Analysis of strong earthquake activity characteristics in Taiwan
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摘要:
基于定性分析和Morlet小波分析方法，研究了我国台湾地区的主要构造带和强震分布特征。1900年以来台湾地区MS≥7.0地震存在三个活跃时段：第一个活跃时段为1902—1925年，长达近23年；第二个活跃时段为1935—1978年，约43年；第三个活跃时段为1986—2006年，时长20年。台湾自2006年12月26日恒春海域发生MS7.2地震之后，MS≥7.0地震平静已近16年，为历史最长平静时段，存在开始新的活跃时段的可能。从区域分布看，台东地震带MS≥6.9地震具有六个活动周期，大部分活动周期平均约为16年，每个活动周期均包含活跃和平静时段，所有MS≥6.9地震均发生在活跃时段，统计显示台东地震带的活动强度自2002年进入第六个活动周期后逐渐减弱，直到2022年9月份台湾东带才再次发生MS6.9地震，可能进入了新一轮活跃时段。台湾西带MS≥6.0地震存在92年左右和14年左右的周期，1901—1993年为一个活跃-平静大周期（92年左右），1994年开始新一轮的大周期活动，同时，大周期又包含平均周期为14年左右的小周期。临近预报（nowcasting）方法计算的小震积累水平显示，台湾东带MS≥7.0地震和台湾西带MS≥6.0地震具有较高的发震背景概率，台湾地区强震在年尺度上与华南地区中强地震具有一定的对应关系。
Abstract:Based on qualitative analysis and Morlet wavelet method, the distribution characteristics of the main tectonic zones and strong earthquakes in Taiwan, China are studied. The Taiwan, China can be divided into the Taidong seismic zone and the Taixi seismic zone, bounded by the Central Mountains. The former is mainly composed of the Huadong longitudinal valley fault, the coastal mountains and the sea area to the east of the coastal mountains. It is the region with the strongest seismic activity in Taiwan. The latter seismic zone mainly includes the western foothills and the western coastal plain. In addition, due to the influence of the Philippine Sea Plate pushing the Eurasian Plate towards the northwest, most earthquakes in Taiwan and surrounding waters are thrust-type earthquakes. There have been three active periods of MS≥7.0 earthquakes in Taiwan since 1900. The first active period was from 1902 to 1925, which lasted nearly 23 years; the second was from 1935 to 1978, about 43 years; the third was from 1986 to 2006, lasting 20 years. Since the Hengchun sea area MS7.2 earthquake in Taiwan on December 26, 2006, Taiwan earthquakes above MS7.0 have been quiet for nearly 16 years, which is the longest quiet time in history, and there is a possibility of a new active period. From the regional distribution perspective, MS≥6.9 earthquakes in the eastern Taiwan had six active cycles, most of which lasted about 16 years on average. Each active cycle included active and quiet periods, and all MS≥6.9 earthquakes occurred in active periods. Statistics show that the activity intensity of the eastern Taiwan had gradually weakened since 2002, when it entered the sixth active cycle. A new active period may have started since the Hualian MS6.9 earthquake occurred in the eastern Taiwan on September of 2022. At the same time, the Morlet wavelet method was used to calculate the period spectrum of seismic activity of the Taidong seismic zone and the significance testing. The results showed that the 3-year and 16-year periods in the region passed the 80% confidence testing, and the 16-year period could better reflect the average duration of most seismic periodic activities in the Taidong seismic zone. The 3-year period was consistent with the average occurrence interval of MS≥7.0 earthquakes with every three years in the Taidong seismic belt from 1900 to 2006. As for the western Taiwan, MS≥6.0 earthquakes have cycles of about 92 years and 14 years which passed the 80% confidence testing. 1901−1993 was a large active-quiet cycle （about 92 years） and a new round of large cycle activity began from 1994. At the same time, the large cycle also included some small cycles with an average period of 14 years. At present, the Taixi seismic belt is in the quiet period of the small cycle of 2010 to 2022. Based on the average duration of the small cycle of about 14 years, the Taixi seismic belt maybe enter a new round of the small cycle activity of MS≥6.0 earthquake in the future. From the perspective of focal depth, the focal depth of earthquakes in Taiwan has the characteristic of gradually deepening from west to east. Among them, earthquakes in the northeast of Taiwan and nearby waters are mainly of medium to deep source earthquakes, while earthquakes in the waters of the central Taiwan are mostly distributed within the range of 20−40 kilometers, mainly located in the waters near Hualien. The distribution characteristics of source depth are consistent with the eastward dipping characteristic of the Huadong longitudinal valley fault in the region. The accumulation level of small earthquakes calculated by the Nowcasting method also shows that the MS≥7.0 earthquakes in the eastern zone of Taiwan and MS≥6.0 earthquakes in the western zone of Taiwan have a high background probability of earthquake occurrence, and the strong earthquakes in Taiwan have a certain corresponding relationship with the moderate-strong earthquakes in South China on an annual scale.
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Keywords:
- Taiwan /
- seismicity characteristics /
- activity cycle /
- nowcasting method
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引言
台湾地区是我国地震频度最高、强度最大的区域，1900年以来发生过两次MS≥8.0地震，分别为1920年6月5日台湾大港口东MS8.0地震和1972年1月25日台湾火烧岛东MS8.0地震，平均每年发生MS≥6.0地震3次，MS≥7.0地震0.4次，尤其是作为欧亚板块和菲律宾海板块交会区域的台湾花莲至台东地区，由于板块之间的挤压作用，地震尤其频繁。但自2006年12月26日台湾恒春海域MS7.2地震之后，台湾MS≥7.0地震平静期已近16年，为历史最长MS7.0地震平静时期，特别是2011年日本MW9.0大震后，台湾地区地震活动水平一直不高，因此台湾地区的地震活动状态值得关注。
目前，对台湾地区地震的研究多聚焦于某次大地震（刘特培等，2000；彭美凤，周峥嵘，2000；王彦斌等，2000；杨马陵等，2004；刘超等，2010），或者多个强震的单一参数特征分析（张年明，2003），缺少对台湾地区强震活动整体特征的研究。另外，菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用不仅影响台湾地区，也是福建及其沿海地区地震活动的主要力源（傅承义，1972；史粦华等，2006），台湾强震与华南地区地震活动的关系也需要关注，一些研究发现台湾地区强震与华南地区中强震具有较为一致的同步活动特征（章纯，2007；吕坚等，2001；顾瑾萍等，2004；陈大庆，杨马陵，2010），因此，本文在开展台湾地区强震活动特征研究的同时，也对台湾地震与华南地震活动的关系进行研究。
1. 台湾地区构造特征
台湾岛南北长约400 km，宽约150 km，面积虽然不大，但却有着复杂活跃的地质构造环境。台湾地处环太平洋地震带西部，是欧亚板块、太平洋板块及菲律宾海板块的交会区域。台湾岛历经漫长的地质演化后，表层由一系列NE向呈带状分布的褶皱和断层、纵谷、海岸山脉及中央山脉组成，其以台湾中央山脉为界可大致分为台东地震带和台西地震带（图1a）。台东地震带主要包括花东纵谷断裂、海岸山脉及其以东海域，是台湾地震活动最为强烈的地区（顾瑾萍等，2004）；台西地震带主要为西部麓山带和西部海岸平原，属于欧亚大陆板块的一部分（图1b）。
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Figure 1. Focal mechanism solutions of MW≥6.0 earthquakes in Taiwan since 1976 （a） and profile of Central Taiwan （b）（after Teng，1990；Wang et al，2000；Wang et al，2003；Zhang et al，2003；Zhang et al，2004）台湾岛及附近海域1976年以来MW≥6.0地震震源机制解（GCMT，2023）显示，由于受菲律宾海板块向欧亚板块的俯冲作用，台湾岛及附近海域的地震以逆冲型地震为主，花莲地区及附近海域尤为密集，并且台湾西部麓山带发生的几次大地震也多为逆冲型，说明强震的发生与动力环境和断层构造密切相关。但是，台湾中央山脉断层也曾发生过多次走滑型地震，包括最新的2022年9月17日台湾台东MS6.5地震和9月18日台湾花莲MS6.9地震，这是因为菲律宾海板块向NW方向推挤欧亚板块，而推挤方向斜交于中央山脉断层走向，产生与中央山脉断层走向平行的滑动分量，加之菲律宾海板块在琉球海沟向下俯冲至欧亚板块下方（Hsu et al，2021），致使中央山脉断层具有明显的左旋走滑特性。
2. 台湾地区地震活动特征
2.1 台湾地震活动周期概况
本研究采用中国地震台网中心1900年以来的MS≥6.0地震目录。地震活动相对频繁和强烈的时段为地震活跃时段，通过M-t图可以看出，台湾地区MS≥7.0地震存在明显的活跃-平静交替现象（图2a），以MS7.0地震平静时间超过8年为标准进行划分，1900年以来台湾地区MS≥7.0地震存在三个活跃时段：第一个活跃时段为1902—1925年，长达近23年；第二个活跃时段为1935—1978年，长达近43年；第三个活跃时段为1986—2006年，长达20年（表1）。1900年以来曾经有两次较长的平静期，一次是在1925年4月17日MS7.1地震后平静10年再次发生MS7.0以上地震，另一次是在1978年12月23日MS7.0地震后平静8年再次发生MS7.0以上地震，目前自2006年12月26日恒春海域MS7.2地震后平静已达16年，远超历史最长平静时期。地震活动周期特征在时间上主要表现为活跃-平静的交替性（梅世蓉，1960），台东地震带和台西地震带的地震M-t图显示（图2b，c），台东地震带MS≥6.9地震和台西地震带MS≥6.0地震具有活跃-平静交替现象，其中地震平静时间超过5年的时段作为平静时段，一个活跃-平静时段为一个活动周期（图中的黑色横线段），并且台东地震带地震的能量应变曲线也说明台东地震带MS≥6.9地震活动的周期性较好（图3c）。
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图 2 台湾MS≥7.0 （a）、台东地震带MS≥6.9 （b）及台西地震带MS≥6.0 （c）地震M-t图（图b，c中红色横线段为地震活动周期）Figure 2. M-t plots of earthquakes with MS≥7.0 in Taiwan （a），and with MS≥6.9 in the eastern Taiwan （b） as well as with MS≥6.0 in the western Taiwan （c）（The red lines are periods of seismic activity）表 1 台湾地区MS≥7.0地震活动特征统计Table 1. Statistics of active periods of MS≥7.0 earthquakes in Taiwan活跃时段 起止
时间持续
时间/aMS≥7.0
地震频次MS≥7.0地震
平均年频次最大地震
震级MS活跃时段Ⅰ 1 902—1 925 23 8 0.35 8.0 活跃时段Ⅱ 1 935—1 978 43 19 0.44 8.0 活跃时段Ⅲ 1 986—2 006 20 9 0.45 7.6 ![]()
图 3 台东地震带1900年以来的周期谱分析（a） MS≥6.0地震小波功率谱；（b） MS≥6.0地震显著周期谱，红色虚线为90%置信度检验曲线，绿色虚线为80%置信度检验曲线；（c） MS≥6.9地震应变曲线Figure 3. Periodic spectrum analysis of eastern Taiwan from 1900（a） Wavelet power spectrum of MS≥6.0 earthquakes；（b） Significant periodic spectrum of MS≥6.0 earthquakes，the red dotted line represents for confidence test curve with 90 percent and the green dotted line for 80 percent；（c） Benioff strain curve of MS≥6.9 earthquakes2.2 用Morlet小波方法分析台湾地震活动的周期
前人利用Morlet小波方法（Torrence，Compo，1998；薛艳等，2012）研究了台湾不同区域的地震活动周期谱特征并进行了显著性检验（尹继尧等，2011）。地震活动的强弱可以用震级、频度、能量、贝尼奥夫应变等参数表示（薛艳等，2021a）。由于所使用的震级标度为面波震级，故地震能量使用Gutenberg和Richter （1994）提出的计算公式进行计算，即
$$ \begin{split} {{\rm{lg}}}\;E ＝ 4.8 ＋ 1.5M \text{，} \end{split}$$ (1) 式中，E为地震能量，单位为焦耳J，M为震级。再将能量开平方即得到贝尼奥夫应变。取某一地区一定时间段内累积贝尼奥夫应变组成时间序列f （t）：
$$ f （ t ） ＝ \sum\limits_{i ＝ 1}^N {\sqrt {{E_i} （ t ） } } \text{，} $$ (2) 式中，$ {E_i} （ t ） $是在一定时段内地震释放的能量，N为该时段内的地震次数（薛艳等，2021b）。
台东地震带1900年以来M≥6.0地震的周期谱分析结果（图3a，b）显示，该区存在3年左右、8年左右、16年左右和30年左右的周期，其中3年左右和16年左右周期通过了80%的置信度检验（图3b中红色虚线为90%置信度检验曲线，绿色虚线为80%置信度检验曲线）。结合台东地震带地震活动M-t图（图2b）及活动特征统计（表2），活动周期分别为26年、8年、14年、15年、30年和20年，其中14年、15年和20年的平均值为16年左右，所以认为16年左右周期成分更能反映台东地震带大部分周期活动的平均持续时间，3年左右周期成分与台东地震带1900—2006年间平均每隔3年发生1次MS7.0地震相吻合。
表 2 台东地震带MS≥6.9地震活动特征Table 2. Statistics of active periods of MS≥6.9 earthquakes in eastern Taiwan周期
序号起止时间 持续时间/a 统计特征 起止时间 持续时间/a MS≥6.9
地震频次MS≥6.9地震
平均年频次最大地震
震级MS1 1 909—1 935 26 活跃 1 909—1 922 13 9 0.35 8.0 平静 1 922—1 935 13 0 2 1 935—1 943 8 活跃 1 935—1 938 3 5 0.63 7.2 平静 1 938—1 943 5 0 3 1 943—1 957 14 活跃 1 943—1 951 8 7 0.50 7.5 平静 1 951—1 957 6 0 4 1 957—1 972 15 活跃 1 957—1 966 9 5 0.33 7.8 平静 1 966—1 972 6 0 5 1 972—2 002 30 活跃 1 972—1 996 24 12 0.40 8.0 平静 1 996—2 002 6 0 6 2 002—2 022 20 活跃 2 002—2 006 4 3 0.15 7.5 平静 2 006—2 022 16 0 1999年台西地震带发生了3次MS≥7.0地震和多次MS6.0地震，导致应变释放出现异常突出的高值。计算结果显示（图4），该区存在92年左右和14年左右的显著周期，且通过了80%的置信度检验。结合台西地震带MS≥6.0地震M-t图（图2c）及活动特征（表3）认为，该周期成分分别反映了1901—1955年活跃、1956—1993年相对平静共92年的大周期特征，以及大周期中每个平均周期为14年左右的小周期活动特征。
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图 4 台西地震带1900年以来MS≥5.0地震周期谱分析（a） 小波功率谱；（b） 显著周期谱Figure 4. Periodic spectrum analysis of MS≥5.0 earthquakes of western Taiwan since 1900（a） Wavelet power spectrum；（b） Significant periodic spectrum表 3 台西地震带MS≥6.0地震活动特征Table 3. Statistics of active periods of MS≥6.0 earthquakes in western Taiwan大周期 小周期 起止时间 持续时间/a 统计特征 起止时间 持续时间/a MS≥6.0地震频次 大周期Ⅰ
活跃时段小周期1 1901—1916 15 活跃 1901—1909 8 9 平静 1909—1916 7 0 小周期2 1916—1927 11 活跃 1916—1922 6 8 平静 1922—1927 5 0 小周期3 1927—1941 14 活跃 1927—1935 8 8 平静 1935—1941 6 0 小周期4 1941—1955 14 活跃 1941—1950 9 6 平静 1950—1955 5 0 大周期Ⅱ
活跃时段小周期1 1994—2010 16 活跃 1994—2000 6 17 平静 2000—2010 10 0 小周期2 2010—2022 12 活跃 2010—2016 6 4 平静 2016—2022 6 0 另外，将台湾地区作为一个整体，地震也存在活跃与平静交替现象，但未通过周期谱检验，所以，未给出相关结果。总之，台湾地区地质构造比较复杂，受周边板块运动的影响较大，尤其是大地震发生后，发震板块的弹性应变能瞬间释放，几年内该板块附近可能没有大震（洪汉净，2011）。台湾地区在2006年恒春海域MS7.2地震后进入最新的MS7.0地震平静期，平静期内的2011年3月11日日本本州东海域MW9.0大地震对台湾所处板块的应力积累起到一定的释放作用。之前也发生过类似现象，如果不考虑距离台湾岛较远的1925年4月17日台湾台东县南部海域MS7.1地震，台湾地区在1922年9月宜兰海域MS7.6地震后进入MS7.0地震平静期，平静期内也曾在日本地区发生大地震，即1923年9月1日日本关东MS8.2大地震。由于板块之间的应力得到释放，这次平静期一直持续到1935年4月21日台湾台中发生MS7.1地震才结束。
2.3 台东地震带地震活动周期特征
经过统计分析发现，在1900年至2006年期间台东地震带平均每间隔3年发生1次MS≥7.0地震。贝尼奥夫应变曲线可以反映地震能量释放的强弱，台东地震带MS≥6.9地震的贝尼奥夫应变曲线（图3c）显示，台东地震带MS≥6.9地震具有一定规律的活动周期性。
台东地震带MS≥6.9地震以间隔5年以内为一个活动周期，在1900年至2021年期间共有6个活动周期（图2b），大部分活动周期平均持续时间为16年左右，还有几次活动周期为8年左右和30年左右（表2）。每个活动周期又分为活跃和平静时段，所有的MS≥6.9地震都发生在活跃时段，前5个周期的活跃时段都比平静时段长或者略短，只有第6个周期的活跃时段为4年，平静时段为16年，平静时段远远大于活跃时段。从MS≥6.9地震平均年频次来看，周期2和周期3的年频次最高，分别达到0.63和0.50，周期4和周期5分别降低为0.33和0.40，周期6的年频次最低，仅为0.15，说明台东地震带MS6.9地震自周期6开始就处于逐渐减弱的状态，直到2022年9月份台湾才再次发生MS6.9地震，有可能开始新一轮活跃时段。
2.4 台西地震带地震活动周期特征
台西地震带MS≥6.0地震1901—1993年为一个活跃-平静的大周期，共92年左右。1994年开始新一轮大周期活动，目前已28年（图2c）。
大周期中将MS≥6.0地震以间隔5年以内为一个活动周期，则第一个大周期活跃时段分为四个小周期，分别为1901—1916年，1916—1927年，1927—1941年，1941—1955年；第二个大周期截止目前有两个小周期：1994—2010年和2010—2022年，每个小周期平均持续时间为14年左右，并且存在活跃和平静两个时段（表3），台西地震带MS≥6.0地震几乎全部发生在这些活跃阶段。
目前，台西地震带处于2010—2022年小周期中的平静时段，按小周期平均14年来计算，2010年至今已12年，接近平静期的尾声，后续有可能进入新一轮MS6.0地震小周期活动。
2.5 台湾地区地震深度分布特征
为了研究台湾不同区域地震震源深度的分布情况，对每个区域分别做横剖面，将台湾地区分为三个部分（图5a）。数据采用震源深度更加精确的台湾气象厅和福建地震台提供的1970年1月至2022年1月ML≥6.0地震。
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图 5 台湾地区1970年1月至2022年1月ML≥6.0地震震中及分区剖面上震源深度分布（a） 台湾地区地震分布及分区剖面位置；（b） 沿剖面AA′ 地震震源分布；（c） 沿剖面BB′ 地震震源分布；（d） 沿剖面CC′ 地震震源分布Figure 5. Epicenters and cross sections of ML≥6.0 earthquakes in different areas of Taiwan from January 1970 to January 2022（a） Earthquake distribution in Taiwan and location of the profiles；（b） Focal depth distribution along AA′ profile；（c） Focal depth distribution along BB′ profile；（d） Focal depth distribution along CC′ profile图5b中的AA′为台湾东北部及附近海域的震源深度剖面，可以看出该区域大部分为海域地震，且中深源地震较多，因此对台湾岛的危害性较小。
BB′为台湾中部及附近海域的震源深度剖面，自西向东震源深度逐渐加深，其中陆域地震的震源深度都在20 km以内，包括1999年9月21日台湾集集MS7.6地震，震源深度为7 km，位于东倾的车笼埔断裂带（图1b），该区域地震的震源深度普遍较浅，因此对台湾岛的危害较大；海域地震的震源深度明显变深，大部分介于20—40 km范围内，主要是花莲附近海域的ML≥6.0地震，且呈现出东倾的分布状态，这一现象与当地的地质构造相吻合，说明花莲附近海域这组地震主要发生在东倾的花东纵谷断裂带上。
CC ′为台湾南部及附近海域的震源深度剖面，由于受花东纵谷断裂带的影响，陆域地震震源深度较浅，海域地震震源深度较深，也具有整体自西向东逐渐加深的现象。
3. 台湾强震背景及其与华南地震活动关系
3.1 基于Nowcasting方法的台湾地区小震积累水平分析
Rundle等（2016，2018，2019，2020）将Nowcasting （实时评估）方法引入地震学领域，利用自然时间（natural time）（Varotsos et al，2002，2005；Holliday et al，2016）计算出地震潜力评分（earthquake potential score，缩写为EPS）。其基本原理来源于G-R定律（Gutenberg，Richter，1944），一定数量的小地震对应一次大震，用$ \overline {N} $表示两次大震间的小震平均数（薛艳等，2021b）：
$$ \begin{gathered} \overline N ＝ {10^{b （ {M_\lambda } － {M_\sigma } ） }} － 1 \end{gathered} \text{，} $$ (3) 式中，$ {M_\lambda } $表示大震震级，$ {M_\sigma } $表示小震震级，由G-R关系得出b。根据经验累积分布函数，P{n≤n（t）}为当前小震数n（t）对应的累积概率，即t时刻的EPS分数为
$$ \begin{split} {\rm{EPS}} ＝ P\left\{ {n {\text{≤}} n （ t ） } \right\} \end{split}\text{，} $$ (4) 式中，t为当下时间，n（t）为自上一次大地震发生后至今的小震数量，EPS代表后续发生M≥$ {M_\lambda } $地震的潜力。
应用台湾气象局和福建地震台网提供的ML≥4.0地震进行计算，得到台湾地区1970年以来ML≥4.0地震震级频次分布（图6a）。图6b给出了某一震级以上地震累积频次的对数随震级的变化，二者呈现出较好的线性关系，拟合b值为0.99。
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图 6 1970年以来台湾ML≥4.0地震震级频次统计（a）和G-R关系（b）Figure 6. Statistics of magnitude frequency of earthquakes with ML≥4.0 in Taiwan （a） and G-R relationship （b） since 1970图7a显示了台东地震带自2006年12月26日台湾恒春海域MS7.2地震到2021年12月31日的EPS评分为94.1%，表示自前一次地震（2006年12月26日MS7.2）以来，该地区ML≥4.0地震的累积数量超过了94.1%的以往相邻两次MS7.0地震间的累积小震数，小地震的积累水平非常高。
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图 7 台东地震带MS≥7.0地震（a）和台西地震带MS≥6.0地震（b）的EPS评分结果绿线为相邻两次大震间小震数量，黑线为相应的经验累积分布函数，红色圆点对应上次大震以来的小震数Figure 7. EPS score results of MS≥7.0 earthquake in eastern Taiwan （a） and of MS≥6.0 earthquake in western Taiwan （b）The green line is the number of small earthquakes between two adjacent large earthquakes，the black line represents the corresponding empirical cumulative distribution function，the red dot corresponds to the number of small earthquakes since the last large earthquake台西地震带自2016年2月6日台湾高雄MS6.7地震之后到2021年12月31日的EPS评分为82.3% （图7b），说明台西地震带ML≥4.0地震的累积数量自2016年2月6日台湾高雄MS6.7地震后超过了82.3%的以往相邻两次MS6.0地震间的累积小震数，其积累水平也比较高。
3.2 台湾强震与华南地区中强震的关系
通过对台湾地区1900年以来MS≥7.0地震发生一年内所对应的华南地区MS≥5.0地震的统计来看（表4），台湾地区MS≥7.0地震对我国华南地区的MS≥5.0地震无短期指示意义。
表 4 台湾地区MS≥7.0地震发生一年内所对应的华南地区MS≥5.0地震情况Table 4. Earthquakes with MS≥5.0 in South China after MS≥7.0 earthquakes in Taiwan occurred within one year序号 显著地震时间 MS 对应地震 间隔时间/d 1 1 902-11-21 7.3 2 1 909-04-15 7.3 3 1 909-11-21 7.3 4 1 910-04-12 7.8 1 911-02-05 广西灵山东北MS5.3 299 5 1 915-01-06 7.3 6 1 917-07-04 7.0 1 918-02-13 广东南澳东南MS7.3 224 7 1 919-12-21 7.0 8 1 920-06-05 8.0 1 921-03-19 广东南澳西北MS6.3 287 9 1 922-09-02 7.6 10 1 922-09-15 7.2 11 1 925-04-17 7.1 12 1 935-04-21 7.1 1 936-04-01 广西灵山东北MS6.8 346 13 1 935-09-04 7.2 1 936-04-01 广西灵山东北MS6.8 210 1 936-04-23 广东中山MS5.0 232 14 1 936-08-22 7.2 15 1 937-12-08 7.0 16 1 938-09-07 7.0 17 1 938-12-07 7.0 18 1 941-12-17 7.0 1 9 1 947-09-27 7.4 2 0 1 951-10-22 7.3 21 1 951-10-22 7.1 22 1 951-10-22 7.1 23 1 951-11-25 7.5 24 1 951-11-25 7.3 25 1 957-02-24 7.2 26 1 959-04-27 7.5 27 1 959-08-15 7.0 28 1 963-02-13 7.0 29 1 964-01-18 7.0 1 964-09-23 广东河源MS5.1 248 30 1 966-03-13 7.8 31 1 972-01-04 7.2 32 1 972-01-25 8.0 33 1 972-01-25 7.6 34 1 972-04-24 7.3 35 1 975-03-23 7.0 36 1 978-07-23 7.3 37 1 978-12-23 7.0 38 1 986-11-15 7.3 1 987-08-02 江西寻乌西MS5.4 260 39 1 990-12-14 7.0 40 1 994-05-24 7.0 1 994-12-31 北部湾MS6.1 221 1 995-01-10 北部湾MS6.2 231 1 995-02-25 福建晋江MS5.3 277 1 995-03-23 北部湾MS5.1 303 41 1 994-06-05 7.0 1 994-12-31 北部湾MS6.1 2 09 1 995-01-10 北部湾MS6.2 219 1 995-02-25 福建晋江MS5.3 265 1 995-03-23 北部湾MS5.1 291 42 1 996-09-06 7.1 1 997-05-31 福建永安MS5.2 267 43 1 999-09-21 7.6 44 1 999-09-21 7.0 45 1 999-09-26 7.1 46 2 002-03-31 7.5 47 2 003-12-10 7.0 48 2 006-12-26 7.2 统计显示，台湾地区48次MS≥7.0地震发生后，华南地区3个月内无MS≥5.0地震，1年内发生MS≥5.0地震8组，共12次，其中MS≥7.0地震1次，MS6.0—6.9地震4次，MS5.0—5.9地震7次。在1994年5月24日台湾花莲东北MS7.0地震和1994年6月5日台湾宜兰北MS7.0地震后，华南地区在一年内接连发生两次MS≥6.0地震和两次MS≥5.0地震，两次MS≥6.0地震分别为1994年12月31日北部湾MS6.1和1995年1月10日北部湾MS6.2地震。
对台湾地区MS≥7.0地震发生一年内华南地区MS≥5.0地震的情况进行R值检验（许绍燮，1989），预测时间以40天为间隔，计算相应的预报效能R值和R0值，结果显示260天以内的预报效能较差（图8），优势预测时间为300天，预报效能R值为0.77，R0值为0.26 （表5），R＞R0，中长期预报效能较好。
表 5 台湾地区MS≥7.0地震对华南MS≥5.0地震影响的预报效能Table 5. Prediction effect of MS≥7.0 earthquakes in Taiwan on MS≥5.0 earthquakes in South China预测时间/d 预报效能 R R0 260 0.38 0.30 300 0.77 0.26 340 0.75 0.26 380 0.72 0.26 4. 结论
本文分析了台湾地区强震发震的主要构造带和地震活动特征，并且基于小波方法和Nowcasting方法分别对台湾地区地震进行了周期谱计算和地震趋势评估，最后分析了台湾地区强震与华南地区中强震的对应关系。
1） 台湾地区以中央山脉为界分为台东地震带、台西地震带和琉台地震带。台东地震带主要包括花东纵谷断裂、海岸山脉及其以东海域，是台湾强震活动最为强烈的地区。通过对1900年以来台湾地区地震活动的统计，台湾地区MS≥7.0地震主要发生在台湾东部及附近海域。台湾地区MS≥6.0地震的震源深度具有自西往东逐渐加深的特征，台湾东北部及附近海域的地震以中深源地震为主，台湾中部的海域地震震源深度大部分在20—40 km，主要位于花莲附近海域，分布特点与该区域花东纵谷断裂带东倾的特征一致。
2） 台湾地区MS≥7.0地震存在活跃和平静的交替期，自2006年12月26日恒春海域MS7.2地震后平静时间已近16年，超过历史最长平静时间。台东地震带1900—2006年间平均每隔3年发生1次MS≥7.0地震。另外，台东地震带MS≥6.9地震的贝尼奥夫应变曲线显示，台东地震带MS≥6.9地震具有一定规律的活动周期性，且台东地震带周期谱结果也显示该区存在16年左右和3年左右的显著周期，每个活动周期包含活跃和平静时段，2022年9月台东地震带再次发生MS6.9地震，有可能开始新一轮的活跃时段。台西地震带MS≥6.0地震存在92年左右和14年左右的周期，1901—1993年为一个活跃-平静大周期（92年左右），1994年开始新一轮的大周期活动，同时，大周期又包含平均周期为14年左右的小周期，目前，台西地震带处于2010—2022年小周期平静时段的尾声，后续有可能进入新一轮MS6.0地震小周期活动。
3） 基于Nowcasting方法对台东地震带MS≥7.0地震和台西地震带MS≥6.0地震进行趋势评估，结果显示台东地震带在2006年12月26日台湾恒春海域MS7.2地震之后到2021年12月31日的EPS评分为94.1%，小地震的积累水平非常高；台西地震带的评分为82.3%，说明积累水平比较高，超过了以往82.3%的两个相邻MS≥6.0地震之间的积累水平。
4） 通过统计分析得出，台湾地区发生MS≥7.0地震对我国华南地区的MS≥5.0地震无短期指示意义，但年尺度上有一定的对应关系。
感谢台湾气象厅提供的地震数据和审稿专家提出的宝贵修改意见。
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图 3 台东地震带1900年以来的周期谱分析
（a） MS≥6.0地震小波功率谱；（b） MS≥6.0地震显著周期谱，红色虚线为90%置信度检验曲线，绿色虚线为80%置信度检验曲线；（c） MS≥6.9地震应变曲线
Figure 3. Periodic spectrum analysis of eastern Taiwan from 1900
（a） Wavelet power spectrum of MS≥6.0 earthquakes；（b） Significant periodic spectrum of MS≥6.0 earthquakes，the red dotted line represents for confidence test curve with 90 percent and the green dotted line for 80 percent；（c） Benioff strain curve of MS≥6.9 earthquakes
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图 1 1976年以来台湾MW≥6.0地震震源机制解（a）及台湾中部剖面图（b）（引自Teng，1990；王彦斌等，2000；王辉等，2003；张培震等，2003；张国民等，2004）
Figure 1. Focal mechanism solutions of MW≥6.0 earthquakes in Taiwan since 1976 （a） and profile of Central Taiwan （b）（after Teng，1990；Wang et al，2000；Wang et al，2003；Zhang et al，2003；Zhang et al，2004）
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图 2 台湾MS≥7.0 （a）、台东地震带MS≥6.9 （b）及台西地震带MS≥6.0 （c）地震M-t图（图b，c中红色横线段为地震活动周期）
Figure 2. M-t plots of earthquakes with MS≥7.0 in Taiwan （a），and with MS≥6.9 in the eastern Taiwan （b） as well as with MS≥6.0 in the western Taiwan （c）（The red lines are periods of seismic activity）
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图 4 台西地震带1900年以来MS≥5.0地震周期谱分析
（a） 小波功率谱；（b） 显著周期谱
Figure 4. Periodic spectrum analysis of MS≥5.0 earthquakes of western Taiwan since 1900
（a） Wavelet power spectrum；（b） Significant periodic spectrum
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图 5 台湾地区1970年1月至2022年1月ML≥6.0地震震中及分区剖面上震源深度分布
（a） 台湾地区地震分布及分区剖面位置；（b） 沿剖面AA′ 地震震源分布；（c） 沿剖面BB′ 地震震源分布；（d） 沿剖面CC′ 地震震源分布
Figure 5. Epicenters and cross sections of ML≥6.0 earthquakes in different areas of Taiwan from January 1970 to January 2022
（a） Earthquake distribution in Taiwan and location of the profiles；（b） Focal depth distribution along AA′ profile；（c） Focal depth distribution along BB′ profile；（d） Focal depth distribution along CC′ profile
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图 6 1970年以来台湾ML≥4.0地震震级频次统计（a）和G-R关系（b）
Figure 6. Statistics of magnitude frequency of earthquakes with ML≥4.0 in Taiwan （a） and G-R relationship （b） since 1970
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图 7 台东地震带MS≥7.0地震（a）和台西地震带MS≥6.0地震（b）的EPS评分结果
绿线为相邻两次大震间小震数量，黑线为相应的经验累积分布函数，红色圆点对应上次大震以来的小震数
Figure 7. EPS score results of MS≥7.0 earthquake in eastern Taiwan （a） and of MS≥6.0 earthquake in western Taiwan （b）
The green line is the number of small earthquakes between two adjacent large earthquakes，the black line represents the corresponding empirical cumulative distribution function，the red dot corresponds to the number of small earthquakes since the last large earthquake
表 1 台湾地区MS≥7.0地震活动特征统计
Table 1 Statistics of active periods of MS≥7.0 earthquakes in Taiwan
活跃时段 起止
时间持续
时间/aMS≥7.0
地震频次MS≥7.0地震
平均年频次最大地震
震级MS活跃时段Ⅰ 1 902—1 925 23 8 0.35 8.0 活跃时段Ⅱ 1 935—1 978 43 19 0.44 8.0 活跃时段Ⅲ 1 986—2 006 20 9 0.45 7.6 
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表 2 台东地震带MS≥6.9地震活动特征
Table 2 Statistics of active periods of MS≥6.9 earthquakes in eastern Taiwan
周期
序号起止时间 持续时间/a 统计特征 起止时间 持续时间/a MS≥6.9
地震频次MS≥6.9地震
平均年频次最大地震
震级MS1 1 909—1 935 26 活跃 1 909—1 922 13 9 0.35 8.0 平静 1 922—1 935 13 0 2 1 935—1 943 8 活跃 1 935—1 938 3 5 0.63 7.2 平静 1 938—1 943 5 0 3 1 943—1 957 14 活跃 1 943—1 951 8 7 0.50 7.5 平静 1 951—1 957 6 0 4 1 957—1 972 15 活跃 1 957—1 966 9 5 0.33 7.8 平静 1 966—1 972 6 0 5 1 972—2 002 30 活跃 1 972—1 996 24 12 0.40 8.0 平静 1 996—2 002 6 0 6 2 002—2 022 20 活跃 2 002—2 006 4 3 0.15 7.5 平静 2 006—2 022 16 0
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表 3 台西地震带MS≥6.0地震活动特征
Table 3 Statistics of active periods of MS≥6.0 earthquakes in western Taiwan
大周期 小周期 起止时间 持续时间/a 统计特征 起止时间 持续时间/a MS≥6.0地震频次 大周期Ⅰ
活跃时段小周期1 1901—1916 15 活跃 1901—1909 8 9 平静 1909—1916 7 0 小周期2 1916—1927 11 活跃 1916—1922 6 8 平静 1922—1927 5 0 小周期3 1927—1941 14 活跃 1927—1935 8 8 平静 1935—1941 6 0 小周期4 1941—1955 14 活跃 1941—1950 9 6 平静 1950—1955 5 0 大周期Ⅱ
活跃时段小周期1 1994—2010 16 活跃 1994—2000 6 17 平静 2000—2010 10 0 小周期2 2010—2022 12 活跃 2010—2016 6 4 平静 2016—2022 6 0
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表 4 台湾地区MS≥7.0地震发生一年内所对应的华南地区MS≥5.0地震情况
Table 4 Earthquakes with MS≥5.0 in South China after MS≥7.0 earthquakes in Taiwan occurred within one year
序号 显著地震时间 MS 对应地震 间隔时间/d 1 1 902-11-21 7.3 2 1 909-04-15 7.3 3 1 909-11-21 7.3 4 1 910-04-12 7.8 1 911-02-05 广西灵山东北MS5.3 299 5 1 915-01-06 7.3 6 1 917-07-04 7.0 1 918-02-13 广东南澳东南MS7.3 224 7 1 919-12-21 7.0 8 1 920-06-05 8.0 1 921-03-19 广东南澳西北MS6.3 287 9 1 922-09-02 7.6 10 1 922-09-15 7.2 11 1 925-04-17 7.1 12 1 935-04-21 7.1 1 936-04-01 广西灵山东北MS6.8 346 13 1 935-09-04 7.2 1 936-04-01 广西灵山东北MS6.8 210 1 936-04-23 广东中山MS5.0 232 14 1 936-08-22 7.2 15 1 937-12-08 7.0 16 1 938-09-07 7.0 17 1 938-12-07 7.0 18 1 941-12-17 7.0 1 9 1 947-09-27 7.4 2 0 1 951-10-22 7.3 21 1 951-10-22 7.1 22 1 951-10-22 7.1 23 1 951-11-25 7.5 24 1 951-11-25 7.3 25 1 957-02-24 7.2 26 1 959-04-27 7.5 27 1 959-08-15 7.0 28 1 963-02-13 7.0 29 1 964-01-18 7.0 1 964-09-23 广东河源MS5.1 248 30 1 966-03-13 7.8 31 1 972-01-04 7.2 32 1 972-01-25 8.0 33 1 972-01-25 7.6 34 1 972-04-24 7.3 35 1 975-03-23 7.0 36 1 978-07-23 7.3 37 1 978-12-23 7.0 38 1 986-11-15 7.3 1 987-08-02 江西寻乌西MS5.4 260 39 1 990-12-14 7.0 40 1 994-05-24 7.0 1 994-12-31 北部湾MS6.1 221 1 995-01-10 北部湾MS6.2 231 1 995-02-25 福建晋江MS5.3 277 1 995-03-23 北部湾MS5.1 303 41 1 994-06-05 7.0 1 994-12-31 北部湾MS6.1 2 09 1 995-01-10 北部湾MS6.2 219 1 995-02-25 福建晋江MS5.3 265 1 995-03-23 北部湾MS5.1 291 42 1 996-09-06 7.1 1 997-05-31 福建永安MS5.2 267 43 1 999-09-21 7.6 44 1 999-09-21 7.0 45 1 999-09-26 7.1 46 2 002-03-31 7.5 47 2 003-12-10 7.0 48 2 006-12-26 7.2
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表 5 台湾地区MS≥7.0地震对华南MS≥5.0地震影响的预报效能
Table 5 Prediction effect of MS≥7.0 earthquakes in Taiwan on MS≥5.0 earthquakes in South China
预测时间/d 预报效能 R R0 260 0.38 0.30 300 0.77 0.26 340 0.75 0.26 380 0.72 0.26
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