2010年4月14日玉树地震：一个有前震的破坏性地震
倪四道 王伟涛 李 丽
2010年4月14日早晨，在青海省玉树藏族自治州玉树县发生了一次强烈地震，地震面波震级达到7.1级（Ms 7.1 www.csndmc.ac.cn, 矩震级Mw6.9)。地震震中距离玉树县城30公里左右，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，两千多人不幸罹难，一万多人受伤。地震发生后中国政府采取了及时有效的救援措施，创造了从废墟中抢救出六千多生命的奇迹。此次地震中还出现了另外一个奇迹：玉树Ms7.1主震前两小时左右发生了一次Ms4.7级地震，被这次地震惊醒一个村长和一个校长分别督促当地村民和师生及时疏散，创造了在主震中零伤亡的奇迹。虽然当地的人们只感受到一个前震，但根据离主震震中30公里左右的玉树地震台记录，主震之前发生了几十个前震（图1）。主震前一天小地震开始活动，在4.7级地震后地震活动性急剧增强。然而在主震前半小时的时候，地震活动趋于平静，直到主震前两分钟，又出现一个小地震，之后主震发生（图2）。从图2还可以看出，主震前的地震具有震级越来越强的趋势。在2009年意大利的L’Aquila地震前震序列中也清楚地观测到了这种趋势[1]。
在所有的地震短临前兆中，前震是学术界公认的预报强震的最有效的指标[2]，然而关于有多少地震伴有前阵仍有争议。一些研究者认为只有10%的地震有前震，另外一些研究者则认为高达一半的地震有前震[3]。 这些分歧可能源于对前震不同的定义方式，早期的一些研究者认为主震发生前数天乃至数月，且距主震震中几十公里内的地震都应该是前震。而目前多数震源物理学家则认为只有离主震震中很近（数公里或更近）的发生在主震之前的地震才是真正意义上的前震 [4][5]。很多地震台均记录到了玉树4.7级前震，根据这些记录可以对该前阵和Ms7.1主震进行相对定位。定位结果表明，4.7地震和主震的震中位置非常接近，两者距离小于2公里，因此4.7级地震是一个严格意义上的前震。
在主震发生后，余震的判定是个非常容易的问题。前震的判定则很难，在主震发生之前，很难判定一个地震是下一个强震的前震还是其本身已经是主震。陈颙[6]对前震和余震的特征进行了研究，发现前震在空间中集中、震源机制解都比较类似，而余震空间上发散、机制解差异大。据此，他提出利用震源参数的一致性可以判别一个地震序列是前震序列还是正常的主震-余震序列。除此之外，基于b值等统计的方法，也用于区别前震和主-余震[7]。对于玉树地震序列而言，几十个前震都具有相似的波形（图3），表明震源机制解较为相似。这些事件的S-P的到时差有最大0.4秒的差异变化，表明事件集中在大约3公里的前震区内。按照陈颙[6]的理论，玉树主震之前发生的这些波形类似、空间集中的地震可以判定为前震，而非一般的主震-余震序列。
图1 2010年4月14日玉树地震。五角星为主震震中，粗线表示地震破裂范围，三角为玉树地震台。
图2 玉树地震前震序列随时间的演化。(A)主震前三小时(B)主震前30小时。 (C)一些前震和主震相对位置示意图。
前震和主震在空间上比较接近，前震主要发生在主震的震中附近，即主震开始破裂的地方，因此根据前震判定主震的位置也是比较容易的。对加州一些强震的前震进行高精度定位后，研究者发现前震发生在主震震中附近很小的一个区域[8][9]，玉树地震序列也是如此。玉树前震之间波形类似而且S-P到时差变化不大，表明前震发生在很小的一个区域；而且通过对主震和4.7前震的相对定位，可以看出主震的震中处在前震区内（图3）。
在发震的时间关系上，前震和主震也具有一定规律。以前的一些研究表明前震也符合类似于余震的大森定律，即离主震时间越近，地震越频繁；但是在主震之前会有短暂的平静现象[5][10]。因此如果对前震-主震序列的时间演化规律有足够的了解， 从前震序列的演化过程推断主震发生的时刻也是有可能的。此次玉树地震的前震序列似乎也符合上述特征：前震越来越频繁，但是在主震前半小时左右，地震活动趋于平静，直至主震前2分钟时，又发生一次小地震，之后主震发生（图2）。但是如何从此次前震序列中提取出信息，判断主震具体发生的时刻还需更多的研究。
通过前震估计主震的震级更是一个难题。甚至一些研究表明最大前震的震级和主震震级没有明显的相关性[2]。但是从图2可以看出，玉树前震的震级越来越大，如果假定此地震序列不属于震群型而是前震型，也许可以由此推测后续的主震震级更大。
总而言之，根据目前地震学已经掌握的规律可以判定在4月14日Ms7.1强震之前发生的地震是真正的前震。但是根据目前的地震学研究水平，对主震震级和发生的时刻进行估算仍然是个难题。以前的前震研究多数基于对震源参数的统计上，而地震波形中携带了更多的信息，可以更好的反映震源成核的过程，将来的研究应该注重对波形进行分析。
图3 部分玉树前震波形。 前震e1（黑色线条）和ef（蓝色线条）几乎重合，表明这两次事件位置非常接近。不同前震之间S-P到时差在0.4秒内，表明前震区大约为3公里。
致谢
感谢中国地震台网中心提供了波形数据。受知识创新工程KZCX2-YW-116-1和地震行业基金资助。
参考文献
[1]李丽， 陈颙 ， 2009 年 4 月 6 日意大利拉奎拉地震的前震及其预测意义，中国地震, 2009，25 (2), 151-158
Li L and Y Chen (2009), Foreshocks of the April 6,2009 L’Aquila earthquake in Italy and the implication of earthquake prediction. Earthquake Research in China, 25 (2), 151-158, (in Chinese)
[2] Jones, L. M., and P. Molnar, (1979), Some characteristics of foreshocks and their possible relationship to earthquake prediction and premonitory slip on fault, J. Geophys. Res., 84, 3596– 3608, 1979
[3] Abercrombie, R. E., and J. Mori, (1996), Occurrence patterns of foreshocks to large earthquakes in the western United States, Nature, 381, 303 – 307
[4] Mogi, K., (1985), Earthquake Prediction. Tokyo: Academic Press.
[5] Scholz,C.H., (2002), Mechanics of Earthquakes and Faulting, Cambridge press
[6] 陈颙 ，用震源机制一致性作为描述地震活动性的新参数， 地球物理学报, 1978，21,140-159
Chen Y. (1978), Consistency of source mechanism as a new parameter of seismicity, Chinese Geophysical Journal, 21,140-159 (in Chinese)
[7]Suyehiro, S., T. Asada, and M. Ohtake, (1964), Foreshocks and aftershocks accompanying a perceptible earthquake in central Japan—On a peculiar nature of foreshocks, Pap. Meteorol. Geophys., 71– 88.
[8]Dodge, D., G. Beroza, and W. Ellsworth (1996), Detailed observations of California foreshock sequences: Implications for the earthquake initiation process, J. Geophys. Res., 101(B10), 22371-22392.
[9]Zanzerkia, E. E., G. C. Beroza, and J. E. Vidale (2003), Waveform analysis of the 1999 Hector Mine foreshock sequence, Geophys. Res. Lett., 30(8), 1429, doi:10.1029/2002GL016383.
[10] Scholz,C.H., (1988), Mechanisms of Seismic Quiescences, Pure Appl. Geophys., 126,701-718
本文已刊于《中国科学》，40（5）：535-537.
