论汶川8.0级地震前的地震活动及趋势估计问题

第3期(总第132期)2009年9月 四　川　地　震EAR THQ UA KE R ESEAR CH IN SICHUAN
No 13Sep t 12009收稿日期:2009-02-22
作者简介:程万正(1950-),男,四川井研人,研究员1
论汶川810级地震前的地震活动及趋势估计问题
程万正,张永久
(四川省地震局预报研究所,四川　成都　610041)
摘要:本文对汶川810级地震前南北地震带大震轮回、首发大震、地震平静或空区、地震条带等地震活动图像在震前分析的基础上就地震预测问题进行了思考。

地震活动图像在蕴震过程或阶段的估计只能是背景或中期预测的意义。

同时指出区域地震活动图像在大范围多构造区的蕴震态分析中的复杂性。

关键词:大震轮回;首发大震;地震平静;地震条带;汶川地震
中图分类号:P315175 文献标识码:A 文章编号:1001-8115(2009)03-0001-07
分析和研讨汶川发生810级地震前的地震活动图像及趋势估计问题。

如下的2次特大地震事件对汶川810级地震之后的大震趋势的估计产生重大影响:一是2001年11月14日昆仑山口西发生的811级地震是中国大陆及邻区地震史上的重大事件。

这次地震打破自1951年西藏当雄8级地震后中国大陆50年来没有8级以上地震的记录。

昆仑山口西发生811级地震后,呈现中国大陆内部强震活动相对平静,而其周围地区相对活跃的局面。

昆仑山口西811级地震后615年,在四川汶川发生810级地震,在青藏高原东缘再次呈现几年之间重复发生8级地震现实,如1920年宁夏海原815级地震、1927年甘肃古浪810级地震。

二是这一期间,2004年12月26日印尼苏门答腊大断裂中段的近海发生M w910级地震,2005年3月28日在往南的地方发生M w817级地震(据NE I C 测定的结果)。

这对于当时中国大陆内部强震活动的相对平静提出了许多具有挑战性问题。

比如,区域周边地震活跃,而区域内部地震活动平静,这是否是正常的现象?如果打破这种平静,将会出现什么现象和征兆?这在当时,强调影响和关联分析的人比较多。

这对于地震大形势分析也是需要考虑的,是我们必须去探讨的问题。

同时,我们提出了应如何认识蕴震环境,如何认识区域地震活动平静,如何认识所在构造带的地震危险性,特别是如何认识孕育阶段等的重要问题。

目前看来,需要将更多的注意力和重点放在所在构造(区)带的动态研究上面。

本文针对汶川810级地震前我们对地震大形势预测问题,在现有水平下给出我们震前的初步认识和现今的思考,包括南北地震带大震轮回,首发大震,区域地震活动平静或背景空区,中等地震活动条带等的分析和研讨。

1　南北地震带大震轮回的预测意义及思考
汶川810级地震前,作者对四川及邻区近几年地震大形势分析所提交的研究报告中,预测结论是青藏高原东缘未来可能发生7级地震。

主要依据是,自1920年以来,中国中部南北地震带缺7级地震的最长间隔时间是11年(1977年到1987年),而1996年丽江710级地震后的1997年到2006年已经11年没有
发生7级以上地震。

如果从南北地震带(N21°～43°,E95°～107°
)范围分析,则自1920年以来,南北地震带缺7级地震的最长时间是7年,而2000年缅甸710级地震后到现在也已经7年没有发生7级以上地震。

自1920年以来南北地震带的强震存在的轮回,往往以一次715级以上的巨大地震开始,发生巨大地震后的几年里面7级强震通常多发,但地震强度和频度呈现逐渐减弱的过程,直到多年的平静时段出现,平静结束后再发生一次巨大地震,如此循环。

一个轮回的时间大约20年,最后一个轮回从1988年开始至2007年已经持续了19年。

关于这一点,在近2～3年研究报告中已经给出,分析认为未来几年很可
能进入新的一个轮回(参见图1)[1]。

图1　1920年以来南北地震带615级以上地震M -t
图
图2　1900以来南北地震带大震成组活动分区图南北地震带的南、中、北三段7级以上地震
成组活动格局呈现出大震自南而北成组推进或发
生的特点。

自20世纪以来,已经历了3次自南
向北推进,第四活跃期在南段及27°线附近分别
发生了两组7级地震,南北地震带已经12年无7
级地震活动。

由此在近年研究报告中已经给出未
来1～3年在南北地震带中北段发生一组7级地
震的可能性较大的预测意见(参见图2)。

汶川810级地震的发生再次说明,这种时间
轮回特征是存在的,空间迁移特点也是存在的,
这些特点为预测下一次强地震的区域、时段、强
度方面提供了一些预测依据和参考。

但是,这只
是对地震大形势趋势或背景活动的分析,仅具有
中期尺度的预测意义,而不具有短临地震预测的
概念。

因为,预测范围宽,处于南北地震带某段;所据的资料是历史强地震,预测时间尺度也
不具有短期到月度的意义,预测的偏差是以年计的;同时,地震的强度也不可能到8级,因为南北地震带历史资料中8级地震记载很少,特别是中段,汶川810级地震是有记载以来的首次。

另外应该指出的是,在地壳构造运动的历史长河中,仅有100年的强震记录资料太短,不足以刻画其地震活动规律,也就无法说明这种成组活动分区推进和分时间段的起伏是否会继续,或继续多少年。

2　首发大震与空区预测问题的分析思考
近年来,在我们分析预测研究报告中,根据南北地震带强震时空分布尺度特征和预测类比的依据,震情会商和研究报告中我们多次提出首发大震的概念、首发大震的前兆异常特征和首发大震的危险性及预报问题。

本文第一作者在近年的成都、昆明和北京召开的地震趋势研讨会或会商会的报告中曾反复强调目前首发大震的危险性问题,多次指出了在首发大震前地震活动平静、异常少的情况下,往往可能漏报地震的问题。

比如1988年云南澜沧716级地震前的情况。

首发大震往往漏报,之前区域中强地震往往持续平静,而活跃期中发生部分强震反而有时报对。

主要预测依据是,(1)根据图1和图2中下次大震时间段的估计;(2)根据首发强震前中等地震活动的平静估计。

根据南北地震带前4次大震轮回,首发强震前5级以上地震活动分布图像的分析。

南北地震带首发强震前3～5年内,该强震蕴震区域中强震往往少发或处于极度的平静状态中,而中强震活跃的区域不是首发强震的地区。

首发强震后的7级强震前、中强震活动与首发强震前,中强震活动存在明显差
・2・四　川　地　震2009年第3期
异;首发强震后,7级强震多数发生在中强震活跃的地区,而且强震发生前的平静时间一般为1～2年。

从2002年以来南北带5级以上地震分布分析,认为在川甘青藏交界地区存在一个5级地震空区,该区域很可能是下一个首发强震地区之一。

图3　南北地震带首发强震前几年中强震分布图像
图3给出南北地震带首发强震前几年中强震分布的时间例子。

即1915～1920、1942～1947、1967～1970、1985～1988年4个时段,南北地震带海源、达日、通海、澜沧大震前震中周围附近地区中强地震活动处于平静区域的状态。

在1920年海源815级地震、1947年达日717级地震前青藏高原东北缘大片区域5级以上地震活动平静,而川、滇地区中强地震频繁发生。

1970年通海、1988年澜沧716级地震前滇南、滇西地区5级以上地震活动相对平静,南北地震带中北段地区中强地震频繁发生。

图4给出2002年1月至2008年5月汶川810级地震前青藏高原东缘M s510级以上地震活动分布。

可见四川及附近地区,包括甘肃中南部、青海东部大片地区近615年时段M s510级以上地震活动平静,仅有零星地震发生。

这种现象与图3中给出的4次大震前中强地震活动平静现象类似。

这可能是巨大地震发生前几年时间尺度呈现的一种蕴震背景。

注意这里使用蕴震,而不是孕震;前者意思是指大范围多条断裂构造框架下的蕴震环境的变化势态;后者狭义指单一孕震构造环境的变化势态。

若从蕴震环境的意义去认识,2002年以来M s510级以上地震活动平静,在已经认识的川滇菱形地块东边界带,即鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带、龙门山断裂带、库玛断裂带东段,地震活动平静表现得最为突出。

图4　200211.1～200815111青藏高原东缘中等地震级以上地震活动分布
・3・2009年9月 程万正,等:论汶川810级地震前的地震活动及趋势估计问题
在汶川810级地震前,这种地震活动平静的分布图像是清楚的,更多强调的是这种平静的严峻性。

在这些年的分析报告中曾提出甘肃、青海地震空区,也提过出甘、青、川地震空区和安宁河地震空区。

但没有提龙门山断裂带以及包括四川盆地的空区。

这在汶川810级地震后有文章提出是否作为疑似背景性地震空区,仅就一幅震中分布图来分析地震空区看来问题是不少的,这就有技术问题。

今后如何划定地震空区,或提炼出有价值的空区图像作为预测依据是一个长期的研究内容。

归纳分析以往对地震空区的研究结果和基本认识来分背景空区与孕震空区。

目前的背景空区范围较大时间较长,地震震级由中等以上地震构成。

而孕震空区选择的震级限为小震,且多考虑所在构造带密集小震的空段演化图像。

从图4(a )看不出地震空区图像。

从图4(b )可以看出由甘肃、青海东部、四川北部M L 大于等于510级地震构成的空区轮廓,这在杨立明研究员的地震趋势报告中曾提出过,问题是在龙门山断裂带一侧是没有地震分布的。

尽管如此,对这一疑似背景地震空区的现象跟踪分析持续进行。

2004年到汶川810级地震前,在空区内发生的中等地震活动有:2004年3月4日甘肃玛曲县托特乡512级地震;2005年1月5日四川马尔康若古乡510级地震;2007年6月18日甘肃玛曲县西科河羊场511级地震。

如果发生打破这一平静或空区现象的中等地震,或称为逼近地震出现,应该预示强震的发生事件的临近。

可是,中等地震连续发生3次并且出现在4个年份中,这不能不怀疑疑似背景地震空区以及3次逼近地震的中期预测价值。

3　地震空段和地震条带的分析思考
2001年11月14日昆仑山口西811级地震后,青藏高原东缘M L 410以上地震活动分布主要集中在青藏高原中部及东北缘、云南地区。

对于南北地震带中段地区,在平静的4级以上地震活动图像中显示出两个醒目的现象:一是鲜水河南东段至安宁河—则木河断裂,再到小江断裂带北段呈现连续分布的地震活动条带。

二是龙门山构造带4级以上地震活动呈现出异常的平静。

其他地方,如川甘交界区、川西至川藏交界区、川滇交界区地震活动虽然零星分布,但地震活动强度均大于前述的地区,也呈现外围强度大,内部弱的特点(参见图5)。

图5　20021111～200815111青藏高原东缘震级大于等于410地震活动分布
・4・四　川　地　震2009年第3期
在南北地震带中段整体活动水平较弱的背景中,安宁河—则木河断裂及附近地区呈现的地震活动条带特别引人关注。

挑出该带地震绘出图6(a ),图中示出A 。

可见,该带M L 410以上地震活动从1997年以来呈现缓慢增强的态势,比较突出的是2002～2003、2007～2008两个时间段,强度在4～5级。

时间情况是,不少分析报告更多强调了该带的地震危险性和紧迫性。

从而对于龙门山断裂带地震活动呈现为平静。

图6(b )挑出虎牙断裂带以南,龙门山中段至南段的地震,图中示出L 。

因为从有台网记录以来,其北段地震活动稀少。

可见该断裂段有监测记录以来地震活动不强,最大的地震是1999年绵竹2次5级地震,其间呈现2个记录空缺的时间段,一是1970年下半年至1975年12月,再是2002年至2008年5月11日,前1次平静515年,2次则平静615年时间。

前1次平静结束后不在该构造带发生地震,却在相邻的虎牙断裂带发生712级大震,这次平静结束后在本带发生汶川810级地震。

从地震活动的分布角度更多地考虑了地震条带的潜在危险性。

所以,近年研究报告强调鲜水河断裂带南东段和安宁河—则木河断裂带至小江断裂带中期尺度的大震危险性成为自然,对于龙门山断裂带地震活动平静的认识不重视或重视不够。

图6　龙门山地震空段(a )和安宁河—则木地震条带(b )410级以上地震活动分布
主要技术问题,一是在大面积地震活动水平较低的背景下,出现地震平静的构造带或活动构造带在图5中典型的还有几处,仅从平静看不到转折难以给出预测;二是过多依赖于历史地震最大地震强度限制。

无论地震学家还是地质学家对龙门山断裂带潜在危险性认识不足。

一般局限在该断裂带历史上最大地震,即1657年的汶川615级地震,认为该带未来潜在地震强度也就是6～7级,中短期的强度估计往往更低;三是依赖于断裂带现今活动速率低的考虑。

对龙门山断裂带运动速率的估计:前山断裂的天全—汶川段、主中央断裂的安县太平—北川段、后山断裂的草坡—茂汶段为晚更新世强活动断裂段。

其两盘差异隆升速
率为1～2mm /a [2]。

茂县—汶川断裂、北川—映秀断裂和彭县—灌县断裂均具有晚更新世—全新世活动的
地质地貌证据,主要表现为由北西向南东的推覆逆掩运动,并具明显的右旋走滑动运动分量。

其平均垂直滑动速率均小于1mm /a,如山前隐伏断裂的平均垂直滑动速率为0113～0124mm /a,且几条主干断裂的
右旋位错量与垂直位错量相当[3]。

前陆盆地内部的蒲江—新津断裂的平均垂直滑动速率为0115～0133
・
5・2009年9月 程万正,等:论汶川810级地震前的地震活动及趋势估计问题
mm /a [5]。

马保起等2005年依据各级阶地面年龄和变形量估算茂汶—汶川断裂晚更新世中期以来的滑动速率为018～110mm /a,全新世逆冲滑动速率为015mm /a;北川—映秀断裂晚更新世中期以来的滑动速率为1mm /a,平均逆冲滑动速率为016mm /a,晚更新世晚期以来为014mm /a,全新世以来为013mm /a,呈现出逐渐减弱的趋势;江油—灌县断裂晚更新世中期以来的逆冲滑动速率约为012mm /a,全新世以来活动较弱。

根据石油物探资料,茂县—汶川断裂、北川—映秀断裂、江油—灌县断裂分别形成于地下15、10及5k m 附近深度[4]。

龙门山断裂为多期次推覆或滑覆的结果。

震前龙门山断裂带及周围地区仅有短水准观测,共有5个场地,复测周期4个月,即隔4个月有1个数。

根据这5个短水准观测资料计算的垂向年速率值变化一直平稳,幅度在1～2mm /a 内变化
[1]。

根据1991年以来GPS 观测结果分析,龙门山断裂带运动速率北段为1154mm /a,中段为2177mm /a,南段为5123mm /a [3]。

可见,总的看法是,龙门山断裂带现今运动速率低。

作为分析预报人员的预期,理想的是大地震发生前,观测速率在中短期可能呈现较明显的速率变化。

若有这种变化可能预示该断裂带活动的开始,可惜这种理想化的观测与预测的现实被扼杀在复杂背景之中,即观测重复周期过长,观测环境的改变,观测场地太少,资料不能有效刻画断裂带的这种运动特征。

四是对人口稠密地区潜在地震危险性估计的把握程度与社会影响的巨大担心等因素。

实质是对地震危险性估计的准确程度,包括地震三要素预测的把握程度,导致中期地震预报提出的难度大大增加。

4　结语和讨论
汶川810级地震的发生再次说明,历史中强地震活动的平静的确是值得我们关注的重要异常现象之
一。

地壳内积累的应变能必然要释放。

四川地区平静达30多年,关注多年,平静多年,很难确定何时释放,或是通过7?地震预测的应用研究看来首先应重视区域蕴震势态的研究和震情跟踪,本文对汶川810级地震前南北地震带大震轮回、首发大震、地震平静或空区,地震条带等的分析和研讨,更深化了这一认识。

可见以往我们提出的一些经验性预测依据有一定合理性,大震发生在其预测空间范围或时间段,这在以后的中期地震趋势分析和预测工作中可以继续使用或跟踪应用。

尽管存在偏差。

通过强震活跃与平静特征、强震活动格局变化,研究得到南北地震带将是未来几年强震的主体活动区之一的结论是正确的,虽然没有提及发生8级大地震。

以上这些用于中国大陆西部地震大形势的统计依据并没有因汶川地震的发生而被否定,相反,2008年3月21日新疆于田713级地震和5月12日汶川810级地震的发生在某中程度上说明,这些经验或统计性预测依据无论是在强震发生的时间判定还是主体活动区的判定方面仍可作一定的参考。

根据上世纪以来四川及邻区地震活动经历了多次活跃—平静—活跃的轮回,在各个活跃幕中,强震的活动区域存在差异,强震发生地点随时间的推移存在东西交替活跃的特征。

1911～1923年、1948～1955年和1985～2003年地震活动主要集中在以川滇菱形块体为主的西部地区,松平和川滇交界东侧处于相对平静状态,而1930～1941年和1966～1976年期间松平和川滇交界东侧明显活跃。

由此推断,在四川及邻区下一个地震活跃时段,松平和川滇交界东侧的地震活动强度将可能明显增加。

汶川地震发生在龙门山断裂上,也是向东迁移的区域之一,仍然维持了以前的空间迁移特征,因此,这也可以作为未来若干年四川地区地震主体活动区预测的依据之一。

从大范围讲,近几年,特别是2004年印尼苏门答腊巨大地震发生以来对中国大陆西部强震的平静,如何认识其影响,作为很严峻的趋势问题提出并多次研究。

鉴于全球巨震活动研究的难度,特别是对中国大陆西部的影响,到底有什么样的关联度,分析十分困难,没有得到有应用价值的研究结果。

而在一定认识层面将区域地震活动反映的具体构造带的孕震意义的认识程度降低。

对地震活动图像在大范围多构造区的蕴震势态分析中的复杂性也体现在其中。

如2001年昆仑山口西811级地震、2004～2005年印尼苏门答腊910、817级地震后两个阶段的影响分析,在这一期间对库玛断裂带东段、安宁河—则木河—小江构造带地震危险性的强调。

龙门山断裂带上的地震活动与青藏高原向东运动有关。

那么,作为青藏高原东部的川青地块(即鲜水河断裂带与龙门山断裂带所夹的地块)及边缘的强震活动与龙门山断裂带上的强震活动有关。

岷江断裂带1713年茂县发生710级地震,1933年迭溪发生715级地震。

虎牙断裂带1976年松潘发生712级地震。

龙门山断裂带历史记载以来发生的最大地震是
・
6・四　川　地　震2009年第3期
1657年汶川615级。

从1976年开始至2008年已32年,仅对这一地块而言,1933～1976年间隔43年。

32年的间隔时间,这也是四川地区7级地震平静时间。

为什么一直强调和重视鲜水河断裂带南段—安宁河—则木河至小江断裂带大震危险性?一是基于重点地震监视防御区的确定,将这一地区作为唯一四川地区全国重点地震监视防御区。

二是有一定潜在地震危险性。

近十余年对该断裂带强震空段很多学者进行了古地震及历史地震研究,共同认为该地段在几百年前发生过大地震,其中的空段是该带当前最可能复发大震的危险地段。

2005年8月5日,位于该带东川段的会泽发生513级地震,似乎表明该带将进入新一轮的强震活跃幕。

虽然2007年以来该区域地震活动出现了减弱的趋势,但这可能是强震前的平静(1998～2001)—活跃(2002～2003)—平静(2004～2004)—活跃(2005)—平静(2006～2007)的后一个平静时段了,因此更应注意未来强震空段(石棉—冕宁段、小江段)发生强震的危险性。

三是2002年以来4级地震活动条带沿这一边界带展布。

因此,以安宁河—则木河—小江构造带的重点监视防御区,各类研究报告划定为未来几年发生6～7级地震的地区。

对地震活动图像在蕴震过程或阶段的估计只能是背景或中期预测的意义,并不能给出短期或临震的判据。

这点对应用实践很重要,即不能将中长期背景的认识与短临预测的成效相混淆。

仅根据历史强震的时空分析和中小地震活动性的分析,作为短临预测依据也是不现实的。

按近年对分析预报的过高要求,鉴于本文给出的预测依据不可能给出几天的确定预测结果,也不能具体到那个县是大震发生区,实际结果往往忽视其有效预测意义。

基于上述首发强震的危险性,由鉴于其时、空、强预测方面的不确定性因素,近年作者多次提出下次首发大震可能漏报的问题。

参考文献
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D iscussi on on the seis m i city and seis m i c tendency of Si chuan Provi n ce
before the 2008W enchuan M 810Earthquake
CHENG W an 2zheng,ZHANG Yong 2jiu
(Earthquake Forecasting Institute,Earthquake Adm inistration of S ichuan P rovince,S ichuan Chengdu 610041,China )
Abstract:Seis m ic peri odicities,first occurring earthquakes,seis m ic quiet peri ods and seis m ic gap s al ong the north 2s outh seis m ic belts of China bef ore the 2008W enchuan M 810Earthquake are discussed .Based on the i m ag 2ines of seis m ic belts and seis m icities before the 2008W enchuan M 810Earthquake,we reconsider the p r oble m s of the earthquake forecasting .W e think that the p r ocessi on and esti m ati on of an earthquake p reparati on based on the seis m icity i m agines are of backgr ound and m iddle 2ter m.And we point out that the p r ocessi on and esti m ati on of an earthquake p reparati on based on the seis m icity distributed over large areas of geol ogical structure are comp licated .Key words:peri odicity of large earthquake;first occurring earthquake;seis m ic quiet;seis m ic belt;the 2008W enchuan M 810Earthquake
・7・2009年9月 程万正,等:论汶川810级地震前的地震活动及趋势估计问题。