1975年2月4日发生的辽宁海城M_s7.3地震是世界地震学史上极少数在震前实施公众预警并采取大规模避险措施的破坏性地震案例之一。震前数月，区域地震活动、地壳形变、地下水以及动物异常等多种现象受到关注，其中逐渐增强的前震活动成为发布紧急预警和组织人员疏散的重要依据。然而，从现代地震预测科学和统计地震学角度看，一个长期存在的科学问题：除震前数日明显的前震活动之外，海城地震是否还存在能够通过现代统计方法定量识别的中长期地震活动异常？这些异常是否具有不同的时间和空间尺度？本研究正是针对这一问题开展系统研究。

图1 辽宁海城地区1290年1月1日至1975年2月4日地震事件震中分布

“前兆尺度增长”（Ψ）由Evison于1999年提出，主要描述未来大地震发生区域周围较小地震的发生率和震级同步增加的统计现象。过去20余年，Ψ现象被用于构建“Every Earthquake a Precursor According to Scale”（EEPAS）地震预测模型，并已在新西兰、日本、美国、意大利、希腊等地区开展研究和预测检验。EEPAS模型还进入了地震可预测性国际合作研究计划（Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability，CSEP）的预测模型测试框架，并在新西兰、日本和加利福尼亚等地的地震预测试验中得到应用。

针对传统Ψ识别过程中可能存在的人工主观判断问题，本研究采用自动化Ψ识别算法，通过对已知主震进行反向扫描，综合分析一定时间窗口内地震发生数量、累积震级以及空间聚集特征，自动确定Ψ序列，并估计前兆时间（T_p）、前兆面积（A_p）和前兆震级（M_p）。该方法已通过随机化和余震剔除等测试，并与全球经验尺度关系进行了验证。

研究进一步构建了融合历史强震和现代小震资料的海城地区地震目录，以解决长期历史资料和现代仪器观测资料在完整性方面存在的差异。研究结果显示，1975年海城M_s7.3地震之前存在明显的多时间尺度Ψ现象。两个尺度的结果具有明显差异：长期Ψ表现为持续而相对缓慢的地震活动增长，而短期Ψ则表现为主震临近阶段更加明显的地震活动加速。研究认为，这两种现象可能并非彼此独立，而可能反映了地震孕育过程中不同阶段的统计表现。

图2 自动化算法识别到的1975年海城M_s7.3地震前存在的Ψ现象

为了进一步认识Ψ异常的物理意义，研究还将Ψ与累计Benioff应变和加卸载响应比（LURR）进行了对比分析。结果表明，长期尺度上的Ψ增强与累计Benioff应变的长期加速具有较好的时间对应关系；短期尺度上，Ψ快速增强则与地震能量释放加速以及LURR升高相对应。LURR分析显示，自1973年初开始，研究区域的LURR呈持续升高趋势，并在海城主震前达到较高水平，表明区域地壳可能逐渐进入对外部应力更加敏感的状态。

图3 1975年海城M_s7.3地震前Ψ与累计Benioff应变对比

 图4 1975年海城M_s7.3地震前的LURR曲线

因此，本研究从地震活动统计变化、累积能量释放和非线性力学响应三个角度，对海城地震前的时序变化进行了综合分析。研究结果表明，地震孕育存在多阶段、多尺度的特征，即大震发生前可能同时存在较长时间尺度的区域地震活动演化，以及临近主震阶段更加快速的局部活动增强。

该研究不仅是对海城地震这一经典地震预测案例的再分析，也体现了统计地震学方法与地震预测预报研究相结合的发展方向。Ψ现象是EEPAS中期地震预测模型的重要经验基础，而EEPAS长期以来一直是CSEP地震预测模型测试的重要组成部分。本研究进一步将自动化Ψ识别方法应用于中国大陆显著地震案例，并针对中国历史地震目录与现代地震目录特点开展多时间尺度分析，为在中国大陆开展Ψ识别、模型参数研究及地震可预测性检验提供了新的案例借鉴。

值得一提的是，2025年7月召开了“海城地震50周年地震预测国际学术研讨会”，来自多个国家和地区的专家学者围绕地震可预测性、地震预测实践、新技术新方法等开展深入交流，并形成了以推进地震可预测性研究、加强新技术应用和改进地震预测实践为重要内容的“海城倡议”。本研究所开展的海城地震多时间尺度Ψ研究，与这一国际学术背景具有较强的契合性：一方面，以海城地震这一世界地震预测史上的经典案例为对象，利用现代统计地震学方法重新审视其震前地震活动；另一方面，通过与Earth Sciences New Zealand科研人员开展合作，将Ψ、EEPAS及CSEP框架下的地震可预测性研究方法引入中国大陆地震案例研究，进一步加强了我所与国际地震预测研究团队之间的学术合作。因此，本研究发表于国际地震学权威期刊《Bulletin of the Seismological Society of America》针对海城地震的专刊中。

该研究由中国地震局地震预测研究所张盛峰副研究员、广西壮族自治区地震局李莎工程师、Earth Sciences New Zealand的David A. Rhoades教授、Annemarie Christophersen教授和Kenny M. Graham博士共同完成。研究得到国家重点研发计划项目（2018YFE0109700）、国家自然科学基金（42004038）以及新西兰相关科研计划的支持。

第一作者及通讯作者：张盛峰，中国地震局地震预测研究所副研究员，主要从事统计地震学及地震预测预报等研究。Email: zsf@ief.ac.cn

论文信息：Zhang, S., Li, S., Rhoades, D. A., Christophersen, A., & Graham, K. M. (2026). Multitimescale Anomalies of the Precursory Scale Increase (Ψ) Prior to the 1975 Ms7.3 Haicheng Earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, XX, 1–12. doi: 10.1785/0120260102

撰稿人：张盛峰

审稿人：刘静