基于会商资料的北京地区中等地震预测回溯研究

来源：SCI期刊网 分类：建筑论文 时间：2022-01-23 09:38 热度：

摘 要：摘要: 依据北京市地震局 1996 年以来的原始会商资料，以北京及周边地区 1996 年以来发生的 8 次中等地震为例，针对震前异常的产生和发展过程进行回溯性研究，追溯相关异常指标的形成过程和

　　摘要: 依据北京市地震局 1996 年以来的原始会商资料，以北京及周边地区 1996 年以来发生的 8 次中等地震为例，针对震前异常的产生和发展过程进行回溯性研究，追溯相关异常指标的形成过程和预测实效。通过震例研究和预测效能评估，提取近南北向小震条带等多项适用于北京地区的异常指标，为建立北京地区中等地震预测指标体系提供参考。中等地震异常指标和预测指标的形成过程为: 在日常震情跟踪中发现异常———经过初步震例研究提出异常指标———通过预测实践验证且预测评分较高的指标，就确定为预测指标。中等地震预测指标的确定至少需要一次预测实践验证。

　　关键词: 北京地区; 中等地震; 预测回溯; 异常指标; 预测指标

　　0 引言

　　北京地处汾渭地震带、河北平原地震带和张家口—渤海地震带的交汇地区，活动构造发育，有史以来记载 5 级以上地震 11 次，其中 6 级以上强烈地震 7 次，最大为 1679 年三河—平谷 8 级地震。北京地区现代以中小地震活动为主，多次发生中等有感地震，虽然破坏和损失很小，但社会影响巨大。如 1990 年 9 月 22 日北京亚运会开幕式前发生的昌平小汤山 4. 0 级地震、1996 年 12 月 16 日顺义 4. 0 级震群等，北京广大地区强烈有感，导致老百姓恐震情绪增加，造成很大社会影响。2019 年 4 月7 日和14 日，北京海淀和怀柔相继发生2. 9 级和 3. 0 级地震，后者打破北京地区持续 18 年的 3 级地震平静。2020 年 1 月 9 日和 5 月 26 日又相继发生房山 3. 2 级和门头沟 3. 6 级地震，3 级以上地震活动增强的迹象明显。

　　中国地震局 “八五” ( 国家地震局预测预防司，1997) 、“九五” ( 陆远忠等，2001; 中国地震局监测预报司，2002) 、“十五” ( 中国地震局监测预报司，2005a，2005b) 攻关项目，针对中国大陆地区和华北地区中强地震前的中等地震活动特征和前兆异常开展了大量研究，并总结出一系列适用于中国大陆 ( 包括华北地区) 的强震前地震活动性中短期、短期预测方法，为此后的相关研究奠定了基础。研究人员针对中国大陆 ( 华北地区) 地震条带和空区 ( 刘蒲雄，陈章立，1989; 曹井泉等，1997 ) 、地震活动 性 参 数 ( 王 炜 等， 1998; 王林瑛等，2006; 王海涛，王琼，2008 ) ，以及北京顺义地震 ( 张永仙等，1998; 王慧敏等， 1998) 等开展研究，取得了一定成果。由于北京地区研究范围小且现代地震相对稀少，难以进行震例总结并提出具有一定预报效能的预测指标，已有研究中涉及北京地区的地震预测指标较少。

　　本文整理分析了北京地区 20 多年来的大量会商资料，对年度会商中提出的年度或半年异常以及日常震情跟踪会商中提出的短期异常进行预测回溯，评价各项异常指标的实际预测效能，为建立适用于北京地区的中等地震预测指标体系提供相关震例和异常指标，为该地区未来震情跟踪预测以及 2022 年北京冬奥会震情保障工作提供参考。

　　1 数据及方法

　　1996 年 以 来 北 京 地 区 ( 39. 3° ～ 41. 1° N， 115. 3° ～ 117. 6° E，包括北京周边的怀来、逐鹿、廊坊、宝坻等地区) 先后发生 8 次 4 级以上地震，首都圈地区 ( 38. 5° ～ 41°N，113° ～ 120°E，包括东部唐山老震区、中部北京—文安地区以及西部晋冀蒙交界及附近地区) 先后发生 23 次 4 级以上地震。北京市地震局自 1996 年 10 月成立以来，积累了大量的周、月会商 ( 包括周会商、月会商、紧急会商和加密会商等) 和年度地震趋势会商 ( 包括年度地震趋势会商和年中地震趋势跟踪会商) 资料。会商资料显示，北京地区 4 级左右地震 ( 如 1996 年顺义 4. 0 级、2014 年逐鹿 4. 3 级地震等) 和首都圈地区 4 级以上地震 ( 如 2006 年文安 5. 1 级、2012 年唐山 4. 8 级和 2020 年 7 月古冶 5. 1 级地震等) 前，小震活动和前兆测项出现异常，通过跟踪这些异常，总结出一系列异常指标，应用于此后的地震预测实践中，取得了较好的预测效果。

　　近 20 多年来，针对北京及邻区地震预测指标，有两次比较系统的研究。其一，2003—2009 年，北京市地震局负责实施的北京市科技重点项目 “北京及邻区地震预测预报与近期地震危险性的综合判定研究”①，针对北京及邻区中等以上地震，通过跟踪研究或借鉴前人成果，对多种适用于中强地震且预测效能较好的指标，通过降低研究起始震级、缩小扫描窗口和步长，开展震例研究，总结出北京地区中等以上地震空间和时间预测的首都圈中部近南北向小震条带 ( 朱红彬等， 2010) 、北京地区小震丛 ( 群) 等异常指标，可应用于首都圈中等以上地震时间预测的首都圈 ML1. 8 月频度低值、平谷地磁加卸载响应比高值等异常指标，以及一些前兆测项异常指标，随后还补充 了 北 京 地 区 地 震 活 动 性 总 体 参 量 Rt 值 ( 岳晓媛等，2019 ) 、北京地区多参数地震对应概率谱 ( 李红等，2017) 等异常指标，初步形成北京及邻区中等以上地震年度和短期预测指标，对首都圈地区，尤其是北京地区的中等地震如 2006 年文安 5. 1 级、2012 年唐山 4. 8 级、2014 年涿鹿 4. 3 级、2018 年永清 4. 3 级等地震的跟踪预测起到一定作用。其二，2008 年北京奥运会前，在中国地震局监测预报司主持下，中国地震台网中心和京、津、冀等省 ( 市) 地震局相关专家，共同研究制定了 《首都圈地区地震信息手册》②，总结出首都圈地区一些中强和中等地震预测指标，其中有关北京地区的预测指标也采用了北京市地震局的研究内容。

　　本文在此前北京地区和部分首都圈地区中等地震异常指标研究和应用的基础上，通过查阅、分析北京市地震局 20 多年来的会商资料 ( 相关资料截至 2020 年底，下同) ，包括年度地震趋势会商资料和周、月会商资料，研究对北京地区影响较大的 1996 年顺义 4. 0 级等 8 个显著地震前 3 个月内，北京地区 ( 部分指标预测范围为首都圈地区) 出现的地震活动性和前兆异常，进行预测回溯。除顺义地震采用 《中国震例 ( 1995—1996) 》 ( 陈棋福等，2002) 资料外，其余震例采用北京局年度 ( 年中) 趋势会商③和周月会商④的相关原始资料。文中震级标度除已标明者外，其它使用 MS 震级。3 种地震目录主要采用国家测震台网中心地震编目系统 ( http: / /10. 5. 160. 18 /) 全国统一正式目录和速报目录。

　　2 北京地区中等地震预测回溯

　　1996 年以来，北京地区先后发生 1996 年 12 月顺义 4. 0 级 ( 不包括 3. 4 级余震) 、2002 年 8 月沙城 4. 0 级、2012 年 6 月宝坻 4. 0 级、2012 年 8 月宝坻 3. 4 级、2014 年逐鹿 4. 3 级、2018 年永清 4. 3 级和 2020 年门头沟 3. 6 级共 7 个 4 级左右显著地震 ( 图 1) ; 位于首都圈中部的 2006 年 7 月文安 5. 1 级地震，对北京地区也产生较大影响。针对上述 8 次地震，除顺义地震外，本文的预测回溯主要采用震前年度 ( 年中) 会商资料和震前 3 个月周 ( 月) 会 商 资 料，并 着 重 介 绍 震 前 最 后 一 次 周 ( 月) 会商资料。

　　2. 1 1996 年 12 月 16 日顺义 4. 0 级地震

　　据 《中国震例 ( 1995—1996) 》 ( 陈棋福等， 2002) ，顺义地震前中期异常主要表现为京津地区ML4. 5 以上地震 73 个月长期平静，在此基础上出现 ML3. 0 频度高值; 短期异常主要为近南北向小震条带形成、板桥水位破年变、松山水汞一组高值，以及平谷地磁空间相关低值、昌平气氡、朝阳六院应力、顺义和昌平体应变 8 项。由于顺义地震发生时北京市地震局刚刚经批准成立，缺少相关的会商资料。 《1996 年 12 月 16 日北京市顺义 ML4. 5 地震》一文中所做的震例总结 ( 兰从欣等， 2002) 是北京局中等地震预测预报尝试的开端。

　　异常回溯及评价: ①顺义地震前最重要的一项地震活动性短期异常是近南北向 ( 或北北西向) 小震条带的形成，经后续多次跟踪研究，目前已经成为该地区 ML4. 0 以上中等地震重要短期预测指标; ②板桥水位破年变是震前最明显的短期前兆异常; ③除板桥水位、松山水汞外，其它短期前兆异常由于环境干扰和仪器停测等原因，不再作为异常指标跟踪; ④后续研究还发现，顺义地震前首都圈地区曾出现 ML1. 8 地震月频度显著低值异常。

　　2. 2 2002 年 8 月 3 日沙城 4. 0 级地震

　　年度 ( 年中) 会商: 北京局于 2002 年 6 月 20 日召开 2002 年度年中会商会。在汇总报告中提出: 首都圈中部地区自顺义地震后出现长达 66 个月的 4 级地震平静; 首都圈西部形成北东向的应县—怀柔、北西向的张北—霸州两个小震条带，两条带相交于河北省怀来附近; 北京及邻近地区下半年具有发生 4 ～ 5 级地震的危险。

　　周 ( 月) 会商: 2002 年 5 月 29 日周会商提出平谷台地磁加卸载响应比高值异常，6 月 5 日周会商提出霸州—张北、应县—怀柔小震条带; 2002 年 7 月 24 日月会商意见中提出，北京地区存在小震条带交汇、ML1. 8 地震月频度低值、王都庄水温低值回升、松山水氡一组高值、平谷地磁加卸载响应比高值，以及徐辛庄水温高值、沿河城水氡低值、平谷地电阻率北西向下降和小水峪、德胜口、张山营及施庄村斜交基线突跳变化 12 项短期异常。

　　异常回溯与评价: ①沙城地震前出现小震条带交汇，其中张北—霸州的北西向 ( 近南北向) 小震条带，在顺义地震后再次出现; ②震前首都圈 ML1. 8 地震月频度出现显著的低值异常; ③前兆测项中除平谷地磁加卸载响应比、松山水氡和徐辛庄水温外，其它短期前兆异常由于环境干扰和仪器停测等原因，已不再作为异常指标跟踪，但王都庄水温 ( 已停测) 在震前出现低值回升现象。

　　2. 3 2006 年 7 月 4 日文安 5. 1 级地震

　　年度 ( 年中) 会商: 北京局 2006 年度会商报告中指出，北京地区未发现显著异常，仅依据首都圈 5 级以上地震 10 a 左右准周期性等，预测其 2006 年地震活动水平为 5 级左右。

　　周 ( 月) 会商: 2006 年 5 月 30 日周会商提出平谷地磁加卸载响应比高值异常，6 月 7 日周会商提出首都圈地区 ML1. 8 地震月频度低值异常，6 月 21 日周会商提出北北西向小震条带。北京市地震局在 2006 年 6 月 28 日月会商意见中，依据上述 3 项短期异常，预测首都圈地区下月 ( 7 月) 有发生中等地震可能。

　　异常回溯与评价: ①文安地震前首都圈中部出现非常显著的近南北向小震条带，结合顺义地震、沙城地震前的相似小震条带异常，将其作为首都圈中部重要的中等地震短期预测指标; ②震后研究发现文安等地震前，首都圈地区曾出现大于 30 的小震月频度高值异常，于是将其作为首都圈地区 ML5. 0 左右地震异常指标跟踪; ③相对于 5 级以上地震，文安地震前无论是地震活动性异常还是前兆异常都不显著。

　　2. 4 2012 年 6 月 18 日宝坻 4. 0 级地震

　　年度 ( 年中) 会商: 北京局 2012 年度会商会 ( 2011 年 10 月 19 日召开) 汇总报告和 2012 年年中会商会 ( 2012 年 5 月 14 日召开) 汇总报告中，参考张北地震前怀来—涿鹿和顺义都曾出现持续数月的震群活动的事实，结合顺义地震前沙城附近曾持续出现小震群活动的情况，将持续数月的小震群活动作为北京地区 4 级以上地震半年 - 年度异常指标进行跟踪，认为 “2010 年 12 月至 2011 年 5 月昌平、怀柔交界 ML2. 8 小震群持续数月，预测震群周围 150 km 范围内 2012 年有发生 4 ～ 5 级地震可能”，该震群距宝坻 4. 0 级地震 130 km。

　　周 ( 月) 会商: 该地震发生在 2012 年 5 月 28 日唐山 4. 8 级地震后仅 21 d，两次地震间并未发现新的短期异常; 北京局 2012 年 4 月 11 日周会商中提出，首都圈地区4 月6 日起出现显著的 ML1. 8 月频度大于 30 的高值异常，4 月 14 日最高达 40 次，北京局 2012 年 6 月 13 日周会商意见中，仅提到 6 月 11 日海淀区一公园池塘内有成群的鱼跃出水面，未提出有震预测意见。

　　异常回溯与评价: ①该地震与年度 ( 半年) 预测相符，但无短期预测意见; ②震前未出现近南北向小震条带，为漏报; ③据震例研究，地震前北京地区综合地震学参数 Rt 值出现低值异常，多参数地震对应概率谱曾出现高值异常，开始将二者作为北京地区中等地震半年 ( 年度) 异常指标进行跟踪; ④震例研究还发现，首都圈地区继 2012 年 5 月 28 日唐山 4. 8 级地震前出现 ML1. 8 月频度和 ML3. 0 月频度高值异常后，宝坻 4. 0 级地震前也曾出现 ML1. 8 月频度和 ML3. 0 月频度高值异常。因此，将 ML1. 8 月频度高值异常作为首都圈 ML5. 0 左右地震预测指标进行跟踪，将 ML3. 0 月频度高值异常作为辅助异常指标进行跟踪。

　　2. 5 2012 年 8 月 26 日宝坻

　　3. 4 级地震周 ( 月) 会商: 2012 年 7 月 4 日周会商提出 6 月 28—29 日顺义、昌平交界处出现小震丛 ( 记录小震共 26 次，其中 ML≥1. 0 地震 4 次) ，7 月 18 日周会商提出 8 月 14 日起昌平长陵中学电磁波出现一组高值波动 ( 截至 8 月 20 日) ，7 月 25 日周会商提出 6 月 28 日—7 月 31 日出现近东西向小震条带。直至北京局 2012 年 8 月 22 日周会商会时，上述 3 种短期异常继续存在，但会上未提出有震预测意见。

　　异常回溯与评价: ①震例研究和预测实践显示北京地区发生 ML1. 0 小震丛后 3 个月内，150 km 范围内有可能发生 ML≥4. 0 地震，小震丛可以作为北京地区短期异常指标; ②震前未出现近南北向小震条带，为漏报; ③近东西向小震条带经震例研究虚报较多，未作为异常指标继续跟踪; ④昌平长陵中学电磁波在 2012 年 5 月 28 日唐山 4. 8 级地震和 8 月 26 日宝坻 3. 4 级地震前都出现了显著的高值波动变化，但目前仪器已经停测。

　　2. 6 2014 年 9 月 6 日逐鹿 4. 3 级地震

　　年度 ( 年中) 会商: 北京局于 2013 年 10 月 14 日召开 2014 年度会商会，汇总报告中认为北京地区多参数地震对应概率谱于 2012 年宝坻 4. 0 级地震后继续上升，但综合地震学参数 Rt 值未发现异常; 2014 年中会商会 ( 2014 年 5 月 15 日召开) 汇总报告中，提出北京地区出现 Rt 值低值异常，多参数地震对应概率谱仍处于高值，预测北京地区下半年有发生 4 级左右地震可能。

　　周 ( 月) 会商: 2014 年 6 月 11 日周会商提出延庆电阻率东西向破年变异常，8 月 13 日周会商提出房山台东西向水准破年变异常，8 月 27 日周会商提出首都圈 ML1. 8 月频度8 月3 日以来出现低值异常，9 月 3 日周会商提出首都圈中部 7 月 11 日至 8 月 28 日形成近南北向 ML≥1. 0 小震条带。北京局 2014 年 9 月 3 日周会商意见中提出，由于上述 4 项短期异常继续存在，因此预测近期有发生中等地震可能。

　　异常回溯与评价: ①后续震例研究显示 1996 年 12 月顺义 4. 0 级、2012 年 6 月宝坻 4. 0 级和 2014 年 9 月逐鹿 4. 3 级地震前，北京地区综合地震学参数 Rt 值多出现低值异常，多参数地震对应概率谱出现高值异常，因此将二者作为北京地区中等地震半年 ( 年度) 预测指标进行跟踪; ②前述 1996 年顺义 4. 0 级、2002 年沙城 4. 0 级、2006 年文安 5. 1 级和 2014 年涿鹿 4. 3 级等中等地震前，首都圈中部都出现近南北向小震条带，小震条带是首都圈中部预测效能最好的中等地震短期预测指标之一; ③震例研究显示，震前首都圈地区未出现 ML1. 8 月频度高值异常，但出现了 ML3. 0 月频度高值异常。

　　2. 7 2018 年 2 月 12 日永清 4. 3 级地震

　　年度 ( 年中) 会商: 北京局 2018 年度会商会 ( 2017 年 10 月 13 日召开) 汇总报告中提出，北京地区出现综合地震学参数 Rt 值低值异常和多参数地震对应概率谱高值异常，因此预测北京地区 2018 年度存在发生 4 级以上地震可能; 河北平原带出现 ML3. 0 地震条带，因此预测 2018 年上半年有发生 5 级左右地震可能。

　　周 ( 月) 会商: 北京局 2017 年 11 月 15 日周会商继续提及通州西集水位 9 月 30 日—10 月 1 日出现的破年变异常 ( 先快速上升，后缓慢上升， 20 d 左右恢复正常) ，2018 年 1 月 17 日周会商因异常持续超过3 个月撤销; 北京局于2018 年2 月7 日周会商意见中，提出平谷地磁加卸载响应比 1 月 18 日出现高值异常，但因短期异常不显著未提出预测意见; 震前曾发现首都圈 ML1. 8 月频度从 2017 年 12 月 19 日至 2018 年 1 月 4 日出现低值异常，但因此前多次发生虚报，未作为异常上报。

　　异常回溯与评价: ①经对宝坻 4. 0 级和逐鹿 4. 3 级地震的跟踪预测和震例研究，北京地区综合地震学参数 Rt 值低值异常和多参数地震对应概率谱高值异常，已经成为少震的北京地区重要的半年 - 年度中等地震预测指标，并据此在 2018 年度趋势会商中，明确提出北京地区 2018 年度存在发生 4 级以上地震可能; ②后续研究发现永清地震前遗漏了近南北向小震条带、通州徐辛庄水温和左家庄水温低值回升等短期异常，而西集水位破年变虽然超过 3 个月仍有预测意义; ③震例研究显示，震前首都圈地区未出现 ML1. 8 月频度高值异常，但出现 ML3. 0 月频度高值异常，因此将首都圈地区 ML3. 0 月频度高值异常作为 ML5. 0 左右地震的联合预测指标; ④首都圈 ML1. 8 月频度曾经在首都圈多次中等地震前出现显著低值异常，但由于该异常指标在 2017 年至 2019 年导致大量虚报，所以仅作为参考指标进行跟踪研究。

　　2. 8 2020 年 5 月 26 日门头沟 3. 6 级地震

　　周 ( 月) 会商: 北京局 2020 年 1 月 22 日周会商提出，首都圈地区 ML1. 8 月频度和 ML3. 0 月频度分别于 2020 年 1 月 14 日和 1 月 15 日出现高值异常; 5 月 6 日周会商意见提出平谷台地磁加卸载响应比于 2020 年 5 月 4 日出现高值异常; 5 月 20 日周会商意见提出，除上述异常外，还存在房山水准破年变等多项前兆异常，因此预测首都圈地区有可能发生中等地震，但未针对北京地区提出有震预测意见。

　　异常回溯与评价: ①首都圈地区 ML1. 8 月频度和 ML3. 0 月频度高值异常主要对应首都圈地区 ML5. 0 左右地震，该异常与 2020 年 7 月 12 日古冶 5. 1 级地震有关，除平谷台地磁加卸载响应比高值异常外，北京地区出现的多项前兆异常，主要与古冶 5. 1 级地震有关; ②震前未出现近南北向小震条带，为漏报; ③2020 年 3 月 29 日至 4 月 9 日北京顺义出现小震丛活动 ML1. 0 以上地震 4 次，其中 ML2. 0 以上 3 次，最大 ML2. 5，首日频次 2 次，最大与次大震级差 0. 2，活动地点与门头沟 3. 6 级地震相距 60 km，但考虑到首日频次未达到 3 次不能满 足 震 群 定 义 ( 国 家 地 震 局 科 技 监 测 司， 1990) ，未作为正式异常提出，但震例研究认为该异常指标仍有预测意义; ④首都圈 ML1. 8 地震月频度震前出现低值异常，震例研究认为 2020 年后依据该日常指标作出的虚报明显减少，预测效能有所上升，但目前仍只作为参考指标进行跟踪研究。——论文作者：朱红彬，李 红，岳晓媛，李菊珍，王丽红，武敏捷，钟世军

文章名称：基于会商资料的北京地区中等地震预测回溯研究

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