王俊菲 馮志生 沈紅會 孫業(yè)君 李鋒 王維 繆阿麗 李鴻宇

江蘇省地震局，南京 210014

0 引言

地震預測是世界性科學難題，目前仍然處于經驗性預測階段。目前的地震預測方法較多，給出的異常項目種類繁多，其中地震活動性異常和數字地震計算的介質變化異常有三四十項，重力形變、電磁和地下流體預測方法和異常項目也有幾十項，這些方法總體來說在地震預測上能發(fā)揮一定作用，但預測效能不高。因此綜合預測可能是未來地震預測的重要途徑，已有很多學者對地震綜合預測工作進行了探討，陳立德(1993)對異常進行加權，設定閥值來綜合判斷地震危險性；韓渭賓等(1997)采用神經網絡法進行指標化綜合預測；李平等(2000)對測震學指標進行篩選，采用SQIP法對大華北震例進行了綜合預測的研究；陳章立等(2008)就淺源地震的物理實質提出優(yōu)化監(jiān)測臺網，根據不同觀測物理量給出異常的綜合判定。這些研究都給出了一些綜合預測方法和指標，但這些預測指標往往是異常數量的簡單統計、加權或者異常時空分布特征。

本文提出一種新的綜合預測思路：以虛報率較低的短期異常作為“引信”，在出現1個或數個“引信”短期異常后，再對地震可能發(fā)生的地點和震級進行綜合判定，該思路的優(yōu)點是綜合預測意見的虛報率低，因為“引信”異常決定了綜合預測意見本身具有較高的發(fā)震概率。在該思路的指導下，我們在2012年7月20日高郵-寶應4.9級地震和2016年10月20日江蘇射陽縣4.4級地震震前做出了比較有效的短期預測。

1 短期綜合預測思路

一般來說，孕震區(qū)及其附近地區(qū)總是存在一定數量的不同性質的前兆異常，本文給出的短期綜合預測思路如下：

(1)尋找一些可靠的短臨異常，這些異?？梢岳斫鉃槎唐陬A測的“引信”，該異常一旦出現，則未來3個月發(fā)生地震的可能性很大，其信度高達0.7以上。這樣的短臨異常不在于多，預測的震級和空間范圍可以較大，但要求該異常的人為因素要少、虛報率低。

(2)“引信”異常出現后，先對可能的發(fā)震地點進行梳理。一般依據對地點預測較好的方法(如條帶、空區(qū)、重力、巖石圈磁異常、地磁諧波振幅比等)判定當前可能發(fā)生地震的地點，并排除那些發(fā)生地震可能性小的地區(qū)。

(3)對可能的發(fā)震震級進行預測。分析當前異常對應的總體震級，根據可能的總體震級，對嚴重不符合總體震級的異常可以進行排除。

2 高郵-寶應4.9級地震震前跟蹤

2.1 “引信”短期異常

2012年6月底左右，宿遷蘇05井水溫出現改變原變化趨勢的下降異常，下降幅度為0.003℃左右(圖1)，雖然下降幅度非常小，但該井自觀測以來，水溫儀器性能穩(wěn)定，采樣率較高，故障率較低，資料連續(xù)可靠，類似異常幅度多次對應了周邊400km范圍內4≤ML≤5地震，對應率達到11/13，且異常出現時間一般在震前幾天至3個月內，大部分在2個月以內(徐桂明等，2010)。同時，鹽紡臺鈣離子、氯離子2012年7月初開始出現同步高值異常，該異常一般對應周圍300km范圍內4≤ML≤5地震，對應率分別達到 8/11 和7/9，因此當前的同步高值異常信度也很高(圖2)。這3項流體異常的同步出現具有非常重要的預測意義，滿足了短期綜合預測思路的第一要素，可以被認為是做出短期預測的“引信”異常。

圖 1 蘇05井水溫五日均值曲線

圖 2 鹽紡臺鈣離子(a)、氯離子(b)五日均值曲線

2.2 地點判定

對于地點的判定，主要依據從2011年2月開始在蘇中一帶逐步形成的4個小震條帶。這4個條帶分別為：2011年2～10月在長江口至洪澤湖一帶逐漸形成的NW向的ML≥2.0地震帶狀分布(圖3)、2012年1月以來在啟東以東海域至金湖附近地區(qū)逐漸形成的NW向ML≥2.0地震條帶、2012年1月以來在沿洪澤-溝墩斷裂形成的NE向的ML≥2.0地震條帶、2012年4月以來短期內形成的沿茅山斷裂帶及向北延伸的NNE向ML≥1.5帶狀分布(圖4)，4個條帶集中交匯在高郵附近地區(qū)，該地區(qū)很有可能是未來發(fā)震區(qū)域。

圖 3 2011年2～10月江蘇及鄰區(qū)ML≥2.0地震空間分布

圖 4 2012年1～7月江蘇及鄰區(qū)ML≥1.5地震空間分別

2.3 震級判定

蘇05井水溫異常對應歷史震例震級為4≤ML≤5，鹽紡臺鈣離子、氯離子高值異常對應歷史震例震級為4≤ML≤5，ML≥2.0條帶和ML≥1.5條帶對應的震級為4級左右，因此綜合判斷未來地震的震級為4≤M≤5。

2.4 綜合分析

圖 5 高郵-寶應地震異?？傮w分布

通過以上分析，我們在7月18～19日基本判定短期內高郵及附近地區(qū)發(fā)生4≤M≤5地震的可能性較大，實際情況是7月20日20時11分發(fā)生了高郵-寶應4.9級地震，發(fā)震地點和震級基本符合預測意見。地震發(fā)生后，對該地震的綜合預測進行了反思，并進一步總結了震前未能及時發(fā)現的一些前兆異常，包括溧陽蘇22井水溫下降異常(圖6)、高郵臺的地磁諧波振幅比異常(蔣延林等，2016)、江蘇水位從2010年4～5月左右開始出現的群體性趨勢變化(王維等，2016)、常熟臺VS垂直擺急劇北傾及固體潮形態(tài)出現突變等，這些手段或方法在預測三要素中都有一定的作用。圖5 為高郵-寶應地震的異?？傮w分布圖，從圖5 可以看出，信度較高的“引信”異常只有1項，但卻是預測結果的關鍵因素，條帶的交匯使得地點預測比較明確，震后的總結和反思也對高郵-寶應地震的發(fā)生有了進一步的理解，同時對2016年10月20日射陽4.4級地震前的判定和短臨預測起了重要作用。

圖 6 蘇22井水溫五日均值曲線

3 射陽4.4級地震震前跟蹤

2016年10月20日江蘇鹽城射陽縣洪澤-溝墩斷裂帶附近(33.7°N，120.3°E)發(fā)生4.4級地震，附近地區(qū)有明顯震感。本次地震發(fā)生在江蘇省2017年度趨勢會商圈定的5級地震危險區(qū)內(2016年10月19日全省會商會)，震前3個月內江蘇省地震預報研究中心做了很好的震情跟蹤。

3.1 “引信”短期異常

射陽地震震前可靠的短臨異常比較多，主要有鹽紡鈣離子、氯離子高值異常及蘇05井水溫的下降異常、蘇22井水溫下降恢復中、常熟臺VS垂直擺NS向的加速北傾、10月9～15日射陽ML3.5震群震級升高趨勢、江蘇北部沿海ML2.5地震空區(qū)被打破。這些短臨異常都比較可靠，歷史地震對應率高，因此判斷短期發(fā)生中等地震的可能性非常大。下面詳細介紹各異常。

2016年4月20日蘇05井水溫開始出現下降變化，到2016年8月27日達到最低值，累計下降幅度為0.002℃，之后一直在低值波動(圖1)。2016年4月29日、9月19日鹽紡氯離子、鈣離子分別出現下降轉上升變化，最大上升幅度分別為2.631、0.539mg/L，尤其是氯離子創(chuàng)了歷史新高(圖2)。蘇05井水溫下降異常和鹽紡臺鈣離子、氯離子高值異常的可靠性前面已做了詳細介紹，因此這些變化有非常重要的短臨預測意義。

圖 6為蘇22井水溫五日均值曲線，圖6 顯示，水溫下降幅度超過0.005℃后，周圍300km范圍內容易發(fā)生4≤ML≤5的地震，并且地震一般發(fā)生在水溫開始恢復的3個月之內，對應率6/7。2016年2月水溫出現新的下降變化，最大下降幅度達到0.013℃，7月11日開始恢復，因此判斷未來3個月左右周圍300km范圍內存在發(fā)生4≤ML≤5地震的可能(繆阿麗等，2014)。

圖 7 常熟VS垂直擺2008年6月SN向分鐘值

圖 8 常熟VS垂直擺2016年10月SN向分鐘值

圖7、8 為常熟臺VS垂直擺NS向的分鐘值曲線，圖7 中顯示的是2008年6月18日降雨期間出現正常的南傾變化(下降)，而從圖8 可以看出2016年10月10日降雨期間反而出現了加速的北傾變化(上升)，且北傾速率大于5倍背景速率，該異常現象曾多次出現，并且異常出現后2個月內常熟臺N向或EN向300km范圍內均有4≤ML≤5地震對應(圖9)，對應率為5/7，考慮到本次異常幅度較大，因此判斷未來2個月內常熟臺N向或EN向存在發(fā)生5級左右地震的可能。

圖 9 常熟VS垂直擺SN向異常對應地震震中分布有2個地震重疊，實為5個地震

圖 10為2014年3月24日以來在江蘇北部沿海形成的ML≥2.5地震空區(qū)，該空區(qū)被2016年10月9日射陽ML2.6地震打破，空區(qū)打破后，空區(qū)內部小震活躍，至2016年10月15日發(fā)生射陽ML3.5地震，震級逐漸升高?？諈^(qū)被打破一般為短期異常，該地區(qū)1987年射陽5.1級地震前也曾出現過ML≥2.5地震空區(qū)，因此，該ML≥2.5地震空區(qū)被打破現象可視為“引信”短期異常，該地區(qū)地震危險性在增加。

圖 10 2014年3～2016年10月江蘇及鄰區(qū)ML≥2.5地震空間分布

圖 11 2015年8月～2016年10月江蘇及鄰區(qū)ML≥3.0地震空間分布

3.2 地點判定

2015年8月6日以來形成的南黃海至河南范縣NW向ML≥3.0地震條帶(圖11)和2016年1月13日以來形成的安徽懷寧至南黃海NE向ML≥2.5地震條帶(圖12)交匯于南黃海海域；由鹽城臺地磁計算的諧波振幅比，自2015年以來出現了不同周期的趨勢性負相關變化(圖13)，顯示鹽城附近地區(qū)不同層位的深部電阻率發(fā)生了變化，該異?，F象在高郵-寶應地震前的高郵臺也出現過(蔣延林等，2016)。綜合分析鹽城以東海域附近地區(qū)是當前空區(qū)、條帶交匯、常熟垂直擺異常、地磁諧波振幅比異常指示的預測區(qū)域，該區(qū)域也是江蘇省2016年度5級地震危險區(qū)，因此判斷鹽城以東海域是未來發(fā)震的主體地區(qū)。

圖 12 2016年01～10月江蘇及鄰區(qū)ML≥2.5地震空間分布

圖 13 鹽城臺地磁諧波振幅比異常左側為NS向，右側為EW向

3.3 震級判定

蘇05井水溫異常對應歷史震例震級為4≤ML≤5，鹽紡臺鈣、氯離子高值異常對應歷史震例震級為4≤ML≤5，蘇22井水溫下降異常對應歷史震例震級為4≤ML≤5，江蘇北部沿海形成的ML≥2.5地震空區(qū)對應歷史震例震級為5.0級左右，ML≥3.0地震條帶和ML≥2.5地震條帶交匯對應歷史震例震級為5.0級左右，地磁諧波振幅比異常對應歷史震例震級為5.0級左右?？紤]到地磁諧波振幅比異常對應5.0級左右地震比較可靠，因此綜合判斷未來地震的震級為5.0級左右。

3.4 綜合分析

在日常跟蹤分析中，我們在2016年8、9和10月的月會商意見中給出了短期預測結論：未來1個月鹽城以東海域附近地區(qū)存在發(fā)生5.0級左右地震的可能，10月9日射陽發(fā)生ML2.6地震，該地震打破ML≥2.5地震空區(qū)，震后我們判斷該地震原震中區(qū)及附近地區(qū)有發(fā)生強有感地震可能，實際情況是10月20日發(fā)生了射陽4.4級地震，發(fā)震地點基本位于預測區(qū)，實際震級比預測意見略低，但地震確實發(fā)生了，沒有虛報，是一次較成功的短期綜合預測。圖14為射陽地震異?？傮w分布。總體來說，如圖14 所示，射陽4.4級地震前異常略多，尤其是短臨異常較突出，信度較高的多項短臨異常是本次地震短期預測較成功的關鍵因素，另外，在發(fā)震地點的預測上也比較明確，不存在爭議地點，而震級預測偏高的原因是在預測中基本選擇了最高震級，實際上給出4≤ML≤5是比較合理的。

圖 14 射陽地震異?？傮w分布

4 討論

炮彈的引信一旦點火，炮彈基本會爆炸的，除非是啞彈，實際中啞彈很少。如何提高綜合預測的成功率，減少地震綜合預測意見的虛報，降低地震綜合預測意見的“啞彈”，預測信度高的異常至關重要，我們將預測信度高的異常形象化地稱為“引信”異常，強調的是要重視預測信度高的異常在綜合預測中的作用和地位。一次綜合預測可能要面對幾十個異常判據，但綜合預測依據中“引信”異常的多少及其預測信度的高低決定了這次綜合預測的成功與否。本文給出的短期綜合預測思路經過了2次地震綜合短期預測實踐，有一定的借鑒之處，對指導今后震情跟蹤工作有實際意義。