基于地震孕育過程追蹤的地震預測方法

[摘要] " "準確的地震預測是實現有效減輕地震災害的途徑之一。目前地震預測仍處于經驗預測階段，其準確度遠遠不能滿足有效減輕地震災害的需求。地震預測的發展趨勢在于從經驗預測向物理預測過渡，這個過渡的關鍵在于要首先實現對地震孕育過程更加深入的認識、描述和追蹤。根據巖石力學實驗結果，巖石破壞前主要經歷了應力上升過程和其后的亞失穩階段。我們分析了天然地震的孕育過程。分析時將視應力和b值進行結合，以獲得地殼介質的應力變化信息，利用地震活動與地球自轉之間的相關性（用p值描述）來獲取地殼介質的臨界狀態或亞失穩階段的信息，從而實現對地震孕育過程的描述。本文在對天然強震孕育過程進行震例研究的基礎上，提出了基于地震孕育過程追蹤的地震預測思路和方法，給出了中-短期地震危險區判定依據，以期對實際地震預測工作有所裨益。

[關鍵詞] 地震孕育過程; 地震預測; 中-短期; 地震危險區; 視應力; b值; p值

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-131

基金項目： 中國地震局地球物理研究所基本科研業務專項（DQJB23Z09）資助。

0 "引言

目前地震預測尚處于經驗預測階段。經驗預測是研究者根據自己的知識和經驗對未來地震的時、空、強三要素作出的主觀判斷，可以用簡單的“有” 或“無”來描述，也可以用某種量化的可能性來表示。這種預測通常會因人而異。經驗預測的局限性是顯然的，停留在經驗預測上是難以取得地震預測突破性進展的。但目前由于地震預測中的統計預測和物理預測方法尚不成熟，經驗預測仍將發揮其應有的作用[1]。 不少國內外地震學者認為，要提高地震預測水平，關鍵在于深入研究地震孕育發生機理，發展新的地震預測理論，從經驗預測向以物理為基礎的預測過渡。但也有學者認為，應大力發展統計預測方法[2-3]，不過，1985年基于美國帕克菲爾德地區6級地震的準周期性做出的地震預測（1993年前帕克菲爾德地區有95%的概率發生1次6級地震）的失敗，說明統計預測也存在相當的不確定性。在目前的地震預測工作中，很難從物理上說清楚前兆觀測值的異常變化與地震發生之間的關系，并且不同的研究者對同一個觀測值的異常變化也可能會有不同的認識，這種情況下要形成一致的預測意見顯然是很難的。毫無疑問，地震預測應從經驗預測向物理預測過渡，但這個過渡的關鍵在于首先要對地震孕育過程有更加深入的認識，弄清楚天然地震在震前所經歷的過程有什么樣的特征，還要給出描述孕育過程特征的方法，并對其實現追蹤。本文將對近年來我們對天然地震孕育過程進行的實例分析結果進行全面介紹。

1 "地震孕育過程分析

對于強震發生的預測來說，實現物理預測的關鍵在于弄清楚地震孕育過程的特征。本質上，地震是一個力學過程，是累積應力快速釋放的過程。根據在雙軸壓力作用下進行的巖石實驗結果，從差應力—時間過程看，變形過程存在穩態、亞穩態、亞失穩態、失穩態等4種狀態。它們分別被差應力—時間曲線上的偏離線性點（屈服點M）、峰值應力點（強度極限點C）和失穩點（B）分割（圖1）。 從O點到M點為穩態階段，斷層處于彈性變形狀態，只要外力撤除，變形立即恢復；從M點到C點斷層處于偏離彈性狀態，為亞穩態階段，外力撤除，一部分應變立即恢復，另一部分以緩慢方式逐步恢復，而局部損傷區則無法恢復；從C點到B點進入亞失穩階段，斷層已經處于以釋放為主的變形階段，隨著變形程度增加，斷層由準靜態釋放轉變為不可逆轉的準動態釋放，最終失穩[4-5]。如果我們認為巖石力學實驗中巖石發生宏觀破壞前所經歷的過程與天然地震發生前所經歷的過程相同，從圖1中可以發現，地震孕育過程主要應包含2個階段：一個是應力積累過程（應力峰值點C之前），另一個是臨界狀態或亞失穩過程（應力峰值點C之后）。一個油然而生的問題是：實際地震孕育過程是否與此一致？對這個問題的回答有賴于開展實際震例研究。在開展震例研究時，最為重要的是找到描述這2個階段的參量。第1階段的主要特征是應力增長，第2階段的主要特征是震源介質處于臨界或亞失穩狀態，變得非常不穩定，一旦受到微小的外力作用就可能引發一些中小地震活動。對于第1階段，我們需要獲取震源處的應力狀態。目前，在難以直接檢測到地下幾千米至幾十千米的震源處的應力信息的情況下，可以通過b 值或視應力進行間接地推測震源處的應力狀態。巖石力學實驗中發現b值與應力呈負相關關系[6-7]，b 值的變化還與地殼介質非均勻性有關[8]，甚至與地熱梯度有關[9]。視應力等于剪切模量與地震能量和地震矩之比的乘積，也等于地震效率η乘以斷層面上的平均應力[10-11]。當構造應力增加時，b值降低，同時視應力增加，反之亦然。由于影響b值與視應力的因素并非單一的地殼應力，單獨用它們不能唯一地獲取地殼中應力的信息。如果地殼應力發生變化，一般b值與視應力都會相應地發生變化。當視應力增加時，b值下降，地殼應力發生變化上升。因此如果b值與視應力的變化是由地殼應力變化引起，它們的變化應該呈負相關關系。因此，將b值與視應力進行聯合分析，可以在排除其他影響因素的前提下獲取地殼的應力狀態。需要說明的是，在開展震例研究時，由于缺乏視應力資料，有的震例只能用b值的變化來獲取地殼應力的變化過程。一般認為，對于強震前發生在震源及其附近一定空間范圍內幾年至十年左右的b值下降是由于地殼應力變化造成的可能性大。

在日常生活中，要判斷一根立在地上的桿子穩不穩定，最簡單的方法是用手握住它輕輕地搖一搖。如果桿子晃動，它就不穩定。用手握住桿子搖一搖這個動作實際上是在給桿子加上一個微小的作用力。將這個經驗應用于震源區穩定性評估，可以認為當震源區被加載到臨界狀態時，它可能變得極其不穩定以至于微小的應力變化就可以在它及其附近地區激發一些中小地震活動。由于地球自轉速率變化可以在地殼內部引起非常微弱的應力變化[12]，因此，如果震源區處于臨界狀態，地球自轉速率變化將會觸發地震活動，從而使這些被觸發的地震與地球自轉速率變化之間顯著相關。我們可以根據與地球自轉相關的地震活動性來描述震源區的臨界狀態或亞失穩狀態。

對滑塊模型的研究表明，在給定應力作用下，當其周期接近共振周期時，滑動將被大幅度放大[13]。當剛度k等于臨界剛度kc時，在臨界周期Tc附近滑移響應將被顯著放大。當k大于kc時，臨界周期變小，引起滑動劇烈放大的應力周期變小[14]。由于物體的固有周期與剛度k呈反比，而與質量呈正比。對于震源體來說，地震越大，相應的震源體也越大，質量就越大，在剛度不變的情況下，共振周期越大。因此，如果強震發生前，在震源體處于亞失穩狀態時，共振作用可以觸發地震活動，只要作用在震源體上的外力的周期與震源體固有周期相近，即可觸發地震活動。有研究表明，強震前固體潮引起的應力在震前觸發了地震活動[15-18]。固體潮是由日、月引力引起的，主要含有半日潮、日潮、半月潮、月潮、半年潮和周年潮。地球自轉速率在時間尺度上主要有“十年起伏”變化、季節性變化和短期變化。“十年起伏”變化主要與地球內部地核與地幔的耦合作用有關。季節性變化主要由大氣環流引起，也有研究表明，地球自轉速率季節性變化主要是由于太陽輻射光壓在南、北半球表面上不平衡分布造成的[19]。短期變化主要是大氣的高頻震蕩和潮汐波動引起的[20]。顯然，地球自轉速率變化的影響因素比固體潮更多，且包含了固體潮的影響，它的變化更復雜，所包含的周期成分更豐富。如果把地殼看成彈性介質，地球自轉速率變化在地殼中引起的應力變化的周期與它的周期是一致的。所以在分析地震活動與地球自轉速率變化之間的關系時，直接分析地震活動發生的時間與地球自轉速率變化之間的相關性即可。然而，對于固體潮而言，需要計算潮汐應力，計算潮汐應力時，需要用到發震斷層面的幾何和運動學參數。目前對于中小地震，很難得到其準確的發震斷層參數，使計算結果存在更多的不確定性。

本文中采用最大似然法計算b值[21]，計算公式為：

（b=log?e/（M-M_min ）@σ_b=1.96 b/√（N-1））} （1）

計算b值隨時間的變化時，使用等事件數的樣本窗口，以相等事件數進行滑動，將每個窗口中最后一個事件發生的時間作為計算的b值的時間。對國外震例，使用的地震目錄來自于USGS網站（https：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/），國內震例使用的地震目錄來自于中國地震臺網中心全國小震正式目錄。

視應力定義為[22]：

σ_a=μ E_S/M_0 （2）

式中，μ為剪切模量（對地殼介質，μ 可取 3×104 MPa），ES和 M0 分別為地震輻射能量和標量地震矩。

對國內的震例，ES是根據區域數字測震臺網記錄的波形數據，將波形數據進行去傾和儀器響應校正處理之后，取S波段的波形數據，在近震源條件下計算震源譜，得到震源譜參數，進而根據震源譜參數得到地震矩、地震能量，再由式（2）計算視應力。

對于國外地震，ES根據Gutenberg-Richter的回歸關系換算得到[23]：

\"log\" E_S \"=1.5\" M_S+11.8 （3）

地震矩M0和MS數據來自于哈佛大學發布的震源參數目錄（http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html）。用所選取的地震的地震矩M0和震級MS數據，根據式（3）可以得到ES，然后由式（2）得到視應力。需要指出的是，Zobin[24]曾分別用式（3）換算方法和Boatwright和Choy[25]的波形積分方法，計算了勘察加地區5次地震的地震波能量，結果表明兩種方法得到的結果沒有明顯差別。

對于與地球自轉相關的地震活動性分析，首先根據地球自轉速率變化曲線，計算所選取的研究區內發生的每個地震的相位角θ。規定：在地球自轉速率變化曲線的極大值點處相位角為0°；從極大值往左邊數，第1個極小值處對應的相位角為?180°；同樣，往右邊數，第1個極小值處相位角為180°。即，

（θ=-〖180〗^°×（t_0-t_e）/（t_0-t_（-180） ），t_elt;t_0@@=〖180〗^°×（t_e-t_0）/（t_180-t_0 ），t_e≥t_0 ）} （4）

式中，te 為某個地震的發生時間，t0 為離地震最近的極大值處的時間， t-180 和 t180 分別為地震前后離地震最近的兩個極小值處的時間。對于N個地震，它們的發生是否與地球自轉速率變化顯著相關，可以利用舒斯特（Schuster）統計檢驗方法來檢驗，檢驗的基本參數是[26]：

（A=∑_（i=1）^N?s inθ_i，B=∑_（i=1）^N?c osθ_i@@R=√（A^2+B^2 ）@p=e^（-R^2/N） ）} （5）

式中，θi為第i個地震的相位角；Ngt;10，為地震總數；0≤p≤1，一般如果p≤5%，地震活動與地球自轉之間存在顯著相關性[27]。

我們選取了2004—2023年間發生在環太平洋地震帶和歐亞地震帶以及我國大陸地區的15次MS≥6.0地震進行分析。選取這些地震時，首先考慮要有足夠的資料，其次是考慮不同的動力環境和構造條件以及震級分布范圍等因素。圖2 給出了研究震例的空間分布，具體信息見表1。它們的震源機制主要是走滑型、逆沖型以及逆沖兼走滑型，發生在不同的動力環境和構造條件下，震級分布范圍為MS6.0～MW9.1。

圖3 給出了各次震例震前震中及附近地區視應力和b值隨時間的變化。由于資料原因，一部分震例只能給出b值隨時間的變化。從圖中可以看出，所有震例地震發生前，b值都出現了數年至十多年的顯著下降過程。有8次震例同時給出了視應力隨時間的變化，可以看出這些震例前視應力與b值呈負相關變化，表明震前視應力和b值的變化是由于地殼構造應力的增強所致。b值下降過程主要表現為兩個特征：一是在b值下降過程的前期，其下降速度較快；另一個是除個別震例外，下降過程末期b值維持在自下降以來的低水平上，沒有明顯變化或小幅緩慢回升。

從圖3中我們可以看到一個關于天然地震的基本事實，那就是，在震前震源及附近地區經歷了較長時間的地殼應力上升過程，這個過程平均持續5.8年；震前在緊臨震時的幾年時間里，地殼應力維持在高位，或稍有松弛。因此，天然地震前地殼應力的變化與巖石力學實驗中巖石發生宏觀破壞前所經歷的過程具有一致性。接下來需要考慮的問題是：在緊臨震時的幾年時間，當地殼應力處于峰值之后，震源及附近地區地殼介質是否處于亞失穩狀態？為此，我們分析了這些震例發生前震源及附近地區地震活動與地球自轉速率變化之間的相關性，用式（5）中的p值來評估。當p小于5%時，認為地震活動與地球自轉速率變化顯著相關。p值越小，相關性就越顯著，地殼介質就越不穩定。圖4給出了各次震例前p值隨時間的變化，可以看到在臨近地震發生前的幾年內，即b值平穩變化階段，p值都出現了顯著的下降過程，這表明地殼介質處于不穩定狀態，即亞失穩狀態。為了分析不穩定區域與震中之間的關系，給出了p值時間變化達到最低值期間，p值的空間分布（圖5）。從圖中可見，當p值時間變化到達最低值時，p值在空間上形成了一個低值集中分布區域，這個區域的地殼介質最不穩定。主震的初始破裂點位于這個低p值分布區內或其附近，地震破裂區一般都會穿過或終止于其內部[28-31]。也就是說，強震發生前，在震中或其附近的一個區域內，地殼介質處于極不穩定狀態，這個現象對于強震發生地點具有指示意義。

2 "地震危險性判定

通過對上述震例的孕震過程的分析發現，強震發生前，在震中及其附近地區存在顯著的應力增長過程。震前，在緊臨強震發生的幾年時間里地震活動受到地球自轉速率變化的控制，顯示出亞失穩或臨界狀態的特征，表明天然地震孕育過程與巖石實驗中巖石破壞前所經歷的過程是一致的。這不僅對利用巖石力學實驗研究地震孕育過程，利用實驗結果指導地震預測研究具有現實意義，同時對實際地震震情判定也具有重要意義。據此，可以在對孕震過程進行實時追蹤的基礎上，根據地震孕育所處的階段，實現對強震發生的緊迫性的準確判定：聯合利用視應力和b值約束構造應力的變化，利用地震活動與地球自轉的相關性來分析地殼介質的臨界狀態，給出一個地區孕震過程所處的階段特征，進而對地震發生的緊迫性進行評估。同時將非測震學前兆（也稱地球物理觀測前兆）與孕震過程相結合，可以顯著提高對非測震學前兆的識別以及加深其與強震發生的關聯性的認識，進而實現短臨地震預測。

2.1 "地震強度判定

2.1.1 "由b值變化過程持續時間估計震級

震例研究發現，b值下降過程表現為前期的快速下降和后期的平穩變化。表2中給出了b值快速下降階段持續時間Tr、平穩變化或小幅緩慢回升階段持續時間Ts以及下降全過程持續時間Ta。Tr = （5.8 ± 2.5） a，Ts = （3.65 ± 2.35） a，Ta = （9.5 ± 3.7） a。 圖6給出了b值下降過程持續時間與震級的關系。

對于Trgt;4 a的12次地震（圖6a中兩條紅色實線中間的地震），Tr與震級M之間的關系為：

M=0.522T_r+3.839±1.73（r=0.78） （6）

對于0lt;Tslt;6 a的12次地震（圖6b中兩條紅實線中間的地震），Ts與震級M之間的關系為：

M=0.488T_s+5.935±1.24（r=0.59） （7）

式中，M為震級，r為相關系數。

Ta與M之間相關性不明顯（圖6c）。需要說明的是，式（6）和式（7）是初步結果，需要根據震例的積累進一步完善。

b值快速下降階段的持續時間和平穩變化階段的持續時間與震級之間分別存在經驗關系，即式（6）和式（7）。雖然這兩個關系式是初步的，不甚精確，但不妨也可以將其應用于對震級的估計。式（6）的相關系數比式（7）的高，但方差大。因此，可以將兩者的平均作為震級的估計。需要注意的是，在實際地震預測時，由于地震尚未發生，平穩變化階段的持續時間尚不能完全確定，此時，不能由式（7）估計震級； 如果確認地震孕育已經進入短臨階段，也可以由式（7）估計震級。

2.1.2 "由視應力變化過程特征估計震級

強震前視應力變化一般表現為上升—下降或上升—維持在高值的變化形態。表3給出了11個震例在震前視應力變化過程特征參數的數值。這些參數分別是：相對上升幅度Rσ、上升段持續時間Ti、下降或高值段持續時間Td以及變化全過程總時間Tw。當視應力從σa1上升到σa2時，相對上升幅度Rσ為：

R_σ \"=\" "（σ_a2-σ_a1）/σ_a1 （8）

我們分析了這些參數與震級M的關系（圖7）：

Fig. 7 "（a） The relative increase in apparent stress Rσ versus magnitude M; （b） The duration of the period of increase in apparent Ti versus magnitude M; （c） The duration of the period of decline in or high value of apparent stress Td versus magnitude M; （d） The duration of the whole process of the change in apparent stress versus magnitude M

M=0.623R_σ+5.817±0.64（r=0.91） （9）

M=0.234T_i+5.744±2.15（r=0.39） （10）

M=0.226T_d+6.202±1.53（r=0.61） （11）

M=0.029T_w+6.372±3.53（r=0.56） （12）

這些式子中給出的是11個震例中的9個震例擬合的結果。智利MW8.8和日本本州MW9.1屬于板緣強震，明顯偏離其他地震，被排除在外了。圖7中紅色實線給出了1倍標準差范圍。在4個參數中，視應力相對上升幅度Rσ與震級之間的相關性最好，相關系數最高，達0.91，標準誤差最小，為0.64。地震的大小與地震發生時釋放的地震波能量有關，地震越大，釋放的地震波能量就越多。地震波能量來自于巖石中積累的彈性應變能。彈性應變能與應力和應變的乘積成正比。當應力增加越多時，積累的彈性應變能就越大。在這種情況下發生的地震，釋放的地震波能量就越多，地震的強度就越大。這或許就是視應力相對變化幅度與震級之間存在著良好的相關關系的根本原因。

2.2 "震中判定

圖5中顯示，當p值的時間變化達到最低值時，p值在空間形成低值集中分布區，未來強震的震中絕大多數位于這個低p值集中區內或其附近。也有個別地震離得稍遠，比如土耳其地震。盡管土耳其地震震中離低p值集中區相對較遠，但它們也都在東安納托尼亞斷裂帶上。因此，可以根據低p值集中區來確定未來發生的強震所在的地區。另外，我們也研究了b值在下降階段的相對下降幅度的空間分布，發現在震中及其附近地區，b值的相對下降幅度最大[32-35]。因此，也可以將p值集中區與這個結果結合起來，對未來強震震中進行綜合判定。

2.3 "發震時間判定

發生強震前，震源區處于不穩定階段時，可能會出現p值降低，p值降至低于5%進入發震中短期階段。表4給出了p值低于5%時至發震時刻的時間間隔（ΔT），除帕克菲爾德Mw6.0地震外，p值低于5%時至發震時刻的時間間隔平均為2年，最少8個月，最多4.5年，85.7%的震例在3年內。圖8給出了ΔT與震級M的關系，可以看出，ΔT與震級M之間沒有顯著相關性。

這個時間間隔相當于地震孕育進入中短期階段，即根據ΔT無法判定孕震過程進入短臨階段。但如果結合地球物理觀測前兆異常，有可能實現短臨地震預測。如，蘆山地震孕育過程始于2007年，到2011年震中附近地區已經進入亞失穩狀態，特別是2012年初以后，亞失穩進一步快速發展。在中短期前兆異常方面，川西地區的跨斷層形變自2010年起出現群體性、準同步的異常趨勢轉折[36-37]，這個異常與p值揭示的震中附近地區處于不穩定狀態的時間非常一致。在短臨前兆異常方面，姑咱臺分量鉆孔應變儀的記錄資料顯示，2012年9月起不時出現“壓性脈沖”和“潮汐畸變”異常信號，“潮汐畸變”信號持續到2012年年底。從2013年4月15—19日，4路應變同時出現大幅度的突跳變化[38]。FY-2衛星云圖與紅外亮溫數據分析顯示，2013年4月17日延展數千米的兩條線性云在蘆山震中處交匯[39]。如果結合孕震過程，將這些前兆異常進行綜合分析，對實現蘆山地震的短臨預測無疑是非常有意義的。

3 "討論和結論

本文在分析了全球范圍內發生的15次地震的孕育過程的基礎上，提出了基于地震孕育過程追蹤的地震預測思路和依據。這些震例在空間上主要分布在環太平洋地震帶和歐亞地震帶以及我國大陸地區。它們的震源機制主要是走滑型、逆沖型以及逆沖兼走滑型。最小震級為MS6.0，最大震級為MW9.1。在分析過程中，將b值與視應力進行聯合分析，以獲取震源區的應力狀態；根據與地球自轉相關的地震活動性來描述震源區的臨界狀態或亞失穩狀態，得到了如下結果：

（1）強震發生前，在震中及其附近地區存在顯著的應力增長過程。震前，在緊臨強震發生時的幾年時間里地震活動受到地球自轉速率變化的控制，顯示出亞失穩或臨界狀態的特征，表明天然地震孕育過程與巖石實驗中巖石破壞前所經歷的過程是一致的。

（2）強震三要素判定依據。

①地震強度判定：根據式（6），由b值快速下降階段持續時間Tr估計震級；根據式（9），由視應力相對上升幅度Rσ估計震級；可以將上述得到的兩個震級的平均值作為預測震級。

②震中判定：聯合利用p值的時間變化達到最低值期間低p值空間分布集中區以及b值在下降階段的相對下降幅度最大區域，可以確定震中所在的地區。

③發震時間判定：中短期階段，p值的時間變化低于5%之后的3年時間內，地震發生的可能性可達80%；短臨階段，在p值進入低于5%的下降過程期間，當發現震中附近地區出現地球物理觀測前兆短臨異常時，判定進入短臨階段。

關于所得結果的普適性，本文所涉及的震例的震源機制有走滑型、逆沖型以及逆沖兼走滑型。既有板內地震，也有板緣地震，它們發生在不同的動力環境和構造條件下。震級分布范圍為MS≥6.0，具有一定的普適性。需要說明的是，震例的普適性不應僅用震例的數量來衡量，而應主要考慮地震類型、震級分布范圍以及地震發生的動力環境和構造條件。在地球上，地震已經經歷多少年？已發生過多少次地震？都是未知數。即使是從1900年以來，全球已發生近2400次MS≥7.0地震。如果從數量來考慮震例研究的普適性，那多少次震例才具有普適性呢？如果按所謂的“多數”來考慮，若55%可以算“多數”的話，那也需要做1320次，這幾乎是沒有人可以做到的事情。所以，考慮基于震例數量來認定普適性是沒有實際意義的。

地震預測取得突破性進展的關鍵在于所走的是什么路子。路走對了，離目標就會越來越近。本文提出的地震預測方法具有扎實的物理基礎，重點不在于預測方法的依據本身，這些依據尚是初步的，需要更多震例進行完善，需要在實際地震預測工作中接受檢驗。但，本文提出的預測思路是值得重視的，它對終結地震經驗預測，并向物理預測過渡可以起到積極作用，對提升實際地震預測工作水平亦具有指導作用。

參考文獻

張天中，王琳瑛，劉慶芳. 地震短期預測的概率方法淺議[J]. 國際地震動態，1998（7）：1-5 " "Zhang T Z，Wang L Y，Liu Q F. Elementary discussion on the probabilistic method of short-term earthquake prediction[J]. Recent Developments in World Seismology，1998（7）：1-5

戴維·維爾瓊斯. 對分析預報中心發展統計學方法的建議[J]. 國際地震動態，1997（4）：8-12 " "Vere-Jones D. Statistical development within the center for analysis and prediction （CAP）[J]. Recent Developments in World Seismology，1997（4）：8-12

張琰，畢金孟，蔣長勝. 日本近年來關于地震預測研究的科學計劃和科學理念[J]. 地震科學進展，2024，54（2）：135-139 " "Zhang Y，Bi J M，Jiang C S. Scientific plans and concepts of associated researches on earthquake forecast in Japan for recent years[J]. Progress in Earthquake Sciences，2024，54（2）：135-139

馬瑾，郭彥雙. 失穩前斷層加速協同化的實驗室證據和地震實例[J]. 地震地質，2014，36（3）：547-561 " "Ma J，Guo Y S. Accelerated synergism prior to fault instability：Evidence from laboratory experiments and an earthquake case[J]. Seismology and Geology，2014，36（3）：547-561

馬瑾. 從“是否存在有助于預報的地震先兆”說起[J]. 科學通報，2016，61（4）：409-414 " "Ma J. On “whether earthquake precursors help for prediction do exist”[J]. Chinese Science Bulletin，2016，61（4）：409-414

Scholz C H. The frequency-magnitude relation of microfracturing in rock and its relation to earthquakes[J]. Bulletin of the Seismological Society of America，1968，58（1）：399-415

Wyss M. Towards a physical understanding of the earthquake frequency distribution[J]. Geophysical Journal International，1973，31（4）：341-359

Mogi K. Magnitude-frequency relationship for elastic shocks accompanying fractures of various materials and some related problems in earthquakes[J]. Bulletin of the Earthquake Research Institute，University of Tokyo，1962，40：831-853

Warren N W，Latham G V. An experimental study of thermally induced microfracturing and its relation to volcanic seismicity[J]. Journal of Geophysical Research，1970，75（23）：4455-4464

Wyss M. Stress estimates for South American shallow and deep earthquakes[J]. Journal of Geophysical Research，1970，75（8）：1529-1544

Wyss M，Molnar P. Efficiency，stress drop，apparent stress，effective stress，and frictional stress of Denver，Colorado，earthquakes[J]. Journal of Geophysical Research，1972，77（8）：1433-1438

陳學忠，王恒信，王生文，等. 地球自轉減速對2008年汶川MS8.0地震的作用[J]. 地震，2018，38（2）：127-136 " "Chen X Z，Wang H X，Wang S W，et al. Effect of the Earth rotation deceleration on the occurrence of the 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake[J]. Earthquake，2018，38（2）：127-136

Perfettini H，Schmittbuhl J，Rice J R，et al. Frictional response induced by time-dependent fluctuations of the normal loading[J]. Journal of Geophysical Research：Solid Earth，2001，106（B7）：13455-13472

Lowry A R. Resonant slow fault slip in subduction zones forced by climatic load stress[J]. Nature，2006，442（7104）：802-805

李艷娥，陳學忠. 2008年汶川地震前地震的固體潮觸發檢驗[J]. 科學通報，2018，63（19）：1962-1970 " "Li Y E，Chen X Z. Earth tidal stress as an earthquake trigger prior to the Wenchuan earthquake，Sichuan，China[J]. Chinese Science Bulletin，2018，63（19）：1962-1970

Tanaka S，Ohtake M，Sato H. Spatio-temporal variation of the tidal triggering effect on earthquake occurrence associated with the 1982 South Tonga earthquake of MW7.5[J]. Geophysical Research Letters，2002，29（16）：3-1-3-4

Tanaka S. Tidal triggering of earthquakes precursory to the recent Sumatra megathrust earthquakes of 26 December 2004 （MW9.0），28 March 2005 （MW8.6），and 12 September 2007 （MW8.5）[J]. Geophysical Research Letters，2010，37（2）：L02301

Tanaka S. Tidal triggering of earthquakes prior to the 2011 Tohoku-Oki earthquake （MW9.1）[J]. Geophysical Research Letters，2012，39（7）：L00G26

宋貫一. 地球自轉速度季節性變化的主要原因解析[J]. 地球物理學進展，2011，26（2）：450-455 " "Song G Y. Solutions on seasonal transformation of the velocity of Earth rotation[J]. Progress in Geophysics，2011，26（2）：450-455

鄭大偉. 地球自轉與大氣、海洋活動[J]. 天文學進展，1988，6（4）：316-328 " "Zheng D W. Earth rotation and the activities of ocean and atmosphere[J]. Progress in Astronomy，1988，6（4）：316-328

Aki K. Maximum likelihood estimate of b in the formula log N=a-bM and its confidence limits[J]. Bulletin of the Earthquake Research Institute，University of Tokyo，1965，43（2）：237-239

Wyss M. Apparent stresses of earthquakes on ridges compared to apparent stresses of earthquakes in trenches[J]. Geophysical Journal International，1970，19（5）：479-484

Gutenberg B，Richter C F. Magnitude and energy of earthquakes[J]. Annals of Geophysics，1956，9（1）：1-15

Zobin V M. Apparent stress of earthquakes within the shallow subduction zone near Kamchatka Peninsula[J]. Bulletin of the Seismological Society of America，1996，86（3）：811-820

Boatwright J，Choy G L. Teleseismic estimates of the energy radiated by shallow earthquakes[J]. Journal of Geophysical Research：Solid Earth，1986，91（B2）：2095-2112

Schuster A. On lunar and solar periodicities of earthquakes[J]. Proceedings of Royal Society of London，1897，61（369/377）：455-465

Heaton T H. Tidal triggering of earthquakes[J]. Geophysical Journal International，1975，43（2）：307-326

Chen X Z，Li Y N. Relationship between the deceleration of Earth’s rotation and earthquakes that occurred before the MS8.0 Wenchuan earthquake[J]. Pure and Applied Geophysics，2019，176（12）：5253-5260

陳學忠，李艷娥，隗永剛，等. 本州MW9.1地震前破裂區內地震與地球自轉之間的相關現象[J]. 地球物理學報，2020，63（2）：440-444 " "Chen X Z，Li Y E，Wei Y G，et al. Relationship between the Earth’s rotation rate and earthquakes occurring prior to the 2011 MW9.1 Tohoku-Oki Japan earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics，2020，63（2）：440-444

Li Y N，Chen X Z，Chen L J. The Earth’s rotation-triggered earthquakes preceding the occurrence of the 2019 M7.1 Ridgecrest earthquake[J]. Geomatics，Natural Hazards and Risk，2021，12（1）：3021-3034

隗永剛，陳學忠，李艷娥. 唐山MS7.8級地震前中小地震與地球自轉的關系[J]. 科學通報，2018，63（18）：1822-1828 " "Wei Y G，Chen X Z，Li Y E. Relation between Earth’s rotation and small earthquakes occurring before the MS7.8 Tangshan mainshock[J]. Chinese Science Bulletin，2018，63（18）：1822-1828

陳麗娟，陳學忠，李艷娥，等. b值下降幅度與汶川MS8.0地震孕震區的關系[J]. 地震地質，2022，44（4）：1046-1058 " "Chen L J，Chen X Z，Li Y E，et al. Relationship between decreasing amplitude of b-value and the seismogenic zone of the Wenchuan MS8.0 earthquake[J]. Seismology and Geology，2022，44（4）：1046-1058

Li Y E，Chen X Z，Chen L J. Joint analysis of b-value and apparent stress before the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki，Japan earthquake[J]. Earthquake Science，2021，34（4）：323-333

陳學忠，李艷娥，陳麗娟. 唐山MS7.8地震前b值異常特征[J]. 地球物理學報，2021，64（10）：3612-3618 " "Chen X Z，Li Y E，Chen L J. Anomalies of the b value prior to the MS7.8 Tangshan earthquake of 1976[J]. Chinese Journal of Geophysics，2021，64（10）：3612-3618

Chen X Z，Li Y N，Chen L J. The characteristics of the b-value anomalies preceding the 2004 MW9.0 Sumatra earthquake[J]. Geomatics，Natural Hazards and Risk，2022，13（1）：390-399

劉冠中，馬瑾，楊永林，等. 川西地區長周期氣溫變化對跨斷層位移觀測的影響及蘆山MS7.0地震前的異常斷層活動[J]. 地球物理學報，2014，57（7）：2150-2164 " "Liu G Z，Ma J，Yang Y L，et al. Effect of long-term surface temperature variation on fault displacemen tobservation and anomalous fault movement in Western Sichuan before the Lushan MS7.0 earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics，2014，57（7）：2150-2164

蘇琴，楊永林，鄭兵，等. 4·20蘆山7.0級地震預測思路及過程回顧[J]. 地震地質，2014，36（4）：1077-1093 " "Su Q，Yang Y L，Zheng B，et al. A review of the thinking and process about prediction of Lushan M7.0 earthquake on Apr. 20，2013[J]. Seismology and Geology，2014，36（4）：1077-1093

池順良. 分量鉆孔應變儀記錄的汶川、蘆山強震前兆應變異常[J]. 科技導報，2013，31（12）：27-30 " "Chi S L. Strain anomalies before Wenchuan and Lushan earthquakes recorded by component borehole strainmeter[J]. Science amp; Technology Review，2013，31（12）：27-30

吳立新，鄭碩，仲小紅，等. 四川蘆山MS7.0級地震前衛星線性云異常現象[J]. 科技導報，2013，31（12）：23-26 " "Wu L X，Zheng S，Zhong X H，et al. Satellite linear clouds anomaly before MS7.0 Lushan earthquake[J]. Science amp; Technology Review，2013，31（12）：23-26

Earthquake prediction method based on seismogenic process tracking

Chen Xuezhong1， *， Li Yan’e1， Chen Lijuan2

1. Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Beijing 100081， China

2. Chongqing Earthquake Agency， Chongqing 401147， China

[Abstract] " " Accurate earthquake prediction is one of the ways to effectively reduce earthquake disasters. Until now， empirical earthquake prediction methods have remained in use， but the accuracy falls far short of what is needed to effectively mitigate earthquake disasters. The trend in earthquake prediction lies in the transition from empirical prediction to physical prediction， and the key to this transition is to achieve a deeper understanding， depiction， and tracking of the seismogenic process. According to the experimental results of rock mechanics， it can be found that before failure， the rock mainly experienced a stress-increase stage and a subsequent stage of sub-instability. We have analyzed the seismogenic process of some natural earthquakes. In the analysis， apparent stress and b-value are used together to obtain information on the stress variability of the crustal medium. The correlation between seismicity and Earth rotation （described by p-value） is used to obtain information about the critical state or sub-instability phase of the crustal medium. Thus， the seismogenic process can be depicted. In this paper， based on a case study of the seismigenic process for some natural strong earthquakes， we propose an idea and method for earthquake prediction based on the tracking of the seismogenic process， and provide a basis for the identification of short- to mid-term seismic risk regions. It is expected to be beneficial for practical earthquake prediction.

[Keywords] seismogenic process; earthquake prediction; medium and short term; earthquake risk regions; apparent stress; b-value; p-value