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  地震地磁观测与研究  2024, Vol. 45 Issue (3): 39-54  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.03.006
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引用本文  

郭瑛霞, 张丽峰, 李启雷, 等. 青海区域震群标准及其预测意义研究[J]. 地震地磁观测与研究, 2024, 45(3): 39-54. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.03.006.
GUO Yingxia, ZHANG Lifeng, LI Qilei, et al. Study on earthquake swarm standard and its prediction significance in Qinghai region[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2024, 45(3): 39-54. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.03.006.

基金项目

青海省地震科学基金项目（项目编号：2023A02）；2024年度震情跟踪定向工作任务（项目编号：2024010118）；2023年度震情跟踪定向工作任务（项目编号：2023010114）；青海省科技计划项目（应用基础研究计划）（项目编号：2023-ZJ-770）；青海格尔木青藏高原内部地球动力学野外科学观测研究站专项

作者简介

郭瑛霞（1990—），女，硕士，工程师，毕业于中国地震局兰州地震研究所，主要从事地震活动性和数字地震学研究等工作。E-mail：932319938@qq.com

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本文收到日期：2024-03-25
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
青海区域震群标准及其预测意义研究
郭瑛霞 1)   张丽峰 1)   李启雷 1)   胡维云 1)   余娜 1)   刘文邦 1)   孙玺皓 1),2)     
1) 中国西宁 810001 青海省地震局;
2) 中国西宁 810001 青海格尔木青藏高原内部地球动力学野外科学观测研究站
本文收到日期：2024-03-25
基金项目：青海省地震科学基金项目（项目编号：2023A02）；2024年度震情跟踪定向工作任务（项目编号：2024010118）；2023年度震情跟踪定向工作任务（项目编号：2023010114）；青海省科技计划项目（应用基础研究计划）（项目编号：2023-ZJ-770）；青海格尔木青藏高原内部地球动力学野外科学观测研究站专项
作者简介：郭瑛霞（1990—），女，硕士，工程师，毕业于中国地震局兰州地震研究所，主要从事地震活动性和数字地震学研究等工作。E-mail：932319938@qq.com.
摘要：由于青海地区中小地震活跃和区域地震监测能力明显提升，采用全国统一震群判别标准时，面临震群数量多、难以有效区分其预测意义和是否提取为异常等实际问题，急需建立适合青海震情特点的区域震群新标准。本文以1980年以来青海地区中小地震目录为研究对象，在全国测震学科组推荐的震群标准基础上，根据前人研究结果、区域震情特点、预报效能评价，经多次测试给出预测效能更好的区域震群新标准，即在青海地区仅挑选ML≥3.0震群，将新的震群筛选方式纳入日常工作，为震情跟踪提供可靠的判定依据。此外，通过整理1980年以来青海及邻区M≥6.5地震发生前震群年频次，发现震前1—2年ML≥2.0震群活动显著增强，表明该震群指标对该区M≥6.5地震有一定时间预测意义。
关键词：青海区域    震群活动    预测效能    预测指标    
Study on earthquake swarm standard and its prediction significance in Qinghai region
GUO Yingxia 1)   ZHANG Lifeng 1)   LI Qilei 1)   HU Weiyun 1)   YU Na 1)   LIU Wenbang 1)   SUN Xihao 1),2)     
1) Qinghai Earthquake Agency, Xining 810001, China;
2) Geodynamics Field Observation and Research Station of the Qinghai-Xizang Plateau, Xining 810001, China
Abstract: Due to the active occurrence of small and medium earthquakes and the significant enhancement of regional monitoring capabilities in Qinghai, using the national unified criteria for earthquake swarms has resulted in an excessive number of swarms. This makes it difficult to effectively distinguish their predictive significance and determine whether they should be extracted as anomalies. Therefore, it is urgent to establish a new regional earthquake swarms criteria suitable for the characteristics of Qinghai seismic activity. The paper aims to use the catalog of small and medium earthquakes in Qinghai since 1980 as the research object. Based on the earthquake swarm criteria recommended by the national seismology team, previous research results, regional seismic characteristics, forecast efficiency evaluation, and multiple tests, we propose new regional criteria for earthquake swarms with better predictive efficiency. According to the new criteria, only ML≥3.0 earthquake are selected in Qinghai, and we incorporate this new screening method into daily work to provide reliable judgment bases for earthquake tracking. In addition, by analyzing the annual frequency of earthquake swarms before M≥6.5 earthquakes in Qinghai and its adjacent areas since 1980, it was found that there is a significant increase in earthquake activity of ML≥2.0 one to two years before major earthquakes, indicating a certain temporal predictive significance for M≥6.5 earthquakes in the region.
Key words: Qinghai region    earthquake swarm activities    prediction efficiency    predictive index    
0 引言

中小震群活动特征是地震预测研究的重要内容之一。朱传镇等（1981）、秦保燕等（2000）、宋治平等（2001）研究认为，中小震群活动与周围中强以上地震的发生有关。在地震的孕育发生过程中，带着震源信息的一些中、小地震事件会显现出由随机无序到规则有序的变化，在时间和空间上出现一些带有震兆信息的异常活动图像（冀东普等，2011）。因此，监视大面积震群活动的时空变化，有可能为中期尺度强震发生区域的预测提供有价值的信息。如：姜秀娥等（1983）的研究表明，唐山大地震前在震中区外围形成震群活动环；宋治平等（2001）研究了华北地区1970年以来震群活动，认为震群活动的迁移性与阶段性对强震的中期预测具有一定指导意义；陈玉华等（2013）研究1980年以来青海地区震群活动，发现6.5级以上地震前1—2年震群活动出现增强态势，7级以上地震前2—4年震群活动增强，且空间呈有序分布，8级特大地震前5年震群活动大面积发生，且多地重复发生并有序分布，说明青海地区频发的震群活动，对于青海及邻区大震的孕育有一定预测指示意义。

青海地区位于我国强震频发的青藏高原东北缘地区，区内地震地质构造复杂。据张培震等（2003）对中国大陆及其邻区给出的活动地块划分结果，青海及邻区由北到南依次分布祁连块体、柴达木块体、巴颜喀拉块体和羌塘块体，在这些块体上，强震和中、小地震活动频发，且震群发生概率较高，可见震群活动对青海地区中强地震的影响程度有一定研究价值。目前，我国有一套适用全国的震群识别统一标准（中国地震局监测预报司，2020），下文简称“通用标准”。青海地区以该标准进行震群识别，有的震群活动异常与中强地震并无对应关系，给震情研判带来一定干扰。鉴于不同地区背景地震活动水平不同，通用标准或其他区域基于前兆震群预测中强震的判定原则和指标体系，可能并不适用于青海地区中强地震预测，需要系统分析该区域震群活动特征，深入研究震群活动与较大地震的对应关系，探讨其与中强震之间的构造关系，提炼适合青海区域的震群判定原则和指标体系，为震情跟踪提供更可靠的判定依据和现实意义。

本文以1980年以来青海地区中小地震目录为研究资料，通过Python程序提取中小震群信息，研究震群与中强地震在时、空、强和构造上的响应关系，通过计算R值评分获取震群预报效能评价结果，提取该区域最优预报效能的震群判定原则，并在此基础上进行震群预测指标提炼，同时总体分析大范围内震群在空间丛集和时间进程上与青海及周边历史强震的关联性，进行强震前的震群回溯分析。研究成果可在分析预报业务的异常识别方面发挥促进作用，降低后续中强地震危险性判断失误率，对提高区域中强地震预测准确性具有重要意义。

1 震群资料选取与判定原则

姜秀娥等（1983）、陆远忠等（1984）主要依据定义，基于地震序列的空间分布、频度及震级进行震群识别，结合前人研究成果，对于震群识别制定了一套统一标准（中国地震局监测预报司，2020）。但不同地区的震群活动因地壳结构和断裂分布的差异而不同，不同区域的震群与较大地震的关系也呈现各自特点，前兆震群的分布与判断方法也具有一定区域性特征。目前对于震群定义尚无严格界定，可根据所研究区域震群活动特征采用并不完全一致的定义，具体挑选原则（姜秀娥等，1983；中国地震局监测预报司，2020）如下：①在同一地点（小震集中地区，半径20 km范围内）的一群地震中，在震群活动期间最大地震与次大地震的震级差满足ΔM1, 2≤1.1，且M1满足：2.0≤M1≤5.2，即挑选2级以上震群。②震群活动峰值日（最大日频度，连续24小时）地震频度N满足以下条件：ML≥2.0，N≥4。③15天内1级以上地震总次数≥10。④当震群序列连续15天以上无1级以上地震发生时，可判断震群活动结束，若再次活动可算作另一次震群，当不满足震群条件时，可进一步判定是否为双震，具体原则如下：对于4.0级档地震，若1个月内连续发生2次4级以上地震，震级差ΔM1, 2＜0.6，则判定为双震；对于5级档地震活动，时间选为3个月，震级差ΔM1, 2＜0.6（此过程程序由中国地质科学院邓世广提供）。

利用地震活动性参数识别前兆震群，判定前兆震群的单项指标规定为：U＞0.5，K＞0.7，ρ＜0.55，b＞0.65，h＜1.0，F≥1，若满足其中一项即可判断该震群为前兆震群（国家地震局预测预防司，1997）。但利用多项指标进行前兆震群判定，其效果一般较优。前兆震群综合判定指标规定如下：①U-K组合：U＞0.5，K＞0.7，认为是UK型前兆震群；② U-ρ组合：U＞0.5，ρ＜0.55，认为是Uρ型前兆震群；③ K-ρ组合：K＞0.7，ρ＜0.55，认为是Kρ型前兆震群；④ U-K-ρ组合：U＞0.5，K＞0.7，ρ＜0.55，认为是UKρ型前兆震群，并称为典型前兆震群；⑤ F≥1：认为是前兆震群。

2 构建青海地区震群信息对应中强震（M≥5.0）数据库 2.1 震群筛选

区域测震台网监测能力的及时动态评估，是开展地震活动性等科学研究的重要基础，对中小震群的计算影响较大，若起算震级Mc取值过高，许多小震资料可能在计算中缺失，导致记录不完整，在震级—频度图上会出现“甩尾”现象；若起算震级Mc取值过低，将导致M＜Mc地震在震级—频度图上出现“掉头”现象（龙锋等，2009），因此需保证震群样本量充足。文中以1980年以来青海地区地震目录为研究资料，其中：1980—2006年和2006—2015年最小完整性震级（Mc）引用前人计算结果，2个时段分别为ML 2.0—3.0和ML 2.0—2.5（余娜等，2020）。近年来，青海地区地震监测能力逐年增强，采用PMC方法，计算2016—2022年研究区最小完整性震级，其中：青海东部、中部地区地震监测能力较好，Mc分别为ML 1.5—2.0和ML 1.8—2.5；青海西部和南部地区地震监测能力相对较差，Mc分别为ML 2.5—3.0和ML 2.2—2.7；在台站分布稀疏的青藏交界地区，地震监测能力最差，Mc约为ML 2.5—3.5（郭瑛霞等，2022）。

采用上文所述前兆震群综合判定方法与邓世广提供的软件，对1980年有震群记录以来，青海及邻区（31°—40°N，89°—104°E）发生的小震群资料，基于范围、时间、强度、频次进行系统整理，筛选得到229个震群信息并进行人工核实，尽可能全面考虑各种影响因素，震群震级下限为最小完整性震级，剔除半径20 km以上、单台记录、余震起伏活动、明确为爆破和塌陷的震群，补充查阅文献所得震群信息，最终筛选震群108个，对所选震群参数进行计算和分析，得到前兆震群67个、一般震群41个。结合研究区的实际情况，设定判定标准：①震群发生后一年内，与震群周围500 km左右发生的中强震进行对应统计（国家地震局预测预防司，1997；陈玉华等，2013）；②震群发生后1—2年内，与青海及邻区（31°—40°N，89°—104°E）发生的6.5级以上地震进行对应（陈玉华等，2013）。构建前兆震群和一般震群信息库，统计结果见表 1、表 2。震群空间分布见图 1。

表 1 青海地区ML≥2.0前兆震群统计 Table 1 Statistics of ML≥2.0 precursory swarms in Qinghai
图 1 青海地区ML≥2.0震群空间分布 Fig.1 Spatial distribution of ML≥2.0 earthquake swarms in Qinghai
2.2 震群与中强地震对应关系 2.2.1 前兆震群

由所选前兆震群的空间分布图（图 1）所示，前兆震群多集中于柴达木地块，其次为唐古拉地区和祁连地震带中东段。前兆震群与中强地震的对应关系并不具有唯一性，其中：单次震群对应单次中强地震，共24项，对应中强地震24次；单次震群对应2次以上中强地震，共18项，对应中强地震54次；2次以上震群对应单次地震，共3项，对应中强地震3次（表 1）。

（1）预测意义。1980年以来，在青海地区67组ML≥2.0前兆震群（表 1）中，48组震群有5级以上地震对应发生，对应率约72%；19组震群存在虚报地震现象，虚报率约28%，说明前兆震群对于5级以上地震具有一定预测意义。

（2）前兆震群与对应中强地震的时空分布特征。对震群活动与对应中强震空间距离、时间间隔进行统计分析，结果见图 2，前兆震群与对应地震的空间间距主要集中分布在300—500 km[图 2(a)]；时间间隔主要分布在4—6个月[图 2(b)]，其中：时间间隔1—3月的震群占比约21%；4—6月的震群占比约28%；7—12月的震群占比约52%。

图 2 前兆震群与对应地震的空间距离和时间间隔信息 (a)空间距离—频次分布；(b)时间间隔—频次分布 Fig.2 Space distance and time interval information between precursor earthquake swarms and corresponding earthquakes

青海地区位于青藏高原北缘，地质构造复杂，按照震群与对应中强地震是否处于同一个二级块体的情况，结果显示，与震群对应的80次中强地震中36次与震群处于相同构造带内，约占总数的45%，其余44次与震群处于不同构造带内。

从前兆震群强度（表 1）来分析，1980年以来青海及其邻近地区发生的最大一次震群为2002年5月22日—5月30日青海格尔木ML 4.9震群，震群序列频次在8天内发生68次，最小的前兆震群为1995年1月19日—23日和2006年2月21日—3月25日青海门源震群，其最大震级仅为ML 2.0，前者震群序列频次在5天内发生17次，后者震群序列频次在36天内发生83次，是2次微震群活动。除此之外，研究区震群活动强度均在ML 2.1—4.6之间，其中最大震级在ML 2.1—2.9之间的有24次，占总数的36%；在ML 3.0—3.9之间的37次，占比55%；在ML 4.0—4.6之间的6次，占比9%。可见研究区震群活动以ML 2.0—3.9地震为主，占比86%。

从震群序列的地震总频次（表 1）来分析，总频次在30以下的震群居多。在67次小震群中，有25次震群总频次为10—30，占比37%；有29次震群总频次为31—100，占比43%；有15次震群总频次100以上，占比22%。值得一提的是，在总频次超过100的15次震群中，有10次位于唐古拉地区，2次位于兴海地区。

从震群活动的持续时间（表 1）来分析，震群活动持续1—15天的有44次，占66%；16—30天的12次，占18%；超过30天的13次，占19%。这13次震群活动持续时间最长的是2022年8月22日—9月17日与青海称多交界的四川石渠发生的ML 3.5震群，这次震群震级不大，截至2023年9月19日，总频次达439次，一年来未发生对应地震。此外，2017年1月20日至2月13日ML 2.9震群持续586天，预测未来1—37个月内可能对应唐古拉地区5级以上地震，鉴于称多震群当时仍持续活动以及其超出预测时间，故判断对应2018年5月6日称多MS 5.3地震。

2.2.2 一般震群

统计1980年以来青海地区ML≥2.0一般震群，共41组（表 2），其中2.0级震群13个对应发生5级以上地震7组，占17%，对应率较低；3.0级震群27组中有17组对应发生5级以上地震，占比58%；虚报地震11个，虚报率为37%。统计一般震群与对应地震的空间距离信息[图 3(a)]，频次最高的是400—500 km范围；统计一般震群与对应地震的时间间隔信息[图 3(b)]，震群结束距离发震的时间1—3月内占37%，4—6月内占26%，7—12月内占19%，占比最高的是1—3月范围。统计3.0级以上一般震群与中强地震的构造关系（表 2），对应的23次中强地震中9次与震群处于相同构造带内，约占总数的39%，其余14次与震群处于不同构造带内。

表 2 青海地区ML≥2.0一般震群统计 Table 2 Statistics of ML≥2.0 general earthquake swarms in Qinghai
图 3 一般震群与对应地震的空间距离和时间间隔信息 (a)空间距离—频次分布；(b)时间间隔—频次分布 Fig.3 Space distance and time interval information between general earthquake swarms and corresponding earthquakes

由表 1、表 2所示信息分析，认为震群的频次、最大震级与后续中强地震的强度、时间间隔、距离以及构造属性均不具有明显的正比关系。图 4显示，前兆震群和一般震群活动结束后发生的中强地震的区域分布在青海全省，在柴达木块体和唐古拉地区相对集中，在祁连块体和巴颜喀拉块体也有分布，在空间上无明显优势。

图 4 震群与对应中强震的空间关系 (a)前兆震群；(b)一般震群 Fig.4 Spatial relationship between earthquake swarms and corresponding mid-strong earthquakes
3 预测效能评估

采用目前预测领域应用广泛的R值评分公式（许绍燮等，1981；国家地震局科技监测司，1990），对青海地区前兆震群和一般震群分震级档进行预测效能评估。评分公式如下

$ R=\frac{\text { 报准地震的总数 }}{\text { 应预报的地震总数 }}-\frac{\text { 报对占用时间 }}{\text { 预报研究的总时间 }} $ (1)

当R＞0时，表示震群具有预测意义；当R≥R0时，表示震群预测方法通过了R0（置信度为97.5%的最低R值）的显著性检验。2020年，我国测震分析预报技术管理组计算出西北地区震群的R0值为0.09。

鉴于前兆震群与中强地震非一一对应的特点，将对应中强地震与震群间隔的最长时间作为后续中强地震的预测时间，对青海地区1980年以来发生的前兆震群和一般震群分震级档进行预测效能评估。

3.1 前兆震群预测效能评价

将青海地区前兆震群发生后1年内，与震群周边500 km范围内的中强震进行对应，对不同震级区间的震群进行R值检验。

（1）2.0≤ML＜3.0前兆震群。青海地区2.0≤ML＜3.0前兆震群发生后1年内，与周边500 km范围内发生的中强震进行对应，预测意义不显著。选取不同预测窗长进行R值检验，结果显示，最优预测时间为365天，其R值为0.28，R0为0.27，R/R0为1.03；预测窗长为半年，R值为0.17，R0为0.24，R/R0为0.72，未通过检验。最优预测时段虽勉强通过预报效能检验，但预测意义不显著。

（2）ML≥3.0前兆震群。青海地区ML≥3.0前兆震群发生后一年内，与震群周边500 km范围内发生的中强震进行对应，具有统计上的预测意义。选取不同预测窗长进行R值检验，结果显示，360天为最优预测时段，其R值为0.45，R0为0.11，R/R0为3.99；预测窗长为365天，R值为0.44，R0为0.11，R/R0为3.90；预测窗长为180天，R值为0.35，R0为0.14，R/R0为2.45，均通过预报效能检验。因此认为，ML≥3.0前兆震群异常出现后，对青海地区未来1年内5级以上地震具有较好的预测意义，优势预测时段为360天。可见ML≥3.0前兆震群具有较好的中强地震预测意义，可作为预测指标。

3.2 一般震群预测效能评价

将青海地区一般震群发生后1年内，与震群周边500 km范围内的中强震进行对应，对不同震级区间的震群进行R值检验。

（1）2.0≤ML＜3.0一般震群。青海地区2.0≤ML＜3.0一般震群与中强震的对应率低，无预测意义。

（2）ML≥3.0一般震群。对青海地区ML≥3.0一般震群进行R值检验，具有统计上的预测意义。选取不同预测窗长进行R值检验，结果显示，330天为最优预测时段，其R值为0.33，R0为0.18，R/R0为1.86；预测窗长为180天，R值为0.30，R0为0.19，R/R0为1.58，通过预报效能检验。因此认为，该震群异常出现后对青海地区未来1年内5级以上地震具有预测意义，优势预测时段为1年。

通过对青海地区震群进行预报效能评价，认为该区ML≥3.0的前兆震群和一般震群对中强地震具有较好的预测意义。目前，已将该标准应用于青海区域震群异常识别和各类周月会商地震报告，并在震情跟踪工作中发挥了重要作用。

4 强震前震群频次统计分析

1981—2022年，青海及邻区（30°—40°N，89°—104°E）共发生M≥6.5地震16次, 其中青海省10次、四川省5次、新疆地区1次。通过整理16次强震前ML≥2.0震群年频次（表 3），发现其与该区M≥6.5地震的发生具有时间预测意义（图 5）。具体表现在，在M≥6.5强震发生前1—2年，震中及附近区域震群活动呈增强趋势，在16次震例中，有14次（占比88%）在震群频次达4次后1—2年内发生；在7级以上地震前，震群活动增强更加明显，其中2001年昆仑山口西MS 8.1地震发生前5年，震群活动增强显著，年均达6次。

表 3 青海及邻区M≥6.5地震前ML≥2.0震群信息统计 Table 3 Statistical table of ML≥2.0 earthquake swarms before M≥6.5 earthquakes in Qinghai and its adjacent areas
图 5 1980年以来青海及邻区ML≥2.0震群活动年频次与M≥6.5地震的关系 Fig.5 Relationship between the annual frequency of ML≥2.0 earthquake swarm activities and M≥6.5 earthquakes in Qinghai and its adjacent areas since 1980

由M≥6.5强震前震群活动空间分布（图 6）可知，震群活动与对应地震并非均在本构造带发生，二者位置可能分布在相邻构造带或相隔构造带内，空间上无明显指示意义。

图 6 1980年以来M≥6.5地震前青海及邻区ML≥2.0震群活动空间分布 Fig.6 Spatial distribution of ML≥2.0 earthquake swarm activities before M≥6.5 earthquakes in Qinghai and its adjacent areas since 1980

综上，震群活动的显著增强对青海及邻区M≥6.5强震有一定时间预测意义。

5 结论

由于青海地区中小地震活跃和区域地震监测能力明显提升，采用全国统一震群判别标准时，面临震群数量多、难以有效区分其预测意义和是否提取为异常等实际问题，急需建立适合青海震情特点的区域震群新标准。以1980年以来青海地区中小地震目录为研究对象，在全国测震学科组推荐的震群标准基础上，根据前人研究结果、区域震情特点、预报效能评价给出预测效能更好的区域震群新标准，并将新的震群筛选方式纳入日常工作，为震情跟踪提供更可靠的判定依据。新的震群筛选标准如下：①在同一地点（小震集中地区，半径20 km范围内）的一群地震中，在震群活动期间最大地震与次大地震的震级差满足ΔM1, 2≤1.1，且M1满足：3.0≤M1≤5.2，即仅挑选ML≥3.0震群。②最大日频次≥3，总次数≥10。③当震群序列连续15天以上无ML≥1.0地震发生时，可以判断震群活动结束；若自第16天起再次连续多日记录到小地震，则规定只有当第16天记录的ML≥1.0地震频度≥3次/日或ML≥2.0地震频度≥2次/日时，累计此序列。

分析认为，震群的频次、最大震级、震群前兆判定指标数量与后续中强地震的强度、时间间隔、距离以及构造属性均不具有明显的正比关系。其中：震群结束后对应发生的中强地震震中区域分布在青海全省，在柴达木块体和唐古拉地区相对集中，在空间上无明显优势，且震群活动与对应的M≥6.5地震并不一定均发生在本构造带，也可能发生在相邻构造带或相隔构造带内，空间上无明显指示意义；ML≥2.0震群活动的显著增强对青海及邻区M≥6.5强震有一定时间预测意义，且震前1—2年，至少有4次以上ML≥2.0震群发生。

参考文献
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