地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (2): 540-558   PDF    
环太平洋地震带巨震预测
秦四清, 李培, 薛雷, 李国梁    
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029
摘要:基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论, 提出了板间地震区初划原则与合理性检验原则, 对环太平洋地震带划分了15个地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度, 分析了这些地震区大(巨)震事件的孕育过程, 研判了其未来震情.结果表明:台湾岛-菲律宾群岛与琉球群岛-台湾岛地震区均已到达临界状态, 巨震可随时发生;阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉、墨西哥城、波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚、苏瓦-惠灵顿、新几内亚岛-所罗门群岛、爪哇岛-马鲁古群岛、北马里亚那群岛和北海道-堪察加地震区未来有巨震发生;圣萨尔瓦多-圣何塞地震区未来有大震或巨震发生;梅莱凯奥克地震区未来有大震发生;苏门答腊地震区2004年MW 9.1级地震与查戈斯群岛地震区2012年MW 8.6级地震均为主震事件;巴拿马城南部地震区是一个不低于MW 7.2级地震危险区.本文所得结论可供有关国家相关部门参考, 以采取有效防震减灾措施.对上述震例的分析表明:深源地震可能与浅源地震孕育机制类似, 均为锁固段脆性破裂.
关键词环太平洋地震带     地震区     地震孕育周期     巨震孕育过程     锁固段     板间地震     深源地震    
A prospective prediction of great earthquakes for the Circum-Pacific seismic belt
QIN Si-qing, LI Pei, XUE Lei, LI Guo-liang    
Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
Abstract: In this study, we proposed the principles for preliminary dividing interplate seismogenic zones and testing its reasonableness based on the brittle failure theory of multiple locked patches in a seismogenic fault system and divided the Circum-Pacific seismic belt into 15 seismic zones base on these principles. In addition, we analyzed the seismogenic process of the large or great earthquake events in these zones from the angles of the definition of seismogenic period and the recognition of the main shock event, and forecasted the future earthquake situation. The results showed that the seismic zones of Taiwan island-Philippines as well as Ryukyu islands-Taiwan island have reached their critical states and great earthquakes can occur at any time; great earthquakes will occur in the seismic zones of Aleutian islands-Vancouver-San Francisco-Guadalajara, Mexico City, Bogota-Arica-Valdivia, Suva-Wellington, New Guinea-Solomon islands, Java-Maluku islands, Northern Mariana islands and Hokkaido-Kamchatka; a large or great earthquake will occur in the San Salvador-San José seismic zone; a major earthquake will occur in Melekeok seismic zone; the MW 9.1 earthquake occurred in Sumatra seismic zone in 2004 and the MW 8.6 earthquake occurred in Chagos Archipelago seismic zone in 2012 were main events; Southern Panama City is a dangerous seismic zone with no less than MW 7.2 earthquake. Our results provided a reference for the relevant departments of relevant countries in Circum-pacific seismic belt to take effective measures for earthquake disasters reduction. Analyses of the above cases indicated that like shallow focus earthquakes, deep focus earthquakes may have similar seismogenic mechanism and are resulted from brittle fractures of multiple locked patches.
Key words: circum-pacific seismic belt     seismic zone     seismogenic period     seismogenic process of great earthquake     locked patch     interplate earthquake     deep focus earthquake    
 0 引 言

地震活动常呈现时空分布不均匀特征.一方面,地震活动往往具有活跃期和平静期的阶段性特点(梅世蓉,1960; Mogi,1974; 马宗晋和蒋铭,1987);另一方面,全球强震、大震与巨震往往具有成带或成区分布特征,其空间位置与板块边界,尤其是收敛边界俯冲带基本重合(Gutenberg and Richter, 1954; Mogi,1974).环太平洋地震带是全球最活跃的地震带之一,全球近80%浅源地震、90%中源地震以及几乎所有深源地震都集中于此,其所释放能量约占全球地震释放总能量的76%(赛来义和魏斌,1996).中国位于环太平洋地震带西部,受太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用,我国东北、华北与东南沿海地区地震活动性一定程度上受其影响.陶春辉等(2008)指出,有史以来全球5次严重地震海啸有3次位于西太平洋,并波及到了我国沿海地区,其中最近一次是2004年印度尼西亚苏门答腊地震海啸.

一般认为,环太平洋地震带地震活动性对全球地震活动格局具有重要影响,因此研究该地震带大(巨)震孕育规律对环太平洋周边国家未来震情分析及海啸风险评估具有重大意义.

环太平洋地震带地震沿板块边缘分布,属于板间地震,其与板内地震孕育机制是否相同?可否采用秦四清等(2010)提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论进行分析?此外,由于环太平洋地震带板块边界以俯冲带为主,深源地震频发,其发震机制是否仍属于脆性破坏?震情分析时是否应考虑深源地震?这都是本文要探讨的问题.

Sibson(19771982)认为,板内浅源地震震源深度下限值与脆性-韧性转换带一致,所以容易理解浅源地震属于脆性破坏性质.与之相比,深源地震震源体处于更高的温度与围压环境,两者发震机制可能不同.在深源地震成因研究方面,Raleigh and Paterson(1965)提出了脱水致裂机制,R and all(1966)提出了橄榄石相变机制,Griggs and Baker(1969)提出了剪切失稳机制.目前,对深源地震成因机制尚存争议,未达成共识.例如,Ye et al.(2013)对2013年5月24日俄罗斯鄂霍次克海域MW 8.3级深源地震(震源深度达610 km)的研究表明,该深源地震破裂过程与浅源地震很相似.

陈时军等(2007)王霄飞等(2014)指出,板间比板内地区具有更明显的地震活动丛集性分布特征.Scholz et al.(1986)认为,板间地震具有应力降小、滑移速率快与重复时间短等特点,而板内地震特点则恰恰相反.秦四清等(2014de)对板间地震的初步分析认为,考虑深源地震能更好地遵循孕震断层多锁固段脆性破裂理论,这意味着深源地震可能与浅源地震孕育机制类似.

本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论(秦四清等,2010),从孕育周期界定与主震事件判识角度,进行环太平洋地震带地震区划分与大(巨)震孕育过程分析,并研判各地震区未来震情.

1 板间地震区初划原则与合理性检验原则

若以阿留申群岛为起点,沿顺时针方向看,环太平洋地震带途经美国阿拉斯加,沿加拿大、美国和墨西哥西部海岸,到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利;从智利转向西,穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近,在新西兰东部海域折向北,再经斐济、印度尼西亚、菲律宾、台湾岛、琉球群岛、日本列岛、千岛群岛与堪察加半岛,最后又回到阿留申群岛.

该地震带沿线涉及板块构造较多,有太平洋板块、南极洲板块、澳大利亚板块、缅甸板块、印度板块、欧亚板块、菲律宾板块、鄂霍次克板块、北美洲板块、南美洲板块、胡安德富卡板块、里维拉板块、科科斯板块、加勒比板块、纳斯卡板块与斯科舍板块(图 1).

可看出,该地震带具有跨度大、构造背景复杂等特点,分析其地震活动性时若按一个地震区考虑显然不合理.

2014年,秦四清等(2014ed)初步研究了环太平洋地震带某些区域的地震区划分与巨震预测问题.现在看来,受早期认识水平及地震目录资料所限,当时划定的地震区存在某些不合理之处.如在划分堪察加、日本和南美洲西部地震区时,未着重考虑板块构造边界此主控条件;在划分朱诺-温哥华-旧金山-墨西哥城地震区时,虽已意识到板间地震区划分应受板块构造边界控制,但划定的地震区边界仍不够精细.那么划分板间地震区究竟应遵循什么原则呢?

1.1 板间地震区初划原则

根据板块之间相对运动方式可将板块边界分为分离型(张性)、汇聚型(压性)和转换断层型(剪切性)三类(张明庆和黄玉珏,1997).汇聚型板块边界是指板块之间相互挤压的地区,在地貌上表现为海沟或岛弧等.受板块收敛边界俯冲活动影响,通常这类边界附近地震活动性较强,且地震大多分布在板块边界向陆一侧;转换断层型板块边界是两个板块互相摩擦的地区,其运动方式类似走滑断层,边界附近地震活动性相对弱一些,且地震一般分布在边界两侧;分离型板块边界是指板块相互拉张的地区,在地貌上表现为裂谷或中洋脊等,与前两种边界相比,其地震活动性最弱.

由上述分析知,板块边缘地震活动性主要受板块构造运动方式控制,因此初划板间地震区时,须综合考虑板块间相对运动方式、板块边界延伸与接触情况以及地震活动分布特征.

1.2 地震区划分方案合理性检验原则

如何判断地震区初划方案的合理性呢?秦四清等(2014e)认为,判断一个地震区划分方案合理与否应遵循以下两个原则:

原则1:地震区较大事件之间的力学联系应满足关系式

式中,Sc为锁固段变形膨胀起点(震群事件)对应的累积Benioff应变(简称为CBS)值,Sf(k)为第k个锁固段峰值强度点(中等强度预震、大级别预震或主震)对应的CBS值.

原则2: 原理上,每轮孕育周期主震事件发生前地震区积累的应变能应等于主震与余震释放能量之和,即满足能量守恒原理.

由于历史地震目录缺失或不完整,导致第一个锁固段变形膨胀点之前的CBS值和主震事件前地震区积累能量值均偏低,如何计算之前“丢失”的应变Δ和能量ΔE呢?为此,本文提出如下估计方法.

先根据秦四清等(2010)提出的公式

计算Δ.然后对Sc至Sf之间M≥Mc(Mc为最小完整性震级)的所有地震事件震级值进行算术平均得到Mave,并计算其相应的Benioff应变Save和能量Eave.再根据下式计算ΔE

2 环太平洋地震带各地震区震情分析

基于上述地震区初划原则和合理性检验原则,将环太平洋地震带划分了15个地震区(图 1),分别是A区:阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区、B区:墨西哥城地震区、C区:圣萨尔瓦多-圣何塞地震区、D区:巴拿马城南部地震区、E区:波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区、F区:苏瓦-惠灵顿地震区、G区:新几内亚岛-所罗门群岛地震区、H区:爪哇岛-马鲁古群岛地震区、I区:苏门答腊地震区、J区:查戈斯群岛地震区、K区:台湾岛-菲律宾群岛地震区、L区:梅莱凯奥克地震区、M区:琉球群岛-台湾岛地震区、N区:北马里亚那群岛地震区和O区:北海道-堪察加地震区.

分析上述地震区大(巨)震孕育过程及其未来震情时,如无特殊说明,1900年之前地震目录主要参考宋治平等(2011)编著的《全球地震目录》一书,1900年以来地震目录主要引自美国国家地震信息中心(NEIC).宋治平等(2011)对《全球地震目录》收集地震目录完整性的分析表明,1800年之前地震目录完整性较差,M≥7.5级地震完整率不足30%,而1800~1899年间M≥7.5级地震完整率约为64%.这说明因1900年之前历史地震目录缺失较为严重,可能会不同程度地影响我们对各地震区分析结果的可靠性.为减小发震前CBS监测值与预测临界值的误差,我们在数据分析时考虑了最小完整性震级Mc(秦四清等,2014c).

数据分析时,先把不同的震级标度统一换算为地方震级ML(秦四清等,2014e),然后依次计算地震矩、地震能量、Benioff应变与CBS值.需要说明的是,对本文分析涉及到的震级标度为Muk(表示计算方法不明或不能确定出版来源的震级)和Mfa(表示由断层面积计算而得震级)的地震目录,本文统一按ML 震级标度考虑.

2.1 A区:阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区

秦四清等(2014d)曾划定了朱诺-温哥华-旧金山-墨西哥城地震区,并分析了该区震情.考虑到原地震区东南侧多板块接触及运动方式特点,本文重新厘定了原地震区边界.现以里维拉板块和科科斯板块接触边界为分界线,将原地震区划分为上下两个区域.经边界调整,上侧区域命名为A区:阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区,下侧区域细化为三个地震区,即B区:墨西哥城地震区、C区:圣萨尔瓦多-圣何塞地震区与D区:巴拿马城南部地震区(图 1).

图 1 环太平洋地震带地震区划分图Fig. 1 Division map of seismic zones in the Circum-Pacific seismic belt

新划定的阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区,整体上沿太平洋板块与北美洲板块交界部位展布(图 2),区内包含胡安德富卡和里维拉两个较小板块.该区曾发生ML≥8.5地震6次,列于表 1.

图 2 阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区地震构造图Fig. 2 Seismotectonic map of the Aleutian isl and s-Vancouver-San Francisco-Guadalajara seismic zone

表 1 阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区ML≥8.5级地震事件 Table 1 The earthquake events with ML≥8.5 in the Aleutian isl and s-Vancouver-San Francisco-Guadalajara seismic zone

图 3示出了该地震区多锁固段逐次累进性破裂过程中巨震事件之间的力学联系.可看出1700年1月26日北美卡斯卡迪亚俯冲带MW 9.0级地震和1964年3月28日阿拉斯加南部MW 9.2级地震,分别是第1锁固段在膨胀点和峰值强度点的标志性事件.计算表明,1964年阿拉斯加湾MW 9.2级地震释放能量(约为3.88E+18J)远低于其发震前该地震区积累能量(约为8.16E+18J).根据秦四清等(2014ab)提出的主震事件判识方法,判断该震不是主震事件.该区当前孕育周期应存在第2锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

图 3 阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉地震区1700.1.26-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 3 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 26 January 1700 to 31 January 2015 for the Aleutian isl and s -Vancouver-San Francisco-Guadalajara seismic zone.
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为7.07E+10J1/2,距临界值8.88E+10J1/2尚远.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 9.3~9.7级,若为主震事件,则为MW 9.5~9.7级的可能性大;震中位置:图 2中A区所示预测发震区域①或②;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生多次不超过MW 8.8级的preshock事件.

我们对板间地震区的研究发现,每轮孕育周期主震事件多发生在3个不同板块交汇部位附近,尤其是两条板块边界走向线近似正交部位附近.据此推测,若在第2锁固段峰值强度点发生的地震是主震事件(可能性大),则发生在预测发震区域①的可能性大.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

需说明的是,由于该区历史地震目录严重缺失,本文给出的临界CBS值仅供参考;由于完全缺失1700年之前地震目录,可能影响到图 2中A区所划定的预测发震区域及范围.

2.2 B区:墨西哥城地震区

该地震区沿科科斯板块与北美洲板块边界走向展布(图 4).该区曾发生ML≥8.0级地震9次(表 2),其中最大一次事件为1908年3月26日墨西哥格雷罗州mb7.7(ML 8.6)级地震.由于该周期历史地震目录严重缺失,难以分析其孕育过程.根据下述分析,我们推断该震为第1孕育周期的主震事件,可定义该地震区为ML 8.6级地震危险区.

表 2 墨西哥城地震区ML≥8.0级地震事件 Table 2 The earthquake events with ML≥8.0 in the Mexico City seismic zone

图 5示出了该地震区第2孕育周期大震、巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1916年6月2日墨西哥韦拉克鲁斯州mb7.0级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1937年7月26日墨西哥韦拉克鲁斯州mb7.2级地震和1973年8月28日墨西哥瓦哈卡州mb7.3级地震的临界CBS值.计算表明,1973年mb7.3级地震释放能量(约为9.46E+16J)远小于其发震前该地震区积累能量(约为7.26E+17J),且考虑到该地震区为ML 8.6级地震危险区,故我们判断该mb7.3级地震不是主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.需指出的是,发生于1985年9月19日和1995年10月9日的两次MS 8.0级地震,是向临界状态演化过程中的两次显著性preshock事件.

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为6.49E+09J1/2,临近临界值6.61E+09J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.4~8.6级;震中位置:图 4中B区所示预测发震区域;发震时间窗口:中长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.0级的preshock或foreshock事件.我们将密切跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

若巨震发生在海中,可能会引发海啸,建议墨西哥相关部门评估巨震发生后引发海啸的可能、规模与波及范围,尽快制订应急预案. 2.3 C区:圣萨尔瓦多-圣何塞地震区

该地震区沿科科斯板块与加勒比板块边界走向展布(图 4).该区曾发生ML≥7.6级地震12次(表 3),其中最大一次事件为1915年9月7日萨尔瓦多mb7.4(ML 8.3)级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历2个完整的孕育周期,目前处于第3孕育周期.

图 4 墨西哥城、圣萨尔瓦多-圣何塞与巴拿马城南部地震区地震构造图Fig. 4 Seismotectonic map of the Mexico City,San Salvador-San José and Southern Panama City seismic zones

图 5 墨西哥城地震区1910.9.24-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 5 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 24 September 1910 to 31 January 2015 for the Mexico City seismic zone.
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

表 3 圣萨尔瓦多-圣何塞地震区ML≥7.6级地震事件 Table 3 The earthquake events with ML≥7.6 in the San Salvador-San José seismic zone

图 6示出了该地震区第1孕育周期大震、巨震事件之间的力学联系.可看出,1898年4月29日尼加拉瓜MS 7.9级地震是1915年9月7日萨尔瓦多mb7.4级地震的直接导火索.根据我们对巨震震例的分析,认为1915年mb7.4级地震是一次主震事件.需指出的是,1926年11月5日尼加拉瓜mb7.1级地震,是主震发生后的一次大余震事件.该余震事件发生后,标志着第二锁固段已发生宏观破裂.

图 6 圣萨尔瓦多-圣何塞地震区1576.5.23-1926.11.5之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 6 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 23 May 1576 to 5 November 1926 for the San Salvador-San José seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 7示出了该地震区第2孕育周期大震事件之间的力学联系.可看出,1934年7月18日巴拿马-哥斯达黎加边境地区MW 7.6级地震与1947年1月26日尼加拉瓜mb7.0级地震,分别是第一锁固段在膨胀点和峰值强度点的标志性事件.根据我们对巨震震例的分析,认为1947年、1948年和1950年的3次M7.8级地震是三主震事件.需指出的是,1942年8月6日危地马拉近海MW 7.7级地震是主震发生前的一次显著性preshock事件,1956年10月24日尼加拉瓜海岸附近MW 7.2级地震,是主震发生后的一次大余震事件.该余震事件发生后,标志着第二锁固段已发生宏观破裂.

图 7 圣萨尔瓦多-圣何塞地震区1932.5.21-1956.10.24之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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 21 May 1932 to 24 October 1956 for the San Salvador-San José seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

根据以上分析,可定义该地震区为ML 8.3级单主震型或ML 7.8级三主震型地震危险区.

图 8示出了该地震区第3孕育周期大震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1983年4月3日哥斯达黎加MS 7.5级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1991年4月22日哥斯达黎加MS 7.6级地震与2001年1月13日萨尔瓦多附近海域MW 7.7级地震的临界CBS值.计算表明,2001年MW 7.7级地震释放能量约为2.18E+16J,远低于其发震前该地震区积累能量(约为1.32E+17J),故我们判断该MW 7.7级地震不是主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.需指出的是,2012年9月5日哥斯达黎加MW 7.6级地震是向临界状态演化过程中的一次显著性preshock事件.

图 8 圣萨尔瓦多-圣何塞地震区1957.7.10-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 8 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 10 July 1957 to 31 January 2015 for the San Salvador-San José seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为2.17E+09J1/2,距临界值2.47E+09J1/2尚有一定距离.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 7.8~8.3级,若为主震事件(可能性大),则单主震型为MW 8.3级,三主震型为三次MW 7.8级;震中位置:图 4中C区所示预测发震区域;发震时间窗口:中长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 7.6级的preshock事件.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

2.4 D区:巴拿马城南部地震区

该地震区沿加勒比板块与纳斯卡板块边界走向展布(图 4).该区曾发生ML≥7.0级地震2次(表 4),其中最大一次事件为1904年1月20日巴拿马南部海域MW 7.2级地震.由于该区历史地震目录严重缺失,难以分析大震孕育过程,只能初判该区为不低于MW 7.2级地震危险区.

表 4 巴拿马城南部地震区ML≥7.0级地震事件 Table 4 The earthquake events with ML≥7.0 in the seismic zone in the Southern Panama City
2.5 E区:波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区

该地震区位于纳斯卡板块与南美洲板块交界地带(图 9).根据前述板间地震区初划原则与合理性检验原则,重新厘定了原划定的南美洲西部地震区边界(秦四清等,2014e),并重命名为波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区.该区曾发生ML≥8.6级地震12次(表 5),其中最大一次事件为1960年5月22日智利瓦尔迪维亚MW 9.6级地震,该震是有史以来全球第一巨震.此次地震造成智利约2万人死亡,引起的巨大海啸波及到智利以外的夏威夷、日本、菲律宾、新西兰东部、澳大利亚东南部和阿留申群岛(吕吉尔,2010).以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期.

图 9 波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区地震构造图Fig. 9 Seismotectonic map of the Bogota-Arica-Valdivia seismic zone

表 5 波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区ML≥8.6级地震事件 Table 5 The earthquake events with ML≥8.6 in the Bogota-Arica-Valdivia seismic zone

图 10示出了该地震区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1615年9月16日智利阿里卡MS 8.8级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1868年8月13日智利阿里卡MW 9.0级地震与1960年5月22日智利瓦尔迪维亚MW 9.6级地震的临界CBS值.

图 10 波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区1471.8.29-1981.4.2之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥7.0级地震事件;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. 10 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 29 August 1471 to 2 April 1981 for the Bogota-Arica-Valdivia seismic zone.
(The earthquake events with ML≥7.0 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

假设1960年MW 9.6级地震为主震事件,则主震与余震释放能量之和约为1.73E+19J,远低于其发震前该地震区积累能量(约为2.50E+19J),不满足能量守恒原理.若将1960年MW 9.6级地震修订为MW 9.7级,则基本满足能量守恒原理,结合第2孕育周期巨震事件孕育过程分析,可判定该震为主震事件.

图 11示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.根据1994年6月9日玻利维亚拉巴斯MS 8.2级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到2001年6月23日秘鲁南部海岸附近MW 8.4级地震与2010年2月27日智利比奥比奥海岸附近MW 8.8级地震的临界CBS值.根据秦四清等(2014ab)提出的主震事件判识方法,我们判断2010年MW 8.8级地震并非主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.需指出的是,2014年4月1日智利伊基克MW 8.2级地震,是向临界状态演化过程中发生的一次显著preshock事件.

图 11 波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚地震区1981.4.6-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥5.0级地震事件;横坐标对应的时间减去3000年为实际年份.)
Fig. 11 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 6 April 1981 to 31 January 2015 for the Bogota-Arica-Valdivia seismic zone
(The earthquake events with ML≥5.0 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为2.59E+10J1/2,距临界值2.86E+10J1/2尚有一定距离.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.8~9.0级;震中位置:图 9中E区所示预测发震区域①、②或③,从目前的地震活动性判断,发生在②或③区的可能性较大;发震时间窗口:中长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.7级的preshock事件.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

2.6 F区:苏瓦-惠灵顿地震区

该地震区沿太平洋板块与澳大利亚板块边界走向展布(图 12).该区曾发生ML≥8.1级地震12次(表 6),其中最大一次事件为1919年1月1日斐济地区mb7.7(ML 8.6)级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期.

图 12 苏瓦-惠灵顿、新几内亚岛-所罗门群岛、爪哇岛-马鲁古群岛、台湾岛-菲律宾群岛、梅莱凯奥克、琉球群岛-台湾岛、北马里亚那群岛与北海道-堪察加地震区地震构造图Fig. 12 Seismotectonic map of the Suva-Wellington,New Guinea-Solomon isl and s,Java-Maluku isl and s,Taiwan isl and -Philippines,Melekeok,Ryukyu isl and s-Taiwan isl and ,northern Mariana isl and s and Hokkaido-Kamchatka seismic zones

图 13示出了该地震区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1826年新西兰南岛MS 8.0级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到斐济群岛1909年2月22日mb7.6级地震和1919年1月1日mb7.7级地震的临界CBS值.假设1919年mb7.7级地震是主震事件,则主震和余震释放能量之和约为2.21E+18J,略大于震前该地震区积累能量(约为1.73E+18J),这是由于该区1919年之前地震目录严重缺失所致,故判断该mb7.7级地震为主震事件.需指出的是,1932年、1937年和1950年发生的三次mb7.5级地震是主震后的余震事件.

图 13 苏瓦-惠灵顿地震区1826-1950.12.14之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 13 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1826 to 14 December 1950 for the Suva-Wellington seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 14示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.根据1977年6月22日汤加地区MS 8.1级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1989年5月23日麦夸里岛地区MS 8.1级地震与2009年9月29日萨摩亚群岛地区MW 8.1级地震的临界CBS值.计算表明,2009MW 8.1级地震释放能量(约为8.69E+16J)远小于其发震前该地震区积累能量(约为1.87E+18J),且考虑到该地震区为ML 8.6级地震危险区,故我们判断该MW 8.1级地震不是主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为1.82E+10J1/2,远离临界值2.53E+10J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.3~8.6级,从该区第一周期巨震孕育规律判断,为MW 8.5级可能性大;震中位置:图 12中F区所示预测发震区域;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该区还将发生不超过MW 8.1级的preshock事件.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

图 14 苏瓦-惠灵顿地震区1951.2.13-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;横坐标对应的时间减去3000年为实际年份.)
Fig. 14 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 13 February 1951 to 31 January 2015 for the Suva-Wellington seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years.)

表 6 苏瓦-惠灵顿地震区ML≥8.1级地震事件 Table 6 The earthquake events with ML≥8.1 in the Suva-Wellington seismic zone
2.7 G区:新几内亚岛-所罗门群岛地震区

该地震区位于澳大利亚板块、菲律宾板块与太平洋板块交界地带(图 12).该区曾发生ML≥8.2级地震9次(表 7),其中最大一次事件为1910年6月16日瓦努阿图群岛mb7.9(ML 8.8)级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期.

图 15示出了该地震区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.可看出1906年9月14日新不列颠海沟附近MW 8.0级地震和1910年6月16日瓦努阿图群岛mb7.9级地震,分别是第1锁固段在膨胀点和峰值强度点的标志性事件.根据我们对巨震震例的分析,认为1910年mb7.9级地震是一次主震事件,可定义该地震区为ML 8.8级地震危险区.需指出的是,发生在瓦努阿图群岛的1910年11月9日mb7.5级地震、1911年11月22日mb7.3级地震和1912年8月6日mb7.3级地震是主震后的三次余震事件.1912年mb7.3级地震发生后一段时间,第二锁固段已发生宏观破裂.

图 15 新几内亚岛-所罗门群岛地震区1768.6.22-1912.8.6之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 15 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 22 June 1768 to 6 August 1912 for the New Guinea-Solomon isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

表 7 新几内亚-所罗门群岛地震区ML≥8.2级地震事件 Table 7 The earthquake events with ML≥8.2 in the New Guinea-Solomon isl and s seismic zone

图 16示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1919年5月6日巴布亚新几内亚mb7.6级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1944年11月24日瓦努阿图群岛mb7.4级地震与1975年7月20日所罗门群岛mb7.5级地震的临界CBS值.计算表明,1975年mb7.5级地震释放能量(约为1.93E+17J)远小于其发震前该地震区积累能量(约为7.49E+18J),且考虑到该地震区为ML 8.8级地震危险区,故我们判断该mb7.5级地震不是主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

图 16 新几内亚岛-所罗门群岛地震区1912.9.1-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.7级地震事件;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. 16 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 September 1912 to 31 January 2015 for the New Guinea-Solomon isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为4.89E+10J1/2,距临界值5.78E+10J1/2尚有一定距离.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.5~8.8级;震中位置:图 12中G区所示预测发震区域①或②;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.3级的preshock事件.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

2.8 H区:爪哇岛-马鲁古群岛地震区

该地震区位于澳大利亚板块、缅甸板块、菲律宾板块与欧亚板块的交界地带(图 12).该区曾发生ML≥8.3级地震8次,列于表 8.

表 8 爪哇岛-马鲁古群岛地震区ML≥8.3级地震事件 Table 8 The earthquake events with ML≥8.3 in the Java-Maluku isl and s seismic zone

图 17示出了该地震区当前孕育周期巨震事件之间的力 学联系.经误差修正,根据1905年1月22日印度尼西亚北苏拉威西岛mb7.8级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1938年2月1日班达海域MW 8.6级地震与1963年11月4日班达海域mb7.8级地震的临界CBS值.计算表明,1963年mb7.8级地震释放能量5.66E+17J远低于其发震前该地震区积累能量4.87E+18J,故我们判断1963年mb7.8级地震并非主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当演化至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为2.47E+10J1/2,已接近临界值2.64E+10J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.7~9.3级,根据我们对巨震震例发震模式分析,判断未来巨震为主震事件的可能性大.若为主震 事件,则震级可达MW 9.1~9.3级;震中位置:图 12中H区所示预测发震区域①、②或③,从目前的地震活动性判断,巨震发生在区域②的可能性大;发震时间窗口:中长期.根据1938年和1963年巨震前的地震活动性类比,预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生MW 8.2级左右的preshock事件.若预期preshock事件来临,则其后2年内将发生MW 8.7~9.3级地震.

图 17 爪哇岛-马鲁古群岛地震区1629.8.1-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 17 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 August 1629 to 31 January 2015 for the Java- Maluku isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.))

若巨震发生在海中,可能会引发海啸,建议有关国家相关部门评估巨震发生后引发海啸的可能、规模与波及范围,尽快制订应急预案. 2.9 I区:苏门答腊地震区

该地震区边界基本与缅甸板块边界重合(图 1).该区曾发生ML≥8.0级地震10次(表 9),其中最大一次事件为2004年12月26日北苏门答腊西海岸MW 9.1级地震.该巨震所引发的海啸灾难给印度尼西亚、斯里兰卡、泰国、印度与马尔代夫等国了造成巨大的人员伤亡和财产损失,已导致超过30.5万人罹难(马宗晋和叶洪,2005).该MW 9.1级巨震能被预测吗?是主震事件吗?以下将探讨并回答这些问题.

表 9 苏门答腊地震区ML≥8.0级地震事件 Table 9 The earthquake events with ML≥8.0 in the Sumatra seismic zone

需要说明的是,对1833年11月24日苏门答腊南部地震,宋治平等(2011)给出的震级值为MS 8.3级,Natawidjaja et al .(2006)给出的震级值为MW 8.6~8.9级,Mignan et al.(2006)给出的震级值为M9.0级.根据我们对巨震震例的分析,认为将其定为MW 8.9级合理.图 18示出了该区巨震事件之间的力学联系,可看出1833年11月24日苏门答腊南部MW 8.9级地震和2004年12月26日苏门答腊西海岸MW 9.1级地震,分别是第1锁固段在膨胀点和峰值强度点的标志性事件.根据秦四清等(2014ab)提出的主震事件判识原则,认为2004年MW 9.1级地震是一次主震事件,可定义该地震区为MW 9.1级地震危险区.需指出的是,2005年3月28日北苏门答腊西部海域MW 8.6级地震和2007年9月12日苏门答腊西南海域MW 8.5级地震,是主震发生后的两次余震事件.

图 18 苏门答腊地震区1681.12.11-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.5级地震事件;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. 18 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 11 December 1681 to 31 January 2015 for the Sumatra seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.5 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

2.10 J区:查戈斯群岛地震区

该地震区位于印度板块与澳大利亚板块的交界地带(图 1).该区曾发生ML≥8.0级地震2次(表 10),其中最大一次 事件为2012年4月11日北苏门答腊西部海域MW 8.6级地震.

表 10 查戈斯群岛地震区ML≥8.0级地震事件 Table 10 The earthquake events with ML≥8.0 in the Chagos Archipelago seismic zone

图 19示出了该地震区大震、巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1928年3月9日南印度洋MW 7.7级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1983年11月30日查戈斯群岛地区MS 7.7级地震和2012年北苏门答腊西部海域MW 8.6级地震.计算表明,2012年MW 8.6/8.2级双震释放的能量约为6.11E+17J,远大于发震前该地震区积累能量(约为1.88E+17J,计算能量时采用Mave=ML 7.36),即积累能量不足以引发2012年MW 8.6/8.2级双震,故我们认为该双震震级测定值偏高.该双震震级定为多大合理呢?为此,我们查询了其他地震台网对该双震震级的测定值(表 11).我们认为2012年北苏门答腊西部海域双震震级定为MW 8.2/8.0级合理,主要基于如下考虑:(1)从能量角度看,双震事件发生前该地震区积累的能量约相当于MW 8.2/8.0级地震释放能量之和,即基本满足能量守恒原理;(2)根据秦四清等(2014ab)关于较大事件震级预测方法的研究,锁固段在膨胀点发生的MW 7.7级地震所能导致的峰值强度点地震一般为MW 8.2级.

上述分析表明,2012年MW 8.2级地震是一次主震事件.目前该区余震活动尚未结束,未来仍有可能发生MW 7.5级左右余震.

图 19 查戈斯群岛地震区1907.1.4-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥5.0级地震事件;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. 19 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 4 January 1907 to 31 January 2015 for the Chagos Archipelago seismic zone
(The earthquake events with ML≥5.0 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

表 11 不同机构给出的2012年4月11日北苏门答腊西部海域双震震级 Table 11 The double earthquake magnitude in the west coast of northern Sumatra on 11 April 2012 by different agencies
2.11 K区:台湾岛-菲律宾群岛地震区

该地震区位于菲律宾板块与欧亚板块的交界地带(图 12).该区曾发生ML≥8.0级地震21次(表 12),其中最大一次事件为1897年9月21日菲律宾棉兰老岛MS 8.7级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期巨震临震阶段.

表 12 台湾岛-菲律宾群岛地震区ML≥8.0级地震事件 Table 12 The earthquake events with ML≥8.0 in the Taiwan isl and -Philippines seismic zone

图 20示出了该地震区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.可看出,1754年5月15日菲律宾塔尔火山Muk8.0级地震是1897年9月20日、21日菲律宾棉兰老岛附近MS 8.6、8.7级双震的直接导火索.根据我们对巨震震例的分析,认为该双震是主震事件.需指出的是,1907年6月25日马鲁古海mb7.5级地震、1918年8月15日西里伯斯海MW 8.2级地震与1924年4月14菲律宾棉兰老岛MW 8.2级地震是主震发生后的三次余震事件.1924年MW 8.2级地震发生后,标志着第二锁固段已发生宏观破裂.

图 20 台湾岛-菲律宾群岛地震区1599.6.25-1924.4.14之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 20 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 25 June 1599 to 14 April 1924 for the Taiwan isl and -Philippines seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 21示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1936年7月5日菲律宾群岛地区mb7.3级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1949年4月30日菲律宾棉兰老岛mb7.3级地震与1972年12月2日菲律宾棉兰老岛mb7.4级地震的临界CBS值.计算表明,1972年mb7.4级地震释放能量远低于其发震前该地震区积累能量,故我们判断1972年mb7.4级地震并非主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当演化至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

图 21 台湾岛-菲律宾群岛地震区1924.5.6-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 21 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 6 May 1924 to 31 January 2015 for the Taiwan isl and -Philippines seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为1.69E+10J1/2,已略超越临界值1.66E+10J1/2,表明该地震区已到达临界状态,巨震可随时发生.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.3~8.9级;震中位置:图 12中K区所示预测发震区域①或②;发震时间窗口:三年内.从目前地震活动性判断,该巨震发生在棉兰老岛附近的可能性大,建议该地区提前做好防震减灾工作.从该区第一周期孕震模式分析,当前周期发生主震事件的可能性大.若为单主震型,则为MW 8.7~8.9级;若为双主震型,则为2次MW 8.6~8.7级地震.

若巨震发生在海中,可能会引发海啸,建议有关国家相关部门评估巨震发生后引发海啸的可能、规模与波及范围,尽快制订应急预案.

2.12 L区:梅莱凯奥克地震区

该地震区位于菲律宾板块与太平洋板块的交界地带(图 12).该区曾发生ML≥7.5级地震5次(表 13),其中最大一次事件为1940年1月17日马里亚纳群岛mb7.3(ML 8.2)级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期.

图 22示出了该区第1孕育周期大震、 巨震事件之间的力学联系.可看出,1911年8月16日密克罗尼西亚雅浦岛MW 7.7级地震是1940年1月17日马里亚纳群岛mb7.3级地震的直接导火索.根据我们对巨震震例的分析,认为1940年mb7.3级地震是一次主震事件,可定义该区为ML 8.2级地震危险区.

图 22 梅莱凯奥克地震区1911.8.16-1943.3.15之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥5.0级地震事件;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. 22 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 16 August 1911 to 15 March 1943 for the Melekeok seismic zone
(The earthquake events with ML≥5.0 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

表 13 梅莱凯奥克地震区ML≥7.5级地震事件 Table 13 The earthquake events with ML≥7.5 in the Melekeok seismic zone

图 23示出了该地震区第2孕育周期强震、大震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1967年7月20日帕劳地区mb5.7级地震起点对应的CBS值,可较准确地连续预测到1987年10月14日帕劳地区mb5.7级地震与2007年9月30日马里亚纳群岛南部MW 7.0级地震对应的临界CBS值.计算表明,2007年MW 7.0级地震释放能量1.95E+15J远低于其发震前该地震区积累能量9.60E+15J,且考虑到该地震区为ML 8.2级地震危险区,故我们判断2007年MW 7.0级地震并非主震事件.该区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值为7.71E+08J1/2,远离临界值1.09E+09J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 7.2~7.5级;震中位置:图 12中L区所示预测发震区域;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 7.0级的preshock事件.

图 23 梅莱凯奥克地震区1949.7.2-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥5.0级地震事件;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. 23 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 2 July 1949 to 31 January 2015 for the Melekeok seismic zone
(The earthquake events with ML≥5.0 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)
2.13 M区:琉球群岛-台湾岛地震区

该地震区位于菲律宾板块、鄂霍次克板块与欧亚板块的交界地带(图 12).该区曾发生ML≥8.0级地震24次(表 14),其中1911年6月15日琉球群岛mb8.1级地震为该区历史最大地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期巨震临震阶段.

表 14 琉球群岛-台湾岛地震区ML≥8.0级地震事件 Table 14 The earthquake events with ML≥8.0 in the Ryukyu isl and s -Taiwan isl and seismic zone

图 24示出了该地震区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1854年12月24日日本德岛近海Mfa8.4级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1891年10月27日日本岐阜Muk8.4级地震、1906年1月21日日本本州南部海岸附近mb7.7级地震和1911年6月15日琉球群岛mb8.1级地震的临界CBS值.假设1911年mb8.1级地震为主震事件,则主震与余震释放能量之和约为1.66E+18J,略低于震前该地震区积累能量(约为1.75E+18J),推测是由于该区历史地震目录某些巨震事件震级测定值偏高所致.因此,可认为1911年mb8.1级地震是一次主震事件.

图 24 琉球群岛-台湾岛地震区1726.4.1-1914.11.28之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 24 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 April 1726 to 28 November 1914 for the Ryukyu isl and s -Taiwan isl and seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 25示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1921年7月4日琉球群岛mb7.4级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1926年6月29日琉球群岛mb7.4级地震、1944年12月7日日本本州南部海岭MW 8.1级地震与1959年4月26日台湾宜兰以东海域mb7.5级地震的临界CBS值.计算表明,1959年mb7.5级地震释放能量1.93E+17J远低于其发震前该地震区积累能量9.51E+17J,且考虑到该地震区为ML 9.0级地震危险区,故我们判断1959年mb7.5级地震并非主震事件.该区当前孕育周期应存在第四锁固段,当演化至峰值强 度点时,应有更大地震事件发生.截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值为6.52E+09J1/2,已略超临界值6.45E+09J1/2,表明该地震区已到达临界状态,巨震可随时发生.

图 25 琉球群岛-台湾岛地震区1915.1.5-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 25 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 5 January 1915 to 31 January 2015 for the Ryukyu isl and s -Taiwan isl and seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.4~9.0级,类比该区第一周期巨震活动性,为MW 8.4~8.6级的可能性大;震中位置:图 12中M区所示预测发震区域①或②;发震时间窗口:四年内.根据1911年mb8.1级主震事件破裂方向与目前地震活动性动态判断,巨震事件发生在区域②的可能性大.为此,建议台湾地区有关部门提前做好防震减灾工作.

若巨震发生在海中,可能会引发海啸,建议有关国家相关部门评估巨震发生后引发海啸的可能、规模与波及范围,尽快制订应急预案.

2.14 N区:北马里亚那群岛地震区

该地震区位于菲律宾板块与太平洋板块的交界地带(图 12).该区曾发生ML≥8.0级地震5次(表 15),其中最大一次事件为1914年11月24日日本火山列岛mb7.9(ML 8.8)级地震.以下分析表明,该地震区至少已经历1个完整的孕育周期,目前处于第2孕育周期.

表 15 北马里亚那群岛地震区ML≥8.0级地震事件 Table 15 The earthquake events with ML≥8.0 in the northern Mariana isl and s seismic zone

图 26示出了该区第1孕育周期巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1905年7月11日日本火山列岛mb7.2级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1910年2月12日日本本州南部海岭mb7.2级地震与1914年11月24日日本火山列岛mb7.9级地震的临界CBS值.根据我们提出的主震事件判识原则,判断1914年mb7.9级地震是一次主震事件.需指出的是,第三锁固段在1916年4月21日已发生宏观破裂.

图 26 北马里亚那群岛地震区1606.1.23-1916.4.21之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.5级地震事件;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. 26 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 23 January 1606 to 21 April 1916 for the northern Mariana isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.5 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 27示出了该地震区第2孕育周期巨震事件之间的力学联系.可看出1940年12月28日马里亚纳群岛mb7.3级地震和1972年12月4日日本伊豆群岛mb7.3级地震,分别是第1锁固段在膨胀点和峰值强度点的标志性事件.根据秦四清等(2014ab)提出的主震事件判识方法,判断该区当前孕育周期应存在第2锁固段,当演化至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值为8.25E+09J1/2,远离临界值9.86E+09J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 8.4~8.8级;震中位置:图 12中N区所示预测发震区域①或②;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.1级的preshock事件.我们将跟踪该区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

图 27 北马里亚那群岛地震区1922.7.11-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.5级地震事件;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. 27 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 11 July 1922 to 31 January 2015 for the northern Mariana isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.5 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)
2.15 O区:北海道-堪察加地震区

本文基于前述板间地震区初划原则与合理性检验原则,整合了原划定的日本地震区和堪察加地震区(秦四清等,2014e),重新厘定了地震区边界,并重命名为北海道-勘察加地震区.该地震区沿鄂霍次克板块与太平洋板块边界走向展布(图 12),曾发生ML≥8.5级地震8次(表 16),最近一次是2011年3月11日日本本州岛东海岸附近MW 9.0级地震,造成约15000人死亡,约10000人失踪,30多万栋房屋损坏(董治平等,2012).

表 16 北海道-堪察加地震区地震区ML≥8.5级地震事件 Table 16 The earthquake events with M≥8.5 in the Hokkaido-Kamchatka seismic zone

需要说明的是,关于1737年11月4日堪察加东部近海MW 9.2级地震的震级参数,目前有Muk7.8级(宋治平等,2011)和MW 9.2级(Gusev and Shumilina, 2004)两种表述.若该地震实为Muk7.8级,则意味着该地震区在短短不到100年内,于1952年和2011年先后发生2次9.0级地震,而该区自有地震记载以来的144年至1952年的千年尺度,未发生过一次M≥9.0级地震,这显然不合理.若1737年地震为MW 9.2级,则较合理,可认为该震是上一轮孕育周期的主震事件.由于该周期历史地震目录严重缺失,难以分析主震事件的孕育过程.

图 28示出了该地震区当前孕育周期巨震事件之间的力学联系.可看出,根据1898年6月5日日本海沟附近Muk8.7级地震发生前的CBS值,可较准确地连续预测到1952年11月4日堪察加东部近海附近MW 9.0级地震与2011年3月11日日本本州岛东海岸附近MW 9.0级地震的临界CBS值.计算表明,1952年和2011年两次MW 9.0级地震释放能量均远低于其各自发震前该地震区积累能量,故我们判断这两次MW 9.0级地震都不是主震事件.该地震区当前孕育周期应存在第3锁固段,当其损伤累积至峰值强度点时,应有更大地震事件发生.

图 28 北海道-堪察加地震区地震区1753.2.10-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选取ML≥6.1级地震事件;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. 28 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 10 February 1753 to 31 January 2015 for the Hokkaido-Kamchatka seismic zone.
(The earthquake events with ML≥6.1 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为6.32E+10J1/2,远离临界值9.81E+10J1/2.对该地震区未来震情预测结果如下:震级:MW 9.2~9.7级;震中位置:图 12中O区所示预测发震区域;发震时间窗口:长期.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.8级的preshock事件.我们将跟踪该地震区地震活动性动态,期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断.

3 深源地震孕育机制探讨

对上述环太平洋地震带各地震区大(巨)震孕育过程分析时,均考虑了深源地震,且均符合我们提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论(秦四清等,2010),这可能说明深源地震与浅源地震孕育机制相同.那么,不考虑深源地震对上述各地震区大(巨)震孕育过程有何影响呢?下面分别以爪哇岛-马鲁古群岛地震区与琉球群岛-台湾岛地震区为例进行说明.

图 29示出了不考虑深源地震情况下,爪哇岛-马鲁古群岛地震区巨震事件之间的力学联系.经误差修正,根据1905年1月22日印度尼西亚北苏拉威西岛mb7.8级地震起点对应的CBS值,可较准确地连续预测到1938年2月1日班达海域MW 8.6级地震与1963年11月4日班达海域mb7.8级地震对应的临界CBS值.计算表明,1963年mb7.8级地震释放能量5.66E+17J远低于其发震前该地震区积累能量3.91E+18J,故我们判断1963年mb7.8级地震并非主震事件.截止到2015年1月31日,该地震区CBS监测值约为2.20E+10J1/2,已接近临界值2.42E+10J1/2.

对比图 17图 29,可看出无论考虑深源地震与否,对于标志性事件的选择、巨震孕育规律与震情判断基本无影响.

图 29 爪哇岛-马鲁古群岛地震区1629.8.1-2015.1.31之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 29 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 August 1629 to 31 January 2015 for the Java-Maluku isl and s seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

图 30示出了不考虑深源地震情况下,琉球群岛-台湾岛地震区第1孕育周期主震事件孕育过程.对比图 24图 30,可看出不考虑深源地震计算CBS值时,1906年1月21日日本本州南部海岸附近mb7.7级深源地震这一标志性事件未参与其中,导致对1911年mb8.1级主震事件的预测CBS值与实际值相差很大,表明该地震区的巨震孕育规律已不符合我们的理论.

图 30 琉球群岛-台湾岛地震区1726.4.1-1914.11.28之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥6.7级地震事件;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. 30 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 April 1726 to 28 November 1914 for the Ryukyu isl and s -Taiwan isl and seismic zone
(The earthquake events with ML≥6.7are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.)

由此可见,数据分析时若考虑深源地震,则环太平洋地震带各地震区的大(巨)震孕育规律都遵循着孕震断层多锁固段脆性破裂理论;若不考虑深源地震,则某些地震区大(巨)震孕育规律不符合该理论.

如果深源地震与浅源地震孕育机制不同,则两套机制不同的数据叠加到一起反映的巨震孕育规律都不会遵循多锁固段脆性破裂理论,但事实恰恰相反.这可能说明深源地震与浅源地震孕育机制相同,均为锁固段脆性破裂.尽管我们还不能对此下最终结论,但本文研究为解释深源地震有可能是岩石脆性破坏机制提供了震例方面的证据.

4 结 论

本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了板间地震区初划原则与合理性检验原则.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了环太平洋地震带15个地震区巨(大)震孕育过程.对各地震区的震情判断可供有关国家相关部门参考,具体结论如下:

(1)台湾岛-菲律宾群岛地震区与琉球群岛-台湾岛地震区均已达到临界状态,巨震可随时发生.

(2)墨西哥城地震区与爪哇岛--马鲁古群岛地震区未来有巨震发生,目前均距临界状态较近.

(3)阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉、波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚、苏瓦-惠灵顿、新几内亚岛-所罗门群岛、北马里亚那群岛和北海道-堪察加地震区未来有巨震发生,

圣萨尔瓦多-圣何塞地震区未来有大(巨)震发生,梅莱凯奥克地震区未来有大震发生,目前均距临界状态较远.

(4)苏门答腊地震区2004年MW 9.1级地震和查戈斯群岛地震区2012年MW 8.6级地震均是主震事件.

(5)巴拿马城南部地震区是一个不低于MW 7.2级地震危险区.

本文研究表明:深源地震与浅源地震的孕育机制可能类似,均为锁固段脆性破裂.

致 谢 感谢国家自然科学基金委重点项目(41030750)对研究工作的资金支持.
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