中国地震预测研究的曙光———以天山地区地震活动为例
(湖南省地震局, 长沙 410007)
摘要: 本文采用中国统一地震目录, 依据陈立军地震地热说理论与工作方法, 对天山地区壳下地震活动的平面与三维分布图像、时序进程、最近两年内的异常状态、历史地震活动背景以及地震柱构造大环境的影响等项目研究, 并参照作者对全球壳内强震活动案例研究的经验, 认为南天山地震子柱构造的地震地热异常现象可以确认无误, 因此推测该构造影响区未来1~2年内可能会在阿克苏地区发生M6. 5~7的壳内强震活动, 值得高度警惕, 密切关注。这个强震预测意见已经得到2024年1月23日新疆阿克苏7.1级地震的验证, 值得肯定。
关键词: 地震地热说, 地震柱构造, 壳内强震, 强震预测, 新疆阿克苏
DOI: 10.48014/cesr.20240329002
引用格式: 陈立军. 中国地震预测研究的曙光———以天山地区地震活动为例[J]. 中国地球科学评论, 2024, 3(2): 52-66.
文章类型: 综述性论文
收稿日期: 2024-04-03
接收日期: 2024-04-09
出版日期: 2024-06-28
1 前言
本文利用中国统一地震目录，根据陈立军(2012)地震地热说原理与方法，以及地震柱构造的基本特征[1-7]，以新疆天山地区为例，讨论了壳下地震的异常活动特征及其预测壳内强震的可能性，对于中国乃至全球地震预测的研究或许具有一定的正面意义。
迄今为止，地震预测研究依然是一个世界性科学难题。究其根本原因，人们并没有找到壳内强震与火山喷发的真正力源。一些人认为是地表构造活动弹性能量积累，一些人认为是近地表块体构造的碰撞。但是，一次M7+地震所需要的能量，并非这些运动方式所能够获得的。因此，自20世纪80年代以来，人们广泛地认为:地震是不可预测的，火山喷发也是不可预测的。
作者另辟蹊径，利用较为成熟的地震震源深度资料，发现并定义了全球24个地震柱构造[2]，通过对美洲、地中海、印尼、日本以及西北太平洋、南太平洋和我国台湾地区进行了大量的壳内强震[8-20]与火山喷发[21-28]的案例追踪研究，得出结论:壳内强震与火山喷发的能量来自于以“上地幔深部800km深度范围内中深源地震活动”为表征的地震柱构造热运动积累的能量所致。
所谓地震柱构造，是以上地幔深部800km深度内地震活动为表征的顶点向下倒立的圆锥体或椭圆锥体。圆锥体内部的壳下地震(取全球地壳平均厚度35km深度以下的地震)活动的时序特征，表现出明显地自下而上、逐层驱动、逐层积累能量，在地壳底部储能层能量达到极限时，则寻找地表活动构造的薄弱部位或者历史火山口突然释放。壳内强震以机械能释放形式，火山则是热能的直接喷发，均为地震柱构造的能量释放方式之一，可以互为补充，互为消减。
地震柱构造圆锥体的地表影响范围视地表构造体系的展布可大可小，壳内强震和次级的显著地震多按地表活动构造分布，火山喷发多发生在圆锥体中心的出地点附近。影响区范围内的壳内地震取多取少，不影响对圆锥体构造特征的判断。因此，影响区范围只是地震柱构造的外观和研究平台，只要不涉及相邻地震柱构造的中、深源地震即可。
本文原版成稿于2023年7月20日，内部交流版包含地震预测意见，同年7月30日上传原工作单位党组织作为本人80周岁献礼，网络版不含地震预测意见，同年9月1日发表在360图书馆个人网页http://seisman.360doc.com上[29]。
2 资料的获取与处理方法简介
2.1 资料的获取
本文采用中国统一地震目录:时间段为1965年至2023年6月29日，地理范围60°~150°E，0°~60°N，共获得M1.0+地震873，589个，最大震源深度694km。采用该地震目录，可以获得中国及周边地区地震活动的分层展布，如图1所示。
图1中灰色细线为地震柱构造影响区示意图，全球统一编号。图中11个地震柱中有6个与中国本土地震活动直接相关。由图1可见，中国及周边地区的地震活动，完全被全球6个地震柱构造所包围和分割，所有M6.5+的壳内强震均发生在相应的地震柱构造之内，因此没有所谓的板内地震一说。
图1的三维立体图像如图2所示。立体图像给人一种动感，原来地震活动是在700km的深度范围内上下翻滚的，并不仅限于地表的平面分布。这就如同烧开水的实验一样，地震柱构造内的下面地层通过地震活动向上面地层加热，热能无法向地表之外逸散，完成能量积累，达到能量极限，爆发壳内强震或者火山后便会相对冷却下来，实现能量平衡。这就是地震活动的真正过程。因此，作者以为，只有空泡动力学[30]，才能真正解决地震预测的理论问题与方法问题。
为了考察该地震目录的数据质量，截取地震活动密集的区域作三维立体图像，如图3所示。这6个区域历史上皆为M7+壳内强震活动区，除陕甘宁区块外，其余区块皆很靠近相邻地震柱构造的中心。中国壳内强震活动密集区域的地震资料统计参数见表1。
图1 中国及周边地区M1.0+地震活动平面分布(据中国统一地震目录，时段1965—2023.6.29，M1.0+，最大震源深度694km)
Fig.1 M1.0+ seismic activity planar distribution in China and surrounding areas (According to China Unified Earthquake catalog，period 1965-2023.6.29，M1.0+，maximum focal depth 694km)
图2 中国及周边地区M1.0+地震活动三维立体图像(据中国统一地震目录，时段1965—2023.6.29，M1.0+，最大震源深度694km)
Fig.2 Three-dimensional image of M1.0+ seismic activity in China and surrounding areas (According to China Unified Earthquake catalog，1965—2023.6.29，M1.0+，maximum focal depth 694km)
图3 中国地震活动密集的6个区域的三维立体图像(据中国统一地震目录，时段1965—2023.6.29，M1.0+，分区地理范围见表1)
Fig.3 3D stereoscopic images of 6 regions with intensive seismic activity in China (Period 1965—2023.6.29，M1.0+，the geographical range of partitions is shown in Table 1)
全球很多强震活动区，以及中国台湾地区的本土地震目录(图4)，都十分重视震源深度的测定，其壳下地震活动的占比均在10%以上，有的达到20%~30%。对比图3和图4的三维图像，中国大陆6个区域中的壳下地震活动资料都显得比较稀缺，只有新疆地区较好一些。换句话说，总体上大陆地震目录对壳内地震与壳下地震的分辨率是比较偏低的。这对中国地震预测研究事业的发展是不利的。
经过仔细判别，发现唯有新疆天山地区2008年底以来的壳下地震活动显得尤为特殊。因此，本文以天山地区为例来研究壳下地震活动与壳内强震可能存在的某种关联。
2.2 研究方法简介
天山地区处于兴都库什地震柱构造的影响区之内，属于地震子柱构造，因而按照地震柱构造的特征进行分析处理，包括地震活动的平面分布、三维立体分布、地震活动的时序进程、历史地震活动分析、宿主地震柱构造的影响分析，等等，从而判断壳下地震活动的属性及其与壳内强震活动的关联，得出地震柱构造未来活动的趋势判断。
图4 台湾地震活动的三维图像(据台湾气象局地震目录，时段1900—2021.4.15，M1.0+地震，最大震源深度312km)
Fig.4 3D image of seismic activity in Taiwan province (According to the Taiwan Meteorological Bureau earthquake catalog，1900—2021.4.15，M1.0+，maximum depth 312km)
表1 中国壳内强震活动密集区域的地震资料统计参数*
Table 1 Statistical parameters of seismic data in areas with intensive seismic activity in China*
|
区块 |
坐标 |
地震总数 |
壳下地震 |
壳下占比(%) |
最大深度(km) |
最大震级 |
|
新疆 |
70~98°E，33~50°N |
235，934 |
10，931 |
4.6 |
411 |
8.1 |
|
陕甘宁 |
98~110°E，34~42°N |
65，092 |
157 |
0.2 |
230 |
7.9 |
|
云贵川 |
97~107°E，21~34°N |
374，136 |
302 |
0.1 |
170 |
8.0 |
|
西藏 |
82~97°E，26~39°N |
39，619 |
461 |
1.2 |
280 |
8.2 |
|
京津唐 |
109~124°E，33~42°N |
83，939 |
164 |
0.2 |
120 |
7.9 |
|
台湾 |
118~126°E，18~26°N |
13，914 |
557 |
4.0 |
281 |
8.0 |
*据中国统一地震目录，时段1965—2023.6.29，M1.0+地震
3 天山地区地震活动的趋势分析
3.1 研究区的选取
由图1可见，天山地区的壳下地震比较密集，由表1可见，新疆地区地震目录中壳下地震占比最高，因此首选新疆地区，地理范围为70-98°E、33-50°N。
依据中国统一地震目录，获得新疆地区1970—2023.6.29的M1.0+地震235，934个，最大震源深度411km。这些地震活动的时序进程如图5所示。
由图5可见，新疆地区地震目录的震源深度测定先后经历过多次改进，一直到2008年年底才逐步趋于完善，基本上达到了类似于全球一些质量较高的地震目录类型。新疆的地震同行们很努力!
图5 新疆地区的地震活动时序进程(据中国统一地震目录，时段1970—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.5 Time sequence of seismic activity in Xinjiang region (According to China Unified Earthquake Catalog，period 1970—2023.6.29，M1.0+ earthquake)
考虑到南疆地区地震台网可能较稀，不一定达到完全控制M1.0+地震的监测能力，因此选取天山地区为本文的主研究区。
3.2 天山研究区的地震分布
本文取地理范围80°~90°E、40°~47°N为天山地区的研究区，依据中国统一地震目录，获得1970—2023.6.29期间M1.0+地震91，131个，最大震源深度158km。其平面分布见图6，三维立体分布见图7。
由图6可见，研究区的地震活动沿天山山脉呈两个密集条带分布，似乎以北纬43°为界，可以划分为北天山和南天山两个地震子柱构造。图6中分界线如黄色折线所示。这一点在图7上更为显著。两个条带呈两个倒立的锥体形态，连150km深度以下的中深源地震都截然划分开来，证明图6中的43°分界线是完全可以成立的。
这两个地震子柱构造还处于雏形状态，毕竟真正有用的资料还只不过十多年。随着资料的逐步积累和丰富，图像将会变得更加完美。
3.3 天山地震区地震活动的时序进程
天山研究区地震活动2000—2023.6.29的时序进程如图8所示。由图8可见，在2008年以前，天山地区并未完全将区内的震源深度划分开，因而壳内地震与壳下地震是混沌的。2008年以来，该区地震目录逐步将壳内地震与壳下地震离散开来，是值得庆幸的。纵观全部统一地震目录，唯有该区做到了这一点。这是中国地震预测研究的真正曙光!
由图8可见，该区在100km深度以下出现中深源地震活动，可能伴随有M6+的壳内强震活动，值得高度警惕。为此，我们对北天山和南天山两个地震柱子柱构造分别考察其时序进程，如图9和图10所示。
图6 新疆天山地区地震活动的平面分布(据中国统一地震目录，时段1970—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.6 Plane distribution of seismic activity in Tianshan area，Xinjiang (According to China Unified Earthquake Catalog，1970—2023.6.29，M1.0+ earthquake)
图7 新疆天山地区地震活动的三维立体图像(据中国统一地震目录，时段1970—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.7 Three-dimensional images of seismic activity in Tianshan region，Xinjiang (According to China Unified Earthquake Catalog，period 1970—2023.6.29，M1.0+ earthquake)
图8 新疆天山地区地震活动的时序进程(据中国统一地震目录，时段2000—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.8 Time sequence of seismic activity in Tianshan region，Xinjiang (According to China Unified Earthquake Catalog，2000—2023.6.29，M1.0+earthquake)
图9 北天山地震子柱地震活动的时序进程(据中国统一地震目录，时段2000—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.9 Time sequence of seismic activity in the North Tianshan sub-seismic cone (According to China Unified Earthquake Catalog，period 2000—2023.6.29，M1.0+ earthquake)
由图9可见，北天山地震子柱，100km深度以下2000年以来先后出现两次中深源地震活动，随之分别在2012年和2017年先后发生M6.6的壳内强震。2017年以后一直维持M6以下的壳内地震活动状态，未见明显异常。但是，由于这里的中深源地震太少，尚不能定论为壳下地震与壳内强震的关联，或许只是偶然现象。
由图10可见，南天山地震子柱2008年以前一直维持M6以下的地震活动水平，然而100km以下的深部从2019年开始出现密集的中深源地震活动，并明显呈自下而上发展的活动趋势。由于缺乏本地经验对照，不敢轻易断定，但对照图9中的“偶然现象”，以及作者在全球的研究案例[8-20]，可以肯定地判断为壳下地震活动异常。
顺便说明，按照《中国岩石圈动力学地图集》说法[31]，该区的地壳厚度为50km左右。本文只是按照通常做法取35km的地壳厚度，并不影响地震柱构造属性的判断结果。
图10 南天山地震子柱地震活动的时序进程(据中国统一地震目录，时段2000—2023.6.29，M1.0+地震)
Fig.10 Time sequence of seismic activity of the South Tianshan sub-seismic cone (According to China Unified Earthquake Catalog，period 2000—2023.6.29，M1.0+ earthquake)
3.4 天山地震区最近两年的壳下地震活动
进一步，考察这两个地震子柱构造近两年内壳下地震活动的分布情形，分别如图11和图12所示。图11和图12取地壳厚度50km。
由图可见，近两年来，南天山地震子柱构造的壳下地震活动明显优势于北天山地震子柱。
3.5 天山地震区的历史地震活动
天山地区的历史地震活动如图13和表2所示。由图可见，无论北天山还是南天山，历史上都曾有过M7+地震的活动，表现为强震活动区。
3.6 天山强震区地震活动的大环境
新疆天山地区位于全球第18号兴都库什地震柱构造的影响区之内，天山的两个地震子柱即属于兴都库什地震柱构造内的子柱构造，其地震活动必然受到兴都库什地震柱构造的控制。
兴都库什地震柱构造影响范围为60°~111°E，15°~56°N。依据美国加利福尼亚地震中心ANSS地震目录，获得兴都库什地震柱构造1963—2023.7.10期间的M4.0+地震19，844个，最大震源深度400km。
图11 天山两个地震子柱的2021—2023年壳下地震活动的分布(据中国统一地震目录，时段2021—2023.6.29，M1.0+地震，地壳厚度50km)
Fig.11 Distribution of Subcrustal seismicity of two sub-seismic cones in the Tianshan during 2021—2023 (According to China Unified Earthquake Catalog，period 2021—2023.6.29，M1.0+ earthquake，crust thickness 50km)
图12 天山两个地震子柱的2022—2023年壳下地震活动的分布(据中国统一地震目录，时段2022—2023.6.29，M1.0+地震，地壳厚度50km)
Fig.12 Distribution of Subcrustal seismicity of two sub-seismic cones in the Tianshan during 2022—2023 (According to China Unified Earthquake Catalog，period 2021—2023.6.29，M1.0+ earthquake，crust thickness 50km)
图13 天山地区的岩石圈动力学构造与历史地震活动的分布(据《中国岩石圈动力学地图集》[31]，1989，p.57)
Fig.13 Distribution of lithospheric dynamic structure and historical seismicity in the Tianshan Mountains (According to the Atlas of Lithosphere Dynamics in China [31]，1989，p.57)
表2 天山地区M7+壳内强震活动一览表*
Table 2 List of M7+ intracrustal strong seismicity in Tianshan area
|
日期 |
震中位置 |
震级 |
烈度 |
地点 |
天山分区 |
|
1812.3.8 |
43.70°N，83.50°E |
8.0 |
Ⅺ° |
新疆尼勒克东 |
北天山 |
|
1906.12.23 |
43.50°N，85.00°E |
7.7 |
Ⅹ° |
新疆沙湾西南 |
北天山 |
|
1944.3.10 |
44.00°N，84.00°E |
7.2 |
>Ⅷ° |
新疆新源东北 |
北天山 |
|
1949.2.24 |
42.00°N，84.00°E |
7.25 |
Ⅸ° |
新疆库车东北 |
南天山 |
*据中国地震局《1000新强震目录》，时段1000—2022.3.9，M4.75+地震
兴都库什地震柱构造是全球地震活动性的中等地震柱构造，M4.0+地震最大震源深度400km，没有M9+地震活动。其地震活动的三维图像见图14，时序进程见图15。在100~150km和200~250km的深度内，都具有明显的10年期地幔年代际震荡节律[32,33]。最后一次震荡节律期间出现300km以下的中深源地震活动，目前尚未结束，但数年来没有M7+壳内强震发生。这种现象必然对于子柱构造构成影响，值得警惕。
3.7 天山地震区地震活动研究小结
综上所述，由天山地区的壳下地震活动的平面与三维分布图像、时序进程、最近两年内的异常状态、历史地震活动背景以及地震柱构造大环境的影
图14 兴都库什地震柱构造地震活动的三维立体图像(据ANSS地震目录，时段1963—2023.7.10，M4.0+地震，最大震源深度400km)
Fig.14 3D stereoscopic image of the seismic activity of the Hindu Kush seismic cone (According to ANSS Earthquake Catalog，1963—2023.7.10，M4.0+，maximum depth 400km)
图15 兴都库什地震柱构造地震活动的时序进程(据ANSS地震目录，时段1963—2023.7.10，M4.0+地震，最大震源深度400km)
Fig.15 Time sequence of seismic activity in the Hindu Kush seismic cone (According to ANSS Earthquake Catalog，1963—2023.7.10，M4.0+，maximum depth 400km)
响，依据陈立军地震地热说原理对全球壳内强震活动案例研究的经验，认为南天山地震子柱构造的地震地热异常现象可以确认无误，因此推测该构造影响区1~2年内可能会在阿克苏地区发生M6.5~7的壳内强震活动，值得高度警惕，密切关注。
应特别关注天山地震子柱构造壳下地震活动密集区周边活动断裂的监控状态、地形变及地下水等前兆资料的异常变化、自然界宏观异常现象，等等。深部壳下地震活动的异常结束，即意味着可能的未来壳内强震危险的临近。
4 讨论与结论
按照地震地热说的原理，强震活动地区的地震目录有两项基本要求，一是完整监控M1.0+地震的活动，二是M2.0+壳下地震活动构成合理的深度层际分布。
目前，我国只有不多的地区达到了上述要求，比如新疆天山地区，以及台湾地区，分别见图4和图7。这两张图就是中国地震预测研究的曙光，希望之光!
第3.7节对新疆阿克苏地区未来可能的M7强震预测已获得实证:2024年1月23日，新疆阿克苏地区发生壳内强震，中国测定M7.1，震源深度22km，美国USGS测定M7.0，震源深度13km。
该强震预测的实践表明，本文所采用的地震预测理论和工作方法是基本正确的，壳内强震是“可以预测、可以预防的”(周恩来语，1966年在邢台地震现场)，故“地震不可知”论可以休矣。
致谢:感谢中国地震台网提供的中国统一地震目录，杜福来先生为2019.7.1—2023.6.29期间的地震目录下载提供了大力帮助。感谢来自台湾气象局的CWB地震目录，陈晓艳女士与孔晖先生正在协助获取2021年新冠疫情以来的地震资料。感谢来自美国加利福尼亚地震中心的ANSS地震目录。
利益冲突: 作者声明没有利益冲突。
[②] 通讯作者 Corresponding author:陈立军，seisman@foxmail.com
收稿日期:2024-04-03; 录用日期:2024-04-09; 发表日期:2024-06-28
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The Dawn of Earthquake Prediction Research in China: A Case Study of Seismic Activity in the Tianshan Mountains
(Earthquake Administration of Hunan Province, Changsha 410007, China)
Abstract: The paper adopts the Unified Earthquake Catalog of China and according to the Chen Lijun's Seismo-geothermcs and its working method, and studies the planar and three-dimensional distribution images, sequential processes, abnormal states in the last two years, the background of historical seismic activity and the influence of seismic cone tectonic environment in the Tianshan Mountains. In this paper, with reference to the author's experience in the global case study of intracrustal strong seismic activity, it is believed that the seismic geothermal anomaly of the Nantianshan seismic sub-seismic cone tectonic can be confirmed without error, so it is speculated that the intracrustal strong seismic activity of M6. 5-7 may occur in Aksu area in the next 1-2 years in the tectonic influence area, which is worthy of high vigilance and close attention. This strong earthquake prediction opinion has been verified by the M7. 1 earthquake in Aksu, Xinjiang on January 23, 2024, which deserves affirmation.
Keywords: Seismic-geothermics, seismic cone tectonic, intracrustal strong earthquake, earthquake prediction, Aksu, Xinjiang
DOI: 10.48014/cesr.20240329002
Citation: CHEN Lijun. The dawn of earthquake prediction research in China: A case study of seismic activity in the Tianshan Mountains[J]. Chinese Earth Sciences Review, 2024, 3(2): 52-66.