华北地区地震条带的统计分析

王 霞，梁向军，宋美琴

(1.山西省地震局,山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

地震条带图像是地震预测中常用的方法之一。1969年刘蒲雄首次提出地震条带的概念，“通过弱震活动的分析开展地震预报的一些认识，大震前，小震活动出现条带分布，而条带外围广大地区呈现平静的异常图形”[1]。我国地震学家从20世纪80年代开始对地震条带进行认真清理与系统研究，主要是针对中国大陆、四川、云南、新疆、华北及东北地区等的中强震前的条带进行统计分析[2-12]。《中国震例》(1970—2013)的震例总结表明，地震条带是6级以上地震前的主要异常现象，如1976年唐山7.8级、1989年大同-阳高6.1级和1998年张北6.2级等地震前均出现了地震条带[13]。这些震例为我们积累了宝贵的经验。然而，已有的关于地震条带的研究大多是震例的回溯性研究，缺乏系统的清理及预测效能的评估。震前如何利用条带去预测地震的时空强三要素，目前主要通过经验关系式外推或一些定性指标来实现。

华北地区自1998年张北地震后，一直处于5级左右地震活动时段，缺乏MS≥5.0地震前条带的系统性研究。现有的华北地区条带图像研究成果[1,7,8,14]给出一些统计关系式，提供了一定的参考依据，但使用中发现诸多疑问，具体为实际跟踪过程中，一方面部分条带结束后并未发生预期的地震；另一方面，即使采用条带图像预测未来地震，但又缺乏在虚报、漏报、对应率等方面统计检验结果的支持，现有的条带研究成果难以科学地指导日常震情跟踪。因此，有必要采用统一的技术途径、目录，针对华北地区MS≥5.0地震，开展条带指标的清理，服务于华北地区震情形势的跟踪、判定。

1 方法和数据

该文的华北地区是按照华北Ⅰ级块体边界来勾画，因此下文所用的地震目录涉及的是此块体内的地震。首先运用“震级-序号”法、“最大曲率”法(MAXC)、90%和95%的拟合度GFT法对华北地区1970—2017年的地震目录分别处理，结果显示1970—1995年期间的最小完整性震级在ML2.0～3.0之间波动，1996—2008年处于ML2.0附近，2009年至今在ML1.0左右变化(见第2页图1)。综合分析得出华北地区最小完整性震级为ML3.0。通过对华北地区MS≥5地震进行余震删除后，获得49个华北地区MS≥5地震目录(其中5.0～5.9级39个，6.0～6.9级8个，7级以上2个)。

利用上述删除余震的地震目录，按照地震条带的特征和判据，通过SuperSeis的“滑动震中分布图”，设定不同窗长、步长对华北地区1970—2017年的地震目录进行全时空人工识别并提取条带异常，最终识别出41个ML3以上的地震条带(其中28个条带对应地震，13个条带虚报)，逐一整理条带的特征参数，结果如第3页表1所示。

图1 华北地区1970年以来地震目录的完整性震级分析Fig.1 Integrity magnitude analysis of earthquake catalogue in North China since 1970

2 分析结果

该研究识别出的条带中，有2个主震前存在2个条带交汇的现象，分别是1992年1月23日南黄海5.3级(第4页图2)和2005年11月26日江西九江5.7级地震(见第4页图3)，这2次主震发生在条带交汇处，另外在九江5.7级地震前还存在较短的1个近NS向条带(见图3a)；存在的2个条带分别对应了2次地震的情况，即表1中条带5对应了1978年辽宁营口5.9级和东沟5.0级地震，条带28对应了2013年辽宁灯塔5.1级和黄海5.0级地震；还有一些主震前存在不同时段不同起始震级的多个条带，如1976年唐山7.8级地震、1994年南黄海5.3级等；其余对应了主震的条带中有半数是主震前存在1个条带。主震前后条带的M-T图和相应的内外频次比图，以1992年南黄海5.3级地震为例(见第4页图4)，其余条带不再一一列出。对识别出的条带与主震间的关系做如下统计分析。

(1) 条带持续时间与主震震级关系。

从28个对应地震的条带统计来看，条带持续时间在3年以上的占36%，1～3年的占50%，半年左右的占14%，表明中长期地震条带出现的概率较高，而短期地震条带出现的概率偏低。从不同震级档的统计结果看，7级以上地震的条带持续时间在3年以上，6.0～6.9级地震的条带持续时间在2～3年，而5.0～5.9级地震的条带持续时间跨度大，在3个月至3年以上。总体上条带持续时间与主震震级存在一定的线性相关关系，但相关系数较低(见第5页图5)。

(2) 条带长度与主震震级关系。

条带长度与未来主震震级的关系表明，两者存在一定的线性相关关系，但相关系数较低(见第5页图6)。7级以上地震前条带长度达600 km，6级以上地震前条带长度在400 km以上，5～5.9级地震前条带长度在260～1 000 km范围内，这与《测震学分析预报方法》[15]的研究结果较为一致，即中强地震前条带的长度短者为200 km，长者可达900 km。

(3) 条带起始震级与主震震级关系。

条带起始震级与主震震级存在一定的线性相关关系(见第5页图7)，随着起始震级增大，对应的主震震级也相应增大。7级以上地震前存在多个条带，包括背景条带(ML≥4)和弱震条带；5.0～6.9级地震前条带大多数为弱震条带，还有部分为背景条带(起始震级为ML4.0～4.1)。

(4) 条带与主震位置关系。

统计结果显示，2次地震(1992年南黄海5.3级和2005年九江5.7级地震)前存在2个条带交汇，主震发生在条带交汇处，其余主震发生在条带内部和外部各占50%，其中内端部、内部、内中部在条带内部中的比例分别为54%、23%和23%，外端部、外部、外中部在条带外部中的比例分别为38.5%、38.5%和23%。

3 讨论与结论

该研究共识别出ML≥3.0地震条带41个，其中有28个对应华北地区MS≥5地震，13个条带虚报，因此，条带的报准率为68%、虚报率为32%、漏报率52%(25/48)。在此特别说明条带漏报率计算时，由于1976年4月6日和林格尔6.3级地震前目录不全，无法恢复其条带，因此这个地震未列入目标地震的总数。

尽管统计的华北地区ML≥3.0地震条带的持续时间、长度、起始震级均与主震震级存在一定的线性正相关关系，但其相关系数较低，未能通过95%置信水平下的相关系数临界值检验。究其原因，一是可能与华北地区7级以上震例少，以5～6级地震为主，由于震级区间小导致统计关系未能给出很好的线性相关；二是地震条带的方法在大震前出现的比例高，而中强震前出现的比例偏低，华北地区以中强震为主且震前出现地震条带的比例也不高，造成统计样本偏少且相关系数低。

表1 华北地区可识别出的地震条带统计表Table 1 Statistical table of seismic bands identified in North China

吕坚等[11]对《中国震例》中246次MS≥5震例的梳理研究发现，66.7%的7级以上震例出现地震条带异常，针对华北地区44次MS≥5震例中有18次在震前出现地震条带(占比40.9%)。因此，7级以上震例前出现条带比例较高，一定程度上表明条带是大震发生的重要异常判据。考虑到华北地区完整性震级，只开展了ML≥3.0的地震条带识别，华北地区MS≥5地震前出现条带的比例约为50%，因此地震条带仅作为部分地震的预测依据，还应结合其他异常来综合做出研究区域的预测。

图2 1992年南黄海5.3级地震前条带图像Fig.2 Band image before the South Yellow Sea MS 5.3 earthquake in 1992

图3 2005年九江5.7级地震前条带图像Fig.3 Band image before the Jiujiang MS 5.7 earthquake in 2005

图4 1992年南黄海5.3级地震前2个条带的M-T图和内外频次比图Fig.4 M-T maps and internal-external frequency ratio maps of two bands before the South Yellow Sea MS 5.3 earthquake in 1992

图5 华北地区条带持续时间与主震震级关系Fig.5 Relation between the duration of the belt and the magnitude of the main earthquake in North China

图6 华北地区条带长度与主震震级关系Fig.6 Relation between the length of the belt and the magnitude of the main earthquake in North China

图7 华北地区条带起始震级与主震震级关系Fig.7 Relation between the initial magnitude of the belt and the magnitude of the main earthquake in North China