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)：預(yù)測(cè)2年內(nèi)發(fā)生M≥5.6地震的條件概率為P=0.80，檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效能R=1－漏報(bào)（1/10）－虛報(bào)（2/9）=0.68。

3.2 銀川—河套地震帶

銀川—河套地震帶的分析時(shí)間窗為657天，滑動(dòng)30天，震級(jí)下限為ML2.9，計(jì)算結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，當(dāng)Rt＞ 0.55時(shí)，銀川—河套地震帶地震活動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，無M 5.4以上地震發(fā)生；當(dāng)Rt≤0.55時(shí)，銀川—河套地震帶地震活動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，均發(fā)生M 5.4以上地震，表現(xiàn)形式為異常出現(xiàn)后2年內(nèi)發(fā)生M 5.4以上地震。因此，可將Rt≤0.55作為銀川—河套地震帶地震活動(dòng)處于非平穩(wěn)狀態(tài)的判別指標(biāo)。

地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)：預(yù)測(cè)2年內(nèi)發(fā)生M≥5.4地震的條件概率為P=0.67，檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效能R=1－漏報(bào)（1/4）－虛報(bào)（1/4）=0.50。

圖2 河北平原帶Rt值隨時(shí)間變化曲線Fig.2 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Hebei plain seismic belt

圖3 銀川—河套地震帶總體狀態(tài)參量Rt值隨時(shí)間變化曲線Fig.3 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Yinchuan-Hetao seismic belt

3.3 汾渭地震帶

汾渭地震帶的分析時(shí)間窗為438天，滑動(dòng)30天，震級(jí)下限為ML2.7，計(jì)算結(jié)果見圖4。當(dāng)Rt＞ 0.60時(shí)，汾渭地震帶地震活動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，無M 5.0以上地震發(fā)生；當(dāng)Rt≤0.60時(shí)，Rt值波動(dòng)幅度較大，汾渭地震帶地震活動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生M 5.0以上地震的危險(xiǎn)性明顯增加，表現(xiàn)為出現(xiàn)低值異常并恢復(fù)后2.5年內(nèi)發(fā)生一組M 5.0以上地震，組內(nèi)地震發(fā)震時(shí)間間隔多為1年。因此，可將Rt≤0.60作為汾渭地震帶地震活動(dòng)處于非平穩(wěn)狀態(tài)的判別指標(biāo)。

地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)：預(yù)測(cè)2.5年內(nèi)發(fā)生M≥5.5地震的條件概率為P=0.43，檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效能R=1－漏報(bào)（2/4）－虛報(bào)（3/5）=0.4。

3.4 郯廬地震帶

郯廬地震帶的分析時(shí)間窗為438天，滑動(dòng)30天，震級(jí)下限為ML3.0，計(jì)算結(jié)果見圖5。當(dāng)Rt＞ 0.60時(shí)，郯廬地震帶地震活動(dòng)處于較穩(wěn)定狀態(tài)，且變化平穩(wěn)，發(fā)生M 4.6以上地震的危險(xiǎn)性較低；當(dāng)Rt≤0.60時(shí)，郯廬地震帶地震活動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生M 4.6以上地震的危險(xiǎn)性明顯增加，映震形勢(shì)表現(xiàn)為當(dāng)Rt值出現(xiàn)異常后，2年內(nèi)有一次或一組M 4.6以上地震對(duì)應(yīng)，組內(nèi)地震發(fā)震間隔多為半年內(nèi)。因此，可將Rt≤0.60作為郯廬地震帶地震活動(dòng)處于非平穩(wěn)狀態(tài)的判別指標(biāo)。

圖4 汾渭地震帶總體狀態(tài)參量Rt值隨時(shí)間變化曲線Fig.4 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Fenwei seismic belt

圖5 郯廬地震帶總體狀態(tài)參量Rt值隨時(shí)間變化曲線Fig.5 The temporal curves of the integrated parameter Rtof seismic activity of Tanlu seismic belt

地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)：預(yù)測(cè)2年內(nèi)發(fā)生M≥4.6地震的條件概率為P=0.86，檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效能R=1－漏報(bào)（0/5）－虛報(bào)（3/8）=0.63。

4 結(jié)論

以華北構(gòu)造區(qū)內(nèi)對(duì)首都圈地區(qū)有影響的4條地震帶（河北平原，汾渭，銀川—河套及郯廬地震帶）作為研究區(qū)域，利用地震活動(dòng)總體參量Rt方法判斷并跟蹤地震帶地震活動(dòng)穩(wěn)定性。綜上所述可以：①地震活動(dòng)總體狀態(tài)參量Rt在地震活動(dòng)平靜段和活躍段的差異性較顯著，幅度變化大，平靜段數(shù)值接近1，活躍段數(shù)值明顯偏離1；②Rt值隨時(shí)間的變化特征與中強(qiáng)以上地震均有密切的關(guān)聯(lián)，當(dāng)?shù)卣饚С霈F(xiàn)Rt值低值異常后，多數(shù)在2年內(nèi)對(duì)應(yīng)中強(qiáng)以上地震，映震效果較好。因此，地震活動(dòng)總體參量Rt方法可為今后預(yù)測(cè)以上地震帶中強(qiáng)以上地震提供中期尺度的預(yù)測(cè)依據(jù)。

此外，利用地震活動(dòng)總體參量Rt方法研究過程中，要注意以下3點(diǎn)：①地震樣本數(shù)。河北平原、汾渭、銀川—河套及郯廬地震帶均是小震多發(fā)區(qū)域，地震樣本數(shù)充足，充分保證了分析結(jié)果的可靠性；②震級(jí)下限。為了避免地震發(fā)生的隨機(jī)性，對(duì)Rt值的參數(shù)選取調(diào)整的同時(shí)，也要注意震級(jí)下限大小的問題，因?yàn)檎鸺?jí)越小地震發(fā)生的隨機(jī)性越強(qiáng)；③預(yù)測(cè)效能。由于參量指標(biāo)與地震間的映震效果具有一定的階段性和區(qū)域性，每發(fā)生一次中強(qiáng)以上地震，就要對(duì)該方法的預(yù)測(cè)效能重新評(píng)估。

本研究采用中國地震局地球物理研究所王林瑛研究員提供的程序。審稿專家提出的意見和建議使本文得以改進(jìn)和完善。在此一并表示感謝。

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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

岳曉媛（1981—），女，滿族，遼寧興城人，工程師，主要從事數(shù)字地震學(xué)與地震預(yù)測(cè)等研究工作

2014年震情跟蹤合同制定向工作任務(wù)（2014020124）資助

本文收到日期：2014-09-01