常 明，羅 龍，羅國富

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

地震是一種巨大的地質(zhì)自然災害現(xiàn)象，這已經(jīng)是人類社會的共識[1]。自19 世紀70 年代現(xiàn)代地震學的創(chuàng)立以來，地震預測一直是地震學研究的重要課題之一，國內(nèi)外許多地震學者不斷探索地震預測、預防和預警的方式方法。隨著地震學的發(fā)展，許多學者對地震活動特點規(guī)律、地殼結構研究、前兆觀測、地震孕育和發(fā)生機理的研究都有了新的認識，不斷豐富了人類對地震這一自然規(guī)律的認識和探索[2]。

21 世紀90 年代以來，地震預測研究向著多方向、多學科、多方法、相互交叉的方向發(fā)展，人類也逐漸意識到地震預測不是某種方法、單一理論就可以攻克的，需要多學科、多手段綜合判斷。地震預測主要包括地震發(fā)生的時、空、強三要素。因此要想準確進行地震預測，就需要從地震活動的時空強三要素進行分析。為此地震活動圖像分析一直是國內(nèi)外地震預報研究中廣泛采用的方法。為了進一步定量化描述地震活動的狀態(tài)，地震學學者發(fā)展了很多有用的地震活動性參數(shù)方法，用以表述區(qū)域地震活動狀態(tài)，從而把握地震的危險程序，例如b值、缺震、Mf 值、調(diào)制比、響應比、頻度和地震加速釋放等[3-5]。

1985 年谷繼成從模糊集合論的角度出發(fā)，采用模糊熵和歐幾里得距離的概念提出的地震活動度S[6]。本文根據(jù)該定義以2015 年4 月15日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8 級地震為震例，計算寧夏及鄰區(qū)地震活動度S 的空間時空圖像，分析震前S 值活動變化，探討地震學參數(shù)掃描在實際地震震情監(jiān)視中的作用。

1 地震學參數(shù)原理

根據(jù)定義[6]模糊集A 對應的地震活動度為：

式中w（xi）為權因子，為μA（xi）為隸屬函數(shù)。在考慮地震活動度隨時間的變化時，需要考慮記憶效應。用兩個分布模式P（t）、P（t′）的覆蓋率來描述記憶性的強弱。公式（1）中權因子w（xi）要求：

在對上述各種因素進行界定后，最后給出地震活動度S 的計算公式為：

其中權因子為：

2 資料選取和處理

自1970 年以來，寧夏及鄰區(qū)共記錄到5.0級以上中強地震如表1 所示，M-t 圖如圖1 所示。

表1 1970 年以來寧夏及鄰區(qū)5.0 級以上地震

圖1 1970 年以來寧夏及鄰區(qū)Ms5.0 級以上地震M-t 圖Fig.1 M-t diagram of Ms≥5.0 earthquakes in Ningxia and its adjacent areas since 1970

從圖1 可以看出寧夏及鄰區(qū)中強以上地震在時、空分布上極不規(guī)律，從1970 年以來寧夏及鄰區(qū)地震活動大體經(jīng)歷了2 個時段：1970—1991 年、1992—2018 年。在1970—1991 年研究區(qū)地震非?；钴S，最大地震為1976 年9 月23日內(nèi)蒙古巴音木仁6.2 級地震，另外寧夏吳忠、靈武地震窗強震活躍，地震類型為雙震、多震型[7]。1992—2018 年 寧 夏 及 鄰 區(qū) 除2000 年6 月6 日甘肅景泰5.9、2015 年4 月15 日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8 級地震、2017 年6 月3 日內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟阿拉善左旗5.0 級地震后，再無5 級以上地震發(fā)生，且這3 次地震均是發(fā)生在區(qū)外，寧夏境內(nèi)無中強以上地震發(fā)生，因此該時段具有長時間平靜、強度頻次偏弱的特點。

考慮地震孕震過程的復雜性、主震類型的多樣性、地震震前、震后應力區(qū)的調(diào)整期等因素，本文在震例選取上，選擇孤立型、主余型的震例，震例前應具備長時間的弱震資料，且震例震中區(qū)附近10 年內(nèi)再無中強震的資料為研究對象，以此排除上述復雜影響因素。因此本文選取2002—2015 年的弱震目錄為研究資料，采用K-K 法[8]刪除余震，以2015 年4 月15 日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8 為震例研究、研究區(qū)范圍為寧夏及鄰區(qū)[7]。該時段周邊長時間平靜，具備足夠的弱震資料。

根據(jù)鄧明德[9]對西北四省測震臺網(wǎng)監(jiān)測能力進行的研究，王玉霞[10]結合地震分析編目實踐的結果，本文研究區(qū)監(jiān)測能力下限為ML≥2.5，上限為ML＜5.0。為保證掃描區(qū)間弱震樣本數(shù)量，采用方形網(wǎng)格，以1×1°為邊長，0.05°為滑動步長；以3 個月為時間窗長，3 個月為滑動步長，對寧夏及鄰區(qū)進行S 值掃描。

3 計算結果

由于掃描結果圖幅較多，因此下面只是將結果部分展出（圖2）。圖中可以看出，寧夏及鄰區(qū)S 值高異常主要分布在甘肅白銀、寧夏固原、吳忠靈武、內(nèi)蒙烏海地區(qū)，這與寧夏地區(qū)小地震活躍區(qū)相吻合。另外高異常區(qū)域基本與該區(qū)域發(fā)生ML4 級地震有關，例如2002 年01-06 月，甘肅白銀出現(xiàn)S 值異常，隨后異常轉(zhuǎn)到寧夏固原地區(qū)（圖2a，2b），同時內(nèi)蒙古烏海地區(qū)也有小范圍高異常存在，隨后S 值處于大范圍低值平靜；2003 年7—9 月S 值集中在甘肅白銀、寧夏固原地區(qū)，而在2003 年7 月2 日甘肅白銀有一次ML4.9 級地震（圖2c）；再如2009 年10—12 月、2010 年4—6 月、2012 年10—12 月（圖2d-f）等S 值高異常區(qū)均可在該區(qū)域內(nèi)找到對應的ML4 級左右的地震。

圖2 2002—2014 年寧夏及鄰區(qū)S 值時空掃描結果Fig.2 Spatial and temporal scanning results of S-value in Ningxia and its neighboring regions from 2002 to 2014

掃描結果顯示2013 年11 月27 日在內(nèi)蒙古烏海發(fā)生一次ML4.5 級地震，致使該區(qū)域S 值出現(xiàn)高值異常（圖2g）后，2014 年2 月28 日寧夏石嘴山發(fā)生一次ML4.4 級地震，該區(qū)域S值再次出現(xiàn)高值異常圖2h）。這2 次地震高值異常出現(xiàn)在2015 年4 月15 日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8 級地震震中區(qū)域附近，間隔時段分別為震前1 年和1.5 年。此后除甘肅白銀地區(qū)出現(xiàn)S值高值異常外，寧夏及鄰區(qū)再無高值異常區(qū)域。

4 分析和討論

通過上述S 值掃描計算，可以發(fā)現(xiàn)地震活動度S 參數(shù)確實能表征區(qū)域地震活動性狀態(tài)，該參數(shù)對中強以上地震敏感，S 值高區(qū)域一般是由中等地震引起；在2015 年4 月15 日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8 級震前1.5 年，震中區(qū)S 值出現(xiàn)了高值異常，異常消失后研究區(qū)呈現(xiàn)平靜—地震過程。需要指出，2015 年5.8 級地震前，S值高異常多次出現(xiàn)，但都沒有對應地震，而高值也是因為弱震目錄中含有ML4.0 級左右地震引起的。

東北地區(qū)2019 年第三季度ML≥3.0 級地震目錄The Earthquakes（ML≥3.0）Catalogue of Third Quarter in Northeastern Area，2019.

由于實際地震監(jiān)測工作中，ML4.0 級地震發(fā)生后地震科技工作者往往通過大量的研究震中附近ML4.0 級左右歷史地震的情況，結合震例加以分析討論，該結果往往優(yōu)于地震學參數(shù)掃描方法得出的結論。不同區(qū)域、發(fā)震構造的不同，導致ML4.0 級地震有可能成為預示后續(xù)大震的“信號震”，也可能僅僅只是一次孤立的正常地震事件。在S 值參數(shù)掃描中，如果剔除弱震目錄的ML4.0 級地震，則可能遺漏有用的震兆信息，包含ML4.0 級地震又會增加一些虛報的異常信息，這些都是需要在實際工作中深入討論的內(nèi)容。

另外，雖然在甘肅華亭地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)S 值高值異常，但經(jīng)過走訪落實發(fā)現(xiàn)該區(qū)域是礦區(qū)，經(jīng)常會有爆破、塌陷等地震動事件發(fā)生，因而該區(qū)域S 值異常是由于地震目錄中混入了礦震等人為干擾事件。地震學參數(shù)時空掃描中，震級下限關系到地震完整性問題，但是弱震上限也是一個不容忽視的問題，較大的弱震會改變地震學參數(shù)的量值，引入的異常可能不能準確反映未來中強地震的震兆信息，這需要在參數(shù)掃描中認真選取。