地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (3): 965-972    PDF    
地震震级修订方法
秦四清 , 杨百存, 薛雷, 李培, 吴晓娲    
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029
摘要: 对无仪器记录的历史地震,基于灾害信息给出的震级参数往往误差较大;即使有仪器记录以来,对某些较大地震事件,不同地震台网测定的震级值仍相差较大,这需要确定合理的地震震级值.为此,基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了地震震级修订方法,并据此修订了全球地震目录震级参数,本文研究结果可供有关部门修订地震目录时参考.基于修订的参数,本文还讨论了全球是否已进入地震活跃期这一热点问题.
关键词: 地震目录     震级修订方法     地震活跃期    
Revision method of earthquake magnitude
QIN Si-qing     
Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
Abstract: In general, there is large error of magnitude parameters evaluated from disaster information for the historical earthquakes. Even for the earthquakes recorded by instruments, the magnitude values measured by different seismic networks are still quite different for some large events. Based on the brittle failure theory of multiple locked patches in a seismogenic fault system, we present a revision method of earthquake magnitude and then revise the magnitude parameters of global earthquake catalog, which could be referenced by the department concerned. In addition, we also discuss a hot issue whether the earth has entered into the seismic active period using the revised parameters.
Key words: earthquake catalog     revision method of earthquake magnitude     seismic active period    
0 引 言

地震目录是指按照时间顺序,对地震的时、空、强等参数进行收录,编辑成册的目录资料( 徐伟进和高孟潭,2014),包括历史目录和仪器目录两部分( 陈龙生等,1997).对无仪器记录的历史地震,基于灾害信息给出的震级参数往往误差较大;即使有仪器记录以来,对某些较大地震事件,不同地震台网测定的震级值仍相差较大,这需要确定合理的地震震级值.在地震预测研究、地震危险性评价与地震活动性分析时,若采用不合理的震级参数,会严重影响结果的可靠性. 秦四清等(2014b)曾对中国历史地震目录某些震级参数提出了修订建议. 秦四清等(2016a b c)在研究中国及其周边地区、环太平洋地震带和欧亚地震带各地震区(图 1,其数字编号对应的地震区名称见表 1)震情时,曾修订了某些震级参数,并提出了地震事件量级匹配原则.以此为基础,本文将提出地震震级修订方法,并给出全球地震目录震级参数修订结果.基于修订的参数,本文还将讨论全球是否已进入地震活跃期这一热点问题.

图 1 全球主要地震区划分图(2.0版) Fig. 1 Division map of main seismic zones in the world(Version 2.0)

表 1 全球主要地震区名称 Table 1 The seismic zone and its number in the world
1 震级修订方法

MCMF为某一地震区锁固段膨胀点和峰值强度点对应的标志性地震事件震级,MP为锁固段在此期间发生的preshock或foreshock事件震级,在MCMFMP震级标度统一的情况下,其震级关系( 秦四清等,2016c)一般满足:

主震事件前的第k个和k+1个锁固段峰值强度点对应的标志性地震事件震级,常呈现如下关系:

其中,MF(k+1)=MF(k)-0.2较为多见.

根据上述公式,可给出合理的震级范围; 再参考不同地震台网及学者提供的震级参数,根据 秦四清等(2010)提出的如下临界应变表达式:

确定最优值.式中,Sc为第1锁固段膨胀点对应的CBS值,Sf(k)为第k个锁固段峰值强度点对应的CBS值.以下将以普洱、西昌和昆仑山口西地震区为例,说明具体的修订方法.

2 普洱、西昌和昆仑山口西地震区震级修订 2.1 普洱地震区

秦四清等(2016b)曾指出1652年弥渡地震对普洱地震区震情分析影响较大.若该震为MS 7.0级,则该区当前周期主震事件尚未发生;若该震为MS 7.5级,可认为其是该区第1孕育周期的主震事件. 秦四清等(2015)指出,第2孕育周期开始后,普洱1923年7月1日MS 6.5级地震,是1884年11月14日MS 6.5级地震与1942年2月1日MS 6.75级地震之间的1次显著preshock事件. 谢虹等(2014)通过历史地震资料考证、地形地貌调查与断裂新活动特征对比,给出1884年普洱地震为M 6.75级.由式(2)知,该震震级不应小于MS 6.7级,据此我们认为将其修订为MS 6.75级合理.

图 2示出了该地震区第2孕育周期经误差修正后标志性地震事件之间的力学联系.根据普洱1884年11月14日MS 6.75级地震前的CBS值,可较准确的连续预测到1942年2月1日MS 6.75级地震和1979年3月15日MS 6.8级地震的临界CBS值.根据 秦四清等(2014a)提出的主震事件判识原则,判断该区当前孕育周期存在第3锁固段,当其被加载至峰值强度点时,应发生标志性地震事件.

图 2 普洱地震区1884.11.14 -2015.11.21之间CBS值与时间关系(第2孕育周期)
(数据分析时选取MS≥5.2级地震事件;横坐标对应的时间减去3000年为实际年份;误差修正已被考虑)
Fig. 2 Temporal distribution of CBS in the period from 14 November 1884 to 21 November 2015 for the Puer seismic zone(2nd Seismogenic period)
(The earthquake events with MS≥5.2 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年11月21日,该地震区CBS监测值约为5.08E+08J1/2,远离临界值5.72E+08J1/2,对该地震区未来震情预测结果可参考文献( 秦四清等,2015 2016b).

2.2 西昌地震区

秦四清等(2016b)曾修订了该区某些地震参数,并指出1216年3月24日四川雷波东北MS 7.0级地震,是西昌814年4月6日MS 7.0级地震与1536年3月29日MS 7.5级地震之间的1次显著preshock事件.由式(2)知,1216年雷波东北地震不应超过MS 6.8级. CEDC给出该震震中烈度为IX度,类比该区1489-1952年发生的震中烈度均为IX度的5次MS 6.75级地震,我们认为将该震修订为MS 6.75级合理.对1480年9月22日四川越西MS 5.5级地震, 孙成民等(2010)给出该震为M≥6.0级,震中烈度为VIII度,根据有关震中烈度(I0)与震级(M)经验公式估算(表 2),将其修订为MS 6.1级合理.

表 2 按经验公式估算的1480年越西MS 5.5级地震震级值 Table 2 The magnitude values of the 1480 Yuexi MS 5.5 earthquake estimated by empirical formulas

图 3示出了该地震区当前孕育周期经误差修正后标志性地震事件之间的力学联系.根据西昌814年4月6日MS 7.0级地震前的CBS值,可较准确地连续预测到1536年3月29日MS 7.5级地震与1850年9月12日MS 7.5级地震的临界CBS值.根据 秦四清等(2014a)提出的主震事件判识原则,判断该区当前孕育周期存在第3锁固段,当其被加载至峰值强度点时,应发生标志性地震事件.需指出的是,1844年8月云南大关北MS 7.0级地震,是1850年西昌MS 7.5级地震前的1次显著preshock或foreshock事件.

图 3 西昌地震区公元前26.3.26 -2015.11.21之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取MS≥6.1级地震事件;横坐标对应的时间减去3000年为实际年份;误差修正已被考虑)
Fig. 3 Temporal distribution of CBS in the period from 26 March B.C. 26 to 21 November 2015 for the Xichang seismic zone
(The earthquake events with MS≥6.1 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年11月21日,该地震区CBS监测值约为9.54E+08J1/2,已接近临界值9.62E+08J1/2.对该地震区未来震情预测结果,可参考文献( 秦四清等,2016b).

2.3 昆仑山口西地震区

秦四清等(2016b)曾修订了该区某些地震参数,并指出1997年11月8日西藏玛尼MS 7.4级地震,是1973年7月14日玛尼北部MS 7.5级地震与2001年11月14日青海昆仑山口西MS 8.0地震之间的1次显著preshock事件. 许力生和陈运泰(1999)利用长周期波形资料反演1997年玛尼大震时空破裂过程时,认为拉萨台的震相拟合最佳; 冯浩(1999)给出了中国地震台网各台站对该震的记录,其中拉萨台站测定该震为MS 6.6级,高台、贵阳和沈阳台站测定该震均为MS 7.3级.由式(2)知,1997年玛尼地震不应超过MS 7.3级,据此我们认为将其修订为MS 7.3级合理.

图 4示出了该地震区当前孕育周期经误差修正后标志性地震事件之间的力学联系.根据1924年7月3日和14日新疆民丰东MS 7.25级双震前的CBS值,可较准确地连续预测到1973年7月14日西藏尼玛北部MS 7.5级地震与2001年11月14日青海昆仑山口西MS 8.0地震的临界CBS值.根据 秦四清等(2014a)提出的主震事件判识原则,判断该区当前孕育周期存在第3锁固段,当其被加载至峰值强度点时,应发生标志性地震事件.

图 4 昆仑山口西地震区1924.7.3 -2015.11.21之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取MS≥5.6级地震事件;误差修正已被考虑)
Fig. 4 Temporal distribution of CBS in the period from 3 July 1924 to 21 November 2015 for the seismic zone of the west of Kunlun mountain pass
(The earthquake events with MS≥5.6 are selected for data analysis. The error correction is also considered.)

截止到2015年11月21日,该地震区CBS监测值约为1.14E+09J1/2,远离临界值1.24E+09J1/2.对该地震区未来震情预测结果,可参考文献( 秦四清等,2016b).

3 全球地震目录震级参数修订结果

根据上述修订方法,并参考 秦四清等(2016a b c)对中国及其周边地区、欧亚地震带和环太平洋地震带各地震区的震情分析以及本文结果,给出了全球地震目录震级参数修订值,列于表 3.

表 3 全球地震目录震级参数修订结果 Table 3 The revised result of magnitude parameters of global earthquake catalog
4 全球是否进入了地震活跃期?

近些年全球大震频发,有关地震活跃期的讨论已成为备受学者和社会关注的热点问题.地震活跃期指一个地震带(区)的地震活动随时间呈现成丛分布的时段( 皇甫岗,2009). 杜品仁(1993)通过统计分析全球1897-1990年发生的MS≥7.0级浅源地震,指出全球主要地震区都存在18.6年地震轮回,其活跃期为12.4年,平静期为6.2年; 薛艳等(2012)通过分析1900年以来全球地震活动性,认为全球地震具有50年尺度的活跃期与平静期. 秦四清等(2016a b c)对全球各主要地震区的研究表明,主震事件孕育历时均很长,一般在数千年乃至上万年.弄清地球是否进入了地震活跃期这一科学问题,时间尺度不能采用“数十年”或“百年”尺度,而应采用“千年”尺度.

基于 宋治平等(2011)提供的《全球地震目录》,并考虑上述修订后的震级参数,可绘制全球地震活动M-t图.从图 5可看出,约从1510年起全球进入了地震活跃期(尤其是M≥8.0级地震更为显著),且一直持续至今. 秦四清等(2016a b c)通过大量的震例分析,认为全球各主要地震区当前周期主震事件尚未发生,自第1锁固段峰值强度点标志性地震事件发生后,锁固段的加速破裂速率显著增大,因此随着时间延续,地震次数将呈现增多的趋势;越临近主震,标志性地震事件震级将逐渐增大,相应的preshock或foreshock事件震级也随之增大.因此可以推断,在未来相当长的时间,全球的地震活动将呈现越来越活跃的趋势,世界各国的防震减灾工作任重而道远.

图 5 10-2011.5.15 间全球地震活动M-t图(a)M≥7.0;(b)M≥7.5;(c)M≥8.0;(d)M≥8.5. Fig. 5 M-t chart of global earthquakes between 10 and 15 May 2011
5 结 论

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了地震震级修订方法,以普洱、西昌和昆仑山口西地震区为例说明了具体步骤;给出了全球地震目录震级参数修订值,本文研究结果可供有关部门修订地震目录时参考.基于修订的参数,本文还讨论了全球是否已进入地震活跃期这一热点问题.结果表明,全球约在1510年进入了地震活跃期,并一直持续至今.预计在未来相当长的时间,全球的地震活动将呈现越来越活跃的趋势.

致 谢  感谢国家自然科学基金资助项目(41572311;41302233)对研究工作的资金支持.

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