1999年大同-陽高5.6級地震預測回顧

平建軍,單連君,馬 棟，平彩鵬

(河北省地震局，河北 石家莊 050021)

0 引言

1999年11月1日，在山西大同、陽高兩縣交界地區發生5.6級地震(下面如不特別注明，震級系指Ms)，微觀震中為39°55′N、113°59′E，這是該地區繼1989年10月6.1級、1991年3月5.8級地震后，時隔8年多再一次發生的中強地震，3次地震的微觀和宏觀震中幾乎完全重合[1]。這次5.6級地震前，我國地震科研人員發現，基于地震震級-頻度關系和貝努利獨立試驗模型，計算的華北地區5.0～5.9級地震發生概率呈高值，該區1999年5月20日至8月20日出現ML≥4.0地震平靜異常，SQIP方法掃描計算的結果顯示，京西北至晉冀蒙交界和遼寧岫巖一帶存在地震危險性；與此同時，1999年8月9日地磁日變低點位移異常從晉冀蒙交界地區穿過,9月12日山西左云發生ML4.7信號地震。據此，通過對發震時間、地點、震級的多層次綜合分析，在1999年9月15日至29日河北省地震局召開的周、月、臨時等9次地震會商會上，預測1999年10月底前華北北部發生中強地震的可能性較大，京西北至晉冀蒙交界地區尤為值得關注，該預測意見與后來的實際震情相符合。

多年來，晉冀蒙交界地區是華北地區地震活動的主要場所之一，一直被中國地震局列為地震重點監視區。目前，該地區及其周邊存在ML≥3.0地震條帶和ML≥3.0地震活動顯著增強異常；張家口、懷來、易縣伸縮儀，懷來水平擺、赤城水溫等多項地球物理觀測數據出現異常。在當前震情背景下，做好大同-陽高5.6級地震震例總結工作，對堅定地震預測信心，做好晉冀蒙交界地區的地震監測預報工作有所裨益。

1 震前資料分析

1.1 華北地區5.0～5.9級地震發震概率預測

傅征祥等人采用地震震級-頻度關系和貝努利獨立試驗模型,給出計算某區域某區間震級的概率預測方法[2]，計算公式這里不再贅述。應用該方法，曾對1995至1999年華北地區每年的5.0～5.9級地震發震概率進行計算與分析。具體做法為以華北地區歷史地震目錄和1989至1994年的現代地震目錄為數據資料，計算1995年華北地區5.0～5.9級地震的發生概率；將1995年發生的實際地震樣本追加到現代地震目錄和歷史地震目錄資料中，計算出1996年華北地區5.0～5.9級地震的發生概率；依次類推，分別得到1997、1998和1999年華北地區5.0～5.9級地震的發生概率。1995至1999年華北地區5.0～5.9級地震的概率預測曲線如圖1所示。

圖1 華北地區5.0～5.9級地震的概率預測曲線

可以得出，當計算某年概率預測值p≥0.47時，在該年內華北地區會發生至少一次5.0～5.9級地震；當p<0.47時, 該年內華北地區無5.0～5.9級地震發生。如，1995年P值為0.478,同年華北地區先后發生9月20日山東倉山5.2級和10月6日河北唐山5.0級地震；1997年P值為0.642,同年華北地區于7月28日發生黃海5.1級地震；1996年與1998年的P值分別為0.434和0.463，這兩年華北地區無5.0～5.9級地震發生；1999年計算的P值為0.667，據此分析認為，當年華北地區發生5.0～5.9級地震的可能性較大。

1.2 華北地區ML≥4.0地震平靜異常分析

根據1970年以來中國地震臺網中心的地震目錄，用李閩峰等人研制的測震學日常分析預報CAPSeis軟件，以年為單位，分別制作1989至1998年華北地區(30°～43°N，108°～125°E)每年的ML≥4.0地震M-t圖(詳見文獻[2])，據此研究華北地區ML≥4.0地震的自然時序結構分布特征，把華北地區連續3個月無ML≥4.0地震發生作為平靜異常判別指標，發現平靜異常與5.5級以上地震有較好的對應關系(見表1[3])。

表1 華北地區ML≥4.0地震平靜異常映震情況統計表

可以看出，1989至1998年華北地區共出現5次ML≥4.0地震平靜異常，分別對應1989年10月19日大同-陽高6.1級、1991年3月26日大同-陽高5.8級、1996年11月9日南黃海6.1級和1998年1月10日張北6.2級4次5.5級以上地震，虛報5.5級以上地震1次，漏報5.5級以上地震1次。從對應的4次5.5級以上地震看，平靜異常出現后至5.5級以上地震發生所間隔的時間分別為148 d、94 d、23 d和23 d，平均為72 d。

圖2是1999年華北地區ML≥4.0地震M-t圖，可以看出，從1999年5月20日河南范縣ML4.0地震后，至8月20日華北地區無ML≥4.0地震發生，直到9月12日山西左云發生ML4.7地震，打破平靜狀態，出現1999年5月20日至8月20日ML≥4.0地震平靜異常。據此，未按照以往通常做法，取表1震例給出的平靜異常出現至發震的最長間隔時間148 d，作為未來華北地區5.5級以上地震發生的時間預測期限，考慮到自1989年以來平靜異常出現至發震的間隔時間越來越短的特征，取表1震例給出的平靜異常出現至發震的平均間隔時間72 d，作為未來華北地區5.5級以上地震發生的時間預測期限，預測1999年8月20日后的72 d內，即1999年10月31日前，華北地區可能會發生5.5級以上地震。

圖2 1999年華北地區ML≥4.0地震M-t圖

1.3 華北地區地震危險性SQIP方法掃描計算與分析

山東省地震局周翠英研究員通過深入研究給出一種地震學定量綜合預測方法[4-5]，用于對區域地震進行危險性評判,“九五”期間在地震系統一些單位得到推廣應用?；咀龇ㄊ鞘褂?970年至判定日期的地震目錄資料，以3°×3°為尺窗、1°為步長，滑動掃描計算華北地區(31.5°～40.5°N，111.5°～123.5°E)每一尺窗內，由頻度、能量、缺震、b值、C值等10類參數派生出的13項參量，根據計算的每一項參量的異常情況，綜合給出該尺窗內13項參量中異常項數的比值，即地震綜合參量P值，最后給出華北地區地震綜合參量P值空間分布圖，在P值高值區域，未來地震危險性較大[4-5]。研究中，以1980年至1998年每年的9月為判定日期，掃描計算并制作華北地區地震綜合參量P值分布圖，研究其與地震的對應關系?？紤]到既不漏報地震又不造成虛報區過多，經對比研究，確定判定地震危險性的規則是：將華北地區以1°×1°劃分為108個網格，當出現P≥0.58時，就預測P≥0.58等值線所包圍或經過的網格區在未來一年內(即當年的10月至次年的9月)可能會發生5.5級以上地震。按照這一地震危險性判定規則，1980至1998年華北地區(SQIP方法指定的范圍)所發生的1981年8月13日內蒙古豐鎮5.8級、1981年11月9日河北邢臺5.8級、1983年11月7日山東菏澤5.9級、1984年5月21日南黃海6.2級、1989年10月19日山西大同-陽高6.1級、1991年3月26日山西大同-陽高5.8級和1996年11月9日南黃海6.1級7次5.5級以上地震，有6次得到準確預測判定，僅漏報1996年11月9日南黃海6.1級地震?，F對1983年9月的地震預測判定做簡要介紹，圖3(等值線起始值0.58、間隔值0.05)是1983年9月所做的華北地區地震綜合參量P值空間分布圖，可以看出，P≥0.58的區域一共有4大塊，據此預測判定1983年10月至1984年9月這4大塊區域可能會發生5.5級以上地震，實際情況是在其中2個大塊區域分別發生1983年11月7日山東菏澤5.9級和1984年5月21日南黃海6.2級地震。

圖3 1983年9月華北地區地震綜合參量P值空間分布圖

圖4(等值線起始值0.58、間隔值0.05)是1999年9月掃描計算得到的華北地區地震綜合參量P值空間分布圖。圖中華北北部出現2個P≥0.58的較大區域，一是位于華北地區西北角的京西北至晉冀蒙交界一帶，二是位于華北地區東北角的遼寧岫巖一帶，且京西北至晉冀蒙交界一帶的區域范圍大、P值高。據此，依照地震危險性判定規則認為，1999年10月至2000年9月華北北部可能會發生5.5級以上地震，京西北至晉冀蒙交界地區尤為值得注意。

圖4 1999年9月華北地區地震綜合參量P值空間分布圖

1.4 山西左云ML4.7信號地震分析

通常把主震前一個月內發生的地震稱為前震，信號地震是一種廣義前震，在震前幾個月或更長時間出現[6]。信號地震的發生意味著孕震區地殼應力已積累較高，地殼介質已開始進入破裂失穩狀態，是表明未來主震不久就要發生的重要震兆信息。已有研究表明，華北地區信號地震一般發生在主震前的2年之內，多數發生在15個月內；信號地震與主震的距離不超過200 km，多數在100 km之內；信號地震震級一般在ML4.0至ML5.3[7]。

第14頁圖5是1980至1998年晉冀蒙交界地區ML≥4.7地震M-t圖，顯示從1981年8月13日內蒙古豐鎮5.8級(ML6.1)地震后，該地區地震活動逐年減弱，到1987年逐步增強。由此可知，1988年后，該地區每發生一次ML4.7至ML5.0地震，在其后不久就會有5.5級以上地震發生。如，1988年7月23日張家口陽原發生ML5.0地震，時隔約15個月，1989年10月19日山西大同陽高發生6.1級地震，兩個地震相距約39 km；1990年7月21日張家口大海陀發生ML5.0地震，時隔約8個月，1991年3月26日山西大同陽高發生5.8級(ML6.1)地震，兩個地震相距約182 km；1997年5月25日張家口宣化發生ML4.7地震，時隔7個多月，1998年1月10日張家口張北發生6.2級地震，兩個地震相距約65 km。據此，可把該地區發生的ML4.7至ML5.0地震視為信號地震，當其發生后，在未來長則15個月、短則7個月內晉冀蒙交界地區會發生5.5級以上地震。

圖5 1980年至1998年晉冀蒙交界地區ML≥4.7地震M-t圖

1999年9月12日山西左云發生ML4.7地震，打破同年5月20日河南范縣ML4.0地震后華北地區ML≥4.0地震的平靜，符合上述信號地震的特征。認為，1999年9月12日后的15個月內，尤其是在7個月內，晉冀蒙交界地區發生5.5級以上地震的可能性較大。

1.5 地磁日變低點位移異常分析

1999年8月9日地磁日變低點位移出現異常，其分界線一條是從河北昌黎到河北黃壁莊，然后轉向西北，通過山西大同直抵內蒙古呼和浩特東；另一條是從內蒙古呼和浩特西向東南達河北涉縣附近。以往震例表明，地磁日變低點位移異常出現后，80 d內其分界線附近發生5級以上地震的可能性較大[8]，據此并考慮1999年8月9日的地磁日變低點位移異常的兩條近乎平行的分界線，均從晉冀蒙交界及其附近地區穿過，分析認為，1999年10月底前晉冀蒙交界地區發生5級以上地震可能性較大。

2 地震預測

從前述可知，在地震時間預測上，華北地區ML≥4.0地震平靜異常側重對未來發震時段的預測。同時，表2顯示ML≥4.0地震平靜異常預測的發震時間是其他4種資料預測的發震時間的重合時段，因此，取ML≥4.0地震平靜異常預測結果對未來地震時間預測定為1999年10月31日前。

在發震地點預測上，SQIP方法給出的預測結果可信度高。同時，表2顯示5.0～5.9級地震發震概率預測和ML≥4.0地震平靜異常給出的發震地點預測范圍較大，左云ML4.7信號地震和地磁日變低點位移異常給出的發震地點預測范圍較具體，均是晉冀蒙交界地區，其預測結果與SQIP方法基本一致。綜合分析后，采用SQIP方法給出的發震地點預測結果，即未來發震地點為華北北部，京西北至晉冀蒙交界地區尤為值得注意。

表2 未來地震三要素預測情況匯總表

在發震震級預測上，5.0～5.9級地震發震概率給出的預測結果不僅具體明確，且可信度高。以5.0～5.9級地震發震概率給出的預測結果為主，參考表2其他4種資料的預測結果，對未來發震震級的預測判定為5.5至5.9級，即為中強地震。

在1999年9月15日至29日河北省地震局召開的周、月、臨時等9次地震會商會上，預測1999年10月底前華北北部發生中強地震的可能性較大，京西北至晉冀蒙交界地區尤為值得注意。這一預測意見被1999年9月15日河北省地震局周會商采用，明確寫入1999年第57期震情會商報告之中。實際情況是1999年11月1日山西大同-陽高發生5.6級地震，1999年11月29日遼寧岫巖發生5.4級地震，與預測意見相符。

3 結語

多年的地震預測工作實踐表明，單項觀測手段(單項地震觀測資料分析，單項地震預測方法和指標)進行地震預測時，可能會對地震的某些要素預測較好，表明該手段可能會反映地震孕育發生的部分信息，不能勾畫其完整信息。因此，如把眾多的單項手段有機統一起來，開展地震綜合分析預測，通過取長補短、關聯與組合的預測，就可能會捕捉到地震孕育發生的更多信息，乃至全部信息。由此，開展地震綜合分析預測將可能會提高地震預測效能。

目前，用于地震預測的單項手段眾多，映震效能有高有低，由于地球物理觀測資料質量參差不齊，在進行地震綜合分析時，如不進行資料的甄別，會增加工作量，也會降低地震綜合預測效果。因此，有必要事先通過一些震例研究，把優質的單項手段提煉和精選，組成地震預測骨干手段，實時跟蹤并整體分析這些手段的資料變化及其地震預測意見，開展地震綜合分析與預測。

另外，在對骨干手段的預測意見進行綜合分析時，不能做簡單的匯總，要厘清各單項骨干手段在地震預測時間、地點、震級上的優勢和短板，賦予適當權重。在此基礎上，進行加權綜合分析，提高地震預測意見的準確性。