薛艷， 劉杰， 姜祥華

中國地震臺網(wǎng)中心， 北京 100045

0 引言

地震活動在時、空尺度上具有非均勻分布的特點(diǎn).受活動構(gòu)造的控制，空間上密集成帶；時間上表現(xiàn)為活躍—平靜的交替性，即周期特征(梅世蓉，1960；Fedotov，1965，1968).Mogi(1974)研究了全球主要構(gòu)造帶淺源大震活動的周期性，注意到地球高、低緯度范圍內(nèi)主要地震帶之間地震有交替活動的現(xiàn)象.Ma等(2006)提出了低緯度環(huán)球剪切帶(E系)的概念，即斜切赤道的環(huán)球大剪切帶，主要由13條走滑斷裂帶組成，并研究了該帶與環(huán)太平洋地震帶(P系)7.5級以上地震的時間分布特征，發(fā)現(xiàn)兩者本身和兩者之間都存在15～18年的準(zhǔn)周期交替活動.在此基礎(chǔ)上，杜品仁等(2010)對E系的空間位置進(jìn)行了較大調(diào)整，其中改動大的區(qū)域主要是中亞及中國西部地區(qū)，其北邊界從35°N附近擴(kuò)展至40°N附近，包括了原來不在E帶范圍的2001年昆侖山口西地震和2008年汶川地震(圖1).研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)P帶和E帶兩者本身和兩者之間7.5級以上地震都存在15～18年的幕式交替活動，且推斷E系是另一條全球尺度地震帶.杜品仁等(2011)和宋治平等(2013)對全球主要構(gòu)造區(qū)域的顯著周期進(jìn)行了詳細(xì)研究.Tanaka(2014)研究了日本海溝及環(huán)太平洋地震帶各主要構(gòu)造區(qū)域地震活動周期性及其成因.地震活動周期研究對中長期預(yù)測具有重要的參考意義(張國民和李麗，1998).

圖1 全球1950年以來6級以上地震分布與研究區(qū)域示意圖圖中紅色和黑色線分別為環(huán)太平洋地震帶(P系)和低緯度環(huán)球剪切帶(E系)，藍(lán)色三角形為大三角地區(qū)，灰色線表示板塊邊界，修改自杜品仁等(2010).Fig.1 Epicenter distribution of the global earthquakes with M≥6.0 since 1950 and the schematic diagram of study areasIn the picture,the red and black lines denote the circum-Pacific seismic belt (P-system) and the low-latitude circum-earth zone (E-system) respectively. The blue triangle denotes the great triangle region and the grey lines are plate boundaries. This figure is modified from the study of Du et al.(2010).

2004年印尼蘇門答臘發(fā)生MW9.1地震，之后發(fā)生2005年印尼蘇門答臘MW8.6地震和2010年智利MW8.8地震，期間全球7、8級地震比較活躍.我們在2010年智利MW8.8地震后，依據(jù)全球7級以上地震能量釋放，采用Morlet小波變換方法，研究了全球、P系和E系(其邊界取自杜品仁等(2010)的最新改動結(jié)果)大震活動特征，提出：全球大震具有50年尺度的活躍與平靜期；當(dāng)前全球地震活動處于2004年開始的以8.5級以上地震活動為特點(diǎn)的大釋放階段，這種狀態(tài)還將持續(xù)數(shù)年；E系處于MW≥7.8大震活躍期的尾聲，而2010年智利MW8.8地震可能標(biāo)志著P系開始進(jìn)入大釋放階段(Xue et al.，2010；薛艷等，2012).

2011年日本本州東海岸近海MW9.1和2012印尼蘇門答臘MW8.6地震的相繼發(fā)生，顯示8.5級以上地震活動仍在持續(xù)，與我們當(dāng)時預(yù)測相符.2019—2020年全球地震活動處于相對平靜狀態(tài)，自2019年5月26日秘魯MW8.0地震至今未發(fā)生8級以上地震.我們在2010年曾預(yù)測這組大震活動可能在2020年前后結(jié)束，自2004年以來全球已發(fā)生了248次7級以上地震，19次8級以上地震，當(dāng)前全球和主要構(gòu)造帶地震活動狀態(tài)如何？8.5級以上地震活躍時段是否結(jié)束？全球和各主要構(gòu)造帶地震活動周期特征如何？需要根據(jù)新的資料進(jìn)行重新研判.

本文將研究全球、環(huán)太平洋地震帶(P系)、低緯度環(huán)球剪切帶(E系)和我國大陸西部及鄰區(qū)(簡稱“大三角”地區(qū))大震活動時間特征.在此基礎(chǔ)上，利用Morlet小波變換定量計算其周期成分，并使用Nowcasting方法，對全球和P系8.5級以上地震、E系8.0級以上與大三角地區(qū)7.8級以上活動狀態(tài)進(jìn)行定量評估.

Nowcasting(實(shí)時評估)概念最早出現(xiàn)于氣象學(xué)領(lǐng)域，其含義是對現(xiàn)在和未來天氣情況預(yù)測，后被應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，作為一種標(biāo)準(zhǔn)策略來評估經(jīng)濟(jì)狀況.

Rundle等(2016，2018)將該方法引入地震學(xué)領(lǐng)域，提出可以用該方法對某一地區(qū)自上次發(fā)生較大地震以來的危險性進(jìn)行評估.具體為，在劃定某一研究區(qū)域后，用小震數(shù)量即自然時間“natural time”(Varotsos et al.，2002，2005，2011；Holliday et al.，2016)作為大震間隔的測量，間接反映研究區(qū)內(nèi)自上次大地震發(fā)生時刻起已經(jīng)積累的應(yīng)力和應(yīng)變水平，根據(jù)當(dāng)前小震數(shù)量計算潛在地震危險性評分(earthquake potential score，EPS)，由EPS結(jié)果可以對一個地區(qū)潛在地震危險進(jìn)行評估.利用該方法，Rundle等(2016，2018)對California-Nevada地區(qū)、Santiago、Chile地區(qū)、日本東京等區(qū)域進(jìn)行了地震危險性評估，還對全球巨大地震風(fēng)險進(jìn)行了分區(qū)評估(Rundle et al.，2019，2020).Luginbuhl等(2018)研究了Oklahoma和Geysers, California地區(qū)的誘發(fā)地震活動.本文將應(yīng)用該方法研究當(dāng)前全球與主要構(gòu)造帶地震活動狀態(tài)，評估其潛在大震危險性.

1 數(shù)據(jù)與評估方法

1.1 數(shù)據(jù)

對于全球大震，本文采用的是1900年以來MW≥7.0地震目錄，其中1900—1999年的資料來源于Engdahl等修訂的全球目錄(Engdahl and Villaseor，2002)，2000年以后采用Harvard大學(xué)提供的全球CMT目錄(https:∥www.globalcmt.org/CMTsearch.html).該目錄的特點(diǎn)是統(tǒng)一用矩震級作為震級標(biāo)度，對巨大地震給出的震級比較準(zhǔn)確，并且1900年以來7.0級以上地震基本完備.此外，還使用了美國地質(zhì)調(diào)查局整理的全球6.0級以上地震目錄(https:∥earthquake.usgs.gov/ earthquakes/search/)，該目錄1950年以來基本完備.

對于大三角地區(qū)，采用中國地震臺網(wǎng)中心整理的1895年以來6.0級以上地震目錄(http:∥data.earthquake.cn)，該目錄為MS震級標(biāo)度.

1.2 評估方法

本文使用兩種定量分析方法：Morlet小波變換和Nowcasting地震潛在危險性評估.小波變換是在各類信號處理中廣泛應(yīng)用的方法，它是通過采用小波包變換，可使任意分頻的處理需求得到基本滿足.本文取研究區(qū)地震年應(yīng)變釋放(Benioff應(yīng)變)作為離散信息源，Morlet小波是采用由Gauss函數(shù)調(diào)制的連續(xù)性平面波計算其周期成分，同時為了檢驗(yàn)小波功率譜是否顯著，還合成兩個正弦函數(shù)作為隨機(jī)噪聲，對其進(jìn)行95%和90%置信區(qū)間檢驗(yàn)，方法詳見尹繼堯等(2011)和薛艷等(2012).

(1)

式中Mλ表示大震震級，Mσ表示小震震級，b由G-R關(guān)系得到.在實(shí)際中，兩次大震之間的小震數(shù)量并非固定值，而是呈一定的分布，據(jù)此可得到經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù).基于經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)，可計算當(dāng)前小震數(shù)n(t)對應(yīng)的累積概率P{n≤n(t)}，這個值被定義為t時刻的EPS分?jǐn)?shù)：

EPS≡P{n≤n(t)},

(2)

式中t為當(dāng)前時間(本文設(shè)定為2020年12月31日)，n(t)為上一次大震以來至當(dāng)前發(fā)生的小地震數(shù).EPS可理解為后續(xù)發(fā)生震級大于等于Mλ地震的潛力.隨著時間的推移和小地震數(shù)的不斷積累，EPS值將增加，一旦發(fā)生大震后，EPS值重置為0.

參考相關(guān)研究成果，本文約定，EPS分?jǐn)?shù)大于等于0.9為地震危險性較大，處在0.7～0.9之間表示存在一定地震危險性，0.7及以下為相對安全.

2 全球地震活動特征

2.1 全球8.5級以上地震活動與7.0級以上地震B(yǎng)enioff應(yīng)變

1900年以來全球8.5級以上地震存在活躍—平靜的交替性，共出現(xiàn)3個活躍時段和2個平靜時段，2個平靜時段分別持續(xù)27.5年和39.9年.前2個活躍時段分別為1905年至1923年和1950年至1965年，持續(xù)17.6和14.5年，分別發(fā)生8.5級以上地震6次和7次.2004年12月26日蘇門答臘9.1級地震開始了第3活躍時段，2012年4月11日蘇門答臘8.6級地震后至今全球沒有發(fā)生8.5級以上地震.如果第3個活躍時段至2012年結(jié)束，則僅持續(xù)7.3年，明顯短于前2個活躍時段；如果第3活躍時段還未結(jié)束，則至2020年持續(xù)16.0年，并未達(dá)到最長活躍時間(17.6年，圖2a，表1).雖然現(xiàn)在8.0級以上地震頻次超過前2個活躍時段，但8.5級以上地震少于前2個活躍時段.由此認(rèn)為，第3活躍時段可能未結(jié)束，仍有發(fā)生8.5級以上地震的可能.

圖2 (a) 全球8.0級以上地震M -t圖(圖中標(biāo)注時間表示活躍時段的起、止時間，年-月)； (b)、(c) 分別為全球7.0級以上地震年Benioff應(yīng)變和累積應(yīng)變曲線(10年窗長，累積結(jié)果在結(jié)束時間顯示；滑動步長1年) Fig.2 (a) M-t chart of MW≥8.0 earthquakes (annotations are the beginning and ending time of active periods)； (b) and (c) are curves of annual cumulative Benioff-strain， and 10-year cumulative strain of MW≥7.0 earthquakes in the globe (the accumulated data is displayed at the end of the time window and the sliding step is 1 year)

表1 全球8.5級以上地震活躍時段的持續(xù)時間和地震頻次統(tǒng)計Table 1 List of duration times and earthquake frequencies in different seismic active periods of MW≥8.5 earthquakes in the globe

由于全球、P系和E系使用的地震目錄為MW震級，先由公式M0=101.5Mw+16.1計算地震矩M0，再根據(jù)公式E=5.0×10-5M0得到地震能量E(Hanks and Kanamori, 1979)，單位爾格ergs，將ergs轉(zhuǎn)換為J，即ergs=10-7J，最后取能量的平方根得到Benioff應(yīng)變.圖2b、c是全球7.0級以上地震B(yǎng)enioff應(yīng)變曲線，可以看出，應(yīng)變曲線的起伏特征與8.5級以上地震活動狀態(tài)一致，表現(xiàn)出大致50年左右的準(zhǔn)周期特征.

2.2 Morlet小波變換定量計算全球地震活動顯著周期

地震震級隨時間的變化(M-t圖)和Benioff應(yīng)變曲線只能對地震活動周期特征給出定性分析，為了定量確定全球地震活動的周期性，取全球7.0級以上地震年應(yīng)變釋放作為時間序列，應(yīng)用Morlet小波進(jìn)行定量計算.結(jié)果顯示(圖3)，地震活動存在3個顯著的周期成分，分別為48.6年、83.7年和3.8年，其中48.6年和83.7年的周期成分均通過了95%的置信度檢驗(yàn)，3.8年通過了90%的置信度檢驗(yàn).最顯著的48.6年周期反映了8.5級以上地震的起伏活動，與我們以前的研究結(jié)果(45.5年)基本一致.83.7年的周期成分大致反映了8.0級以上地震百年尺度的起伏活動，1900—1979年8級以上地震活躍頻繁，年均0.75次；7級以上地震年均應(yīng)變釋放為1.54×109J1/2.而1980～2000年8級以上地震活動明顯減弱，年均0.52次；7級以上地震年均應(yīng)變釋放為1.17×109J1/2.2001年開始8.0級以地震活躍，年均1.05次；7級以上地震年均應(yīng)變釋放為1.74×109J1/2(圖2a、b).但是由于使用的資料僅有120年，83.7年的周期成分需要更長時間的資料來檢驗(yàn).3.8年周期由于時間較短，可看做是長周期內(nèi)的高頻活動，不作為周期來分析(下同).

2.3 Nowcasting方法大震危險性評估

圖4a是全球1950年以來6.0級以上地震震級頻次統(tǒng)計(震級間隔0.1)，圖4b是G-R關(guān)系圖.可以看出，1950年以來全球6.0級以上地震基本完備，擬合b值為1.07.首先通過計算1950年以來8.5級以上地震之間的6.0級以上地震數(shù)得到自然時間，再對自然時間進(jìn)行統(tǒng)計得到經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)，最后根據(jù)全球最后一次8.5級以上地震，即2012年4月11日蘇門答臘8.6級地震后至2020年6.0級以上地震數(shù)得到對應(yīng)的累積概率值，即EPS評分(圖4c).當(dāng)前全球發(fā)生8.5級以上地震潛在危險性EPS評分約為0.91，預(yù)示著發(fā)生8.5級以上地震的危險性較大.

圖4 全球6.0級以上地震震級頻次統(tǒng)計(a)、G-R關(guān)系(b)和EPS評分結(jié)果(c)圖4c中綠色線段為小震數(shù)量統(tǒng)計直方圖，紅色曲線為與之相應(yīng)的累積分布函數(shù)，黑色圓點(diǎn)對應(yīng)上次大震以來的小震數(shù)，相應(yīng)的累積概率值由右邊的“溫度計”進(jìn)行直觀顯示(下同).Fig.4 Statistics on frequency variation with magnitude of global earthquakes with M ≥6.0 (a), G-R relationship (b) and EPS-value (c)In (c), the green histogram denotes the number of small earthquakes, the red curve is the corresponding cumulative distribution function. The black dot denotes the number of small earthquakes since the last great earthquake, and the corresponding cumulative probability value is visually displayed by the “thermometer” on the right.

3 環(huán)太平洋地震帶與低緯度環(huán)球剪切帶地震活動周期特征

3.1 環(huán)太平洋地震帶

圖5是環(huán)太平洋地震帶8.0級以上地震M-t圖(5a)和7.0級以上地震累積Benioff應(yīng)變曲線(5b，10年窗長，1年滑動)，可以看出，該區(qū)8.5級以上地震活動與全球大體一致(圖2)，出現(xiàn)3個活躍時段，分別為1906—1923年、1952—1965年和2010—2020年，環(huán)太平洋地震也呈現(xiàn)50年左右的準(zhǔn)周期特征.

圖5 環(huán)太平洋地震帶8.0級以上地震M -t圖(a)和Benioff累計應(yīng)變曲線(b，10年窗長，1年滑動)Fig.5 M -t chart of MW≥8.0 earthquakes (a) and cumulative Benioff-strain curve (b，the time window is 10 years and time step is 1 year) in the circum-Pacific seismic belt

表2列出了1900年以來環(huán)太平洋地震帶3個8.5級以上地震活躍時段的起止時間、持續(xù)時間和活躍時段內(nèi)發(fā)生的8.0級以上地震情況，可以看出，前2個活躍時段分別持續(xù)17.0年和12.9年，發(fā)生5～6次8.5級以上地震和11次8.0級以上地震.2010年智利8.8級地震開始的第3活躍時段至2020年僅持續(xù)10.8年，發(fā)生2次8.5級以上地震和8次8.0級以上地震，無論是持續(xù)時間，還是8.0級以上地震數(shù)量都明顯小于前2個活躍時段，由此認(rèn)為，環(huán)太平洋地震帶未來數(shù)年仍有發(fā)生8.5級以上地震的可能.

表2 環(huán)太平洋地震帶8.5級以上地震活躍時段的持續(xù)時間和地震統(tǒng)計

取該區(qū)7.0級以上地震B(yǎng)enioff應(yīng)變作為時間序列，采樣時間為1年，計算Morlet小波功率譜(圖6a).結(jié)果顯示，48.6年、83.7年和25.8年為顯著周期成分，其中83.7年、48.6年通過了95%置信度檢驗(yàn)，25.8年通過了90%置信度檢驗(yàn).與全球地震活動一致，環(huán)太平洋地震帶最突出的周期成分為50年左右(48.6年)，反映了該區(qū)8.5級以上地震大釋放的韻律特征.83.7年的周期反映了8.0級以上地震百年尺度的起伏特點(diǎn)，但是由于使用資料較短，僅看到一個周期過程，需要更長時間的地震資料檢驗(yàn).25.8年周期成分反映的是長周期內(nèi)的起伏活動.

環(huán)太平洋地震帶1950年以來6.0級以上地震基本完備，擬合b值為1.03.自2011年3月11日日本本州東海岸近海MW9.1地震后至2020年，該區(qū)8.5級以上地震潛在危險性EPS評分約為0.91(圖6b)，表明發(fā)生8.5級以上地震危險性較大.

圖6 環(huán)太平洋地震帶7.0級以上地震年Benioff應(yīng)變周期譜計算結(jié)果(a)和EPS評分(b)Fig.6 Periodic spectrum of the annual cumulative Benioff-strain of MW≥7.0 earthquakes in the circum-Pacific seismic belt (a) and the result of EPS-value (b)

3.2 低緯度環(huán)球剪切帶

圖7是低緯度環(huán)球剪切帶1900年以來8.0級以上地震M-t圖和7.0級以上地震累積Benioff應(yīng)變曲線(10年窗長，1年滑動)，可以看出，該區(qū)8.0級以上地震存在明顯的活躍—平靜交替特征，共出現(xiàn)4個活躍時段和3個平靜時段，其中活躍時段分別持續(xù)16.3年、18.3年、14.9年和25.0年，平靜時段依次持續(xù)13.0年、14.4年和14.5年(圖7a).即該區(qū)存在30～40年的地震活動期(活躍時段與相鄰平靜時段持續(xù)時間之和).10年累積Benioff應(yīng)變曲線也顯示出4個完整的活躍期，如果以曲線相鄰兩個極高值點(diǎn)作為活動期的起止時間，則大致存在30年左右的活動周期(圖7b).

圖7 低緯度環(huán)球剪切帶8.0級以上地震M -t圖(a)與7級以上地震累積Benioff應(yīng)變曲線(b，10年窗長，1年滑動)Fig.7 M -t chart of MW≥8.0 earthquakes (a) and cumulative Benioff-strain curve of MW≥7.0 earthquakes in the low-latitude circum-earth zone (b, the time window is 10 years and time step is 1 year)

表3是低緯度環(huán)球剪切帶4個8.0級以上地震活躍時段的相關(guān)統(tǒng)計.可以看出，前3個活躍時段大致持續(xù)15～18年，發(fā)生8～9次8.0級以上地震和118～182次7.0級以上地震.第4活躍時段持續(xù)25年，發(fā)生3次8.5級以上、15次8.0級以上和215次7.0級以上地震，其持續(xù)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前3個活躍時段，7.0級和8.0級以上地震數(shù)量也最多.由此認(rèn)為，第4個活躍時段可能于2019年6月結(jié)束.考慮到該區(qū)30～40年的周期特征，并類比前3個平靜時段的持續(xù)時間，認(rèn)為未來10年左右該區(qū)發(fā)生8.0級以上地震的可能性較小.

表3 低緯度環(huán)球剪切帶8.0級以上地震活躍時段的持續(xù)時間和地震頻次統(tǒng)計

Morlet小波變換定量計算結(jié)果顯示(圖8a)，該區(qū)地震活動主要存在83.7年、33.1年和50.6年的顯著周期分，均通過了95%的置信度檢驗(yàn).與前面的分析相同，百年左右(83.7年)周期成分反映的是20世紀(jì)前50年(1900—1950年)地震活動水平整體高于后50年，2001年開始又進(jìn)入了一個強(qiáng)活動時段.30年左右(33.1年)的周期是該區(qū)8.0級以上地震活動韻律特征的反映，且已有資料顯示了三個完整的周期過程，因此該周期成分信度最高.50年左右(50.6年)的周期是1906、1950和2004年三個應(yīng)變釋放突變點(diǎn)的時間韻律.

圖8 低緯度環(huán)球剪切帶7.0級以上地震年Benioff應(yīng)變周期譜(a)與EPS評分(b)Fig.8 Periodic spectrum of the annual cumulative Benioff-strain of MW≥7.0 earthquakes in the low-latitude circum-earth zone (a) and the result of EPS-value (b)

低緯度環(huán)球剪切帶1950年以來6.0級以上地震基本完備，擬合b值為1.00.該區(qū)自2019年5月26日秘魯MW8.0地震后至2020年8.0級以上地震潛在危險性EPS評分約為0.46，表明該區(qū)目前發(fā)生8.0級以上地震的危險性小(圖8b).

4 中國大陸西部及鄰區(qū)強(qiáng)震活動特征

圖9是1895年以來中國大陸西部及鄰區(qū)(大三角地區(qū))MS≥6.0地震年頻次(圖9a)和G-R關(guān)系圖(圖9b).可以看出，1901年以來該區(qū)6.0級以上地震基本完備，擬合b值為0.79.

圖9 大三角地區(qū)MS≥6.0地震年頻次(a)、1901年以來G-R關(guān)系(b)、7級以上地震M -t圖(c)和MS≥6.0地震B(yǎng)einoff累積應(yīng)變曲線(d，3年窗長，1年滑動)Fig.9 Annual frequency of MS≥6.0 earthquakes (a), G-R relationship since 1901(b), M -t chart of MS≥7.0 earthquakes (c) and cumulative Benioff-strain curve of MS≥6.0 earthquakes in the great triangle region (d, the time window is 3 years and time step is 1 year)

大三角地區(qū)1897—1957年大震頻繁，共發(fā)生MS≥7.8(73/4)地震20次，其中8.0級以上地震15次，最大為1897年6月12日印度8.7級地震，平均3年發(fā)生1次7.8級以上地震.而1958—2000年僅發(fā)生1次7.8級以上地震，為1970年1月5日云南通海7.8級地震，表現(xiàn)為相對平靜.2001年青海昆侖山口西8.1級地震至今又進(jìn)入了一個7.8級以上地震活躍時段(圖9c)，目前已發(fā)生7.8級以上地震6次，即該區(qū)7.8級以上地震可能存在百年左右(活躍61年，平靜43年)的周期特征(馬宏生等，2010).

取6.0級以上地震年累積Benioff應(yīng)變(由公式LgE=4.8+1.5MS計算能量，再取平方根得到Benioff應(yīng)變，能量單位J)，計算Morlet小波周期譜，結(jié)果顯示(圖10a)，該區(qū)存在86.8年、48.6～51.0年和23.4年的周期成分，其中86.8年的周期通過了95%置信度檢驗(yàn)，48.6～51.0年和23.8年的周期成分通過了90%的置信度檢驗(yàn).結(jié)合圖9，認(rèn)為23.8年反映了7.8級以上地震的起伏活動，在1895—1970年間共出現(xiàn)3個活躍時段和3個相對平靜時段，活躍時段分別為1897—1912年(持續(xù)15年)、1920—1934年(持續(xù)14年)和1946—1957年(持續(xù)11年)，平靜時段為1913—1919年(7年)、1935—1945年(11年)和1958—1969年(12年)，相鄰活躍時段和平靜時段持續(xù)時間之和(即活動周期)為23—25年左右.

本文得到的百年左右(86.8年)周期最為顯著，反映了該區(qū)7.8級以上地震的起伏活動，但是由于資料時間短，僅看到一個完整的周期，需要更長時間的資料檢驗(yàn).而50年左右的周期成分反映了1905年、1950年和2015年三個應(yīng)變釋放高值點(diǎn)的時間間隔(圖9d).因此，該區(qū)最突出的周期是23.8年.

圖10b是利用大三角地區(qū)自2015年10月26興都庫什7.8級地震后至2020年6級以上地震計算的7.8級以上地震潛在危險性評分，結(jié)果顯示，EPS為0.72，表明該區(qū)有發(fā)生7.8級以上地震危險，但與全球和環(huán)太平洋地震帶發(fā)生8.5級以上地震的潛在危險性相比，危險性較小.

圖10 大三角地區(qū)Benioff應(yīng)變周期譜(a)與EPS評分(b)Fig.10 Periodic spectrum of the annual cumulative Benioff-strain of MS≥6.0 earthquakes in the great triangle region (a) and the result of EPS-value (b)

2001—2015年7.8級以上地震活躍，持續(xù)14年，與前3個活躍時段相當(dāng).2016年至今大三角地區(qū)地震活動較弱，僅發(fā)生3次7.0級以上地震，最大為2016年4月13日緬甸弧7.2級地震，可能處于7.8級以上地震平靜時段.類比前3個平靜時段，2016年開始的平靜時段可能持續(xù)7～12年，也就是說未來2～7年仍可能持續(xù)平靜，發(fā)生7.8級以上地震的可能性較小(表4).

表4 大三角地區(qū)7.8級以上地震活躍時段的持續(xù)時間和地震統(tǒng)計

5 結(jié)論與討論

本文研究了全球和主要構(gòu)造帶大震活動的周期特征，討論了不同地區(qū)的地震活動狀態(tài)，并應(yīng)用Nowcasting方法計算了各研究區(qū)域潛在大震危險性EPS評分，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1)全球、環(huán)太平洋地震帶、低緯度環(huán)球剪切帶和大三角地區(qū)均存在顯著的百年左右周期成分，反映了20世紀(jì)前50年地震活動水平整體高于后50年，進(jìn)入21世紀(jì)又開始出現(xiàn)增強(qiáng)活動的特征.但是由于使用的資料僅有120年，百年左右周期需要更長時間資料檢驗(yàn).

(2)全球和環(huán)太平洋地震帶存在顯著的50年左右(48.6年)的周期，反映了這兩個區(qū)域8.5級以上地震的起伏活動.類比前2個活躍時段，全球自2004年開始的8.5級以上地震活躍時段持續(xù)時間短、地震數(shù)量少，因此認(rèn)為全球仍處在8.5級以上大震活躍時段.EPS評分為0.91，即發(fā)生8.5級以上地震的潛在危險性較大.環(huán)太平洋地震帶自2010年開始的8.5級以上地震活躍時段持續(xù)時間短、地震數(shù)量少，仍處在8.5級以上大震活躍時段.EPS評分為0.91，即發(fā)生8.5級以上地震的潛在危險性較大.

(3)低緯度環(huán)球剪切帶地震活動顯著周期為30年左右(33.1年)，反映了8.0級以上地震的韻律特征.類比分析認(rèn)為，該區(qū)1992年開始的8.0級以上地震活躍時段可能趨于結(jié)束.EPS評分僅為0.46，即發(fā)生8.0級以上地震的潛在危險性較低.

(4)大三角地區(qū)地震活動最顯著周期為23.4年，反映的是7.8級以上地震的韻律特征.自2015年興都庫什7.8級地震后至2020年7.8級以上地震已經(jīng)平靜了5年，類比分析認(rèn)為，當(dāng)前可能處于7.8級以上地震的平靜時段，未來幾年可能仍將持續(xù)平靜.EPS評分為0.72，即當(dāng)前該區(qū)存在發(fā)生7.8級以上地震可能，但危險性不高.

與早期研究結(jié)果相比(薛艷等，2012)，全球和環(huán)太平洋地震帶50年左右、低緯度環(huán)球剪切帶30年左右的周期成分非常穩(wěn)定.馬宗晉等(2006)曾定性研究過低緯度環(huán)球剪切帶與環(huán)太平洋地震帶7.5級以上地震的時間分布特征，發(fā)現(xiàn)兩者本身和兩者之間都存在15～18年的準(zhǔn)周期交替活動，這與本文提出的低緯度環(huán)球剪切帶33年左右周期是一致的，但兩者空間上的交替活動只在某些時段出現(xiàn)，而21世紀(jì)開始的新的大震活躍在這兩個帶上都出現(xiàn)，這可能與50年左右周期的大震活動相關(guān).實(shí)際上，50年左右周期活動全球在2004年蘇門答臘9.1級地震后、大三角地區(qū)2001年中國昆侖山口西8.1級地震后才體現(xiàn)出來.周期成份研究需要更長時間資料的積累.

盡管每個研究區(qū)地震活動都顯示出多種周期成份，但百年、50年左右、30年左右周期是共同特征，這表明可能受統(tǒng)一的因素影響.地震活動最主要的成因是板塊運(yùn)動引起斷層或斷裂帶從彈性應(yīng)變積累到釋放(地震)，但是為什么構(gòu)造不同的地區(qū)有著相近的地震活動周期呢？一些學(xué)者們認(rèn)為可能是受地球外空場周期性變化的影響(Mogi，1974；Ma et al.，2006；杜品仁等，2011；徐道一等，1980)，如天體運(yùn)行、太陽活動(太陽黑子、太陽風(fēng)等)、地球自轉(zhuǎn)等因素.但地球內(nèi)部動力過程是這種周期變化的主控因素，如地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動導(dǎo)致了地球自轉(zhuǎn)速率變化.這種物質(zhì)運(yùn)動是否存在一定的周期性，與外空場周期變化的關(guān)系如何，目前并沒有明確的研究成果.白春華和徐文耀(2010)研究表明地球主磁場的長期變化有百年左右(110年)、50年左右和30年左右的周期成分，與本文研究結(jié)果比較一致，同樣顯示地球內(nèi)部動力過程存在一定的周期成份.

EPS評分能夠根據(jù)上次大震后至今的小震活動次數(shù)，通過對應(yīng)的累積概率定量評估當(dāng)前研究區(qū)域大震潛在的危險性.需要強(qiáng)調(diào)的是，Nowcasting方法給出的EPS評分僅僅描述關(guān)注區(qū)域當(dāng)前的地震危險水平，并不提供未來大震發(fā)生的時間信息.當(dāng)后續(xù)小震十分活躍時，EPS值將快速增加；相反，后續(xù)小震平靜則將導(dǎo)致EPS值不變.本文研究結(jié)果顯示，全球，特別是環(huán)太平洋地震帶仍存在發(fā)生8.5級以上地震的可能，而低緯度環(huán)球剪切帶目前發(fā)生8.0級的危險性較低.中國大陸西部及鄰區(qū)的大三角地區(qū)當(dāng)前處于7.8級以上地震活動相對平靜狀態(tài)，當(dāng)前的EPS值有些偏高，有一定危險性，但由于平靜階段6.0級以上地震頻次累積速度較慢，兩者的分析結(jié)果還是一致的.

致謝謹(jǐn)此祝賀陳颙先生從事地球物理教學(xué)科研工作60周年.