地震预测是21世纪最具挑战性的科学难题之一，在区域构造加载情形下，看似孤立的大震活动背后往往潜藏着深层的动力学相关机制，若能通过大数据时空聚类与相关性分析手段，系统揭示复杂断层系统间“唇齿相依”的活动特征、规律与动力学机理，将为丰富和完善大地震预测理论和方法带来全新的视角。
本研究聚焦青藏高原东缘地震高发区，基于地震目录大数据，结合时空聚类分析与统计检验等手段，量化断层间地震活动相似性。这就像为复杂的断层系统绘制“社交图谱”，揭示各断层与关键构造部位的特征地震群间存在的动态联系，甚至相互影响。结果表明，传统的级联破裂和地震空区思想并不适用于该地区的大震时空相关性研究，该地区的地震活动主要受深部动力学活动控制，同时还受火山活动、人类活动的调控，且具有典型的“远场触发”特征。以上新发现不仅丰富完善了张培震院士提出的活动地块理论，也为川滇地震科学实验场的大震预测提供了理论支持与方法指引。
图1 图文摘要
【青藏高原东缘地震活动模式】
断层系统中各个断层相互耦合、相互影响，每次大震都会改变周围断层的应力加载状态。青藏高原东缘地震活动一个重要特点是地震在断层系统中的各个断层之间，在时空上跳跃迁移。地震活动模式被广泛认为是迄今研究最成功的地震前兆之一，其有效性很大程度上依赖于地震活动数据的系统分析。本研究基于地震目录大数据，通过地震活动性的Z检验，揭示了区域地震活动模式（图2）：7级以上地震发生后，震中区域地震活动性显著下降，而下次地震通常发生在与之不相邻的断层中，且孕震区域地震活动性增加。这一模式反映了大震发生后震中区域的能量释放特征及其对后续地震活动的影响，表明地震活动是由区域构造载荷逐步累积和释放的过程，且具有显著的空间和时间连续性。
图2 以7级以上地震作为时间基点的地震活动率变化的空间分布
【断层间地震活动相关性】
张培震院士提出的活动地块理论是研究中国大陆板内地震带与大地震活跃区域的框架性理论。深入理解，丰富和完善活动地块理论是解决复杂断层系统地震活动特征与强震预测的核心。断裂系统级联破裂和地震空区是大震预测的主要依据之一，但在川滇地震科学实验场的预测实践过程中发现，仅从地壳尺度的应力应变演化、断层系统的级联破裂、地震空区等传统思维方式出发，几乎无法给出准确的判断，其中似乎隐藏着更深层次的驱动机制，但究其根本，领域内多年来一直没有明确的答案。因此，本研究通过构建断层相关性网络，定量刻画断层间地震活动相关性，识别出这一潜在的协同活动结构，以解决这一重要难题。
本研究通过构建断层间地震活动相关性的网络（图3），识别出青藏高原东缘三大地震活动簇：巴颜喀拉块体东边界、川滇菱形块体东边界和三江侧向碰撞带。这些活动簇的划分不仅清晰地揭示了区域地震成核的空间特征，也反映了构造演化过程中断裂带间的协同关系。值得注意的是，这些位置与前人基于野外调查和地理空间信息系统等方法人为划分的川滇地区一级地块位置高度吻合。这种高度一致性表明，基于地震目录的地震活动性相似性聚类方法，不仅验证了传统划分的合理性，还弥补了一级地块划分中统计分析方面的空白，是区域构造动力学研究的重要补充。
图3 断层间地震活动性的相关性分析
（a）相关性矩阵；（b）断层间相关性网络（r > 0, p < 0.05）；（c）弹簧形相关性网络（r ≥ 0.3, p < 0.05）
【地震活动的多重驱动机制】
青藏高原东缘位于川滇菱形块体、巴颜喀拉块体与华南块体交汇处，是我国地震活动最为频繁的区域之一。该区域构造变形强烈，主要受高原物质向东挤出的动力过程控制。川滇菱形地块东边界主要由甘孜-玉树断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带组成，以右旋走滑运动为主。巴颜喀拉块体北边界的左旋走滑昆仑断裂带是调整青藏高原变形的重要构造单元；东边界为龙门山逆冲断裂，兼有右旋走滑分量，其逆冲活动反映了青藏高原物质向四川盆地楔入的过程，这些区域的地震活动源于构造应力的累积与释放。
除构造应力驱动外，地球深部动力过程亦不可忽视。青藏高原东南缘的三江侧向碰撞带是一个构造挤出与地震频发的关键转折区域。腾冲地区的波速结构数据显示，其地壳下方存在低速体，可能与青藏高原中下地壳的深部低速物质存在联系。虽然地表火山活动已停止，但深部仍活跃，能量在不易释放的状态下积聚，可能在构造条件合适的位置触发地震。
然而地震的发生并非完全由自然构造决定，人类活动也可能成为“诱因”。岩石力学研究表明，地震本质上是断层在积聚一定弹性能量后，通过滑动释放应力的过程。若断层的剪切应力不足以克服其滑动阻力，便会进入“锁定”状态，难以滑动。但人类活动有时会打破这种平衡，从而诱发地震，这种影响能够在区域地震活动性中体现。在青藏高原东缘的金沙江断裂带，下游地区是中国最大的水电基地。水库蓄水带来的地表负载变化，影响深部水力条件，引起孔隙水压力波动，从而增加地震发生的可能。油气开采也对地震活动产生影响。华蓥山断裂带的长宁地区是我国西南页岩气开发的核心区。开采过程中使用高压液体进行水力压裂，不仅改变了孔隙压力，还直接破坏了岩层结构，这些变化都可能诱发地震。
这一切提醒我们：地震不只是自然的产物，也可能是人类活动影响地球系统的“回响”。
【总结与展望】
本文基于地震目录大数据与统计学方法，系统分析了青藏高原东缘主要断层间的地震活动模式及其相关性网络。研究提出的分析方法具有良好的通用性，可推广应用于其他构造区域，为断层间地震活动相关性的研究提供了新的思路与技术路径。然而，本文主要聚焦于断层间线性相关性的识别与分析，尚未深入探讨非线性触发机制这一更为复杂的科学问题。如果未来能破解这些“深层联系”，地震预测或许将真正成为可能。
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第3卷第3期以Article发表的“Correlation of earthquake occurrence among major fault zones in the eastern margin of the Tibetan Plateau through Big Data Analysis” (投稿: 2024-12-28；接收: 2025-05-19；在线刊出: 2025-05-20)。
原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2025.100145
DOI:10.59717/j.xinn-geo.2025.100145
作者简介：
张怀，中国科学院大学教授，杰青，地球系统数值模拟与应用全国重点实验室副主任，长期从事计算地球动力学模式研制与地震数值预测的理论与方法研究，主持国家重点研发计划项目，国家自然科学基金面上、重大项目课题，国家863、973、中国科学院战略性先导A、B和国土资源部重大科技专项项目。发表论文240余篇，他引4000余次。
刘天雅，中国科学院大学地球与行星科学学院博士研究生, 是数据处理、聚类分析与相关性分析等内容的主要完成人。
