王海濤 高小其 李志海 吳傳勇 張 濤 黃新民

(中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局)

新疆MS6.0和MS6.6兩次地震前近場泥火山宏觀異?，F(xiàn)象*

(中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局)

自2011年8月對新疆烏蘇艾其溝泥火山實施24小時連續(xù)觀測以來， 在距泥火山200 km范圍內(nèi)， 相繼發(fā)生了MS5.0、MS6.0和MS6.6地震. 其中, 在MS6.0和MS6.6地震前， 艾其溝泥火山液面均出現(xiàn)了“背景值—上升—轉(zhuǎn)折—下降—背景值”的異常變化現(xiàn)象， 而地震都發(fā)生在泥火山液面下降的過程中． 這一現(xiàn)象與已知的霍爾果斯泥火山震例異常有所不同， 顯示了泥火山的震兆異常特征可能與其構(gòu)造條件密切相關(guān)．

新疆MS6.0—7.0地震 泥火山 宏觀異常

引言

泥火山是在特定地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)環(huán)境下產(chǎn)生的一種構(gòu)造流體地質(zhì)現(xiàn)象(王道， 2000)． 泥火山的出現(xiàn)通常與生油氣帶有關(guān)， 某些地區(qū)的地表或近地表有天然氣或者地下水， 而地層是比較松軟的泥巖， 當(dāng)?shù)貙邮艿降叵聣毫r， 比較松軟的物質(zhì)就會沿著裂縫或斷層上升， 并在地下水或天然氣的挾帶下穿透地表的空隙噴出， 將攜帶的泥沙等濺落到地面， 就形成泥火山(劉嘉麒， 2003)． 由于泥火山噴發(fā)時可以將大量有價值的信息帶到地表， 因此， 不少科學(xué)家將泥火山稱為深度可達(dá)12 km的“天賜鉆井”(邦華， 1990； 樊祺誠等， 1998； 栗周熊， 2003)．

泥火山噴發(fā)是對內(nèi)部大量氣體聚集引起異常高壓的釋放， 其噴發(fā)的劇烈程度取決于內(nèi)部氣體的多少或壓力的高低． 泥漿和氣體聚合到足夠的壓力才沖出地面， 使得絕大多數(shù)泥火山為間歇式噴發(fā)， 在沒有地震事件影響時， 泥火山有較為穩(wěn)定的噴發(fā)周期， 當(dāng)受到地震等事件影響時噴發(fā)周期為不定期(劉若新等， 1995； 樊祺誠等， 2005； 高小其等， 2009； 許建東等， 2011)． 臺灣屏東泥火山平均每年爆發(fā)一次， 但有地震發(fā)生時， 出現(xiàn)了爆發(fā)的頻率增加、 地點移動、 面積擴(kuò)大等現(xiàn)象， 一年噴發(fā)可達(dá)4次(Shih， 1967； Gieskesetal， 1992； 馬駿， 1999； 葉高華， 2003)．

類似泥火山噴發(fā)具有較好地震前兆指示意義的研究近年來也顯著增加(王道等， 1997； Yangetal， 2003； 高小其， 2011)． 例如1995年5月， 克拉瑪依市獨山子礦區(qū)泥火山重新活動(圖1)， 5處泥火山口噴出大量稠泥漿、 水和天然氣. 噴發(fā)時泥漿柱高約20—50 cm， 由泥漿形成的泥火山錐的直徑達(dá)5—6 m， 高度大于2 m, 泥漿中混有巖石碎塊， 經(jīng)沉淀后水樣分析， 其地下水為高礦化(14.7 g/L)的氯-鈉質(zhì)水． 氣體成分主要為甲烷、 氮和二氧化碳等， 有的泥火山出口還可見少量油花． 此泥火山自20世紀(jì)70年代以來就很少這樣活動過， 這次噴發(fā)一直持續(xù)到1995年10月底． 到1996年1月9日， 首先發(fā)生了沙灣MS5.2地震， 而后的3年相繼出現(xiàn)了11次MS6.0—6.9、 2次MS7.0—7.9地震(含瑪尼地震)的活躍期． 從上面列舉的現(xiàn)象可以初步肯定， 泥火山噴發(fā)和地震的發(fā)生都與區(qū)域地殼構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)．

圖1 1995年5—10月新疆獨山子泥火山異常噴發(fā)照片F(xiàn)ig.1 Photo of Dushanzi mud volcano eruption from May to October of 1995

1 艾其溝泥火山觀測點簡介

為系統(tǒng)捕捉泥火山的地震前兆異常， 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控服務(wù)， 在中國地震局星火科技攻關(guān)項目資助下， 2011年8月底建成了包含有3個監(jiān)測點的新疆北天山地區(qū)泥火山實時監(jiān)測系統(tǒng)．

新疆烏蘇艾其溝泥火山為3個24小時連續(xù)觀測點之一(圖2)． 該泥火山是高約8 m、 相距10 m的雙泥火山錐， 地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣， 在構(gòu)造上屬于北天山山前坳陷的艾其溝背斜及背斜北翼的艾其溝斷裂帶． 兩座泥火山錐中， 南側(cè)的泥火山錐噴口直徑在1 m左右， 北側(cè)的噴口直徑近2 m； 觀測點設(shè)在北側(cè)較大的噴口(44.2°N, 84.5°E)． 從該泥火山所噴發(fā)的氣體、 水質(zhì)等成分來看， 氣、 液都來源于地殼深部．

圖2 新疆艾其溝泥火山觀測點圖Fig.2 Mud volcano observation point in Aiqi valley, Xinjiang

2 MS6.0和MS6.6兩次震例現(xiàn)象

新疆烏蘇艾其溝泥火山觀測點自2011年8月底開始觀測以來， 監(jiān)測點周圍200 km范圍內(nèi)， 于2011年10月16日在新疆精河發(fā)生了MS5.0地震(震中距144 km). 兩周后的2011年11月1日在新疆尼勒克發(fā)生了MS6.0地震(震中距170 km)， 2012年6月30日在新疆新源—和靜又發(fā)生了MS6.6地震(震中距92 km)． 兩次MS≥6.0地震前， 新疆艾其溝泥火山液面都出現(xiàn)了明顯的“背景值—上升—轉(zhuǎn)折—下降—背景值”的宏觀異常變化現(xiàn)象. 圖3為烏蘇艾其溝泥火山觀測點與地震震中分布圖．

2.1 2011年11月1日新疆尼勒克MS6.0地震

自2011年9月22日起， 烏蘇艾其溝泥火山觀測點的泥漿出現(xiàn)明顯外溢現(xiàn)象， 這種溢出變化一直持續(xù)到9月30日； 進(jìn)入10月以后， 艾其溝泥火山觀測點的液面開始逐漸下降， 在持續(xù)下降過程中， 于2011年10月16日在新疆精河發(fā)生了MS5.0地震(44.3°N， 82.7°E). 15天后于2011年11月1日在新疆伊犁哈薩克自治州尼勒克縣、 伊寧縣、 鞏留縣交界處(43.6°N， 82.4°E)發(fā)生了MS6.0地震， 震源深度為28 km(圖3)． 直至11月底， 泥火山液面緩慢恢復(fù)至背景值(圖4)． 圖5為艾其溝泥火山液面在新疆尼勒克MS6.0地震前后的變化示意圖．

圖3 新疆艾其溝泥火山口與三次地震震中分布圖Fig.3 Mud volcanic vent at Aiqi valley and distribution of three earthquakes

圖4 新疆尼勒克MS6.0地震前后烏蘇艾其溝泥火山口監(jiān)控視頻截圖Fig.4 Snapshot of Aiqi valley mud volcanic vent before and after Nilka-Gongliu MS6.0 earthquake

2.2 2012年6月30日新疆新源—和靜MS6.6地震

自2011年12月10日起， 艾其溝泥火山觀測點的泥漿再次出現(xiàn)明顯外溢現(xiàn)象， 這種溢出變化一直持續(xù)到2012年3月. 進(jìn)入2012年4月以后， 艾其溝泥火山觀測點的液面又開始逐漸下降， 在持續(xù)下降過程中， 于2012年6月30日在距離艾其溝泥火山觀測點92 km的新疆伊犁哈薩克自治州新源縣與巴音郭楞蒙古自治州和靜縣交界處(43.4°N, 84.8°E)發(fā)生了MS6.6地震(圖5， 6). 目前， 該泥火山液面仍未恢復(fù)到背景值． 該MS6.6地震前后, 艾其溝泥火山口液面又再次出現(xiàn)了上述MS6.0地震前后的類似變化(圖7)．

圖5 新疆尼勒克2011年MS6.0地震前后烏蘇艾其溝泥火山液面變化示意圖Fig.5 Dynamic change in liquid level of Aiai valley mud volcano before and after Nilka-Gongliu MS6.0 earthquake in the year 2011

圖6 新疆新源-和靜MS6.6地震前后烏蘇艾其溝泥火山口監(jiān)控視頻截圖Fig.6 Snapshot of Aiqi valley mud volcano vent before and after MS6.6 Xinyuan-Hejing earthquake

圖7 新疆新源-和靜MS6.6地震前后烏蘇艾其溝泥火山液面變化示意圖Fig.7 Dynamic change in liquid level of Aiqi valley mud volcano before and after Xinyuan-Hejing MS6.6 earthquake

3 討論

1) 推進(jìn)泥火山化學(xué)項目觀測. 地震監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)的發(fā)展， 離不開科技創(chuàng)新， 離不開新技術(shù)新方法的開發(fā)與應(yīng)用． 目前， 我們對地震前兆的觀測基本上都在數(shù)米到數(shù)百米深， 僅少數(shù)地震地下流體觀測井可達(dá)數(shù)千米． 某種程度上講， 我們對地球內(nèi)部的探測技術(shù)仍十分有限， 只能利用在地表或近地表觀測到的物理量， 推測震源所在深度的應(yīng)力應(yīng)變場． 然而， 地表的應(yīng)力應(yīng)變場在多大程度上反映深部的應(yīng)力應(yīng)變場我們還不得而知(馬瑾， 馬勝利， 1995； 李霓等， 2000)． 而泥火山噴發(fā)時可以將深達(dá)12 km的大量有價值的信息帶到地表， 因此， 泥火山的系統(tǒng)觀測可以在一定程度上彌補地震前兆觀測中深度不夠的問題．

考慮到新疆艾其溝泥火山僅僅是新疆北天山地區(qū)諸如克拉瑪依市獨山子泥火山、 沙灣縣霍爾果斯泥火山、 烏蘇市白楊溝泥火山群、 溫泉縣天泉泥火山等眾多泥火山中的一個點， 并且這些泥火山都分布在全國2010—2020年全國地震重點監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)及鄰近地區(qū). 從更長遠(yuǎn)的角度來看， 對這類來自地層相對深處的物質(zhì)增加自動化化學(xué)觀測項目(如氣體總量、 He、 Rn、 CH4等)， 并建點成網(wǎng)， 這樣既可以填補中國大陸地區(qū)現(xiàn)今泥火山地球化學(xué)系統(tǒng)觀測和研究的空白， 又對認(rèn)識泥火山的成因、 拓展具有新疆特色的地震監(jiān)測和預(yù)測新方法等都有重要意義．

2) 泥火山活動與地震發(fā)生關(guān)系的復(fù)雜性. 泥火山活動通常情況下具有一定的周期性. 當(dāng)區(qū)域地殼構(gòu)造應(yīng)力不斷增強(qiáng)時， 封閉構(gòu)造中巖石的孔隙壓力逐漸增大， 直到壓力達(dá)到泥火山噴發(fā)條件時， 泥火山就打破原有周期而重新活動． 同樣， 這種區(qū)域地殼構(gòu)造應(yīng)力的不斷增強(qiáng)也能導(dǎo)致地震的孕育和發(fā)生， 因此可以說二者具有同源關(guān)系． 地震活動也可以伴隨泥火山的活動， 大規(guī)模的泥火山活動同樣可以引發(fā)小地震． 但是， 我們也同時觀測到， 新疆艾其溝泥火山在兩次MS≥6.0地震前后的變化與已掌握的新疆霍爾果斯泥火山(地質(zhì)構(gòu)造上位于北天山山前坳陷帶霍爾果斯背斜軸部)震例異常現(xiàn)象有所區(qū)別(高小其等， 2008)．

我們依據(jù)2011年11月1日新疆伊寧縣MS6.0地震前后艾其溝泥火山的宏觀異常經(jīng)驗， 對2012年6月30日MS6.6地震進(jìn)行了預(yù)測. 預(yù)測結(jié)果表明， 預(yù)測的地點和震級都正確， 但預(yù)測時間過期了2.5個月． 該預(yù)測結(jié)果說明泥火山活動與地震的關(guān)系可能相當(dāng)復(fù)雜， 目前， 很難用某一種簡單的模式對其加以總結(jié)或科學(xué)的解釋．

總之， 新疆艾其溝泥火山在兩次MS≥6.0地震前的類似異常變化， 進(jìn)一步驗證了泥火山顯著活動期也是泥火山周圍一定距離范圍內(nèi)中強(qiáng)以上地震的優(yōu)勢發(fā)震時間段. 但是， 新疆艾其溝泥火山與霍爾果斯泥火山震例異?，F(xiàn)象的不同， 顯示了泥火山的震兆異常特征可能與其構(gòu)造條件密切相關(guān)．

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Abnormal phenomenon of a mud volcano in Wusu county beforeMS6.0 andMS6.6 earthquakes in Xinjiang

(EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion, ürümqi830011,China)

According to causes and activity characteristics of mud volcano， this paper briefly introduced corresponding phenomenon between eruption of mud volcano and earthquake occurrence. A real-time mud volcano monitoring system based on network video surveillance was developed in northern Tianshan region in August 2011. Three mud volcanos have been monitored by the system, and one of the three is the Aiqi valley mud volcano in Wusu region. At this mud volcano were found abnormal phenomena, such as liquid level ascending, falling and then back to normal, before the 1 November 2011 NilkaMS6.0 earthquake and the 30 June 2012 XinyuanMS6.6 earthquake in Xinjiang. These two events occurred during the process of liquid level falling, which is different from the anomalies before the earthquake at Khorgos mud volcano. It illustrates that mud volcano activity is closely related to tectonic condition.

Xinjiang;MS6.0—7.0 earthquake; mud volcano; abnormal phenomenon

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.01.012.

國家自然科學(xué)基金(40962006)、 地震科技星火計劃攻關(guān)項目(XH1029)和新疆高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(201216145)聯(lián)合資助.

2012-08-13收到初稿， 2013-01-17決定采用修改稿.

e-mail: gaoxq06@tom.com

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.01.012

P317.2

A

王海濤, 高小其, 李志海, 吳傳勇, 張濤, 黃新民. 2014. 新疆MS6.0和MS6.6兩次地震前近場泥火山宏觀異?，F(xiàn)象. 地震學(xué)報, 36(1): 139--145.

Wang H T， Gao X Q， Li Z H， Wu C Y, Zhang T， Huang X M. 2014. Abnormal phenomenon of a mud volcano in Wusu county beforeMS6.0 andMS6.6 earthquakes in Xinjiang.ActaSeismologicaSinica, 36(1): 139--145. doi:10.3969/j.issn.0253-3782.2014.01.012.