福建内陆中强震前b值空间扫描分析

郑永通，全建军，龚 薇，刘愫昀，王绍然，赖福霖

（1. 福建省地震局 龙岩地震监测中心站, 福建 龙岩 364000；
2. 福建省地震局 南平地震监测中心站, 福建 南平 353000）

b值是用来衡量某地区地震活动水平的一种标志，是反映一个地区承受平均应力和接近强度极限程度的一个参数[1]。高国英认为大震前b值异常时间长短、异常量值大小与未来强震震级有关[2]；
王筱荣等认为b值判定预备震源1年内是否发震正确率为75%，2年内发震正确率为92%[3]；
郑福婉等认为震前b值存在着不同程度的异常，其变化方式有两种：一种是震前升高而后下降发震，一种是震前b值下降后回升时发震，多数震例属于后者[4]。对于某个区域内已发生的地震，通过b值空间扫描，分析该区域低b值或高b值异常，来判断未来该区域是否存在发生强震或中强地震的可能提供依据。本文着重研究福建及其邻近沿海地区发生中强地震前的b值空间扫描图像特征，探讨b值空间扫描异常区域与中强震之间的关系，为预测地震提供参考借鉴。

福建内陆主要有3条NE-NNE向地震构造带，分别是：邵武-河源断裂带、政和-海丰断裂带、长乐-诏安断裂带；
NW-NNW向主要有4条断裂带，分别是：上杭-云霄断裂带、九龙江断裂带、永安-晋江断裂带、闽江断裂带，两组断裂带构成福建内陆纵横交错的地震地质构造背景。据史料记载，历史上福建内陆仅在泉州发生一次8.0级大地震（1604年），此次地震破坏较重，分布范围广，有感范围最远达1 000 km。近几十年来，福建内陆中强地震时有发生，是东南沿海中强震较为活跃的地区。

福建内陆自1990年至今共发生11次ML≥4.5地震，其中最大地震为1997年5月31日发生在永安小陶的ML5.3地震。从地震发生时所处的断裂带来看，中强震主要发生在政和-海丰断裂带，共发生7次ML≥4.5地震；
其次是长乐-诏安断裂带，共发生4次ML≥4.5地震（图1）。

图1 福建内陆主要活动断裂带及地震活动特点

2.1 b值的定义

Gutenberg et al[5]在研究世界地震活动时，根据全球各大地震区6级以上地震数目统计结果，提出地震震级与频度的关系：

式（1）亦称古登堡公式或G-R关系式。式中：N为震级M以上地震的频度；
a和b为统计常数，a表示区域内的地震活动水平，b值代表一个区域内不同大小地震频度的比例关系。b值的计算主要有线性最小二乘法、极大似然法、非线性最小二乘法、矩估计方法等4种。就计算误差而言，极大似然法最小[6]。因此，本文b值计算方法选取极大似然法。

2.2 起算震级的选取

对范围较大的空间区域进行b值空间扫描计算时，应根据台网监测能力，并参考震级-频度关系式确定整个研究区可使用的震级下限[7]。由于1998年之前，测震记录信号为模拟信号，地震监测能力比较弱，根据LgN-M图的拟合结果来看（图2a），起算震级可选为ML1.9。实行数字化改造后，地震监测能力有一定的提高。根据LgN-M图的拟合结果来看（图2b），起算震级可选为ML1.7。综合以上分析结果认为，起始震级应选取ML≥1.9。本文选取ML=2.0为起算震级，对福建内陆进行b值空间扫描。

图2 福建内陆最小完整性震级的确定

2.3 参数设定

本文研究区域为福建内陆（115°～121°E，23°～29°N），地震目录选取福建省地震局监测中心提供的1970年1月1日至2021年4月30日ML≥2.0地震目录，窗长设为12个月，时间步长设为1个月；
纬度窗长为1.0°、步长为0.5°；
经度窗长为1.0°、步长为0.5°，分别对福建内陆自1970年1月至今发生的11次中强震震前作b值空间扫描图像。

2.4 福建内陆中强震前b值空间扫描分析

从福建内陆1990年以来ML≥4.5地震（表1）可知，福建内陆中强震主要集中在1992—1999年、2007—2008年、2013年3个时段。其中1992—1999年共发生中强地震4次，2007—2008年共发生中强地震4次，2013年共发生中强地震3次。下面分别对以上几个时间段发生的中强震震前进行b值空间扫描分析，探讨中强震前b值空间扫描异常特征。

表1 1990年以来ML≥4.5地震

2.4.1 1992年11月26日龙岩5.1级地震前b值空间扫描分析

从b值空间扫描结果来看，1992年11月26日龙岩发生ML5.1地震前，从1990年9月开始在震中及其附近出现b值异常，异常值为2.5；
之后b值开始下降至1.5左右，异常持续到1991年10月后结束，异常持续时间为14个月；
在异常结束12个月后发生地震（图3）。

图3 1990年9月至1992年11月b值空间扫描图像

2.4.2 1994年5月24日龙岩4.8级地震前b值空间扫描分析

1994年5月24日龙岩4.8级地震前，从1993年1月开始，在震中附近出现b值异常，异常值为1.0，1993年5月异常值开始上升，至1993年6月，震中区b值异常值达到最大为1.4；
之后开始下降，1993年7月，异常值下降至1.0；
1993年8月开始，震中附近异常值消失，在异常结束9个月后发震（图4）。

图4 1992年12月至1994年5月b值空间扫描图像

2.4.3 1997年5月31日永安ML5.3地震前b值空间扫描分析

1997年5月31日永安ML5.3地震前，从1996年4月开始在震中附近出现b值异常，异常值为1.2左右；
从1997年1月开始，b值出现下降，1997年2月b值下降至0.6，持续到发震，异常持续时间为14个月（图5）。

图5 1996 年 5 月至 1997 年 5 月b 值空间扫描图像

2.4.4 1999年2月13日永安ML4.6地震前b值空间扫描分析

1999年2月13日永安ML4.6地震前，从1997年6月开始在震中附近出现b值空间扫描异常，异常值为0.6左右；
从1998年3月开始b值异常值上升至0.9；
持续至1999年2月异常结束，异常持续时间为21个月（图6）。

图6 1997年6月至1999年2月b值空间扫描图像。

2.4.5 2007—2008年，永春、顺昌、古田、长泰中强震前b值空间扫描分析

2007年8月29日永春ML4.6地震前，从2006年5月开始在震中附近出现b值异常，异常值为0.9；
之后异常开始上升，2007年5月b值达到最大为1.5；
2007年6月b值下降，震前震中异常值为0.6。2008年3月6日，古田ML4.8地震前，从2007年10月开始，在震中附近开始出现b值异常，异常值为0.5；
异常一直持续到发震，异常持续时间为6个月，震前震中b值异常值为0.5～0.6。2008年7月5日长泰ML4.7地震前，从2007年8月开始在震中附近出现b值异常，异常值为0.4；
之后b值开始缓慢上升，2007年12月之后，异常值稳定在0.8～0.9之间；
一直持续到发震，异常持续时间为12个月（图7）。顺昌地震震前未出现b值异常。

图7 2006年5月至2008年7月b值空间扫描图像

2.4.6 2013年仙游几次中强震前b值空间扫描分析

2013年仙游发生3次中强地震前，从2011年12月开始在震中附近开始出现b值异常，异常值为0.8；
之后b值有升有降，异常值范围在0.6～1.0之间。在仙游陆续发生3次中强震期间，异常未结束（图8）。2013年8—10月在仙游连续发生3次中强震期间，b值变小，异常值仅为0.3～0.4。

图8 2011年12月至2013年10月b值空间扫描图像

从福建内陆中强震前b值异常情况来看（表2），除2007年3月13日顺昌ML4.9地震震前未出现b值空间扫描异常外，其余中强地震震前在震中或附近均出现b值异常，且多数中强震发生后，b值异常仍然存在。另外， 2013年8月—10月仙游连续发生3次中强地震前，异常持续时间也相对较长。

表2 福建内陆中强震前b值异常情况表

通过对1990年至今发生在福建内陆的中强震震前b值空间扫描分析，得出以下结论。

1）不同的起始震级计算出的b值结果差别较大，在计算b值时，要考虑研究区域的台网监测能力，选取适合本区域的起算震级来计算b值。

2）1990年至今，发生在福建内陆的中强震震前绝大多数地震存在b值空间扫描异常，且大部分异常一直持续到发震仍然存在。震前b值异常变化有3种形式，即上升、下降或上升-下降交替变化。异常持续时间往往与异常范围1～2年内发生中强震的次数有关，若异常范围内发生的中强震次数越多，则异常持续时间也越长。

3）当某一区域出现b值空间扫描异常时，要注意该区有可能发生中强地震。由于有些中强震发生前b值异常已结束，有些中强震发生前b值异常仍然存在，所以对发震时间的预测，要参考其他前兆仪器的观测资料分析结果来进行综合判定。