汶川地震十年-大數據發現汶川地震的前兆異常度

任何強烈地震前都可能出現異常現象，這一認識已由我國地震前兆觀測和研究結果所證實。但汶川地震卻和我國40年來發生的其它大地震不一樣，前兆觀測獲得的信息比較少，其宏觀異常也似乎「非常少」。這種現象如何解釋，關係到地震預測途徑探索的方向問題。張崇利研究團隊利用大數據的方法，發現了汶川地震的前兆異常度，發現地震構造和前兆相結合的「前兆異常度」，這是從大數據帶來的新角度研究地震前兆現象的結果。

1、前兆異常度概念

在汶川地震發生後，中國地震前兆台網（圖1）回溯觀測到了一些異常現象，如四川姑咱台的地傾斜觀測，雲南富民台和麗江台以及海南三亞海濱台的水溫觀測。還有不少學者從震後總結的角度探討了某些異常現象與汶川8.0級地震的關係。

圖1 中國（除台灣外）地震前兆台網

觀測台站（點）空間分布示意圖

藍色菱形表示汶川8.0地震前在運行的觀測

點的地理位置，不含「十五」期間建設的新台站

（點）；紅色實心圓表示汶川地震震中位置

圖2為汶川地震前2008年5月7日全國存在短臨異常變化測項的地震前兆觀測台、站（點）空間分布示意圖。由圖2我們不難發現，從異常觀測點的數量及其空間分布狀態來看，存在短臨異常的台站（點）主要相對集中分布於華北、甘肅東南部以及四川南部至雲南西部地區，而汶川地震震中區附近則相對較少，震中區及其附近「異常集中」的現象並不顯著。因此，就異常的這種空間分布狀態而言，根據已經積累的地震預報經驗和方法，要準確預報汶川8.0級地震的發震地點，在實踐上是極其困難的。

圖2 汶川8.0級地震及臨震前發現存在

短臨異常的前兆觀測台站（點）空間分布圖

三角形表示由中國地震前兆台網觀測到並被

提出存在異常現象的觀測站/點的空間位置；

實心圓表示汶川地震的震中位置

由圖1可見，我國地震前兆觀測台站的空間分布是不均勻的。因為前兆觀測台站（點）空間分布的不均勻性，會導致習慣上的「異常相對集中」在空間上不具可比性。如何在異常中識別出與汶川8.0級地震有關的「前兆性異常」信息？大數據的方法是在大量的數據中找關係，地震前兆「異常活動度」就是從大數據找關係。

所謂「異常活動度」，一般地，系表示某一地質構造單元在某一t時刻表現為異常活動的劇烈程度的參量。理論上可用下式表示：

式中，異常活動度AZCL為一個無量綱的參量。S為量度與孕育某個震級水平的地震相匹配且不可再分的基本地質構造單元的理論空間尺度，它與研究對象需要所設定的震級下限有關。ε為對應於S的地質構造單元的特徵空間尺度參量，它是S的近似值，與「地震－構造活動」關係研究結果的準確性和精細程度有關。NA表示某一具ε特徵空間尺度的地質構造單元內在t時刻呈異常活動狀態的質點數，N表示與ε對應的地質構造單元內質點的總數。

關於上述「地質構造單元」的概念，是指「活動地塊」（如圖3所示）。並將圖1所示的存在短臨異常的觀測點與汶川地震震中的空間關係置入「中國大陸活動地塊」（圖3）這一地質構造格架內的大數據分析處理結果。

圖3 中國大陸一、二級活動地塊劃分結果示意圖

（據張培震等，2003）

圖4 中國大陸一、二級地塊、汶川地震

震中與震前發現存在短臨異常的前兆觀測

台站（點）空間分布圖

藍色三角形表示存在短臨異常觀測台站的空間

位置；紅色實心圓表示汶川地震的震中位置

2 汶川地震前的異常度

在中國大陸一、二級地塊構造框架下，將各地塊內的異常台站（點）數量分別與位於相應地塊內地塊內台站（點）的數量相比較，得到中國大陸各地塊（不包括前兆監測能力低的地塊如，拉薩地塊、阿爾泰地塊等。下同）異常活動度AZCL的近似值。在汶川8.0級地震臨震前，巴顏喀拉地塊異常活動水平之高居各活動地塊或各邊界帶之首，其異常活動度aZCL值高達21.43％。而與之相鄰的川滇地塊aZCL值為6.45％，華南地塊西部aZCL值為1.55％，羌塘地塊和柴達木地塊的aZCL值均為0。可見，上述各活動地塊比鄰的、共同作用的邊界區域是異常活動差異性最為劇烈的地區，汶川8.0級地震就發生在這一區域內巴顏喀拉地塊東部與華南地塊西北部接壤的邊界帶上。顯然，汶川8.0級地震震中與地震發生前短臨異常活動在空間上的這種對應關係不是偶然的。

為更直觀地考察與理解汶川8.0級地震前短臨異常活動的空間分布與該地震發生地點的相關性，將各活動地塊位於中國大陸（含海南島）內的部分，按5×5 km劃分為若干單元格，以活動地塊及其邊界帶作為約束條件，採用以距離的倒數為權重、加權平均的非線性內插方法，便可得到aZCL的等值域及其空間分布狀態，結果如圖5。圖中清楚地顯示出汶川地震震中位於巴顏喀拉地塊東部川西高原異常活動度最大（aZCL為21.43％）區域的南東邊緣，且在四川盆地（華南地塊西北部）異常活動水平相對較低區域（aZCL僅為1.55％）比鄰的邊界帶上。顯見，該地帶是汶川地震前短臨異常活動的差異性最為強烈的地帶。

圖5 中國大陸一、二級地塊、汶川地震震中

與該地震前短臨異常活動度的空間分布圖

紅色和粉紅色的區域為臨震前異常活動度值最大或比較大的地區，黃色區域為異常活動度值次之；深藍色區域為異常活動度值最低，著其它顏色的區域所示的異常活動度值的大小介於黃色與深藍色所表示的異常活動度值之間；紅色實心圓為汶川地震震中位置；左下角的是汶川地震的孕震模型。

圖5可見，汶川地震臨震前異常活動度最高的區域位於川西高原。這說明，在汶川地震孕育的短臨階段，異常活動程度較高的巴顏喀拉地塊東部的川西高原異常活動程度最為劇烈。汶川地震震中就位於這一區域的南東邊緣、且與異常活動程度比較弱的四川盆地相毗鄰的龍門山斷裂帶上。顯然，這一結果與大地震多發生在構造活動或地殼形變差異性最為強烈地帶的認識是一致的。地震活動性研究表明巴顏喀拉地塊是近百年大地震最活躍的地塊，前兆異常度的研究結果和這些研究是一致的，這是大數據關係處理帶來的新發現。

圖6 汶川地震震前、震時和震後地震前兆異常度

圖6 為利用我國前兆台網數據獲得的汶川地震前震後前兆異常活動度的變化圖。從宏觀上說明了我國幾十年的前兆觀測與地震前兆過程。它為我們針對大震巨災改進前兆的觀測布局，特別是建設密集地震前兆觀測網，利用大數據技術動態跟蹤地震的前兆過程，探索大震預測的新途徑具有重要意義。

CGI-KP2018019

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！