劉 飛，祁 燕

(1.紅河州地震局，云南 蒙自 661199；2.彌勒市地震局，云南 蒙自 652399)

我們生活的地球是一個巨大的開放系統(tǒng)，地殼放氣現(xiàn)象是巖石圈和大氣圈進行物質(zhì)、能量、信息交換的一種重要形式，在地震前能觀測到地下Rn、Hg、H、He、CO2等活躍成分異常已被國內(nèi)諸多震例證實(林元武等，1998b)，因此這些成分作為地震前兆信息的觀測一直在開展。CO2在地球中的分布極為廣泛，在地球的各種動力學(xué)過程中，地殼中的CO2會參與到其中，其含量會發(fā)生明顯的變化。在地震的孕育過程中，由于應(yīng)力的匯集常常導(dǎo)致地下巖石發(fā)生破裂，釋放出CO2氣體，所以CO2氣體是表征深部物質(zhì)運移的指示性氣體，它的釋放規(guī)律能靈敏地反映地殼應(yīng)力狀態(tài)的變化(林元武等，1998b)。對地殼中CO2含量的動態(tài)變化進行監(jiān)測，可以提取到地震的孕育信息，對地震預(yù)測預(yù)報有重要的意義和價值(王基華等，1994)。我國的斷層土壤氣監(jiān)測工作開始于20世紀80年代。1988年首先在華北地區(qū)試驗研究了斷層氣CO2總量測定法，該方法具有簡便、價廉、干擾少及機動性強等特點(高小琪等，2002)。王基華和林元武(1998a)在斷層上采用簡便、可靠、經(jīng)濟、易推廣的快速測定管法分析CO2，取得許多震前出現(xiàn)明顯異常的實例，如在張北—尚義地震前12天提出了較好的短臨預(yù)報意見。多年的觀測結(jié)果表明，斷層氣CO2是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ亩膛R預(yù)報參考指標。經(jīng)過三十多年的改進與完善，斷層氣CO2的觀測方法日趨成熟，已先后多次應(yīng)用于地震前兆監(jiān)測、隱伏斷裂和地裂縫的現(xiàn)場探測，目前CO2觀測方法及其觀測資料已經(jīng)成為流體學(xué)科年度地震趨勢研究和震情強化跟蹤的重要判據(jù)之一(高小琪等，2004)。

云南省是中國大陸地震活動最為頻繁的地區(qū)之一，開展斷層氣(壤中氣)CO2觀測較早，始于1999年，至今已經(jīng)20年，積累了大量的觀測數(shù)據(jù)和震例。云南昭通地區(qū)開展CO2觀測相對較早，在2012年彝良5.6、5.7級地震和2014年魯?shù)?.5級地震前，該地區(qū)的CO2觀測數(shù)據(jù)變化出現(xiàn)了大量異常，獲得了較好的震例。地處小江斷裂和紅河深大斷裂附近的紅河哈尼族彝族自治州(以下簡稱“紅河州”)，近年來為加強震情跟蹤工作，陸續(xù)建立了10個CO2觀測點，本文旨在利用這些觀測點的資料提取地震預(yù)測可用的信息，為今后的地震預(yù)測提供借鑒(上官志等，1993)。

1 觀測概況

1.1 紅河州CO2觀測方法

紅河州的斷層氣CO2觀測，主要采用的是CO2測試管方法。在斷層上勘選適合的觀測位置，打孔后埋設(shè)PVC管，管下端50～100 cm打成篩眼(孔距20～30 mm)，起到吸收集氣作用，形成觀測井孔，井孔口用膠塞堵住密封，將CO2測試管用細線拴好下至距孔底5～10 cm處進行測量。本觀測法是累積測定法，每天定時下入井孔中一根CO2測管，24小時后于第二天讀取數(shù)值作為一天的觀測值，同時同步進行了井孔溫度、氣象三要素等輔助測項觀測。觀測系統(tǒng)是由一支CO2測試管、一個2 m左右深的觀測孔和一個兩探頭溫度計組成。

1.2 觀測點基本情況

依據(jù)斷層土壤氣CO2的觀測方法，斷層氣CO2埋測點的選取十分重要，測點應(yīng)選擇在活動斷層破裂帶上或緊鄰破裂帶的敏感地帶，且地表為無覆蓋的原生土為佳，觀測效果會更好(林元武等，1994)。在實際選點時還需兼顧到距離較近、利于觀測和便于環(huán)境保護等方面的因素。紅河州的CO2測點主要布設(shè)于紅河斷裂兩側(cè)，其中有6個位于斷層區(qū)域的觀測點和4個位于斷層附近的觀測點，測點具體情況見表1。

表1 紅河州地區(qū)CO2觀測點情況表

2 觀測資料與映震分析

2.1 正常年動態(tài)特征

除蒙自2和金平、屏邊測點的資料較短，還未能認識他們的正常變化形態(tài)外，其余7個測點，近6年觀測的數(shù)據(jù)顯示，紅河州大部分斷層氣CO2具有明顯的年變規(guī)律，測值與溫度呈正相關(guān)，存在夏高冬低的年動態(tài)變化規(guī)律，也有少部分為負相關(guān)和無明顯相關(guān)性。正常動態(tài)的高低值之間是漸變關(guān)系，而不是突變(見圖1)。CO2觀測的年變規(guī)律與地下的生物化學(xué)作用有關(guān)(王基華等，1994)。

圖1 紅河州CO2測值

2.2 異常特征

已有震例測點的CO2異常主要表現(xiàn)為突升、突降和打破正常年動態(tài)，這一特征與前人給出的CO2異常的識別標志基本相同(王基華等，2000)。在近6年的觀測時間里，紅河州測點周邊200 km內(nèi)分別發(fā)生了2016年個舊4.6、4.7級和2018年通海5.0、5.0級以及墨江5.9級地震。3組地震前CO2均觀測到了異常，其異常與地震對應(yīng)情況見表2。個舊4.6、4.2級地震前的異常主要是破壞正常年動態(tài)，通海2次5.0級地震和墨江5.9級地震前，異常主要表現(xiàn)為破壞正常年動態(tài)和突變(見圖2、圖3)。從表2可見，破年變的異常，主要出現(xiàn)在震前4～6個月，而突變異常主要出現(xiàn)在震前5～40天，異常形態(tài)為測值突升。由于通海2次5.0級地震距墨江5.9級地震的時間間隔不到1個月，因此就破年變異常而言，沒有辦法區(qū)分2次地震所對應(yīng)的異常，但從突升情況看，綠春和元陽測點在通海地震后新出現(xiàn)了突升變化，因此認為震后的突升異?？赡苁切碌卣鸬姆磻?yīng)。此外在破年變異常中，3組地震的異常均顯示震中距近的測點異常開始時間比遠的要早。

表2 紅河州CO2異常與地震對應(yīng)關(guān)系一覽表

圖2 紅河州CO2破年變異常

圖3 紅河州CO2突變異常

3 結(jié)論與討論

(1)紅河州7個觀測時間段內(nèi)有地震發(fā)生的測點觀測數(shù)據(jù)顯示，除彌勒測點外，其余的測點在震前都出現(xiàn)過異常，異常特征主要表現(xiàn)為偏離正常年動態(tài)和突升，偏離年變異常主要出現(xiàn)在震前4～6個月，突升異常出現(xiàn)在震前5～40天內(nèi)，因此CO2突升可以作為紅河州有地震的短臨異常指標。(2)斷層氣CO2觀測異常顯著，從原始曲線上直觀的就能識別。從前述震例看，偏離年變異常距離震中近的測點出現(xiàn)比遠的早。(3)在已有的3組震例中，震級越大，出現(xiàn)異常的測點越多，特別是短臨異常。(4)在重點監(jiān)視區(qū)布設(shè)較密集的CO2觀測臺陣對震情跟蹤有很好的指示意義。(5)斷層氣CO2觀測具有簡便、價廉和有效等特點，觀測方式對經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的地震部門開展地震預(yù)測不失為一種好方法，值得推廣。