研究地震区或地震带内不同时间尺度的地震活动规律对探讨地震成因^[1]和地震中、长期预测^[2]，甚至短期预测^[3]都具有重要意义.地震时间分布在几年至几十年内所显示的强弱和多少的交替现象称为幕式活动^{[4, 5]}.地震强而多的幕称为活跃幕，弱而少的幕称为不活跃幕，与常用的活跃期与不活跃期或平静期同义.长期以来，研究地震的幕式活动，大都限于空间尺度较小的地震区或地震带，很少涉及全球尺度，所以文献[6]得出的低纬度环球剪切带（E带）和环太平洋带（P带）内的大地震，不但在两带之内而且在两带之间，都存在15~18年的幕式交替活动，是很值得关注的现象，因为E带横跨东西半球，而P带纵贯南北半球，皆为全球尺度的地震带.文献[6]得出这一结果所用地震为1900~2003年间的M_W≥7.5地震.2004年以来的5年多内，又发生了印尼苏门答腊大地震和中国汶川大地震等多个大地震.该文所得的这种幕式活动现象还存在吗？如何检验这种现象的可靠性？E带的太平洋段横切P带有何依据？这一现象的成因是什么？本文将对这些问题进行探讨.

地震的时空分布特征，往往会随时间和空间变化.在时间段和空间区域确定之后，还会随地震目录和震级范围的选取而变，因为这些因素都会改变统计样本的数量.统计结果随地震目录改变的原因是由于地震震级标度不统一.因此，做这类统计分析最好选归一化地震目录.迄今为止，大多数浅源地震目录用的是短周期面波震级M_S.Mogi^[1]早就指出，M_S不适合作为地震能量释放的定量标度，但当时还没有替代M_S的浅震震级.自Kanamori^[7]提出矩震级M_W后，地震，特别是特大地震的大小，才有了更好的标度.因此，本文所用地震目录为用PachecoandSykes提供的浅源大地震目录^[8]和哈佛大学的CMT目录^[9]中的标量地震矩M_O计算的M_W≥7.0浅源地震目录.其中，1900~1976年，用Pacheco and Sykes的数据，1977年起用哈佛大学数据.矩震级M_W按文献[8]中所用公式计算.

检验幕式活动的显著性，采用χ²检验，以均匀分布为零假设.计算公式为

式中k为地震幕数，此处为7；T_i为理论频数=每幕时间长度×地震总数/总时间长度；A_i为实际频数=每幕实际地震数；自由度为6.除最近一幕的截止时间为2008年外，每幕的起止时间与文献[6]同.

本文所定义的E带范围，由图 1中的MH、INA、PM、SAN和CAB等5个区及2个无M_W≥7.0浅源地震的黑线区BK1和BK2组成.这些区域以及P带各区，大都在板块边界附近.分区边界依据地质构造或地震活动情况而定.与文献[6]的E带相比，在下述地区作了较大改动：（1）中亚及中国西部地区，北边界从35°N附近扩展至40°N附近，包含了原不在E带范围的2001年中国昆仑山地震和2008年中国汶川地震；（2）东南亚地区，北边界略微南移至纬度0°附近；（3）南美大陆西北部地区，南边界从30°S附近北移至20°S附近。这些改动基于下述考虑：（1）将整个青藏高原区纳入E带范围；（2）使E带为Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ等奇数幕地震较多的连续区.与此相应，P带由图 1中PWN、PN、PEN、PWS和SAS等5个区组成.

图 1

Fig. 1

图 1 E带和P带及其分区 Fig. 1 Map showing the E zone and P zone and their regional subdivision

表 1和图 2显示了在地震目录的时间延长5年、空间范围也有变动后E带和P带地震的幕式活动情况.就E带而言，文献[6]中M_W≥7.5地震总数为117，时空扩展后，变为133，增加了16次，其中第VII幕就增加了13次.地震总数有1/10以上的变动后，原来得出的幕式活动是否依然存在，是本文要探讨的一个主要问题.依据χ²检验，可对此做出回答.按文献[6]表 2的数据计算，可得E带M_W≥8.0，M_W≥7.5和M_W≥7.0这三个级别的χ²值依次为9.35，20.89，8.30；时空扩展后相应的χ²值（表 1）为20.79，28.21和11.82.由此可清楚地看出，新结果中E带大地震的χ²值都比按文献[6]计算所得χ²值大.自由度为6，置信水平α=0.05的χ²分布值为12.592，表 1中E带的M_W≥7.5和M_W≥8.0地震所得的χ²值已远大于此值，表明E带大地震的时间分布与均匀分布差异明显，幕式活动显著.对E带的M_W≥7.0地震，其χ²值也接近此值.对P带而言，这3个级别大地震的χ²值则与按^[6]计算所得值接近，都只能在较低的置信水平下才能通过χ²检验，表明其幕式活动并不十分显著.

图 2

Fig. 2

图 2 全球MW≥7.5大地震的幕式活动 Fig. 2 Episodes of MW≥7.5 earthquakes in the world

表 1(Table 1)

表 1 E带和P带的幕式活动 Table 1 Earthquake episodes of E zone and P zone

表 1 E带和P带的幕式活动 Table 1 Earthquake episodes of E zone and P zone

表 2(Table 2)

表 2 E带各区MW≥7.5地震的幕式活动 Table 2 MW≥7.5 earthquake episodes for each subregion of E zone

表 2 E带各区MW≥7.5地震的幕式活动 Table 2 MW≥7.5 earthquake episodes for each subregion of E zone

图 1所示E带各区M_W≥7.5地震的幕式活动情况列于表 2.因奇数幕的时间总长度为60a，而偶数幕的时间总长度仅为49a，为衡量各区奇数幕还是偶数幕的地震更活跃，引入了两者年均数之比的参数OER.由表 2可见，E带各区的OER值均在1.59以上，显示了奇数幕活跃为其共同特点.但是，各区的幕式活动也存在较为明显的差别.从各区的χ²值看，MH、INA和CAB3个区可以在α=0.05的置信水平下通过χ²检验，其余两区的χ²值则较小.由于χ²值反映的是各幕的地震数与平均数的偏离，只要有1幕或2幕的地震数特别多，便可得出大的χ²值，因而χ²值大并不能代表幕式起伏明显，如INA区的高χ²值仅由其第VII幕地震特别多所致.各幕的年均地震数EM是幕式起伏情况的表征.由此看出PM和SAN这两个χ²值低的区强弱节奏更鲜明.

E带各区的组合可以揭示E带大地震的幕式活动是怎样构成的.图 3点划折线MH-INA是MH区与INA区组合后大地震的幕式活动图像. MH区从亚速尔三联点至缅甸东南，即地中海-喜马拉雅地区，为非洲、阿拉伯和印度板块与欧亚板块的边界及其附近地区.INA区从巽他弧至班达弧，是澳大利亚板块与欧亚板块的边界及其附近地区.二者的组合，正好构成欧亚板块南缘，其构造含义十分清楚，但其大地震的幕式活动只在第Ⅲ幕和第Ⅶ幕特别明显，Ⅰ、Ⅱ幕间和Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ幕间的差别则很小.图 3黑折线显示，当MH和INA区再与PM区组合在一起后，活跃幕与不活跃幕的交替才变得明朗.PM区是澳大利亚板块与太平洋板块边界的赤道附近地区，是板块运动速率最大，板块运动方向变化最大的地区；在这一地区的E带幕式活动节奏中起主导作用.上述3个地区再加上SAN和CBA区，就构成了低纬度环球带.图 3虚折线显示，其E带幕式活动更为明显.可见，表 1和图 2所显示的E带的幕式活动，是这条带大地震的群体活动特征，而且如不将太平洋中部的PM区纳入此带，则没有如此明显的幕式活动呈现.

图 3

Fig. 3

图 3 E带及其区域组合的MW≥7.5地震幕式活动 Fig. 3 MW≥7.5 earthquake episodes in E zone and its combined subregions

图 1所示P带各区M_W≥7.5地震的幕式活动情况列于表 3.从χ²值看，P带各区的χ²值都较低，说明其与均匀分布的差别较小.OER值都在0.92以下，说明其共同特点是偶数幕较为活跃.从各幕的年均地震数EM值看，没有一个区呈现偶数幕都活跃，奇数幕都不活跃的鲜明节奏.

表 3(Table 3)

表 3 P带各区MW≥7.5地震的幕式活动 Table 3 MW≥7.5 earthquake episodes for each subregion of P zone

表 3 P带各区MW≥7.5地震的幕式活动 Table 3 MW≥7.5 earthquake episodes for each subregion of P zone

从图 4可见，P带的幕式活动也是P带M_W≥7.5地震的群体活动特征.将西北太平洋（PWN）和太平洋北部（PN）两个区组合在一起后，第II幕的EM值比第Ⅲ幕还略低，不能算是活跃幕（图 4点划折线）.仅在北太平洋的三个区PWN、PN和PEN组合在一起后，其大地震才显示出较为清楚的偶数幕都活跃，奇数幕都不活跃的特征（图 4黑折线）.加入南太平洋的SAS和PWS两个区之后，P带才显示出更为清晰的幕式活动.

图 4

Fig. 4

图 4 P带及其区域组合的MW≥7.5地震幕式活动 Fig. 4 MW≥7.5 earthquake episodes in E zone and its combined subregions

在文献[6]和本文中所说的环太平洋带P与通常所说的环太平洋带是不同的，即P带并不包括低纬度或赤道附近的太平洋中部地区.从大地震的幕式活动特征看，为什么太平洋中部地区要纳入E带，能否纳入P带，或者既属E带又属P带，图 5可以给出解答.图 5点划折线P是文献[6]和本文中所说的环太平洋带P的M_W≥7.5地震幕式活动图像，虽然偶数幕与奇数幕幅度的差别不是很大，但偶数幕都比奇数幕的幅度大这一特征是很清楚的.当把PM和SAN这两个区纳入P带构成通常的环太平洋带后，上述幕式活动节奏即被打乱，第V幕比第IV和第VI幕的幅度更大（图 5黑折线）.当把PM、SAN、INA和CAB都纳入P带，构成广义的环太平洋带之后，上述P带M_W≥7.5地震幕式活动图像完全被逆转，偶数幕从活跃幕变成为不活跃幕（图 5虚折线）.究其原因，是中太平洋这几个区大地震的活动节奏与P带各区很不合拍.因此，从大地震的幕式活动特征看，文献[6]和本文这样划分E带和P带是合适的.

图 5

Fig. 5

图 5 不同环太平洋带范围所显示的MW≥7.5地震幕式活动 Fig. 5 MW≥7.5 earthquake episodes in the P zones of varied ranges

1900~2008年间，低纬度环球带E和环太平洋带P的M_W≥7.5地震，都存在15~18年的幕式活动现象，而且两带间的活跃幕与不活跃幕彼此交替.低纬度环球带大地震的幕式活动比环太平洋带更显著.

推论1：E带是一条像环太平洋地震带一样的全球级巨型地震带.其论据（与环太平洋地震带相比）或这条带的特征有：

（1）从地理位置看，是一条斜切赤道的低纬度带；

（2）从构造特征看，该带从中美海沟向东至萨摩亚群岛一线，是多个大、小板块的边界带，且大部分为A型或B型俯冲带；

（3）从地震活动性看，整条带大地震的活动呈现出明显的幕式变化，舍去其中一段，这一特征的显著性就变差，各段间似乎有互补相依的关系.

推论2：板块运动有几十年时间尺度的非平稳幕式运动.

地震发生的基本原因是板块运动.巨型板块边界地震带大地震的时空分布特征，也是板块运动造成的.由这一基本认识出发，可以推论，板块运动不仅有Ma级的幕式运动^{[9, 10]}，也有几十年时间尺度的幕式运动.

对E带和P带大地震的幕式活动可做如下初步解释：由于南半球非洲、阿拉伯、印度、澳大利亚和南美洲等板块向北东方向时快时慢的运动，导致与欧亚和太平洋等板块的挤压俯冲作用时强时弱，造成大地震的发生时多时少.在南半球这些板块的作用强时，太平洋板块的俯冲作用减弱，反之亦然，使太平洋板块边缘大地震的群体活动与E带大地震的群体活动呈现幕式交替的特征.又因太平洋板块纵贯南北半球，南半球这些板块在赤道附近的作用并不能使整个地球在赤道附近产生挤压或拉张，从而南、北半球对此的响应也相对减弱，使P带的大地震虽有幕式活动，但远不如E带明显.在全球各大板块中，太平洋板块的运动速率最大，而在南半球各板块中，运动速率最大的是澳大利亚板块，因此，地处澳大利亚和太平洋板块边界纬向段的中太平洋PM区，不但是E带中板块运动速率最大，也是板块运动方向变化最大的地区.这是PM区的幕式活动节奏鲜明，并在E带大地震幕式活动中起主导作用的原因.至于幕式活动的准周期为什么是15~18a，这更需进一步探讨.

推论3：从1999年开始的第Ⅶ幕还可能延续5~8年.在此期间，E带还会比P带爆发更多的大地震甚至特大地震.