何德強(qiáng)，李亞芳，佘如昌，梁 冰，曾子明，申 玻

0 前言

云南是中國大陸地區(qū)地震發(fā)生最為頻繁的省份之一，對(duì)震前出現(xiàn)的異常進(jìn)行歸納、總結(jié)，一直是地震工作者較為重視的一項(xiàng)工作。 《中國震例》(1965—2002)就1965年以來云南地區(qū)36個(gè)M≥5地震震例進(jìn)行了總結(jié) (張肇成等，1990，1999，2000;陳棋福等，2002a，2002b，2003，2008)，這些總結(jié)都是選取以震中為圓心，半徑R≥200 km內(nèi)進(jìn)行的前兆異常分析。目前還沒有州(市)地震局 (防震減災(zāi)局)根據(jù)自己觀測的資料，對(duì)本區(qū)發(fā)生的地震且震前觀測到的異常進(jìn)行總結(jié)的相關(guān)研究。彝良5.7、5.6級(jí)地震前滇東北地區(qū)地震活動(dòng)和前兆觀測均出現(xiàn)了顯著的異常，特別是昭通市、縣兩級(jí)防震減災(zāi)局的前兆觀測資料，長、中、短臨異常都較為顯著。本文以昭通市前兆觀測資料為主，結(jié)合地震活動(dòng)性異常，對(duì)彝良5.7、5.6級(jí)地震的異?，F(xiàn)象及時(shí)空演化特征進(jìn)行歸納、總結(jié)。

1 地震參數(shù)

據(jù)云南省地震臺(tái)網(wǎng)測定，北京時(shí)間2012年9月7日云南省昭通市彝良縣洛澤河一帶發(fā)生了5.7、5.6級(jí)地震，地震參數(shù)如表1所示。

表1 2012年“9·7”彝良5.7、5.6級(jí)地震參數(shù)Tab.1 Parameters of Yiliang M5.7，5.6 earthquakes on Sep.，7，2012

2 昭通及鄰區(qū)地震活動(dòng)異常

2.1 M≥5地震活動(dòng)規(guī)律

統(tǒng)計(jì)1900年以來地震活動(dòng)，昭通市轄區(qū)及周邊40 km范圍內(nèi)M≥5地震活動(dòng)有“活躍—平靜”的周期性特征，在每一活躍期內(nèi)，又可再分為“弱幕”和“強(qiáng)幕”階段。即活躍期開始3～5 a，地震活動(dòng)以5級(jí)為主，之后經(jīng)歷3～5 a的中強(qiáng)地震平靜，“強(qiáng)幕”地震開始活動(dòng)，最后以1次6級(jí)以上地震為標(biāo)志，活躍期結(jié)束，如圖1所示。

該區(qū)域從2003年11月15日魯?shù)?.1級(jí)地震開始，進(jìn)入了新一輪M≥5地震活躍期，至2006年8月25日鹽津5.1級(jí)地震，不到3 a的時(shí)間里共發(fā)生了6次5級(jí)地震，此時(shí)段為活躍期的“弱幕”期。之后為M≥5地震平靜時(shí)段，至2012年8月已平靜6 a，達(dá)到歷史“弱幕”與“強(qiáng)幕”的最長平靜間隔，彝良5.7、5.6級(jí)地震的發(fā)生標(biāo)志“強(qiáng)幕”活動(dòng)段的開始，這一活動(dòng)格局符合昭通及鄰區(qū)M≥5地震活動(dòng)韻律特征。

圖1 昭通及鄰區(qū)5級(jí)以上地震M-T圖Fig.1 M-T diagram of M≥5 earthquakes in Zhaotong and its adjacent region

2.2 小震活動(dòng)異常

2.2.1 4級(jí)地震活動(dòng)增強(qiáng)

2010年8月29日巧家4.8級(jí)地震后，昭通及鄰區(qū)4級(jí)地震活動(dòng)較為頻繁，先后發(fā)生了2010年10月6日四川長寧4.3級(jí)、10月18日鹽津4.6級(jí)、12月3日巧家4.3級(jí)、2011年2月12日巧家4.4級(jí)、4月15日四川會(huì)東、云南巧家間4.5級(jí)、12月6日巧家4.0級(jí)、2012年6月12日鹽津4.2級(jí)等多次4級(jí)地震。云南地震活動(dòng)具有層次性，4級(jí)地震的頻繁活動(dòng)有利于更大地震的發(fā)生 (付虹等，2002)。統(tǒng)計(jì)昭通及鄰區(qū)1965年以來4.0～4.9級(jí)地震年頻度 (圖2)，可見滇東北及周邊以(27.5°N，103.8°E)為中心，300 km半徑范圍發(fā)生5.5級(jí)以上地震前1～2 a，昭通及鄰區(qū)4級(jí)地震活動(dòng)頻次有增高表現(xiàn) (N≥2)。

圖2 昭通及鄰區(qū)4級(jí)地震年頻度圖Fig.2 Annual frequency diagram of M4.0 earthquakes in Zhaotong and its adjacent region

2.2.2 2級(jí)以上地震活動(dòng)異常

云南省數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)經(jīng)過“十五”升級(jí)改造，共有45個(gè)臺(tái)站，選用24位數(shù)采寬 (甚寬)頻帶地震計(jì) (60 s以上)。臺(tái)站數(shù)量的增加和觀測設(shè)備的升級(jí)，使得云南數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力提升，可控制云南大部分地區(qū)的ML1.8地震、邊緣及鄰區(qū)ML2.2地震。再加上昭通市有由7個(gè)短周期數(shù)字測震臺(tái)組成的測震臺(tái)網(wǎng)，昭通及鄰區(qū)的地震監(jiān)測能力可完全記錄2級(jí)以上地震。

圖3 滇東北地區(qū)2011年10月以來2級(jí)以上地震震中分布圖Fig.3 Epicenter distribution of M≥2 earthquakes in northeastern Yunnan since Oct.，2011

圖4 2000年以來馬邊—鹽津地震帶昭通“閉鎖”段2.6級(jí)以上地震(a)M-T圖;(b)地震時(shí)間間隔曲線圖Fig.4 M≥2.6 earthquakes occurred on the locked segment in Zhaotong of the Mabian-Yanjin seismic belt since 2000(a)M-T diagram;(b)the time interval curve of earthquakes

2011年10月至2012年9月，滇東北地區(qū)的2級(jí)以上地震活動(dòng)主要分布在北東向的蓮峰斷裂和昭通—魯?shù)閿嗔褍啥?，在巧家—魯?shù)椤殃栆粠Ш望}津—綏江—四川長寧—興文一帶，形成一南一北兩個(gè)小震活動(dòng)的密集區(qū) (圖3)。在此期間，滇東北地區(qū)另一主構(gòu)造馬邊—鹽津斷裂帶的彝良—大關(guān)—永善段上只在2012年5月5日彝良縣洛澤河鎮(zhèn)發(fā)生過一次2.2級(jí)地震，表現(xiàn)出顯著的平靜異常，呈現(xiàn)出“閉鎖”狀態(tài)。選取該閉鎖段2000年以來2.6級(jí)以上地震，當(dāng)該區(qū)域2.6級(jí)以上地震出現(xiàn)390 d以上的平靜時(shí)，其后8個(gè)月內(nèi)在閉鎖段附近有5級(jí)以上地震發(fā)生 (圖4)。2011年7月15日大關(guān)3.0級(jí)地震至2012年9月6日，再次出現(xiàn)了419 d的2.6級(jí)地震平靜異常。這一震源區(qū)的平靜異常現(xiàn)象可以用震源硬化模型來解釋 (陳立德，2000)。

2.2.3 孕震早期的“信號(hào)震”和臨震前的“逼近地震”

“信號(hào)震”是指直接發(fā)生在長期平靜 (缺震)狀態(tài)的歷史強(qiáng)震區(qū)或活斷裂近代缺震地段的顯著地震，它的發(fā)生標(biāo)志著該區(qū)、段的中強(qiáng)以上地震重新復(fù)活開始 (黃圣睦，董瑞英，1998)。2009年9月10日，在1965年以來從未有過4級(jí)以上地震活動(dòng)的昭通市大關(guān)縣玉碗鎮(zhèn)一帶發(fā)生一次4.2級(jí)地震 (圖5中a處)，此次地震震中距“9·7”彝良5.7級(jí)地震震中僅有20.9 km。此后，滇東北地區(qū)巧家、鹽津和四川會(huì)東、興文、長寧一帶又多次發(fā)生4級(jí)地震?？梢?，大關(guān)玉碗4.2級(jí)地震符合“信號(hào)震”的判別標(biāo)準(zhǔn)，可認(rèn)為是彝良5.7級(jí)地震的早期“信號(hào)震”。

圖5 滇東北地區(qū)1965～2012年4級(jí)以上地震震中分布圖(a)2009年9月10日大關(guān)4.2級(jí)地震;(b)2012年6月12日鹽津4.2級(jí)地震Fig.5 Epicenter distribution of M≥4 earthquakes in northeastern Yunnan from 1965 to 2012(a)Daguan M4.2 earthquake on Sep.10，2009;(b)Yanjin M4.2 earthquake on Jun.12，2012

2010～2011年滇東北地區(qū)出現(xiàn)4級(jí)地震叢集活動(dòng)。而云南省內(nèi)卻從2011年12月6日昭通市巧家、魯?shù)椤⒄殃柦唤缣幇l(fā)生4.0級(jí)地震開始，出現(xiàn)4級(jí)地震的長期平靜，至2012年6月12日鹽津4.2級(jí)地震 (圖5中b處)打破這一平靜狀態(tài)，平靜時(shí)長為189 d。打破平靜的鹽津4.2級(jí)地震發(fā)生在彝良地震前滇東北地區(qū)出現(xiàn)的2級(jí)地震活動(dòng)空段邊緣 (圖3中閉鎖段)。按照逼近地震的定義，即:孕震空區(qū)邊緣發(fā)生的一個(gè)或一組較為引人注目的地震 (陸遠(yuǎn)忠等，1982)，則“6·12”鹽津4.2級(jí)地震屬彝良地震前的“逼近”地震。

3 前兆異常分析

昭通市、縣兩級(jí)防震減災(zāi)局現(xiàn)有模擬前兆觀測點(diǎn)15個(gè):其中水氡觀測點(diǎn)7個(gè)、水化學(xué)觀測點(diǎn)3個(gè) (15測項(xiàng))、斷層氣CO2觀測點(diǎn)5個(gè);數(shù)字化前兆觀測點(diǎn)21個(gè):其中形變觀測點(diǎn)8個(gè) (石英水平擺3個(gè)、垂直擺傾斜1個(gè)、四分量鉆孔應(yīng)變4個(gè))、電磁波觀測點(diǎn)3個(gè)、數(shù)字化水位和水溫觀測點(diǎn)7個(gè)、數(shù)字化逸出氣體觀測點(diǎn)3個(gè)。

彝良地震前，先后有13個(gè)觀測臺(tái)站的24項(xiàng)前兆測項(xiàng)出現(xiàn)了異常 (圖6)，筆者根據(jù)異常出現(xiàn)的時(shí)間先后順序分類，對(duì)異常的時(shí)空進(jìn)程進(jìn)行分析。

3.1 中期異常

圖6 彝良地震前兆異常臺(tái)站分布圖Fig.6 Distribution of precursory anomalies stations before Yiliang M5.7，5.6 earthquakes

統(tǒng)計(jì)彝良地震前3個(gè)月出現(xiàn)的中期前兆異常，共計(jì)6個(gè)測項(xiàng)，包括流體類5個(gè)測項(xiàng) (圖7)，形變類1個(gè)測項(xiàng) (圖8)。巧家臺(tái)水氡 (Δ=127 km)2011年出現(xiàn)了破年變異常 (正常年變形態(tài)為“冬高夏低”)，永善臺(tái)水氡 (Δ=88.5 km)2011年7月開始出現(xiàn)低值異常，鹽津臺(tái)水氡 (Δ=68.1 km，低值趨勢性異常)和魯?shù)榕_(tái)氟離子 (Δ=56.3 km，高值趨勢性異常，且日變速率大)均于2011年9月開始出現(xiàn)異常，魯?shù)榕_(tái)電導(dǎo)率于2011年10月底開始出現(xiàn)低值異常。形變類異常為水富臺(tái)石英水平擺 (Δ=132.5 km)矢量方向大幅向北東方向偏離，與觀測以來矢量方向年初向正北傾斜，2012年4～5月份開始轉(zhuǎn)折向西的變化規(guī)律完全背離。

圖7 彝良地震中期流體測項(xiàng)異常(a)巧家臺(tái)水氡;(b)永善臺(tái)水氡;(c)鹽津臺(tái)水氡;(d)魯?shù)榕_(tái)氟離子;(e)魯?shù)榕_(tái)電導(dǎo)Fig.7 Abnormities of medium-term fluid items of Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)water radon recorded by Qiaojia Station;(b)water radon recorded by Yongshan Station;(c)water radon recorded by Yanjin Station;(d)fluorinion recorded by Ludian Station;(e)conduction recorded by Ludian Station

圖8 水富臺(tái)形變矢量圖Fig.8 Deformation vectorgraph recorded by Shuifu Station

3.2 短期異常

在“9·7”彝良地震前3個(gè)月至震前10天，滇東北地區(qū)出現(xiàn)9項(xiàng)前兆異常，其中流體類6項(xiàng)(圖9)。四川布拖臺(tái) (Δ=118.2 km)和普格臺(tái)(Δ=143.4 km)二氧化碳測值從6月初開始出現(xiàn)加速上升異常，鹽津臺(tái)水氡在低值背景中于6月中旬再次出現(xiàn)階降。大關(guān)臺(tái) (Δ=30.6 km)二氧化碳7月開始出現(xiàn)高值上升異常，8～9月達(dá)觀測以來最高值，且測值不穩(wěn)定;魯?shù)榇脑号_(tái) (Δ=49.4km)地溫測值于8月17～20日開始加速上升，21日突降，昭陽區(qū)一中臺(tái) (Δ=30.7 km)地溫測值于8月中旬開始出現(xiàn)上升速率加大異常。

圖9 彝良地震短期流體測項(xiàng)異常(a)四川普格臺(tái)二氧化碳;(b)四川布拖臺(tái)二氧化碳;(c)鹽津臺(tái)水氡;(d)大關(guān)臺(tái)二氧化碳;(e)魯?shù)榇脑号_(tái)地溫;(f)昭陽區(qū)一中臺(tái)地溫Fig.9 Abnormities of fluid items in short-term of Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)Carbon dioxide recorded by Puge Station in Sichuan;(b)Carbon dioxide recorded by Butuo Station in Sichuan;(c)water radon recorded by Yanjin Station;(d)Carbon dioxide recorded by Daguan Station;(e)ground temperature recorded by Ciyuan Station in Ludian;(f)ground temperature recorded by Zhaoyang Station

形變類短期異常有3個(gè)測項(xiàng) (圖10)。彝良臺(tái)(Δ=14.8 km)垂直擺傾斜儀矢量方向6月起大幅向北東方向傾斜;永善臺(tái) (Δ=88.5 km)石英水平擺矢量方向也在6月出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，8月底曲線打結(jié)、繞圈;彝良臺(tái) (Δ=14.8 km)四分量鉆孔應(yīng)變8月中旬開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，表現(xiàn)為向東受壓。加上中期異常中所列出的水富臺(tái)石英水平擺異常，以上4條形變測項(xiàng)的矢量曲線，在滇東北地區(qū)有震和無震年份，年變形態(tài)均表現(xiàn)出明顯的差異性。

3.3 臨震異常

在震前10天內(nèi)，昭通境內(nèi)有9項(xiàng)前兆觀測手段出現(xiàn)“準(zhǔn)同步”異常，包括流體異常2個(gè)點(diǎn)、形變類異常5個(gè)點(diǎn)、電磁類異常2個(gè)點(diǎn)。第一次“準(zhǔn)同步”異常出現(xiàn)的時(shí)間為9月1日，有形變類異常4項(xiàng)和流體類異常2項(xiàng)，形變異常有:大關(guān)臺(tái)四分量鉆孔應(yīng)變 (Δ=26.8 km)、彝良臺(tái)四分量鉆孔應(yīng)變 (Δ=14.8 km)，漁洞臺(tái)四分量鉆孔應(yīng)變(Δ=32.8 km)、彝良臺(tái)傾斜 (圖11);流體異常有:昭陽區(qū)樂居臺(tái)地溫 (Δ=37.4 km)和威信臺(tái)氦氣 (Δ=114.4 km)(圖12)。3個(gè)鉆孔應(yīng)變的異常表現(xiàn)為出現(xiàn)應(yīng)變階躍，2項(xiàng)流體異常表現(xiàn)為高值突升異常。第二次“準(zhǔn)同步”異常出現(xiàn)在9月5日，漁洞電磁波和巧家電磁波 (Δ=127 km)在同一時(shí)間點(diǎn)上出現(xiàn)高頻異常信號(hào) (圖13)。此類多臺(tái)站不同測項(xiàng)出現(xiàn)“準(zhǔn)同步”異常，是昭通市近幾年來加大監(jiān)測投入，新增數(shù)字化前兆手段后，第一次記錄到區(qū)域內(nèi)破壞性地震的前兆異常。

圖10 彝良地震短期形變測項(xiàng)異常(a)彝良臺(tái)傾斜矢量圖;(b)永善臺(tái)石英水平擺矢量圖;(c)彝良臺(tái)四分量鉆孔應(yīng)變矢量圖Fig.10 Abnormities of short-term deformation items of Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)tilt vectorgraph recorded by Yiliang Station;(b)quartz horizontal pendulum vectorgraph recorded by Yongshan Station;(c)borehole strain vectorgraph in four component recorded by Yiliang Station

3.4 彝良地震前兆異常的時(shí)空進(jìn)程演化

從彝良地震前前兆異常的時(shí)空演化進(jìn)程可明顯看出，在孕震初期 (3個(gè)月以上)，前兆異常主要以地下流體測項(xiàng)為主，分布于震源外圍地區(qū);在孕震中期 (1～3個(gè)月)，前兆異常除地下流體外，以四分量鉆孔應(yīng)變?yōu)橹鞯男巫冾惍惓ｉ_始出現(xiàn)，震中地區(qū)開始出現(xiàn)異常，但異常點(diǎn)位仍表現(xiàn)為離散狀態(tài);到臨震階段 (1個(gè)月以內(nèi))，流體、形變、電磁三大前兆測項(xiàng)均出現(xiàn)異常，且震中地區(qū)異常顯著增加，在9月1日和5日2個(gè)時(shí)間點(diǎn)上出現(xiàn)多項(xiàng)前兆測項(xiàng)異?！皽?zhǔn)同步”暴發(fā)特征，可判定孕震期進(jìn)入臨震階段的標(biāo)志。彝良地震是昭通市近年來新增四分量鉆孔應(yīng)變和電磁波測項(xiàng)后第一次在近場區(qū)記錄到的破壞性地震，總結(jié)此次地震前的異常特征，對(duì)今后震情跟蹤和預(yù)報(bào)工作是有益的。

圖13 彝良地震前臨震電磁波整點(diǎn)值異常(a)漁洞臺(tái);(b)巧家臺(tái)Fig.13 Impending earthquakes electromagnetic whole point anomalies curve before Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)Yudong Station;(b)Qiaojia Station

圖11 彝良地震前臨震形變異常(a)彝良臺(tái)鉆孔應(yīng)變;(b)漁洞臺(tái)鉆孔應(yīng)變;(c)大關(guān)臺(tái)鉆孔應(yīng)變;(d)威信臺(tái)鉆孔應(yīng)變;(e)彝良臺(tái)傾斜Fig.11 Impending earthquake deformation anomalies before Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)borehole strain recorded by Yiliang Station;(b)borehole strain recorded by Yudong Station;(c)borehole strain recorded by Daguan Station;(d)borehole strain recorded by Weixin Station;(e)tilt recorded by Yiliang Station

圖12 彝良地震前臨震流體異常(a)昭陽區(qū)樂居臺(tái)地溫整點(diǎn)值曲線圖;(b)威信臺(tái)氦氣整點(diǎn)值曲線圖Fig.12 Impending earthquake fluid anomalies before Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)whole point graph of ground temperature recorded by Leju Station in Zhaoyang;(b)whole point graph of helium recorded by Weixin Station

4 認(rèn)識(shí)和討論

滇東北地區(qū) (26°～29.1°N，102°～106°E)的M≥5地震活動(dòng)具有“活躍—平靜”的韻律特征，且活躍期內(nèi)又可再分為“弱幕”和“強(qiáng)幕”階段。2003年“11·15”昭魯間5.1級(jí)地震標(biāo)志著該區(qū)域進(jìn)入新一輪強(qiáng)震活動(dòng)期，之后滇東北地區(qū)M≥5地震呈連發(fā)態(tài)勢。2006年“8·25”鹽津5.1級(jí)地震后至2011年，出現(xiàn)了5 a的5級(jí)地震平靜，為這一活躍期內(nèi)“弱幕”向“強(qiáng)幕”的過渡期。2010年以來，滇東北地區(qū)4級(jí)地震叢集，表明區(qū)域應(yīng)力水平增強(qiáng)，有利于發(fā)生M≥5地震，啟動(dòng)“強(qiáng)幕”地震活動(dòng)。2012年彝良5.7、5.6級(jí)地震發(fā)生標(biāo)志該強(qiáng)震幕活動(dòng)開始。

圖14 彝良地震前兆異常臺(tái)站分布圖(a)中期異常;(b)短期異常;(c)臨震異常Fig.14 Station distribution of precursory anomalies before Yiliang M5.7，5.6 earthquakes(a)mid-term anomaly;(b)short-term anomaly;(c)impending earthquake anomaly

2010年以來，滇東北地區(qū)4級(jí)地震叢集，區(qū)域釋放速率加大，是彝良5.7、5.6級(jí)地震近場區(qū)最顯著的地震活動(dòng)特征;震前震源區(qū)附近小震活動(dòng)出現(xiàn)顯著的空區(qū) (段)，但震前2年震中附近曾出現(xiàn)了4級(jí)顯著地震活動(dòng)。

彝良地震前，昭通市內(nèi)的前兆觀測出現(xiàn)了較多的前兆觀測異常。中期異常主要開始于震前1年，如巧家、永善、鹽津臺(tái)水氡，魯?shù)榕_(tái)氟離子和電導(dǎo)率的異常都開始于2011年8、9月，異常測項(xiàng)以流體觀測為主，形變類只有水富石英水平擺出現(xiàn)異常;短期異常有從外圍向震中遷移的特征，臨震異常在9月1日和5日兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)表現(xiàn)出多測項(xiàng)準(zhǔn)同步現(xiàn)象。

感謝中國地震臺(tái)網(wǎng)中心劉杰研究員和云南省地震局付虹研究員在文章修改過程中給予的意見和建議。

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