郭安寧，郭增建，張煒超，趙乘程，李 鑫

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．中國機(jī)械進(jìn)出口集團(tuán)有限公司，北京 100037）

0 引言

三性法與靜中動(dòng)是由郭增建等［1－4］提出與完善的中期地震預(yù)測方法，是基于一至二年尺度上對7級以上強(qiáng)地震發(fā)生地點(diǎn)與時(shí)間的預(yù)測方法。多次強(qiáng)地震表明，該方法在劃定的中期趨勢預(yù)測上，有著較好的驗(yàn)證率［5－12］。2013年7月22日，甘肅岷縣漳縣發(fā)生MS6．6地震，針對這次地震，三性法與靜中動(dòng)是否還是有前兆性的指標(biāo)顯示以及預(yù)測的驗(yàn)證，另外預(yù)測指標(biāo)是否還需要完善等等方面的問題，都是需要研究和討論的。

文中回顧性的討論了研究者在2012年對甘肅東南部地區(qū)用三性法和靜中動(dòng)方法所做的研究性預(yù)測。結(jié)果表明，三性法與靜中動(dòng)對這次岷縣漳縣地震存在有前兆性的顯示指標(biāo)，預(yù)測結(jié)果如下圖1所示。但指標(biāo)還處在磨棱兩可的狀態(tài)上，對決斷提出預(yù)測意見還存在疑惑，因而沒有提出正式的的預(yù)測意見。文中結(jié)合2013年7月22日甘肅岷縣漳縣MS6．6地震，對三性法與靜中動(dòng)方法存在的諸問題和預(yù)測性能，給予研究和討論。

1 三性法與靜中動(dòng)預(yù)測方法簡介

三性法是基于7級以上強(qiáng)震的時(shí)間序列進(jìn)行最佳分割的一種分析方法，用于預(yù)測強(qiáng)地震發(fā)生的時(shí)間。方法技術(shù)步驟是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，選定一個(gè)有代表的強(qiáng)震發(fā)生間隔作為原始起算點(diǎn)和輸入值，從而計(jì)算出發(fā)震時(shí)間的最大可能時(shí)間點(diǎn)。

其具體做法是在一個(gè)區(qū)域上，是指用周期性、倍周期性和黃金分割性組成的時(shí)間序列去擬合所研究地區(qū)過去大地震發(fā)生的時(shí)間序列，如擬合的較好就按這三性的時(shí)間序列向未來外推，以預(yù)報(bào)未來大震可能發(fā)生的時(shí)間，所得結(jié)果是中期尺度預(yù)測結(jié)果（即一年尺度或前后誤差一年左右），它是基于外因觸發(fā)和調(diào)制的地震預(yù)測分析方法。

1．1 三性法中的三性含義簡介

（1）周期性和倍周期性

周期性不難理解，強(qiáng)地震的發(fā)生不會連續(xù)發(fā)生，必定會產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔，這些間隔可能會被用周期性來描述。

三性法所描述的地震周期，并不是說我們知道大震從開始孕育到地震發(fā)生的時(shí)間長短。它的周期性是指在外因影響下大震發(fā)生的時(shí)間間隔，而假定認(rèn)為外因是具有一定周期性的，由于外因在震源體上的周期性作用，導(dǎo)致大震的發(fā)生具有周期性。

具體的外因例如地球自轉(zhuǎn)速率變化中的周期成分、引潮力變化中的周期成分、太陽活動(dòng)的周期成分以及大氣活動(dòng)中的周期成分等。由于各地震帶或地震區(qū)中組成地殼的諸塊體互相耦合不同、受力不同以及物性有差異，所以各地區(qū)大震對不同外因觸發(fā)和調(diào)制的敏感程度不同，所以一般來說相應(yīng)周期值T也不同［3］。

如果作用于震源體地區(qū)的外因是單一外因，那么大震發(fā)生的周期與外因作用的周期相同，但是現(xiàn)實(shí)中作用于震源體上的外因并非單一外因，這種情況下三性法中所描述的大震發(fā)生周期T是由各種外因合成后形成新的周期決定的。

外因觸發(fā)大震并不是在每個(gè)周期都能夠觸發(fā)，外因跨過多個(gè)周期觸發(fā)所研究地域內(nèi)的大震，則兩次大震之間的時(shí)間間隔為nT。這就是所謂的倍周期性，也叫做整倍性。在每個(gè)周期對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)上，可能發(fā)生地震，也可能不發(fā)生地震。大震連續(xù)發(fā)生在周期點(diǎn)上，則認(rèn)為符合周期性，如果間隔nT，則符合倍周期性。倍周期性是建立在周期性基礎(chǔ)之上，對周期性的擴(kuò)展。至于有利于觸發(fā)大震的外因的位相問題，在一個(gè)地域內(nèi)可能是相對穩(wěn)定的［3］。

1．2 黃金分割性

黃金分割性是三性法最奇妙的部分，黃金分割性的表達(dá)公式為：

式中t1，t2為大震發(fā)生年份，t1為大震周期中頭一個(gè)大震的發(fā)生年份。T為大震發(fā)生周期，即上節(jié)描述的地震發(fā)生間隔所被描述出的周期值。

黃金分割性的機(jī)理的解釋是，可能是基于兩個(gè)外因觸發(fā)大震的情況。假定大震是受兩個(gè)外因觸發(fā)的。如果兩個(gè)外因的周期之比為2：3，則兩個(gè)外因的合成對一個(gè)地區(qū)地震能量的觸發(fā)釋放就會形成周期性、周期的整倍性和每個(gè)周期內(nèi)的黃金分割性。在每個(gè)周期內(nèi)存在兩個(gè)黃金分割點(diǎn)即：0．618T和0．382T。如果大震發(fā)生的時(shí)間落在周期內(nèi)的黃金分割點(diǎn)上時(shí)，則符合三性中的黃金分割性。同樣在每個(gè)周期內(nèi)對應(yīng)的黃金分割點(diǎn)上，可能發(fā)生地震，也可能不發(fā)生地震［3］。

1．3 靜中動(dòng)判據(jù)

靜中動(dòng)是地震活動(dòng)性的分析方法，是基于低潮期發(fā)生地震來預(yù)測高潮期是否會發(fā)生強(qiáng)地震的思路與方法，其原理基于力學(xué)成因所得的強(qiáng)震發(fā)生地點(diǎn)的分析方法，但有時(shí)間概念，其尺度也是基于一年或前后一到二年的尺度預(yù)測。

靜中動(dòng)判據(jù)于1992年提出，其預(yù)測目標(biāo)是7－級以上大地震位置［2，4－5］。具體方法操作上是中國大陸內(nèi)部不發(fā)生7級地震近10年左右稱為間歇期，把間歇期兩頭各扣去2年，以消除大震高潮開始和結(jié)束時(shí)對間歇期的影響，于是中間所剩下的時(shí)段稱為平靜期［9］。

從1976年起向后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，1977－1987年中國境內(nèi)的地震均不在華北地區(qū)和西部大陸內(nèi)部發(fā)生，直到1988年11月6日云南瀾滄北發(fā)生7．0級地震，該地區(qū)屬于南北地震帶南端。該地震發(fā)生屬于下次地震高潮開始的標(biāo)志。因此可以判定該12年為一個(gè)地震間歇期，其時(shí)間間距為1976－1988年。根據(jù)對地震間歇期的判定，依據(jù)平靜時(shí)段的定義，在起點(diǎn)和終點(diǎn)各去除1～2年，這里選擇去除2年，可以得出該平靜時(shí)段為1978－1986年。

在平靜期中發(fā)生6級地震的地方，其附近在將來下一次大震高潮來臨時(shí)可能發(fā)生7級或大于7級的地震。因而在中國大陸，在平靜時(shí)段1978－1986年發(fā)生的6級及以上地震稱之為靜中動(dòng)地震。

在中國大陸邊緣大震特別活躍地帶，上述平靜期中的地震和以后發(fā)生的大震其震級相應(yīng)要高一些，即靜中動(dòng)地震會大于6級，以靜中動(dòng)預(yù)期預(yù)測的地震會大于7級。具體情況為，“靜中動(dòng)判據(jù)”在用于中國大陸內(nèi)部時(shí)，“靜中動(dòng)地震”為6級左右，在喜馬拉雅地震帶和太平洋地震帶以及新疆西北邊緣地震帶，則“靜中動(dòng)地震”可達(dá)7級左右。

另外，對未來大震發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)及靜中動(dòng)判據(jù)適用范圍有以下約定：

（1）對于靜中動(dòng)地震與附近未來大震的時(shí)間間隔有兩種判定指標(biāo)。從大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，一般由靜中動(dòng)地震的年份算起，在其后30－45年這一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生更大地震的概率較高。但是短于30年和長于45年也有發(fā)生的概率。另一個(gè)時(shí)間指標(biāo)是，靜中動(dòng)地震發(fā)生后若有新的大震高潮來臨，就要考慮靜中動(dòng)地震附近可能發(fā)生更大的地震［6］。

（2）對于靜中動(dòng)地震距未來大震的距離，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示未來大震一般發(fā)生在靜中動(dòng)地震周圍50～100km的范圍內(nèi)，有的時(shí)候可能還會更近。

2 2012年以三性法對甘肅東南地區(qū)的研究性預(yù)測

2．1 甘東南地區(qū)震情估計(jì)

首先針對甘肅東南部的地震分析，選定了行政區(qū)劃天水地區(qū)，甘東南還有隴南地區(qū)。三性法的操作，首先要對欲選研究地區(qū)的歷史上發(fā)生的大地震的時(shí)間間隔進(jìn)行分析，提取出一個(gè)周期與倍周期的周期值，通過對全國大地震的周期進(jìn)行的研究統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)強(qiáng)地震的發(fā)生的時(shí)間間隔是在25年到30年，也就上節(jié)提到的T，基于這個(gè)由統(tǒng)計(jì)的得到的通用性周期，對甘肅省東南地區(qū)進(jìn)行了研究。

（1）8級特大地震時(shí)間間隔的三性法分析

在甘肅東南部，特大地震的1654年天水8級地震與1879年武都文縣8級地震符合25年的倍數(shù)年時(shí)間間隔，即1879－1654＝255年＝9×25年。這與全國其他8級大震的時(shí)間間隔是一致的。

對于25年和25年的倍數(shù)，究其成因機(jī)制，可能是極移25年位相周期和蒙古高壓25年活動(dòng)周期對我國8級大地震發(fā)生時(shí)間的調(diào)制所致。對此，還需要進(jìn)行深入研究。

以2012為年份的時(shí)間點(diǎn)，從1879年武都文縣8級地震到2012年已過去133年，即（5×25＋8）年。要由8年補(bǔ)夠25年的倍數(shù)，則還需17年。但如按25年的三性分布考慮（三性分布是地震發(fā)生時(shí)間按周期性、倍周期性和每個(gè)周期的黃金分割性來分布），則這8年再加1．55年就是9．55年，此即25年的短黃金分割。這也就是說2013－2014年就會遇到25年的短段黃金分割的年份。按照三性法的規(guī)則，這個(gè)短段黃金分割段是應(yīng)注意的發(fā)震時(shí)段。因之，2013－2014年以天水為中心150km半徑范圍內(nèi)要注意可能發(fā)生強(qiáng)地震。

（2）7級地震的時(shí)間間隔的三性法分析

如果按歷史上7級地震來分析，則有1352年靜寧定西7級地震，1654年天水8級地震，1718年通渭7．5級地震和1879年武都文縣8級地震，這4次大震的時(shí)間間隔為：

如果把上述4次大震的發(fā)生年份以“25年為周期的三性分布”來排列，則如下圖所示。

圖1 甘肅東南部四次7級大地震發(fā)生間隔構(gòu)成的三性法分布Fig．1 The triplet distribution formed by intervals of 4strong earthquakes of magnitude 7in Southeastern Gansu

在圖1中，長豎線為發(fā)震年份；豎線之間的乘號兩側(cè)是25年的整倍數(shù)；加號后面的數(shù)字可與25年的黃金分割短段25×0．382＝9．55年和長段25×0．618＝15．45年去比較，以驗(yàn)證它們與三性分布接近的程度。圖中最上邊的虛線段A、B、C和D是代表各大震順次的時(shí)間間隔。在A段“＋”號后是2年，這可認(rèn)為是25年的誤差。B段“＋”號后是14年，它與25年的長段黃金分割15．45年只差1．45年，C段“＋”號后面是11年，它與25年的短段黃金分割也只差1．45年。即可以認(rèn)為A、B、C三段以25年的三性分布來衡量是基本符合的，誤差只是2年。另一方面，A段的2年和B段14年加起來是16年，即B段的時(shí)間為2×25年再加16年。這個(gè)16年接近25年的長段黃金分割，它要由C段一個(gè)短段黃金分割11年來相補(bǔ)，形成完整的25年，這樣時(shí)間由1352年到1879年時(shí)，其總的時(shí)間間隔都成了25年的倍數(shù)年，具體情況是16＋11＝27年，這與25年相比誤差為2年。這個(gè)誤差與前述第一條相比誤差是相同的，即也是2年，這個(gè)誤差不算太大。因之，我們認(rèn)為可由1879年向未來外推按三性法進(jìn)行預(yù)測。由1879年到現(xiàn)在2012年是133年，它再加1．55年就等于是1879年之后第6個(gè)25年的短段黃金分割之年。這是一個(gè)要注意的發(fā)震年份。這個(gè)年份就是2013－2014年。再往后就是第6個(gè)25年的長段黃金分割之年，即2019－2020年是第二個(gè)值得關(guān)注的發(fā)震年份。

（3）6級地震時(shí)間間隔的三性法指標(biāo)

甘肅天水和禮縣地區(qū)在1885年和1936年各發(fā)生過6級地震，它們之間的時(shí)間間隔為51年，這是2個(gè)25年多1年，這1年等于是誤差。我們由1936年算起到現(xiàn)在2012年為76年。這是3個(gè)25年加1年，即誤差亦為1年。這本該去年是一個(gè)發(fā)震年份，但未發(fā)生。由于此時(shí)間點(diǎn)剛過去的時(shí)間不長，所以2012－2013年都應(yīng)是關(guān)注的年份。

（4）三個(gè)震級檔分析的結(jié)論

從三個(gè)震級檔次皆得出“今明后三年”是發(fā)震的時(shí)間，應(yīng)于關(guān)注。若考慮到1936年天水6級地震發(fā)生于太陽活動(dòng)高年緊鄰（按太陽黑子年平均是1937年為高年，但1936年的11月和12月太陽黑子數(shù)比1937年該兩月內(nèi)的黑子數(shù)都高），所以我們考慮到現(xiàn)在黑子數(shù)正向高年發(fā)展，故認(rèn)為“今明后三年”天水地區(qū)可能有6級地震發(fā)生。至于發(fā)震地區(qū)則考慮為以天水為中心150km半徑范圍內(nèi)皆屬發(fā)震的可能地區(qū)，如圖2所示，而實(shí)際發(fā)生的岷縣漳縣地震震中距離天水123．8km。

圖2 三性法與靜中動(dòng)預(yù)測2013年左右地震的地區(qū)與岷縣漳縣地震震中位置關(guān)系圖Fig．2 Diagram of the relationship between earthquake region predicted by the triplet method and"Activity in quiescence"method in 2013and epicentral location of the Mianxian－Zhangxian MS6．6earthquake

2．2 1987年迭部地震表現(xiàn)出的“準(zhǔn)靜中動(dòng)”指標(biāo)

在2012年的研究中，在對天水地區(qū)做出研究性的預(yù)測后，另外特別補(bǔ)充指出的是，1987年1月8日，曾在甘肅迭部縣發(fā)生5．8級地震，這個(gè)地震與“靜中動(dòng)地震”的震級和年份相近，所以對此點(diǎn)做出預(yù)測，考慮迭部和其周圍在明后兩年（指2013年或2014年），可能發(fā)生6～7級地震的可能，范圍是迭部周圍150km，圖2所示。而實(shí)際發(fā)生的岷縣漳縣地震震中距離迭部112．1km，即該地震發(fā)生在預(yù)測的范圍內(nèi)。另外按照三性法估計(jì)，另一個(gè)發(fā)震的時(shí)間段可能性是在2019－2020年發(fā)震。

3 討論

3．1 預(yù)測意見形成及權(quán)衡的過程回顧

針對上述預(yù)測的研究結(jié)果，雖然在2012年就做出了，但是對預(yù)測的最終選擇是困難的。首先針對全國，三性法在國內(nèi)在不止一個(gè)地區(qū)顯現(xiàn)，若是針對全國性的預(yù)測，不能劃出預(yù)測區(qū)過大過多，否則有撞運(yùn)氣之嫌，必然只能選擇幾個(gè)，對此，我們在全國選定限定為4個(gè)地區(qū)，在4個(gè)地區(qū)中，甘肅省也選擇了一個(gè)地區(qū)。但是，對甘肅省的這個(gè)選區(qū)而言，還有一個(gè)地區(qū)的指標(biāo)比甘東南的指標(biāo)更為顯著，因而在做最大的可能性的選擇時(shí)沒有把天水地區(qū)及迭部附近作為首選，列為前4個(gè)可能性地區(qū)之后，沒有把天水、迭部地區(qū)向全國范圍的預(yù)測提交意見。

從靜中動(dòng)指標(biāo)分析，按照靜中動(dòng)地震的定義，震級應(yīng)是在6級以上，發(fā)生靜中動(dòng)地震的時(shí)間應(yīng)是在強(qiáng)震低潮期的1986年以前，但是，1987年迭部地震震級是5．9，與定義的6級標(biāo)準(zhǔn)稍差了一點(diǎn)，而該地震發(fā)生于1987年1月8日，與定義的時(shí)間段存在一點(diǎn)小的差異，因而只能算做“準(zhǔn)靜中動(dòng)”地震，鑒于此，在抉擇時(shí)猶豫了。

另外，甘肅東南部的地震是較復(fù)雜的，南北帶從這里通過呈南北向展布，但是這里的地震發(fā)生的構(gòu)造與等震線的展布卻是呈東西向，地表地震現(xiàn)象與大的地震帶展布方向不一致，還有一些其他的原因，因而這個(gè)預(yù)測結(jié)論于2012年10月就已經(jīng)做出，但是一直未作為預(yù)測意見而提出過，只作為研究性的預(yù)測而等待時(shí)間的檢驗(yàn)。另外，本文用三性法及靜中動(dòng)指出的地區(qū)仍有可能發(fā)生較強(qiáng)地震。

3．2 三性法靜中動(dòng)與常用前兆方法效能的比較分析

針對三性法與靜中動(dòng)指標(biāo)的特點(diǎn)，以甘東南為例子說明。對甘肅東南部，無論是從歷史地震、地球物理、地震地質(zhì)等方面，都顯示出一個(gè)強(qiáng)震的背景，由于這個(gè)背景的存在，以及區(qū)域性的小地震頻繁發(fā)生，由此無論是長與中期的預(yù)測時(shí)都不能不提及這個(gè)地區(qū)，但對預(yù)測專家的一個(gè)困難和困惑是，提及后卻一年一年的不發(fā)生地震，雖然不發(fā)生地震，但去掉是更沒有理由的，因而在每次劃定的預(yù)測區(qū)，莫非是做小的調(diào)整而已，不會發(fā)生大的變化，跟蹤是一直在跟蹤，但不知何年來地震。而三性法有較好的確定在某一年度發(fā)震可能性的技術(shù)優(yōu)勢，在本案中，三性法預(yù)測對甘東南基本確定在2013、2014年為最大可能發(fā)震的時(shí)間，鑒于此，在中期趨勢預(yù)測的時(shí)間尺度的把握上，三性法與靜中動(dòng)方法與現(xiàn)今會商通用方法可進(jìn)行互補(bǔ)，可作為對年度時(shí)間指標(biāo)判斷的獨(dú)特方法來參考。

4 結(jié)論

本文研究用三性法、靜中動(dòng)為主的兩種方法，對2013年7月22日甘肅岷縣漳縣Ms6．6地震的前兆顯現(xiàn)、預(yù)測過程進(jìn)行了回顧和分析。

在2012年，對甘肅東南部歷史上8、7、6級地震分別進(jìn)行了三性法分析，在此基礎(chǔ)上，預(yù)測在2013－2014年為主要時(shí)間段內(nèi)天水地區(qū)可能有6級地震甚至于更強(qiáng)地震發(fā)生，同時(shí)，注意到1987年1月8日迭部5．8級地震是一個(gè) “準(zhǔn)靜中動(dòng)”的地震，與該區(qū)域的三性法所做的時(shí)間預(yù)測相配合，預(yù)測在迭部5．8級地震周圍150km的范圍之內(nèi)，將也會在2012年以及2013、2014年會發(fā)生一個(gè)6至7級的地震。

雖然上述的預(yù)測被列為可能發(fā)生地震的第二個(gè)可能性方案之中，因而未提交預(yù)測意見，但實(shí)際驗(yàn)證“準(zhǔn)靜中動(dòng)地震”卻符合了地震的發(fā)生，這是本文用三性法及靜中動(dòng)對2013年7月22日甘肅岷縣漳縣發(fā)生MS6．6地震預(yù)測效能的研究。

本文的震例回顧表明，今后對“準(zhǔn)靜中動(dòng)指標(biāo)”也是值得重視的預(yù)測指標(biāo)。另外，進(jìn)一步證明了對有強(qiáng)震背景下中期趨勢的年度進(jìn)行預(yù)測評判時(shí)，由于三性法的預(yù)測相對固定在一些特定的年份，因而在某一特定的區(qū)域，對其趨勢時(shí)間的判斷有其所長的預(yù)測效能，與多種預(yù)測方法相結(jié)合后［14－18］，將會進(jìn)一步提高預(yù)測的能力。

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