謝健健 孫召華 賈漯昭 邢 康 吳亞峰

（中國鄭州 450016 河南省地震局）

0 引言

以往震例總結表明，地震活動往往在大震發(fā)生前出現(xiàn)非隨機性增強現(xiàn)象，可用地震應變釋放曲線呈加速形態(tài)、某一時間段內小震次數(shù)增多、斷層總面積及地震活動性增強度等來表述，如：茂木清夫（1969）指出，在淺源大震發(fā)生前的一段時間內，震源區(qū)周圍廣大區(qū)域的地震活動明顯增強；梅世蓉（1960）指出，我國歷史大震，如1668 年7 月25日山東郯城級和1679 年9 月2 日河北三河平谷8 級大震前，有感地震頻度具有先增加后減弱的變化趨勢；張肇誠等（1990）指出，1976 年7 月28 日河北唐山7.8 級大震前，燕山地震帶東區(qū)1974 年ML≥4.0 地震高達6 次（以往年均1 次），京津唐渤張東區(qū)1973年7 月ML≥3.0 地震頻度顯著增高，唐山至五原1976 年3 月ML≥2.7 地震高達45 次，均呈現(xiàn)高頻次異常；謝智等（1998，2001，2007）分析發(fā)現(xiàn)，在1983 年11 月7 日山東菏澤6.0 級地震前，震中附近地區(qū)于1981 年12 月—1982 年7 月先后發(fā)生4 次ML4.0—4.8地震。

中原地區(qū)（31°—37°N，110°—117°E）大致包括河南省、河北省南部、山東省西部、安徽省西北部、湖北省北部及山西省中、南部地區(qū)，面積約50 萬km2。該地區(qū)地質構造上跨越華北地塊、秦嶺大別造山帶和揚子地塊3 個一級大地構造單元。該區(qū)地震活動相對較弱，1970 年至今發(fā)生1 次6.0 級地震（1983 年11 月7 日山東菏澤MS6.0 地震）、2 次MS5.1地震（即1979 年5 月22 日和2013 年12 月16 日湖北巴東2 次MS5.1 地震）、46 次ML4.5—5.3 地震。對于少震弱震地區(qū)，中等地震前是否存在ML≥3.0 地震頻次相對增強的異?，F(xiàn)象，文中通過統(tǒng)計中原地區(qū)1970 年以來發(fā)生的3.0 級以上地震，與該區(qū)ML4.5 以上地震進行映震分析，以期得出二者時空對應關系。

1 資料選取

采用全國統(tǒng)一地震編目，選取1970 年1 月—2020 年6 月中原地區(qū)發(fā)生的983 次ML≥3.0 地震目錄，按季度（3 個月）、半年（6 個月）和全年（12 個月），統(tǒng)計地震發(fā)生頻次（圖1），并選取該區(qū)同期發(fā)生的ML≥4.5 地震，回溯檢驗各時段ML≥3.0 地震高頻次異常與ML4.5 地震的對應關系。

圖1 中原地區(qū)1970 年以來ML ≥3.0 地震N—t 圖（a）季頻次；（b）半年頻次；（c）年頻次Fig.1 The N-t diagram of earthquakes with ML ≥3.0 since 1970 in Central China

2 ML ≥3.0 地震高頻次指標確定

設各時段3 級地震頻次初始數(shù)據(jù)為Xi（i=1，2，…），計算得到平均值，求取一倍中誤差σ（Xi），剔除平均值正負一倍中誤差數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)為Yi（i=1，2，…，j；j≤i），求得平均值，取大于的整數(shù)，作為各時段ML≥3.0 高頻次定量指標。對于中原地區(qū)983 次ML≥3.0 地震，采用上述方法，統(tǒng)計得到季度、半年、年度ML≥3.0 高頻次定量指標，結果見表1。

表1 中原地區(qū)各時段3 級地震高頻次異常定量指標Table 1 The quantitative indexes of high-frequency anomalies of earthquakes with ML ≥3.0 in Central China for each statistic period

3 高頻次異常與地震的時序分析

3.1 ML ≥4.5 地震統(tǒng)計

中原地區(qū)1970 年1 月至2020 年6 月共發(fā)生ML≥4.5 地震43 次（同一地震序列只計1次最大地震），統(tǒng)計結果見表2，地震分布見圖2。

圖2 中原地區(qū)1970 年以來ML ≥4.5 地震分布Fig.2 Distribution of earthquakes with ML ≥4.5 since 1970 in Central China

表2 1970 年以來中原地區(qū)ML ≥4.5 地震參數(shù)Table 2 The basic parameters of earthquakes with ML ≥4.5 since 1970 in Central China

3.2 ML ≥4.5 地震映震分析

受資料所限，表2 中序號為1 和2，即在1970 年發(fā)生的2 次地震，不計入映震分析統(tǒng)計結果。因此，在以下分析中，ML≥4.5 地震指序號3—43 的41 次地震。

根據(jù)表1 所示結果，當ML≥3.0 地震季頻次≥5、半年頻次≥9、年頻次≥18 時，定為ML≥3.0 地震高頻次異常，分析高頻異常出現(xiàn)后1年內，與研究區(qū)所發(fā)生的ML≥4.5地震的映震關系，并據(jù)許紹燮（1989）提出的預報效能評分標準，計算R值。受篇幅所限，文中僅列出中原地區(qū)1970 年以來ML≥3.0 地震半年高頻次異常與ML≥4.5 地震的對應關系，結果見表3，并統(tǒng)計3 級地震高頻次在不同時段與ML≥4.5 地震的對應關系，結果見表4。

表3 中原地區(qū)1970 年以來ML ≥3.0 地震半年高頻次異常與ML ≥4.5 地震對應關系Table 3 The relation statistics between high-frequency anomalies of earthquakes with ML ≥3.0 and earthquakes with ML ≥4.5 since 1970 in Central China

續(xù)表3

表4 中原地區(qū)1970—2020 年各時段3 級地震高頻次異常與ML ≥4.5 地震對應關系統(tǒng)計Table 4 The parameters of relation statistics between the high-frequency anomalies of earthquakes with ML ≥3.0 and earthquakes with ML ≥4.5 since 1970 in Central China for each statistic period

由表4 可知：①中原地區(qū)ML3.0 地震高頻次與其后1 年內ML4.5 以上地震有一定相關性；②ML3.0 地震不同時段高頻異常后1 年內發(fā)生ML4.5 地震的映震率分別為0.65、0.63、0.64，表明異常時段不同，映震率差別不大；③映震率隨異常時段增大而減小，漏報率則相反；④地震預測效能評分R值分別為0.192、0.318、0.332，均大于97.5%的置信度對應的R0值，表明該指標具有一定預測價值；⑤一次3 級地震高頻次異常現(xiàn)象出現(xiàn)后，一般只對應1 次ML≥4.5 地震，少數(shù)異常對應2 次ML≥4.5 地震，偶爾對應3—4 次ML≥4.5地震，統(tǒng)計結果詳見表5；⑥ML3.0 地震不同時段高頻異常識別中，若前幾個月之和已達到各自高頻定量指標，則可提前預警，有可能減少地震漏報現(xiàn)象。

表5 1 次異常后對應ML ≥4.5 地震統(tǒng)計Table 5 The number of earthquakes with ML ≥4.5 after an anomaly

綜上可知，在不同時段，中原地區(qū)ML≥3.0 地震高頻次異常與ML≥4.5 地震的發(fā)生，在時間上具有相關性，表明該高頻次異常對該區(qū)其后1 年內ML≥4.5 地震的發(fā)生具有一定預測價值。

4 高頻次異常與地震的空間分布特征

一次具有減災實效的地震預測，要求地震三要素有較明確的表述。據(jù)梅世蓉等（1993）的場源統(tǒng)一觀，震源及附近地區(qū)是應力區(qū)，且應力、應變隨時間而增長，較大地震發(fā)生前，中小地震在空間上的集中分布現(xiàn)象是一種具有意義的地震前兆，而中小地震在空間上的集中，可反映單位面積地震頻次的高低。將中原地區(qū)（31°—37°N，110°—117°E）按不同形式分割，如以34°N 線為界，將研究區(qū)分為N（北）半?yún)^(qū)和S（南）半?yún)^(qū)，或以113.5°E線為界，將研究區(qū)分為E（東）半?yún)^(qū)和W（西）半?yún)^(qū)，研究不同分區(qū)內地震頻次與ML≥4.5地震的位置關系。

以河南省內地震震級ML≥4.5、外圍地震震級ML≥5.0 為原則，從表3 中選取19 次ML≥4.5 地震作為震例，進行分區(qū)研究。也就是說，若分區(qū)中某一小區(qū)地震頻次較另一小區(qū)高，且表2 所列與此異常對應的地震震中恰好位于頻次較高的小區(qū)，則認為二者的空間相關性較好。如圖3 所示進行分區(qū)，統(tǒng)計并繪制各小區(qū)3 級地震高頻次異常與ML≥4.5地震分布關系，結果見表6 和圖3。

圖3 ML 3.0 地震高頻異常與ML ≥4.5 地震空間對應關系Fig.3 The relation statistics between the high-frequency anomalies of earthquakes with ML ≥3.0 and epicenters of earthquakes with ML ≥4.5

表6 顯示，在19 次震例中，N（北）半?yún)^(qū)3 級地震高頻次與ML≥4.5 地震震中所在區(qū)域一致的有12 次，占比63.2%；綜合分析發(fā)現(xiàn)，在19 次震例中，除序號30 的震例，其他18 次均可預估未來ML≥4.5 地震發(fā)震區(qū)域。盡管該研究結果仍不盡人意，但相對研究區(qū)（31°—37°N，110°—117°E）42 平方度（6°×7°）面積而言，預測區(qū)域將減小到21 平方度。若表6 中預測區(qū)域能縮小到WN、EN、ES 和WS 等4 個分區(qū)中某一個小分區(qū)時，預測區(qū)域可縮小到10.5 平方度，雖然19 次震例中僅有6 次震例滿足異常分布。

表6 ML ≥3.0 高頻異常與ML ≥4.5 地震空間相關統(tǒng)計Table 6 The spatial relation statistics between the high-frequency anomalies of earthquakes with ML ≥3.0 and earthquakes with ML ≥4.5

如圖3 中序號為22 的震例，1991 年1 月—6 月ML≥3.0 地震頻次為9 次，滿足半年高頻次異常判定指標（≥9 次）。依時序分析，其后1 年內在研究區(qū)（31°—37°N，110°—117°E）可能發(fā)生ML≥4.5 地震，實際情況是，達到異常指標7 個月后，即1992年1 月14 日，河南登封（34.98°N，113.28°E）發(fā)生ML4.7 地震。

由于1991 年1 月—6 月ML3.0 地震半年頻次達9 次，此后可將研究區(qū)以34°N 為界分為N（北）、S（南）區(qū)，由圖3（a）可知，N、S 分區(qū)分別發(fā)生7 次和2 次3 級地震，比較兩分區(qū)異常頻次高低，可判斷N 分區(qū)未來發(fā)生ML≥4.5 地震的可能較大。以113.5°E 為界，將研究區(qū)分為E（東）和W（西）區(qū)，由圖3（b）可知，E 和W 區(qū)分別發(fā)生0 次和9 次3級地震，對比兩區(qū)異常頻次高低，可推斷W 分區(qū)未來發(fā)生ML≥4.5 地震的可能較大。將研究區(qū)以34°N 和113.5°E 劃分為4 個小區(qū)（即WN 小區(qū)、EN 小區(qū)、ES 小區(qū)和WS 小區(qū)），由圖3（c）可見，4 個小區(qū)3 級地震依次發(fā)生7 次、0 次、0 次和2 次，4 個小區(qū)比較，西北小區(qū)為3 級地震集中區(qū)，頻次為7 次，較其他3 個小區(qū)高，由此可預估未來ML≥4.5 地震發(fā)生在WN 小區(qū)的可能性較大，實際上，1992 年1 月14 日河南登封ML4.7 地震震中即位于該研究區(qū)的WN 小區(qū)。

5 結論

綜上所述，可以得出以下結論：①中原地區(qū)ML3.0 地震高頻次異常與其后ML4.5 以上地震有一定相關性；②ML3.0 地震季、半年和全年高頻次異常定量指標分別為：5 次、9次和18 次；③高頻次異常后1 年內發(fā)生ML≥4.5 地震，映震率分別為0.65、0.63 和0.64；④地震預測效能評分R值分別為0.192、0.318、0.332，均大于97.5%的置信度對應的R0值，表明該指標具有一定預測價值；⑤3 級地震3 個月、半年和年時段內，若前幾個月之和已達各自高頻次定量指標，則可提前預警，有可能減少地震漏報現(xiàn)象；⑥依據(jù)不同形式，將研究區(qū)劃分為多種小區(qū)，探討3 級地震高頻次與ML≥4.5 地震震中位置的關系，在19 次震例中，有18 次可將ML≥4.5 地震的預測區(qū)域從42 平方度減小到21 平方度，在少震弱震地區(qū)地震預測預報日常工作中，具有一定實用價值。