新疆地震的一些资料谢谢

Posted 2022-12-23 震级

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文章编号：1001-8956(2006)01-0000-00

新疆历史地震目录完整性分析

王海涛1,2 ，李莹甄2 ，屠泓为3

（1.中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地，甘肃兰州 730000；2. 新疆维吾尔自治区地震局，

新疆乌鲁木齐 830011；3. 中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州 730000）

摘要：基于古登堡-里克特的震级-频度关系对新疆及其境内南天山、北天山历史地震目录的完整性进行分析，通过地震频度、b值拟合以及地震遗失率的估计，大致确定了不同下限震级的完整目录起始时间。

全疆6级以上地震1900年以后可做分析使用，5级以上地震在1955年以后是完整的，4.7级以上则最好使用1965年以后的资料。

南天山和北天山5级以上完整地震目录可从1952年开始，4.7级以上则推迟到1963年后较为完全。

这一结果可为新疆地震活动性分析和地震危险性评价中历史地震目录的震级选取提供参考。

关键词：新疆；地震目录；不完整性；遗失率

中图分类号：P 315.6 文献标识码：A

地震目录既是地震危险性分析中的关键资料，也是研究岩石圈动力学过程的重要数据，在国民经济建设、地震预测预报、工程抗震、地震减灾等领域发挥着重要的作用。

新疆地区利用仪器系统的监测地震始于1970年，在此之前的地震目录多是由地震史料记载得到〔1〕。

由于社会经济文化发展不平衡，地震事件的文字记载能力有限，目录中即使是中强地震仍存在大量缺失。

因而在进行地震中长期预测、工程地震危险性评价以及大城市活断层探测研究时，必须注意历史地震目录的不完整性可能产生的显著影响。

所谓完整的地震目录是指某一震级以上的地震都能被观测或记录到，如果这一震级以上地震出现遗漏，即称为不完整性地震目录。

中外地震学家对地震目录的完整性曾做过许多研究，冉勇康等从地质学的角度由断层位移量限定法和多探槽校验法研究河套断陷带大青山山前断裂晚第四纪古地震的完整性〔2〕。

Rydelek和Sacks使用昼夜噪声比方法来检验局部地震目录的完整性〔3〕，但却不适合象新疆这样地广人稀的地区。

Tinti和Mulargia从地震目录的震级-频度曲线中找出满足理论泊松分布的段，用来确定其他震级范围的发生率〔4〕，但这种完全随机的分布与新疆地震活动存在着平静-活跃交替现象的事实不符，且方法也过于繁琐。

何宗海以中国南北地震带中北部历史上发生的地震记录为资料，同样用震级-频度关系式求出该区的最小完整性震级〔5〕。

黄纬琼等在研究中考虑了地震幕，对中国大陆几个分区，包括新疆3大地震带的地震目录完整性做了研究〔6-7〕，但仅限于b值拟合和地震年发生率的对比，检验依据并不十分充分。

陈龙生等也是基于地震的震级-频度关系在时间和震级尺度的基本不变的条件下，对地震目录进行不完全性的定量估计，并确定目录的遗失率〔8〕。

文中在前人工作的基础上，结合新疆地震活动的特点，采用具有普适性的古登堡-里克特的震级-频度关系（G-R关系），通过地震遗失率的计算，对新疆及天山分区历史地震目录的完整性做定量的分析。

1 历史地震目录完整性分析方法

1.1 G-R关系及偏离原因

文中在进行历史地震目录完整性分析的主要依据是世界上普遍承认和接受的G-R关系，即地震的频度与震级呈半对数-线性关系〔9-10〕

logN=a―bM . (1)

式中，M是地震震级，N是研究区内震级大于等于M的总次数，a和b为统计常数。

G-R关系的明确物理基础目前还不清楚，不过无数的事实表明G-R关系适用于全球和一定区域的相当大的震级范围内。

G-R关系式中的b值随研究区域的不同而发生变化，但一般在0.7～1.2范围内变化〔11〕。

统计常数a是震级M≥0的总地震次数的对数值，可以认为是反映区域地震活动水平的一种量度。

由实际观测资料导出的G-R关系常常在低震级端和高震级端偏离线性。

事实上，在高震级端的偏离是由于实际观测资料中统计的大震事件稀少而带来的涨落引起的，从实质上说是随机性的反映。

在低震级端的偏离主要是由于区域台网缺乏足够的地震监测能力，致使地震目录的不完全性而引起，在小震级段相对大的缺失意味着在高震级上的大偏差。

以致造成拟合得到的G-R关系式中的斜率比真实的低，在地震危险性分析中往往就会过高估计地震的危险性，这与实际是不符的。

在进行地震目录的完整性分析时对低震级端的遗失率进行估计就是十分必要的。

1.2 地震遗失率

文中从地震监测能力完备的基点出发，选取进行G-R分析的合适下限震级和滑动窗长、步长，并用据此下限震级得出的G-R关系式来确定各震级的理论数目，且将得到的地震理论值与实际观测统计得出的地震数目相比，获得地震的遗失率〔8〕。

根据所确定的遗失率阈值这样的视目标准则，就可以确定地震目录的接受与否。

如果得出的遗失率超过给定的阈值，则该震级段的地震目录是不完整的。

1.3 研究思路

依照上述方法对新疆及南、北天山地震带历史地震目录完整性进行分析。

主要步骤：① 通过频度曲线选定目录可能不完整的时间段；② 对选定的时间段的地震目录进行G-R关系的b值滑动拟合，观察低端震级的偏离情况，寻找完整目录的可能起始时间；③ 对这些起始时间点前后的地震目录进行地震遗失率的估算，最终确定不同震级下限的地震目录趋于完整的起始时间。

2 新疆及南、北天山地震带历史地震目录完整性分析

2.1 研究区和历史地震目录

新疆是我国地震活动水平高、强度大的地区之一。

图1为新疆历史地震时空分布的三维图像，显然1900年以前新疆地震目录非常不完全，小地震丢失严重。

1900年后有限的记录也主要集中在地震活跃的经济相对发达、人口较为稠密的天山地区，其他地震带如阿勒泰、西昆仑和阿尔金只记录到一些大地震，而新疆现代地震观测也主要集中在南北天山地区，因此本研究主要分全疆和南、北天山两个不同层次的区域进行地震目录完整性分析（图2）。

图1 新疆历史地震时空分布的三维图像

Fig. 1 Three-dimensional image for temporal and spatial distribution of Xinjiang historical earthquake catalogue

图2 研究区分布图（新疆、北天山、南天山）

Fig. 2 Distribution for study region(Xin Jiang, southern and northern Tienshan mountains)

选用的地震目录1999年前采用中国强地震目录中新疆分目录，1999年后追加新疆地震局编制的新疆地震目录。

考察MS≥4.7、MS≥5.0、MS≥6.0的地震在历史地震目录中较为完全时的起始时间。

为避免前震、余震、震群等对分析可能造成的干扰和影响，通过序列的震中分布图和M-t图分析，对目录中所有的前震、余震和震群都进行了认真的手工删除，仅保留了主震以及双震和震群中的最大地震。

新疆的地震活动有平静-活跃交替现象，以仪器记录资料较为完备的1970年以来的地震目录看，全疆6级以上地震活跃前后的平静时段短则4年，长则6年；北天山5级以上地震平静时段短则6年，长则13年。

为了消除平静时段地震样本量自然减少（并非是观测、记载不祥造成的目录缺失）对目录完整性分析的影响，频度计算以及b值计算和拟合都采用10年、15年、20年大时间窗，2年的滑动步长计算。

经过试算比较后确定以20年窗长，2年步长进行计算。

2.2 频度曲线

对全疆、南天山、北天山研究区的地震目录，分别以MS为4.7、5.0、6.0作为震级下限，20年窗长，2年为滑动步长做频度曲线图，观测地震频次随时间的变化。

图3是研究区不同下限震级地震频度图（图3中a曲线震级下限为MS≥4.7;b曲线震级下限为 MS≥5.0;c曲线震级下限为 MS≥6.0）。

从图中可以看出频度曲线存在一个相对明显变化（图中两竖线之间）过程，在一定程度反映了地震目录由不完整趋向完整，即处于起伏相对稳定的变化范围。

对这一变化过程进行b值拟合，观察低端震级拟合情况可以初步判定完整目录的起始时间。

图3 研究区不同震级下限地震频度图

Fig. 3 Frequency for different magnitude threshold in study region

2.3 b值拟合

对全疆、南天山、北天山研究区的地震目录，分别以MS4.7、5.0、6.0为震级下限，20年窗长，2年为滑动步长做b值拟合图。

由于篇幅所限图4仅显示了全疆、南天山部分震级和时间点的拟合情况（图4中，全疆1代表1900年，2代表1916年，3代表1932年；南天山1代表1924年，2代表1940年，3代表1952年）。

以全疆MS≥6.0为例，选在1890～1936年时间段内进行b值拟合。

排除样本量少，拟合较差，低端震级出现明显掉头的时间点，在剩下的拟合较好且能稳定一段时间的点上寻找6级地震目录可能完整的起始时间。

我们发现在1900、1916、1932年之后的一段时间内b值拟合较好（图4，全疆1代表1900年，2代表1916年，3代表1923年；南天山1代表1924年，2代表1940年，3代表1952年），这3个时间究竟哪一个是全疆6级地震目录可能完整的起始时间？还需要通过对这3个时间前后地震目录的遗失率的估计来确定。

图4 地震频度曲线和3个时间点上b值拟合情况

Fig. 4 Curve for frequency and fitting for b value of 3 points

2.4 地震遗失率和完整地震目录的起始时间

1970年后新疆采用现代地震仪进行地震活动系统观测，基本能达到境内MS4.7以上地震无遗漏，中强地震目录较为完整，因此可以用现代地震目录的G-R关系式来反推历史地震的真实发生数目。

现仍以全疆的地震目录为例加以说明。

表1列出全疆1970～2005年不同窗长、不同震级下限地震目录拟合得到的b值。

可见当时间窗足够长时（15～20年），G-R关系b值基本保持在0.76～0.81。

而且不同窗长、同一震级b值波动大致在0.01；同一窗长、不同震级b值波动最大在0.04。

因此采用20年窗长（2年滑动）4.7级以上的大样本量地震目录计算全疆G-R关系式并外推到其他历史时段应是可行的。

表1 1970～2005年新疆不同窗长、不同震级平均b值计算

窗长×步长

MS≥4.7 不同震级b值

MS≥5.0 平均值

MS≥5.5

MS≥6.0

10×2

0.72 0.74 0.75 0.77

15×2 0.76 0.77 0.79 0.80

20×2 0.77 0.79 0.80 0.81

21×2 0.76 0.77 0.79 0.80

将1970～2005年间新疆4.7级以上地震目录以20年窗长，2年滑动步长计算a值和b值，取平均值后，得到如下的G-R关系式

lgN=5.76－0.77M . (2)

由（2）式计算MS4.7～4.9、MS5.0～5.9和MS≥6.0的理论发生频次NL。

再与历史上某一时间段（20年）实际记载的各档震级数目Nj相比即可求得地震遗失率r。

r＝1－Nj／NL (3)

考虑到地震平静期的存在，以遗失率r＝0.22为阈值〔8〕，若多个时间点地震遗失率连续≤0.22则认为目录为完整的，第一个时间点即为地震目录完整的起始时间。

图4中全疆6级以上地震3个时间前后20年的地震遗失率，1900年前后分别为0.36、0.08；1916年前后分别为0.08、0；1932年前后为0、0.22，则1900年就是新疆6级以上完整地震目录的起始时间。

表2 全疆几个不同时间点前后20年的历史地震目录中震级为MS的地震遗失率

震级

MS 在不同时间点前后的地震遗失率r

1900年 1916年 1932年 1943年 1955年 1965年

前后前后前后前后前后前后

4.7～4.9 1.00 0.88 0.88 0.51 0.70 0.25 0.44 0.08

5.0～5.9 0.82 0.00 0.00 0.06 0.25 0.00 0.00 0.00

≥6.0 0.36 0.14 0.15 0.00 0.00 0.21 0.14 0.07

表3 北天山几个不同时间点前后20年的历史地震目录中震级为MS的地震遗失率

震级

MS 在不同时间点前后的地震遗失率r

1923年 1935年 1945年 1955年 1963年

前后前后前后前后前后

4.7～4.9 0.63 0.75 0.88 0.88 0.75 0.63 0.88 0.13 0.75 0.00

5.0～5.9 0.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

表4 南天山几个不同时间点前后20年的历史地震目录中震级为MS的地震遗失率

震级

在不同时间点前后的地震遗失率r

1924年 1938年

1940年 1948年

1952年 1963年

前后前后前后前后前后前后

4.7～4.9 0.87 0.63 0.87 0.43 0.90 0.30 0.90 0.16 0.47 0.10

5.0～5.9 0.95 0.00 0.10 0.28 0.05 0.23 0.00 0.10 0.41 0.05 0.18 0.13

按上述分析方法我们还可得到北天山地区震级-频度公式lgN=6.71－1.18M，用来计算4.7～4.9、5.0级以上理论地震频次，南天山地区则采用公式lgN=5.23－0.71M计算4.7～4.9、5.0级理论震级频度。

南、北天山6级在20～30年的窗长内地震样本量较少，不足以进行b值拟合计算，因而未做分析。

表2～4为3个研究区所选时间点和估算出的地震遗失率，表中加粗并有下划线的遗失率所对应的时间就是不同震级的完整目录起始时间。

可见全疆6级以上地震目录完整的时间在1900年后；全疆和南天山5级地震目录完整的时间大致在20世纪50年代；全疆、南天山和北天山4.7～4.9级地震目录完整的时间大致在20世纪60年代。

值得注意的是，北天山5级地震的遗失率在1923年后就没有变化，完全为0，这一现象是由1970年以来北天山地震活动明显减弱造成的。

按1970年以后资料拟合得到的公式lgN=6.71－1.18M计算北天山5级地震20年的理论发生频次为7次（实际平均是9次），而1923～1969年在地震目录可能缺失（由全疆和南天山的完整目录起始时间合理推测）的情况下，北天山20年平均记录到的5级地震仍有12次之多，高于1970年以来的平均值，因此1923年不能作为北天山5级地震目录的完整的起始年份，而应参考全疆和南天山的5级地震完整目录起始时间，确定在1952年前后。

3 结论

由于历史上靠文字记载中强地震能力有限，新疆历史地震目录是不完全的。

文中基于G-R关系式对新疆以及境内南天山、北天山的4.7级、5.0级、6.0级历史地震目录的完整性进行了分析，通过地震频度曲线、b值拟合以及地震遗失率的估计，大致确定了不同下限震级的完整目录起始时间。

全疆6级以上地震1900年以后可做分析使用，5级以上地震在1955年以后是完整的，4.7级以上则最好使用1965年以后的资料。

南天山和北天山5级以上完整地震目录可从1952年开始，4.7级以上则推迟到1963年后较为完全。

本文的结论可供地震活动性分析和地震危险性评价研究时参考。

参考文献：

〔1〕新疆维吾尔自治区地震局.地震资料汇编[G].北京：地震出版社，1985.

〔2〕冉勇康，张培震，陈立春.河套断陷带大青山山前断裂晚第四纪古地震完整性研究[J].地学前缘， 2003，10（特刊）：207-216.

〔3〕Rydelek P A， Sacks I S . Testing the pleteness of earthquake catalogues and the hypothesis of self-simi]arity[J]．Nature，1989，337（）：251-253.

〔4〕Tinti S， Mulargia F. pleteness analysis of seismic catalog[J]. Annales Geophysics， 1985,3（3）：407-414.

〔5〕何宗海.中国南北地震带中北部最小完整性震级的探讨[J].西北大学学报(自然科学版), 1994，24（5）:411-416.

〔6〕黄纬琼，李文香，曹学锋.中国大陆地震资料完整性研究之一 ——以华北地区为例[J].地震学报，1994，16（3）：273-280.

〔7〕黄纬琼，李文香，曹学锋.中国大陆地震资料完整性研究之二——分区地震资料基本完整的起始年分布图像[J].地震学报，1994，16（4）：423-432.

〔8〕陈龙生，陈棋福，陈凌，等.中国大陆与香港及周围地区的地震目录完整性分析[J].中国地震，1997，13（4）：311-320.

〔9〕Richter C F. Elementary seismology[M]. Freeman, San Francisco，1958.

〔10〕Gutenberg B ， Richter C F. Earthquake magnitude, intensity, energy and acceleration[J]. Bull. Seism. Soc. Am., 1956, 46:105-143.

〔11〕Evernden J F. Study of regional seismicity and associated problems[J].Bull. Seism. Soc. Am.，1970, 60: 393-446.

ANALYSIS ON INTEGRITY OF XINJIANG HISTORICAL

EARTHQUAKE CATALOGUE

WANG Haitao1,3 LI Yingzhen2 TU Hongwei3

(1. Lan Zhou Innovation Base of Science and Technology of Earthquake Prediction Research Institute of China Seismological Bureau, Lan Zhou, 730000, Gan Su, China; 2. Seismological Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, Xinjiang, China;3. Lan Zhou Seismological Research Institute of China Seismological Bureau, Lan Zhou, 730000, Gan Su, China)

Abstract: Based on Gutenberg-Richter’s magnitude-frequency relation, the article analyzes the integrity of seismic catalogue of Xinjiang, southern and northern Tienshan mountains within Xinjiang. By estimating earthquake frequency, b value fitting and earthquake loss Ratio, the author gets initial time of integrate catalogue with different magnitude threshold. Xinjiang earthquake catalogue with magnitude greater than 6 is available since 1900, and Ms≥5.0 earthquake catalogue is integrate since 1955, and Ms≥4.7 earthquake one is good since 1965. Earthquake catalogue with magnitude greater than 5 in southern and northern Tienshan mountains is integrate since 1952, and Ms≥4.7 earthquake one is more integrate after 1963. The conclusion offers a reference for selecting magnitude threshold of historical seismic catalogue of Xinjiang seismicity analysis and seismic hazard assess.

Key: Xin Jiang ; Seismic Catalogue ; non-integrity Loss Ratio