華南地區震群活動的中短期時空特征研究

摘要：研究了2010—2023年華南地區ML≥2.0震群在不同時間窗的頻次與中強地震的關系；在預測效能評價的基礎上，分析了華南地區震群活動的中短期時空特征；結合地震活動和地球物理觀測異常，討論了中強地震的孕震過程。結果表明：① 華南地區ML≥2.0震群2個月頻次N≥4，是MS≥5.0地震的最優中短期預測指標，優勢預測時間為200 d，同時R=0.48，R0=0.40；② 華南地區震群3個月頻次N≥4，是MS≥5.0地震較好的短期預測指標，優勢預測時間為20 d，同時R=0.43，R0=0.34；③ 活躍時段的震群空間分布對MS≥5.0地震的發震地點有一定的指示意義，但震群空間分布范圍較大，在開展地震預測工作時還需結合其它預測方法確定危險區域；④ 2019年廣西北流5.2級和靖西5.2級地震前約8個月（中期），地球物理觀測異常增加，地震前約6個月（中短期），ML≥2.0震群活躍，地震前約3個月（短期），ML≥3.0小震活躍度增強。地震活動與地球物理觀測異常準同步活動，反映了震前區域應力場的增強。

關鍵詞：華南震群；中短期；時空特征；效能檢驗

中圖分類號：P315.75 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2025）02-0289-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0031

0 引言

震群一般發生在一些特殊的區域，這些區域內介質的裂隙分布較密，裂隙間隔距離較小，因而在應力增強的情況下，極易產生連鎖反應式的弱震活動，形成間歇性的小震群（國家地震局預測預防司，1997）。低震級的震群活動因局部物質變弱造成應力集中，在較小區域內發生的微破裂（朱傳鎮，1985），可能是區域應力場變化導致局部薄弱點發生破裂的結果。我國華南地區震群活動較為豐富，已發生的震群主要有廣東地區1993年8—11月連山震群（鐘貽軍，1996）、1997年臺山震群（康英等，1998）、2014年6月河源震群（馬曉靜等，2018）、2016年10月乳源震群（王小娜等，2017）、2013—2014年及2018年陽江震群（王力偉等，2018）；福建地區2010—2020年仙游震群（關露凝，江國明，2023；秦雙龍，邱毅，2018）、1999年9—12月福州震群（陳文明等，2006）；海南地區1992年1月東方震群（高原等，1996）；廣西地區2010年6—7月靈云—鳳山震群（蔣海昆等，2011）和2013年6—7月平果震群（李帥等，2018）；浙江南部2002—2006年珊溪水庫震群等（王鵬等，2017）。

震群活動是在地殼運動增強的背景下發生的，叢集的震群活動與大地震的孕育過程有關（李興才，馮樹文，1983）。李冬梅等（2011）、薛艷等（2017）和李麗等（2022）對我國華北山東等地區震群活動的時空特征與中強地震的關系研究表明，區域震群活躍是中強地震較好的中短期預測指標。目前，針對華南地區區域震群活動與中強地震關系的研究相對較少（郭培蘭等，2022），這可能是因為該區域20世紀八九十年代地震監測能力有限，而且2000—2014年MS≥5.0地震較少。2015—2023年，該地區發生了7次MS≥5.0地震，最大為2018年11月26日臺灣海峽MS6.2地震，為研究華南區域震群活動特征提供了震例。本文對2010—2023年華南地區ML≥2.0震群進行系統梳理，分析該地區震群活動的時空特征與中強地震的關系，結合地震活動與地球物理觀測異常，探討發震機理。

1 研究區域及方法

1.1 研究區域與地震目錄完備性分析

華南地區西倚青藏高原，以龍門山—小江斷裂帶為界；北以秦嶺—大別造山帶為界；東側沿東南沿海向北，經臺灣海峽，至琉球島弧西部；南側從云南的紅河斷裂向東南，經北部灣至海南島（董基恩等，2022）。研究華南地區震群活動除了考慮構造因素外，還需考慮小震目錄完備性問題。華南地區西側為四川省和云南省，當前四川省內最小完備性震級基本達到ML1.0，四川地區東北部地區最小完備性震級為ML1.5～2.0；云南省內最小完備性震級達到ML1.8，省界附近為ML2.0（中國地震局監測預報司，2024）；重慶最小完備性震級達到ML1.5，其中南部地區可達到ML1.0。因此，綜合考慮將華南地區震群的研究區域設定為30°N以南、106°E以東地區，其東與南側沿用華南地塊的邊界（鄧起東等，2002），研究區范圍如圖1所示。

1996—2009年華南地區發生MS≥4.0地震共計27次，MS≥5.0地震3次，平均每年約發生1.9次MS≥4.0地震，平均約4.7年發生1次MS≥5.0地震；2010—2023年華南地區發生MS≥4.0地震共計39次，MS≥5.0地震8次，最大為2018年11月26日臺灣海峽MS6.2地震，平均每年發生約2.8次MS≥4.0地震，平均1.8年發生1次MS≥5.0地震。相比較而言，2010—2023年MS≥5.0地震更豐富，故研究時間段定為2010—2023年。

地震活動分析結果的可靠性依賴于所選取的地震目錄（中國地震臺網中心月報目錄）的最小完備性，使用前需計算地震目錄的最小完備性震級MC，常用的計算方法主要有最大曲率法、擬合優度測試法和b值穩定法等。最大曲率法選取震級-頻度曲線中斜率最大值所對應的震級作為MC，在實際應用中，這個震級往往對應非累積震級-頻度分布中擁有最多地震數目的震級（Wiemer，Wyss，2000）。擬合優度測試法通過比較擬合震級-頻度分布和觀測震級-頻度分布之間的差異來計算MC，用百分比R表示擬合優度，將MC取為第一個使R達到設定水平（95%或90%）的震級（Wiemer，Wyss，2000）。本文使用擬合優度測試法時，R的水平線優先選擇95%，若達不到則取90%，若仍達不到則取R的最大值。b值穩定法將b值的穩定性視為MC0的函數，并假設b值將會隨著MC0接近MC而增大，當MC0≥MC時，b值將保持穩定，一般用b值的不確定度δb作為穩定的標準（Cao，Gao，2002）。圖2為2010—2023年華南地區的震級-頻度分布以及分別采用最大曲率法、擬合優度測試法和b值穩定法計算的MC 值。圖中A點為最大曲率法計算的MC=0.1；B點為擬合優度測試法計算的MC=1.0；C點為b值穩定法計算的MC=0.8。為盡可能確保分析結果的可靠性，本文選取最大值ML1.0作為后續分析的起始震級。

根據華南地區MS≥5.0地震活動特點和地震完備性分析結果，本文將識別震群時段選定為2010—2023年，識別震群采用的地震數據為中國地震臺網中心月報目錄（ML），分析中使用的最小震級確定為ML1.0。目標地震（MS≥4.5）則采用中國地震臺網中心的速報目錄（MS）。

本文采用的地球物理觀測數據為全國各自治區、直轄市地震局每周報送的數據，其中地球物理短期異常為預測時間至報送的時間間隔在3個月以內的異常。

1.2 震群判定標準

本文采用姜秀娥和陳非比（1983）提出的震群判定條件，具體如下：

（1）在同一地點（半徑20 km范圍內）的一群地震中，在半個月內至少有3次震級最大的地震，震級滿足M1≥M2≥M3，且ΔM1，2≤1，ΔM2，3≤1，但2.0≤M1lt;6.0，其中ΔM1，2、ΔM2，3分別表示 M1與M2、M2與M3的震級差。

（2）震群活動峰值日（連續24小時內）的地震日頻度N需滿足以下條件之一：ML≥1.0，N≥7；ML≥1.5，N≥5；ML≥2.0，N≥4；ML≥2.5，N≥3，當這3次地震中有2次3級以上地震時，M3≥2.0即可。

（3）對于持續活動數月至數年的震群點，ML≥1.0地震月頻次高于平均值，且與前一次峰值間隔≥6個月，同時滿足條件（1）和（2），可記為一次震群。

（4）對于強震的余震活動區，地震活動頻次衰減至背景地震活動后，出現高于平均值且滿足條件（1）和（2）的情況，記為一次震群。

依據上述震群判定條件，對2010—2023年華南地區5 928次ML≥2.0地震進行震群識別，得到109次ML≥2.0震群，震群空間分布如圖1所示。識別得到的震群數量約占所有ML≥2.0地震的1.8%，平均每年發生ML≥2.0震群約4.5次。震群主要集中于東南沿海地震帶，尤其是閩粵及其近海，約占華南地區震群總數的78%。湖南和江西大部分地區震群分布較為稀疏。

2 震群與中強地震時空特征

2.1 華南地區震群頻次的預測效能檢驗

震群頻次研究主要取決于時間窗長、頻次異常閾值、對應地震震級參數的選取，因此本文針對不同參數的震群頻次開展預測效能檢驗，以期獲得最優預測效能的華南地區震群頻次。

對2010—2023年華南地區震群數據，震群頻次統計的時間窗長選取30、60、120、150、180和365 d，對應的地震震級按MS≥4.5、MS≥4.8、MS≥5.0選取，頻次異常的閾值至少大于平均值的1倍方差。2010—2023年華南地區不同時間窗長的震群頻次曲線與MS≥4.5地震如圖3所示，圖中水平直線表示異常閾值；水平虛線表示1倍方差。從圖可以看出，2010—2023年華南地區震群頻次曲線呈起伏變化，大致在2010、2013、2014、2015、2019和2023年前后震群較為活躍，不同時間窗的震群頻次與MS≥4.5地震的對應關系較為復雜。因此，無法直接評估震群頻次的預測效能優劣，需對華南地區震群預測效能開展較為系統的檢驗。

本文采用國家地震局科技監測司（1990）推出的預測效能R值方法評價華南地區震群頻次效能，當Rgt;0、R≥R0時才有一定預報效能，其中R0為按二項式分布原則保證97.5%置信的最低R值。

R=報對的地震次數/應預報的地震總次數-預報占用時間/預報研究的總時間（1）

式中：R=1表示全部預測正確；R=-1表示全部預測錯誤。

通過R值方法評估不同統計時間窗長震群頻次及其對應地震震級條件下的預測效能見表1。從表1給出的不同時間窗長的震群頻次與相對應地震的預測效能結果來看，2個月和3個月的震群頻次預測效能相對優于其他時間窗的震群頻次預測效能，其他時間窗長的震群頻次的預測效能Rlt;R0，未通過檢驗，預測意義不顯著。華南地區2個月震群頻次預測MS≥5.0地震效果最佳（R=0.48、R0=0.40）。從不同時間窗長的震群頻次與相對應地震的優勢預測時間結果（表1）來看，3個月、5個月震群頻次對應統計震級條件下的地震優勢預測時間相對較短，其中5個月震群頻次預測效能Rlt;R0，未通過檢驗；3個月震群頻次預測效能Rgt;R0，通過了檢驗，其對華南地區MS≥4.5、MS≥4.8、MS≥5.0地震的優勢預測時間均為20天（MS≥5.0地震的預測效能最好，R=0.43、R0=0.34），具有短期特征。綜合來看，2個月和3個月時間窗長的震群頻次的優勢預測時間相對較短，預測效能較好，異常閾值均為4次。

2.2 時間特征分析

梳理預測效能檢驗較好的2個月、3個月震群頻次，出現異常后距離MS≥5.0地震發生的時間，結果見表2。其中2010年7月和2013年4月，華南2個月、3個月震群頻次出現異常，2010年10月、2014年1月和2015年5月華南3個月震群頻次出現異常，這些異常發生后1年內華南地區均未發生MS≥5.0地震，因此，表內未列入這些異常。總體來看，華南2個月、3個月震群頻次異常時間大致同步，只有2017年、2022年略有差異。2017年重慶武隆MS5.0和2023年北部灣MS5.0地震前僅3個月震群頻次出現異常。對于2個月震群頻次，2010—2023年共出現8次異常，其中6次異常后200天內發生MS≥5.0地震，2016年之后的5次異常距離首次MS≥5.0地震的時間間隔均在4個月內；短期（≤90 d）發生的地震有3次，其中2次地震發生在震群出現異常后3天內。對于3個月震群頻次，2010—2023年共出現15次異常，其中10次異常后1年內華南地區發生MS≥5.0地震，200 d內發生的地震為7次，短期（≤90 d）發生的地震為5次，占總異常數的1/3。因此，華南地區2個月和3個月 ML≥2.0震群高頻異常對該區MS≥5.0地震有中短期預測意義，部分震例有短期特征，尤其是3個月震群頻次。本文得出的華南地區震群高頻異常對中強地震具有較好的預測效果這一結論，與郭培蘭等（2022）關于華南地區西部震群頻度的起伏可以反映區域地震活動水平的強弱的認識一致。

2.3 空間特征分析

從表2分析2010—2023年華南地區MS≥5.0地震前震群與目標地震的空間分布特征。華南地區2個月、3個月震群頻次異常時段大致同步，因此，以華南地區2個月ML≥2.0震群頻次為主，補充了2017年11月23日重慶武隆5.0級和2023年6月24日北部灣5.0級地震前3個月震群頻次震例，震群頻次達到異常閾值4次及以上、1年內發生MS≥5.0地震的空間分布如圖4所示。2010—2023年華南地區共發生MS≥5.0地震8次，震前1年內均出現震群活躍現象。其中2015年貴州劍河MS5.5、2016年廣西蒼梧MS5.4和2017年重慶武隆MS5.0地震（3次）與震群空間分布無顯著關系（圖4a～c），2018年臺灣海峽MS6.2，2019年廣西北流MS5.2、廣西靖西MS5.2，以及2023年北部灣MS5.0、廣東南澳海域MS5.0地震（5次）與震群空間分布較為密切（圖4d～g），占華南地區MS≥5.0地震總數的5/8。在開展地震預測工作時，震群空間集中尺度可能偏大，可結合其它預測方法，進一步確定危險區域。

3 結果與討論

在中強地震前，一般會出現小震活動增強、震群活躍等地震活動，以及地球物理觀測短期異常增加現象。2010—2023年華南地區發生的8次MS≥5.0地震前中短期階段，出現了地震活動增強（華南地區ML≥3.0地震活躍）、震群活躍現象，以及地球物理觀測短期異常數量也出現了顯著增加，這反映了震前中短期區域應力場增強的特點。

以2019年10月12日北流MS5.2、11月25日靖西MS5.2地震為例，在華南地區ML≥2.0震群出現活躍的同期或前后，華南地區ML≥3.0地震活動開始活躍，地球物理觀測短期異常也顯著增加。2018年12月—2019年11月華南地區ML≥3.0地震累計頻次、ML≥2.0震群累計頻次及地球物理觀測短期異常月頻次時序變化見圖5。2019年4—7月華南地區ML≥2.0震群活躍顯著，2019年6月25日震群2個月頻次達到異常閾值4次；2019年8—9月ML≥3.0地震活躍顯著，8月20日—9月21日共發生ML≥3.0地震12次，明顯超過華南ML≥3.0地震月平均值水平（4.5次）和1倍方差（9.4次），8月20日海南三亞ML4.5、9月21日南海ML4.3 地震，10月2日貴州沿河ML5.1地震相繼發生，地震頻次與震級增強顯著；2019年3—5月地球物理觀測短期異常數量增加顯著，增加10項，6—9月數量有所減少，也維持在16項左右，高于2019年1月前后。新增異常主要為河池臺、邕寧臺、瓊中臺、泉州臺、邵武臺、龍巖臺、永安臺、漳州臺、新豐江臺等出現地磁異常。華南地區MS≥4.9地震前1年內一般出現地磁加卸載響應比、逐日比和地磁低點位移等地磁異常（閻春恒等，2022）。綜上所述，在2019年北流5.2級、靖西5.2級地震前8個月地球物理觀測短期異常開始增多，震前半年左右ML≥2.0震群活躍，震前3個月ML≥3.0地震活動增強，2次地震前華南整體區域應力場由中期至短期逐漸增強，在應力場增強的過程中發生了2019年10月12日北流MS5.2和11月25日靖西MS5.2地震。

本文依據震群定義對華南地區小震活動進行識別時，未去除發生在水庫地區的震群以及由暴雨引起的震群活動。主要基于以下兩點考慮：①華南地區多數水庫建成和蓄水時間較早，目前水庫地區發生的震群可視作區域地震活動的窗口。水庫地區的地震可分為水庫誘發地震（一般發生在水庫蓄水后6～7年內）和水庫構造地震（一般發生在水庫蓄水6～7年之后）。水庫構造地震受控于區域應力場，與水庫蓄水關系不大（杜運連等，2008）。華南地區的多數水庫建成和蓄水的時間已遠超過水庫誘發地震的時間（一般發生在水庫蓄水后6～7年內），比如新豐江水庫1959年開始蓄水，新湖水庫1963年開始蓄水，珊溪水庫2000年開始蓄水，龍灘水庫2006年開始蓄水（蔣海昆等，2014）等，因此，目前華南地區水庫附近發生的震群活動可能是反映區域地震活動增強的窗口。②華南地區暴雨誘發的震群活動較少，不影響區域震群活動頻次分析。2010年6月廣西凌云—鳳山交界 3級震群活動是暴雨觸發引起局部地震活動的一個典型例子（蔣海昆等，2011）。2010年以來，華南地區其他類似的暴雨觸發的震群活動并不多見，2010年5—8月華南地區2個月（或3個月）震群頻次為5次，扣除1次廣西凌云—鳳山震群，仍達到異常閾值，對本次研究不造成影響。華南地區南澳海域、陽江、新豐江（河源）、海南島等震群活動可能與地殼結構的強烈非均質性有關，主要受當地局部構造與流體作用的影響（夏少紅等，2022），當局部應力擾動時，表現為個別震群活動；當區域整體應力場增強時，則出現多個震群活動，顯示深部構造運動與流體作用的增強，通常孕育中強及以上地震。

2010年以來，研究區以北蘇皖贛地區發生5.0級以上地震2次，分別為2013年12月16日湖北巴東5.1級和2021年11月17日江蘇大豐海域5.0級地震，這兩次地震距離研究區北邊界的距離分別約為133和393 km。由表2可見，自2013年4月8日開始，華南地區出現2個月、3個月震群頻次活躍現象，252天后在研究區外133 km處發生了湖北巴東5.1級地震，但是江蘇大豐海域5.0級地震前1年內華南震群無活躍現象。因此，華南地區震群活躍異常除了反映本區內的中強地震活動，也可能反映了華南附近地區的中強地震活動。

4 結論

本文通過華南地區震群活動時空特征、預測效能評價等研究，結合該地區地球物理觀測數據異常探討了華南地區中強地震與ML≥2.0震群活動、ML≥3.0小震活動及地球物理觀測異常的關系，得到以下結論：

（1）華南地區震群2個月頻次N≥4是MS≥5.0地震的最優中短期預測指標，其優勢預測時間為200 d，同時R=0.48、R0=0.40。

（2）華南地區震群3個月頻次N≥4是MS≥5.0地震較好的短期預測指標，其優勢預測時間為20 d，同時R=0.43、R0=0.34。

（3）震群活躍時段的空間分布對MS≥5.0地震的發震地點有一定的指示意義，占華南地區MS≥5.0地震總數的5/8，但震群空間分布范圍較大，在開展地震預測工作時可結合其他預測方法判定地震危險區域。

（4）2019年廣西北流5.2級和靖西5.2級地震前約8個月（中期），地球物理觀測短期異常增加；震前約6個月（中短期），ML≥2.0震群活躍；震前約3個月（短期），ML≥3.0地震活動增強。華南地區小震、震群活躍，地球物理觀測異常增多，反映了震前區域應力場的增強。

本文涉及到國界的插圖均已送相關部門審查并獲通過，受理號：國審字（2024）第05002號；審圖號：GS（2024）4615號。

感謝中國地震臺網中心王博博士在繪圖方面給予的幫助。

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Study on the Medium- and Short-term，Temporal and SpatialCharacteristics of Earthquake Swarm Activities in South China

LI Mingxiao，YU Huaizhong，XUE Yan，YAN Wei，JIANG Xianghua

（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

Abstract This article studies the relationship between the frequency of earthquake swarms（ML≥2.0）in different time windows and moderate-and strong-earthquakes in Southern China.After the predictive performance evaluation，we analyze the medium-and short-term，spatial，temporal characteristics of earthquake-swarm activity in South China.In addition，we discuss the seismogenic process based on the seismic activity and geophysical observation anomalies.The results show that：①The frequency of the earthquake swarms（ML≥2.0）in Southern China in 2 months is equal to or greater than 4.This frequency is the optimal indicator predicting earthquakes（MS≥5.0）in short-and medium-term.The most probable prediction period is 200 days（R=0.48，R0=0.40）；②The frequency of the swarms（ML≥2.0）in Southern China in 3 months is equal to or greater than 4.This frequency is the optimal indicator predicting earthquakes（MS≥5.0）in short- and medium-term.The most probable prediction period is 20 days（R=0.43，R0=0.34）；③The spatial distribution of active earthquake clusters has a certain indication of the epicenter of future earthquakes（MS≥5.0）in South China，but the range of seismic clusters is relatively large，so when predicting earthquakes，one should refer to other prediction methods to determine the potential earthquake location；④The number of short-term geophysical anomalies increased proximately 8 months before the Beiliu MS5.2 earthquake and the Jingxi MS5.2 earthquake in Guangxi.The seismic swarm was active about 6 months before the two earthquakes.And small earthquakes were active approximately 3 months before the two earthquakes.Earthquake activity synchronized with the geophysical anomalies，reflecting the enhancement of the regional stress field before the two earthquakes.

Keywords：earthquake swarms in South China；medium- and short-term；spatial and temporal characteristics；efficiency test

收稿日期：2024-06-30.

基金項目：國家自然科學基金聯合基金（U2039205）；中國地震局震情跟蹤項目（2024020502）；國家重點研發計劃（2018YFE0109700）.

第一作者簡介：黎明曉（1978-），高級工程師，主要從事地震活動和綜合預測研究.E-mail：lmx@seis.ac.cn.

通信作者簡介：余懷忠（1975-），研究員，主要從事地震孕育機理和預測理論研究.E-mail：yuhz750216@sina.com.

黎明曉，余懷忠，薛艷，等.2025.華南地區震群活動的中短期時空特征研究［J］.地震研究，48（2）：289-299，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0031.

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