有关孕震断层多锁固段脆性破裂理论与强震预测方法的详细介绍可参见文献(秦四清等，2010a，2010e；2011a，2012a)，本文仅简要回顾一下核心内容.作者将重正化群理论与岩石损伤本构模型结合，导出了孕震断层中多锁固段破裂的临界应变表达式，即

式(1)首次给出了岩石加载过程中体积膨胀起点与峰值强度点之间的量化应变关系.基于此，可根据锁固段膨胀起点所对应的位移或CBS值，提前给出对应的临界值，结合实时监测信息可进行预测分析.

作者于2010年对汶川“5·12”M_W 7.9级地震进行了回溯性分析(秦四清等，2010f)，文中基于孕震时空区域划分原则界定了汶川地震孕震区(如图 1示).该孕震区北侧以文县-略阳断裂为界，西北侧以龙日坝断裂为界，西南侧以鲜水河断裂带为界，东侧边界为成都附近的龙泉山断裂.该地震区的CBS值与时间关系曲线示于图 2.可以看出，汶川“5·12”大震是其孕震区内能量长期积累的结果，但导致其发生的最直接原因是1976年的松潘-平武双震震群事件.

图 1

Fig. 1

图 1 南北地震带中段及龙门山地区活动构造图(蓝色线为断裂构造，红色虚线为孕震区域，黑色虚线为M≥6.0级的强震集中区域，圆圈表示638年-2010年5月30日之间M≥5.0的事件) Fig. 1 Active faults in the middle section of the north-south earthquake belt and the Longmenshan zone in China (Blue lines, red dashed line and black dashed line denote the faults, seismogenic zone and concentration area of M≥6.0 earthquakes, respectively. The black circles denote the M≥5.0 events occurred in the period from 638 to 30 May 2010)

图 2

Fig. 2

图 2 638年至2008年5月12日MW 7.9级大震发生前CBS与时间关系.误差修正已被考虑.红线为MW 7.9级大震发生时间 Fig. 2 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 638 to 12 May 2008 prior to the MW 7.9 earthquake. The error correction is also considered. The red line denote the occurrence time of the Wenchuan earthquake

上述对汶川“5·12”地震的回溯性验证分析，表明我们所划定的汶川地震孕震区合理.在此基础上，我们又对该区域未来震情进行了分析，并初步推测该孕震区可能发生更大的地震，理由如下：“汶川大震后，余震的最大震级为6.3级，而唐山7.8级大震后的余震最大震级为7.1级.从类比角度看，汶川大震也应发生7.0级左右的余震.迄今为止期待的地震事件还未出现，这可能说明在孕育汶川7.9级大震的锁固区域破裂后，又受到了另一锁固段的阻挡作用，使其不能发生7.0级左右的事件.”显然，原文写作之初，已经意识到该区可能发生7.0级大余震，但考虑到从2008年汶川5·12地震至2010年原文写作时，在近两年时间内该地震区仍未发生7.0级左右的强(大)余震，因此推测在该地震区仍存在高强度锁固段，具备孕育强震的储能地质构造条件，极有可能再次发生更强地震.因而初步推断：未来大震的震中位置在北纬32°、东经104.3°附近，估算震级为8.2~8.3级，震源深度约为14 km，发震时间根据地震活动性监测确定，当监测值接近或达到临界CBS值2.0708E+09时(见图3)，大震可被适当的扰动触发.

从图3可看出，汶川地震发生后，其地震活动性一直处于加速状态.若以2008年5月12日M_W 7.9级地震发生前的CBS值作为加速应变能释放起点，大震后第一锁固段在5月22日已发生宏观破裂，同时第二锁固段膨胀点对应的事件是以2008年5月25日M_L 6.3级地震为标志的震群事件.针对上述分析，秦四清等(2010f)指出“唯一有点疑问的是第二锁固段在膨胀点处的标志性震群事件震级(M_L 6.3级)偏小.为进一步验证该推论，需加强该孕震区未来10年间地震活动性监测，在监测分析的基础上结合该区域是否存在高强锁固段的地球物理探测，作出明确的科学判断.”

图 3

Fig. 3

图3 汶川地震区638年至2010年5月30日之间CBS与时间关系 Fig. 3 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 638 to 30 May 2010 for the Wenchuan seismic zone

通过对该地震区震情跟踪以及对震级确定方法的新认识(秦四清等，2012a)，对上述疑问逐渐有了清晰的认识，即通过M_L 6.3级标志性震群事件预测未来发生8.2~8.3级地震的可能性很小.之后，作者于2011年6月21日通过科学网博客(http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-457751.html)修正了上述预测结果，更正内容如下：“震中位置：北纬32°、东经104.4°附近；震级：6.9级；震源深度：12~14 km；预测临界CBS值为2.07E+09，截止到2011年6月8日，CBS监测值为1.91E+09；预测阶段：中长期”.可以看出：前后两次对汶川地震区未来震情判断的最大差别是对未来地震震级的调整，这主要是基于后来我们对强震预测理论中震级预测的一些新认识，详见后文.

以上分析是我们对汶川地震区未来震情判断结果.2013年4月20日在芦山县发生的M_S 7.0级地震，发生在我们所划定的汶川地震区.之后，我们对图3进行了数据更新(见图4)，结果表明：(1)我们给出的临界CBS值2.07E+09与芦山“4·20”7.0级地震发生前的CBS值2.00E+09十分接近；(2)修正后的预测震级6.9级与实际震级M_S 7.0级相差不大；(3)预测震中位置与实际震中位置经纬度误差在1°~2°之间；(4)芦山地震震源深度(13 km)在预测的范围(12~14 km)内.

上述分析表明，我们对汶川地震区未来震情的中长期预测是成功的，四川省芦山“4·20”7.0级地震再次验证了作者提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论的正确性，说明大震乃至某些大余震的孕育过程确实遵循着确定性的演化规律.

图 4

Fig. 4

图4 汶川地震区638年至2013年4月20日CBS与时间关系(为使图件清晰，将1900年以前应变累积值作为初值；横坐标对应的时间减去3000年为实际年份.) Fig. 4 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 638 to 20 April 2013 for the Wenchuan seismic zone (The strain value prior to 1900 is regarded as an initial one for seeing a more clear figure. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years.)

我们曾就强震四要素(震中位置、震源深度、发震时间、震级)的预测方法进行过论述(秦四清等，2010b)，原文中关于强震震级的预测方法采用下述公式计算

显然，对含多锁固段的孕震区，由于孕震区能量不断累积，由式(2)反算得到的震级必然呈现单调增大趋势，显然这是不合理的，与我们后来对历史强震震例的分析不符(秦四清等，2010c，2010d，2010f；2011b).因此，由上述方法计算所得震级可看作预测强震震级的上限.2010年对汶川地震区未来震情分析中预测的8.2~8.3级地震震级，正是基于上述方法反算得到.

根据对多锁固段地震区的历史强震震例研究发现(秦四清等，2010b，2010c，2010d，2010f)：预测震级上限也可由锁固体破裂标志性地震震级M_sc确定，即

根据对多锁固段地震区的历史强震震例研究发现(秦四清，2010b，2010c，2010d，2010f)：预测震级下限可根据下式确定，即

秦四清等(2012a)通过对大量震例的统计分析，发现锁固体破裂标志性地震震级M_sc与峰值强度点地震震级M_sf之间满足关系

不论何种情况，最可能的震级可根据式(6)确定.对单锁固段情况，预测震级可由式(2)或(6)确定，两者结果相差不大；对多锁固段情况，震级上限值可由式(2)或(4)确定.此外，对多锁固段情况，由于受到下一个锁固段的阻挡作用，会诱发在锁固段膨胀点处开始发生的标志性震群事件而不是峰值强度点的大事件，因此根据式(6)预测的震级可能偏大，其下限值建议采用式(5)确定.

基于上述认识，我们将预测的汶川地震区未来强震震级由8.2~8.3级下调至6.9级.

芦山“4·20”7.0级地震发生后，地震学界对芦山地震是否为汶川“5·12”地震的余震争议比较突出(http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/4/277273.shtm).目前持否定观点的学者多数认为“两次地震之间的时间间隔较长，且这次地震与汶川地震的余震区有一定距离，两地之间有个中间段是没有地震的.此外，也有学者认为：汶川大地震的方向是从汶川向东北方向展开，主要沿龙门山断裂带中央断裂的中-北段以及前山断裂的中段展布，而芦山地震则位于龙门山断裂带南端，在靠东侧的另一条断裂带上，是不是可以考虑雅安地震是龙门山断裂带上一次新的主震.”针对以上观点，我们的看法如下：

1)“两次地震之间的时间间隔较长”，这一说法本身就很模糊，到底多长时间算余震活动结束？实际上，主震之后余震的判定不在于两者之间时间间隔的长短，而在于两者之间是否存在内在力学联系.从图4可看出，汶川“5·12”地震直接导致第二锁固段膨胀点标志性地震事件——M_L 6.3级地震的发生，这说明汶川地震与芦山地震的孕育过程有密切的力学联系，芦山地震不是独立事件.

2)“芦山地震与汶川地震的余震区有一定距离”，这一说法的前提是余震区应有明确的界定范围，然而持以上态度的学者并未给出相应的范围.事实上，这一问题可归结为孕震时空区域划分的科学问题，如果孕震区都不能界定何谈余震区划分？如前所述，基于我们提出的孕震时空区域划分原则(秦四清等，2010b；2011a)，我们已经给出了明确的汶川地震孕震区(见图 1)，显然，上述两次地震都位于同一地震区——汶川地震区.毫无疑问，只要在一定时间范围内，发生在同一地震区且与主震事件关联的后续地震都可视之为余震事件.若芦山地震不为余震事件，则只能解释为汶川地震区的余震活动结束后新一轮孕育周期开始后发生的事件，如此则芦山地震与汶川地震无关联，而这与我们在(1)中的分析相矛盾.

3)“芦山地震与汶川地震两地之间有个中间段是没有地震的”，这一说法不够严谨.严谨的说法是“自2008年5月12日汶川M_W 7.9地震发生后至2013年4月20日芦山M_S 7.0级地震发生前，两地之间存在尚未发生过M≥4级地震的空区(图5)”，期间两地之间曾发生过多次4级以下地震.

图 5

Fig. 5

图5 汶川MW 7.9级地震发生后至芦山MS 7.0级地震发生前(2008-5-12至2013-4-20)汶川地震区M≥4的地震事件分布 Fig. 5 The earthquake events with M≥4.0 in the Wenchuan seismic zone from 12 May 2008 (after Wenchuan MW 7.9 earthquake) to 20 April 2013 (before Lushan MS 7.0 earthquake)

4)“芦山地震位于汶川地震主破裂扩展的相反方向”，与(2)类似，该问题同样可归结到孕震区划定的科学问题.秦四清等(2010f)研究清晰地表明，不仅龙门山断裂带中段与东北段，而且其西南段以及虎牙断裂、岷江断裂等都参与了汶川8.0级地震的孕育过程.因此，余震的界定不能仅仅局限于沿着线状断裂带界定，而应从孕震区的空间维度考虑.

为进一步统一认识，我们再次回顾下地震学家定义的三种余震类型，即：1)余震分布在已破裂的断层段上；2)余震发生在破裂带的边缘；3)由主震诱发的余震，发生在主破裂之外(Strehlau,1986).第一类余震的机制可能是对主震断层面上残存破裂非均匀性的调整；对第二类余震产生机制的一种解释为，在主震破裂区周边，存在某些没有破坏的障碍体，在其周围形成应力集中，成为余震的震源(Aki, 1979; Otsuka, 1972)；第三类余震的机制可能是大地震引起的区域应力场变化对主震断层以外的断层活动的影响所致.不难看出，芦山地震作为汶川地震的大余震属于第3)类.

结合上述分析，我们认为芦山“4·20”地震是汶川“5·12”主震的大余震事件.我们对余震概念的定义为：只要在一个地震区内，与主震有关的事件皆可视为余震事件.此外，与其它地震区类比，也有主震之后发生大余震的案例.

以古浪地震区为例，1927年5月23日古浪M_S 7.6级地震和1932年12月25日M_S 7.6级地震发生后，又于1954年发生了7.25级大余震事件，之后该地震区新一轮的孕震周期开始.需要说明的是，我国学者给出的1927年5月23日古浪大震震级和1932年12月25日甘肃昌马大震震级分别为M_S 8.0级和M_S 7.6级(顾功叙等，1983)，为大家广泛接受；而美国地震台网给出的古浪大震和甘肃昌马大震震级都为M_S 7.6级.1927年古浪大震定为M_S 8.0级还是M_S 7.6级合理呢？我们将根据孕震断层多锁固段脆性破裂理论进行分析.若1927年古浪地震为M_S 7.6级，则4次大震的孕育过程较好地遵循我们的理论(图6)；若为M_S 8.0级，则符合效果较差.因此，我们判断1927和1932年发生的大震都应为M_S 7.6级，是双主震事件，美国地震台网测定的震级参数正确，建议有关部门应修订1927年古浪地震震级.

图 6

Fig. 6

图6 古浪地震区180年至2010年6月6日间CBS与时间关系(为使图件清晰，将1080年以前应变累积值作为初值；横坐标对应时间减去3000年为实际年份；误差修正已被考虑；1927年古浪大震按MS 7.6级考虑.) Fig. 6 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 180 to 6 June 2010 for the Gulang seismic zone(The strain value prior to 1080 is regarded as an initial one for seeing a more clear figure. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered. The magnitude of strong earthquake on 23 May 1927 is considered to be MS 7.6.)

无独有偶，台湾花莲-台东地震区(秦四清等，2011b)，1972年4月24日mB7.3级主震事件发生后，在1972年5月24日和1978年7月23日分别发生了mB7.3级和M_S 7.3级地震事件(见图7).地震学界习惯称两次mB7.3级地震为双主震事件，即使如此考虑，1978年M_S 7.3级地震也只能称之为大余震事件.

图 7

Fig. 7

图7 台湾花莲-台东地震区1815年至2010年5月23日间CBS与时间关系(为使图件清晰，将1923年3月5日以前应变累积值作为初值；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. 7 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1815 to 23 May 2010 for the Hualian-Taidong seismic zone in Taiwan(The strain value prior to 5 March 1923 is regarded as an initial one for seeing a more clear figure. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

主震事件发生后，应力会继续分配和转移，导致岩石破裂继续进行，余震活动结束之后才能启动新一轮的孕震周期.在应力转移过程中，强度较高的岩体会承担较高的应力集中，是能量累积的主要载体，芦山大余震事件的发生就源于此.

由图5可看出，汶川“5·12”地震发生后，M≥4.0级余震序列具有明显的空间分段活动特点，主要是沿龙门山断裂带中段向东北方向延伸，而在龙门山断裂带西南段M≥4.0级余震相对较少，因此推测在龙门山断裂带西南段可能存在尺度较大且强度较高的障碍体，阻挡破裂向西南扩展.由于目前龙门山断裂带中段及东北段已基本破裂贯通，可合理推断龙门山断裂带余震活动性将由中段及东北段向西南段转移，该区域在未来较长一段时间内余震活动性将明显增强.

在应力转移过程中，强度相对低但较完整的岩体会首先破裂(芦山M_S 7.0级地震)，以后强度更高的岩体也会破裂(汶川地震之后龙门山断裂带西南段未发生过M≥4级地震的两个空区).我们推测，汶川地震与芦山地震之间M≥4级的地震空区发生强震或大震的可能性大，该地震空区长约50 km，若该空区(障碍体)一次破裂，强余震的震级会更大，估算震级约为M_S 7.2级，其上限不超过M_S 7.5级；而芦山地震西南侧空区发生强震或大震的可能性需根据未来地震活动性作出判断.

汶川地震区的余震活动性可与古浪地震区类比，因为都属于板内地震区，断层运动速率缓慢且量级相近.古浪地震区的余震活动持续了约27年时间，从类比分析角度估计，汶川地震区的余震活动还将持续约22年的时间才能结束.余震活动结束后，新一轮的孕震周期将启动.