宋紹鵬，延軍平，董治寶，2，崔徐甲，李超，李曉嵐

（1.陜西師范大學旅游與環(huán)境學院，西安710062；2.中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠與沙漠化重點實驗室，蘭州730000）

哥倫比亞MS≥6.8地震活動規(guī)律及趨勢判斷

宋紹鵬1，延軍平1，董治寶1，2，崔徐甲1，李超1，李曉嵐1

（1.陜西師范大學旅游與環(huán)境學院，西安710062；2.中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠與沙漠化重點實驗室，蘭州730000）

通過可公度方法、震中時空遷移特征、太陽活動與地震之間的關(guān)系三方面來分析哥倫比亞1952年以來的MS≥6.8強震數(shù)據(jù)，并對哥倫比亞強震活動規(guī)律及趨勢進行判斷。結(jié)果表明：2015、2016年MS≥6.8強震的信號強，2016年信號更強；太陽活動周期的極大年附近和下降段，MS≥6.8地震活動頻繁，2016年位于太陽活動第24周期下降段，地震信號強，與可公度結(jié)果一致；未來MS≥6.8強震震中可能向西南方向遷移，很可能發(fā)生在4°N以南，76°W以西地區(qū)，即哥倫比亞的西南地區(qū)。

強震；哥倫比亞；時空對稱；可公度

0 引言

二十一世紀以來，全球進入新的災(zāi)害頻發(fā)期，重特大自然災(zāi)害接連發(fā)生，給人們帶來巨大災(zāi)難，防災(zāi)減災(zāi)工作也面臨嚴峻態(tài)勢[1]，因此，對自然災(zāi)害活動規(guī)律及趨勢判斷的研究顯得尤為重要。對稱性是指組成某一事物或者對象的兩個部分的對等性，對稱性廣泛地存在于自然界中，存在于萬物之中[2，3]。部分自然災(zāi)害具有對稱性特征，其在時間上表現(xiàn)為時間對稱性，在空間上表現(xiàn)為空間對稱性。研究部分自然災(zāi)害的對稱性結(jié)構(gòu)，分析其時空對稱性規(guī)律，對于積極應(yīng)對重大自然災(zāi)害及減少經(jīng)濟損失意義重大。

1991年，馮德益等通過建立地震預(yù)測的灰色模糊模型對我國眾多地區(qū)大地震時間序列進行預(yù)測檢驗，取得了豐碩成果[4]。翁文波先生把可公度方法運用到信息預(yù)測科學中，對地震、干旱災(zāi)害的時間對稱性進行深入研究，諸多案例得到驗證。近年來，延軍平等人也運用可公度方法對重大自然災(zāi)害的時空對稱性進行深入研究[5-10]，做出了大量的災(zāi)害趨勢判斷，也有不少的案例得到了驗證。關(guān)于哥倫比亞地震活動的研究成果頗豐，比如發(fā)現(xiàn)哥倫比亞東部俯沖帶的地殼變形與地震周期有關(guān)系[11]，1989—1995年的地震序列與可能發(fā)生的火山地震之間存在交互作用[12]等，但目前尚缺關(guān)于哥倫比亞地震活動規(guī)律及其趨勢判斷方面的研究。哥倫比亞位于環(huán)太平洋地震帶上，研究哥倫比亞地區(qū)的地震活動對防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義。本文以哥倫比亞1952年以來MS≥6.8級地震為例，研究了該區(qū)地震活動的時空對稱性特征、未來趨勢及其與太陽活動的關(guān)系，旨在豐富可公度方法在地震活動趨勢判斷方面的研究內(nèi)容，并為相關(guān)研究提供一定的理論指導與科學參考。

1 研究區(qū)概況

哥倫比亞共和國位于南美洲西北部，國土面積114.3×104km2，氣候以熱帶雨林氣候為主，自然資源豐富，煤炭、石油、綠寶石為主要礦藏。境內(nèi)多平原，東部由亞馬孫河與奧里諾科河上游支流沖積而成的平原，約占全國總面積的2/3，西北部為馬格達萊納河下游沖積平原（圖1）。中西部除沿海平原外，為西、中、東3條平行的科迪勒拉山脈構(gòu)成的高原。境內(nèi)南部有一系列火山錐；地處環(huán)太平洋地震帶，地質(zhì)構(gòu)造復雜[13]，多火山、地震。加之哥倫比亞地處加勒比板塊、科科斯板塊、科納斯板塊和南美板塊4個板塊交匯地帶，受太平洋板塊和加勒比板塊俯沖的雙重影響，具有獨特的構(gòu)造演化特征，其全境的地理、構(gòu)造和盆地類型均受板塊碰撞的影響。

圖1 哥倫比亞地區(qū)地震研究區(qū)域示意圖Fig.1 The map of seismic study area in Colombia

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2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取了1952年以來哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震數(shù)據(jù)（見表1），進行地震趨勢判斷。其數(shù)據(jù)來源于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）和中國地震信息網(wǎng)，同時參考了《全球地震信息目錄》[14]。通過對不同途徑獲得的數(shù)據(jù)進行比較分析，保證文中地震數(shù)據(jù)的完整性和準確性，從而確保了哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震活動規(guī)律及趨勢判斷的準確性。文中年平均太陽黑字相對數(shù)和年平均耀斑數(shù)均來源于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）。

表1 哥倫比亞MS≥6.8強震參數(shù)Table 1 The parameters of strong earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

2.2 研究方法

本文采用可公度方法、震中時空遷移特征和太陽活動與地震之間的關(guān)系三方面分析了1952年以來哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8級地震活動規(guī)律及趨勢判斷?？晒确椒ㄊ且环N自然界的秩序和規(guī)律，也是周期性的擴張?？晒刃允且环N信息系，可公度是由翁文波先生從天文學中引入信息預(yù)測學中，是時空對稱性的一種體現(xiàn)[15-16]，其對稱性表現(xiàn)在時間和空間分布兩個方面上，具有時空統(tǒng)一性。蝴蝶結(jié)構(gòu)圖法是可公度的延伸，是剖析時間對稱性的一種方法。體現(xiàn)出了多變量間的周期變化。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的可公度結(jié)構(gòu)圖能夠深層次的驗證地震可能發(fā)生的年份。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 可公度方法

設(shè)X1=1952，X2=1957，X3=1958，X4=1961， X5=1962，X6=1967，X7=1970，X8=1974，X9=1979，X10=1983，X11=1991，X12=1992，X13=2004，X14= 2007，X15=2012，X16=2014，X17=?。

通過三元、四元以及五元可公度法的計算，結(jié)果如下（表2）：三元可公度法為2015年3組，2016年6組；四元可公度法為2015年41組，2016年36組；五元可公度法為2015年79組，2016年72組。在可公度的計算結(jié)果中，三元可公度是核心，四元、五元可公度為三元可公度提供驗證[15-16]。從結(jié)果可知，2015年和2016年發(fā)生地震的信號都很強。

3.2 蝴蝶結(jié)構(gòu)圖趨勢判斷

學院教學督導委員會及相關(guān)課程的負責人對畢業(yè)要求達成度進行定量評價。定量評價可以采用抽樣分析的方法，對于未分專業(yè)方向的情況，當自然班級數(shù)目多于三個時，可以只抽取一個自然班為評價對象，對于分專業(yè)方向的情況，各專業(yè)方向分別抽取一個自然班，班級成員需符合畢業(yè)條件。授課教師根據(jù)對學生的考核記錄，包括試卷、平時考核記錄、實驗報告、實習報告、課程設(shè)計報告及畢業(yè)設(shè)計（論文）等給出各考核內(nèi)容與畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系，由教學督導委員會計算各課程的達成度、指標點達成度和畢業(yè)要求達成度。

表2 可公度趨勢判斷的頻數(shù)統(tǒng)計Table 2 The frequency statistics of tendency judgment of commensurability

自然災(zāi)害的時間對稱性構(gòu)造出的蝴蝶結(jié)構(gòu)是一種周期共振的表現(xiàn)，通過構(gòu)建各年份的結(jié)構(gòu)關(guān)系，繪制出具有鮮明的時間對稱性特點的蝴蝶結(jié)構(gòu)圖。它是自然災(zāi)害時間對稱性結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，是可公度方法用來表達時間對稱結(jié)構(gòu)的方式，其主要解決可公度計算中兩年份信號都較強，如何抉擇的問題[7]。

分析哥倫比亞地區(qū)1952年以來MS≥6.8地震數(shù)據(jù)，繪制出蝴蝶結(jié)構(gòu)圖（圖2）。從圖2可以看出，該地區(qū)強震發(fā)生的時間間隔具有一定的規(guī)律性，時間間隔以4a、5a、9a、12a、21a、22a、25a、33a最為顯著，其中與2016年可套合的主周期為4a、9a、12a、25a、33a。通過對時間對稱性規(guī)律的分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的地震發(fā)生年份具有明顯的平靜期與活躍期，主要周期為5a、12a，比如：1957—1962年（包括1957年和1962年在內(nèi)）5年時間內(nèi)發(fā)生了4次，為明顯的活躍期；而1992—2004年（包括1992年和2004年在內(nèi)）12年時間內(nèi)才發(fā)生2次，為明顯的平靜期。

蝴蝶結(jié)構(gòu)的隨機性概率計算公式，即T=m/n，其中，T為災(zāi)害事件時間序列中預(yù)測年份發(fā)生的可能概率；n為用于預(yù)測的總災(zāi)害事件次數(shù)；m為參與實際預(yù)測的災(zāi)害次數(shù)。經(jīng)計算，2015年、2016年哥倫比亞地區(qū)發(fā)生6.8級地震及以上的隨機性概率為56.25%、62.50%。綜合上述研究結(jié)果，2016年發(fā)生地震的信號強于2015年。

圖2 哥倫比亞MS≥6.8地震時間序列蝴蝶結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The butterfly structure diagram of time series of earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

3.3 可公度結(jié)構(gòu)系圖

通過哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震進行分析。得出了該區(qū)具有時間對稱性的特點，依據(jù)此特點繪制出1952年以來MS≥6.8地震的可公度結(jié)構(gòu)系圖，橫向主周期為12a，縱向主周期為4a、5a和25a，具有極其規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)特征，直觀的描述了該地區(qū)地震發(fā)生的秩序和規(guī)律性。依據(jù)此可公度結(jié)構(gòu)系圖，可以進一步推測出哥倫比亞地區(qū)6.8級及以上地震發(fā)生的年份信號2016年比2015年更強。

3.4 強震震中遷移特征

3.4.1 地震震中遷移特征

圖3 哥倫比亞MS≥6.8地震可公度結(jié)構(gòu)系圖Fig.3 Commensurable structure of earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

地震遷移是指地震帶內(nèi)地震的發(fā)生順序在空間上呈現(xiàn)定向遷移的現(xiàn)象，國外很早就被人研究并用于地震預(yù)報[18]，國內(nèi)關(guān)于地震遷移的研究起步較晚[17]。馬宗晉等人較全面地對我國大陸四條地震帶的地震遷移做了研究，證明了遷移的定向性，提出了遷移的基礎(chǔ)是邊界動力源脈動式推壓引起的動力波的傳播[17]。美國學者金繼宇等人對美國加州地震遷移做了定向性研究，取得了豐碩成果[18]。

圖4表明哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震震中出現(xiàn)較明顯的遷移，呈現(xiàn)出南北對稱回旋遷移。分析震中的時空三角形遷移，將相鄰年份的三次地震用直線連接起來，組成一個三角形，可以得出哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震震中三角向遷移規(guī)律性很強。我們發(fā)現(xiàn)MN線以南為三角形的頂點，MN線以北為三角形的底線（2004、2007以及2012年三次地震組成的三角形例外），MN線以南每發(fā)生一個地震，與MN線以北兩個地震相對應(yīng)。因為2014年地震在北邊，所以筆者預(yù)測下一次地震的震中向西南方向的可能性較大。

3.4.2 地震震中緯向、經(jīng)向遷移特征

圖5為哥倫比亞MS≥6.8地震緯向、經(jīng)向遷移圖，可以得出：當緯向向北遷移時，經(jīng)向遷移呈現(xiàn)出向東遷移的主規(guī)律（1961—1962年、1970—1974年、1983—1991年三次向西遷移）；而當緯向向南遷移時，經(jīng)向遷移就沒有明顯的主規(guī)律了（向西、向東遷移各有4次）。

圖5 哥倫比亞MS≥6.8地震緯向、經(jīng)向遷移Fig.5 The longitudinal and latitudinal migration of earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

根據(jù)哥倫比亞MS≥6.8地震震中緯向遷移規(guī)律得到，其緯向?qū)ΨQ軸在4°N左右；經(jīng)向遷移規(guī)律得到，其經(jīng)向?qū)ΨQ軸在76°W左右。假設(shè)哥倫比亞地區(qū)強震空間分布具有較好的對稱性，那么未來強震震中區(qū)域可能向西南方向遷移，在4°N以南，76°W以西地區(qū)，即哥倫比亞的西南地區(qū)。

4 太陽活動與哥倫比亞MS≥6.8地震的關(guān)系

4.1 太陽黑子活動與哥倫比亞MS≥6.8地震關(guān)系分析

太陽是地球上所有能量的源泉，它的變化影響著地球各部分和整體的運動和變化，太陽活動對地球環(huán)境、氣候及某些自然災(zāi)害有重要影響。太陽黑子是太陽表面活動的主體，太陽黑子數(shù)是表示太陽活動強弱的重要指標。國內(nèi)外很多學者對太陽黑子活動與地震的關(guān)系進行深入研究，M. A.M.Shaltout等人研究發(fā)現(xiàn)北非地震周期與太陽黑子11年周期吻合，在太陽黑子活動峰值后1～5年地震活動頻繁[19-20]；張桂清研究全球性地震活動與太陽活動的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，在太陽活動極小年附近，地震活動頻繁[21]。

圖6 太陽黑子活動與哥倫比亞MS≥6.8地震關(guān)系Fig.6 Relationship between sunspot activity and the earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

經(jīng)研究，太陽活動分為上升段和下降段，上升段一般為3～6年，平均約為4年；下降段一般為5～8年，平均約為7年[22]，得出太陽黑子活動的平均周期為11年，得知目前處以第24周期。分析哥倫比亞MS≥6.8地震與太陽黑子活動的關(guān)系得知：①太陽黑子活動的下降段，地震活動頻繁。1950年以來，哥倫比亞共發(fā)生MS≥6.8地震19次（包括同一年份發(fā)生的多次地震），由圖6可以看出只有兩次在上升段，其中有三次在太陽黑子相對數(shù)極大年，其他的都發(fā)生在下降段，占到近60多年地震總數(shù)的73.7%。②太陽黑子活動周期極大年附近，地震活動頻繁。1956—1958年及1967—1970年都發(fā)生3次，1978—1980年及2012—2015年都發(fā)生2次，占到近60多年地震總數(shù)的57.9%。③太陽黑子活動周期峰年后1～4年內(nèi)，發(fā)生MS≥6.8地震可能性較大。峰年后1～4年共發(fā)生8次，占地震總數(shù)的42.1%；如果再算上峰年的話，就有

11次，占地震總數(shù)的57.9%。④圖6可以看出自2009—2014年太陽黑子活動處于上升段，2014年太陽黑子數(shù)大于2015年，因此2014年是第24周期的峰年。2016年在下降段，又是峰年后第2年，所以發(fā)生MS≥6.8地震可能性較高。以上四點都進一步驗證了2016年哥倫比亞發(fā)生MS≥6.8地震的可能性。

4.2 太陽耀斑活動與哥倫比亞MS≥6.8地震關(guān)系分析

耀斑是常見的劇烈太陽活動現(xiàn)象，是太陽表面局部區(qū)域大規(guī)模的能量釋放過程，耀斑過程是磁流體動力學過程。太陽耀斑活動也具有11年的平均周期的特點，趙明宇等研究發(fā)現(xiàn)耀斑爆發(fā)與黑子群活動具有良好的相關(guān)性[23-25]；石連紀等發(fā)現(xiàn)大耀斑與地震有密切的關(guān)系，表現(xiàn)為在活動峰年期地震活動增強[26]。分析哥倫比亞MS≥6.8地震與太陽耀斑活動的關(guān)系得知：①太陽耀斑活動峰年附近，地震震級較強。1958、1967、1970、1979年都在峰年附近（包括峰年），震級分別為7.8、7.2、8.0、8.1。②太陽耀斑活動的下降段，地震活動頻繁。由圖7可知，只有1957、1979、2012、2014年四次地震在上升段，其余的都在上升段，占到近60多年地震總數(shù)的78.9%。

5 結(jié)語

本文選取了哥倫比亞作為研究區(qū)域，通過可公度法、蝴蝶圖結(jié)構(gòu)法、可公度結(jié)構(gòu)系法、震中經(jīng)緯向遷移及太陽黑子活動、太陽耀斑活動與地震的相互關(guān)系，對1952年以來哥倫比亞MS≥6.8地震趨勢進行判斷，得出以下結(jié)論

圖7 太陽耀斑活動與哥倫比亞MS≥6.8地震關(guān)系Fig7 Relationship between solar flare activity and the earthquakes with MS≥6.8 in Colombia

（1）1952年以來哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震具有良好的時間對稱性，呈現(xiàn)較強的可公度特征。根據(jù)可公度方法計算得出，2015年和2016年的信號較強，有發(fā)生較大震級的地震可能性，再通過蝴蝶圖結(jié)構(gòu)法和可公度結(jié)構(gòu)系圖法進一步分析得出，2016年發(fā)生強震的信號大于2015年。

（2）通過繪制哥倫比亞MS≥6.8地震蝴蝶圖，可以清晰地把地震活動周期劃分為平靜期和活躍期，前三次為5a交替進行，后四次為12a交替進行，而哥倫比亞新的地震周期即平靜期是2016年。

（3）1952年以來哥倫比亞地區(qū)MS≥6.8地震空間對稱規(guī)律明顯，當緯向向北遷移時，經(jīng)向遷移呈現(xiàn)出向東遷移的主規(guī)律（1961—1962年、1970—1974年、1983—1991年三次向西遷移）；而當緯向向南遷移時，經(jīng)向遷移就沒有明顯的主規(guī)律了（向西、向東遷移各有4次）；未來地震震中向西南方向遷移，即發(fā)生在哥倫比亞的西南地區(qū)。

（4）通過太陽活動（黑子、耀斑）與哥倫比亞MS≥6.8地震關(guān)系分析得出，太陽活動周期的峰年附近和太陽活動周期的下降段都為地震頻發(fā)期，并且2014年為第24周期的峰年。2016年在太陽活動峰年附近，并且處于太陽活動周期的下降段，故2016年發(fā)生強震的信號強，進一步對可公度方法的結(jié)果進行驗證。

本文通過可公度方法與太陽活動（黑子、耀斑）規(guī)律結(jié)合起來研究哥倫比亞MS≥6.8地震，嘗試著對地震的未來趨勢判斷進行探討，旨在增加可公度方法的驗證案例，豐富驗證機會，探索時空對稱性的規(guī)律。關(guān)于哥倫比亞MS≥6.8地震活動趨勢及趨勢判斷，比如第24周期的峰年是哪年，哥倫比亞MS≥6.8地震活躍期和平靜期的劃分等，還需要大量的數(shù)據(jù)來進一步研究和探討。

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Regularity and Tendency Judgment of the MS≥6.8 Seismic Activity in Colombia

SONG Shaopeng1，YAN Junping1，DONG Zhibao1，2，CUI Xujia1，LI Chao1，LI Xiaolan1
（1.College of Tourism and Environment Science，Xi'an 710062，China；2.Key Laboratory Desert and Desertification，Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute，Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000，China）

This paper analyzes the strong seismic data（MS≥6.8）in the Colombia since 1952 by using the method of commensurability，space-time migration of epicenter,the relationship between solar activity and earthquake in Colombia，and estimates the regularity and tendency of earthquakes in Colombia.The results show that:there is a strong signal that earthquakes with MS≥6.8 will occur in 2015 and 2016，but the signal in 2016 is stronger than that in 2015；the earthquake activities with MS≥6.8 are frequent in near great years and declineperiod of solar cycle,and 2016 lies in decline period of the twenty-fourth solar cycle so that the earthquake signal is strong,which is in accordance with commensurability;the further earthquake epicenter may move and occur to the southwest area in Colombia which lies in the south of 4°N and the west of 76°W.

Strong earthquake；Colombia；Space-time symmetry；Commensurability

P315.5

A

1001-8662（2016）03-0001-08

10.13512/j.hndz.2016.03.001

2015-10-06

國家自然科學基金項目（41171090）和國家社會科學基金重點項目（14AZD094）

宋紹鵬（1992-），男，碩士研究生，主要從事自然災(zāi)害研究

E-mail：laicunzhan@163.com.

宋紹鵬，延軍平，董治寶，等.哥倫比亞MS≥6.8地震活動規(guī)律及趨勢判斷[J].華南地震，2016，36（3）：1-8.[SONG Shaopeng，YAN Junping，DONG Zhibao，et al.Regularity and Tendency Judgment of the MS≥6.8 Seismic Activity in Colombia[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：1-8.]