劉 磊 高小其 蘇維剛 趙玉紅李 霞 馮麗麗

1） 中國(guó)西寧 810001 青海省地震局

2） 中國(guó)北京 100085 應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定，2022年1月8日1時(shí)45分，青海省海北州門源縣發(fā)生MS6.9地震，震中位置（37.77°N，101.26°E），震源深度為10 km.此次地震造成地表破裂長(zhǎng)約22 km，地震震中位于門源縣皇城蒙古族鄉(xiāng)附近，距門源縣城54 km，西寧、蘭州等地有明顯震感.研究區(qū)處于青藏高原東北緣，位于柴達(dá)木—祁連地塊、阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊的交會(huì)處，屬祁連地震構(gòu)造帶，距此次地震震中最近（約5 km）的斷層為冷龍嶺斷裂帶西北端與托萊山斷裂的階區(qū).此次地震的發(fā)震斷層以左旋為主，震源機(jī)制解為走滑型（圖1）.

圖1 研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造背景Fig. 1 The geotectonic settings of the study area

門源MS6.9地震前，青海地區(qū)地下流體先后出現(xiàn)八項(xiàng)中短期異常，異常形態(tài)多以上升、下降、破年變?yōu)橹鳎ū?，圖2）.震前，筆者依據(jù)流體異常出現(xiàn)的時(shí)間順序多次開展現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，排除了人為、環(huán)境和儀器等干擾，確定了門源靜水位、佐署動(dòng)水位、佐署淺層水溫等多項(xiàng)信度較高的異常，經(jīng)綜合分析，于2021年12月6日填卡較好地預(yù)測(cè)了門源MS6.9地震.震后，進(jìn)一步對(duì)部分顯著流體異常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣和分析，并對(duì)可能的前兆孕震機(jī)理進(jìn)行分析，為門源MS6.9地震跟蹤過(guò)程提供科學(xué)的參考依據(jù).

圖2 2022年門源MS6.9地震前定點(diǎn)流體觀測(cè)異常Fig. 2 Observation of fluid anomalies at the fixed points before MS6.9 Menyuan earthquake in 2022

表1 2022年青海門源MS6.9地震前定點(diǎn)流體觀測(cè)異常Table 1 Observation of fluid anomalies at the fixed points before MS6.9 Menyuan，Qinghai earthquake in 2022

依據(jù) 《地下流體分析預(yù)報(bào)手冊(cè)》 （中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2020）中異常識(shí)別方法的原始曲線法，2021年7—9月出現(xiàn)的流體群體異常對(duì)門源MS6.9地震的發(fā)生具有較好的指示意義.以水位、逸出氣氡異常為主，從異常出現(xiàn)時(shí)間及空間演化來(lái)看，最早于震前6個(gè)月出現(xiàn)的異常為佐署動(dòng)水位、水溫異常，距震中132 km；隨后于震前4.5個(gè)月出現(xiàn)平安靜水位破年變異常，距震中160 km；2021年9月15—22日（震前3.5個(gè)月）先后集中出現(xiàn)樂都逸出氣氡、門源靜水位和西寧逸出氣氡異常，距震中分別為169 ，37和133 km.從異常出現(xiàn)及持續(xù)時(shí)間推測(cè)優(yōu)勢(shì)發(fā)震時(shí)間在2022年1月31日前；依據(jù)異?？臻g分布及演化特征推測(cè)優(yōu)勢(shì)發(fā)震地區(qū)有兩個(gè)，其一為青海中南部地區(qū)，其二為祁連地震帶，以青海中南部地區(qū)為主；所發(fā)生歷史地震的震級(jí)均介于M5.6—7.4之間，綜合分析后認(rèn)為目標(biāo)地震震級(jí)約為M6，最終給出預(yù)測(cè)震級(jí)為M6.0—6.4.

圖2所示的異常時(shí)空演化顯示：在時(shí)間尺度上，異常均在地震前半年出現(xiàn)，具有中期趨勢(shì)向短期演化的特征，并且一半以上的異常具有短臨預(yù)報(bào)指示意義；在空間分布上，異?？傮w呈現(xiàn)由外圍異常區(qū)向震中區(qū)域發(fā)散—聚攏—發(fā)散的特點(diǎn).

異常出現(xiàn)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水化學(xué)取樣分析，并與較早的取樣結(jié)果（背景值）進(jìn)行對(duì)比（劉磊等，2017，2021；蘇維剛等，2021）.樣品分別委托中國(guó)地震局地殼應(yīng)力地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所分析測(cè)試中心依據(jù) 《DZ/T0064—1993 地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》 ，數(shù)據(jù)結(jié)果見表2和圖3.

圖3 Durov圖和Na-K-Mg三角圖Fig. 3 Durov diagram and triangle diagram of Na-K-Mg

表2 各異常臺(tái)站水樣的離子濃度Table 2 The analysis results of water chemical composition

門源臺(tái)靜水位異常前后Cl-和Na＋的濃度變化顯著，其它離子的濃度變化程度相當(dāng)，具體表現(xiàn)為：Cl-和Na＋的濃度在水位異常出現(xiàn)后均有升高跡象，兩者可形成水體中的氯化物，說(shuō)明沉積巖中巖鹽及其它氯化物溶解反應(yīng)相較未出現(xiàn)異常前有所增強(qiáng)；濃度呈反向變化，西寧地區(qū)樣本出現(xiàn)氣氡異常后，濃度低于背景值，佐署臺(tái)動(dòng)水位、水溫及平安臺(tái)靜水位出現(xiàn)異常后濃度高于背景值，分析認(rèn)為這是由于離子是中等礦化水中含量最多的陰離子，西寧臺(tái)逸出氣氡水體是溫泉水，循環(huán)深度較深，濃度降低指示有部分低礦化水混入，反之，佐署臺(tái)動(dòng)水位、水溫及平安臺(tái)靜水位水體均為地表水，循環(huán)深度淺，濃度升高指示有部分中等礦化水混入；Ca2＋和Mg2＋濃度只在佐署臺(tái)動(dòng)水位、水溫出現(xiàn)異常后顯著變化，表現(xiàn)為異常出現(xiàn)后Ca2＋和Mg2＋濃度明顯低于背景值，說(shuō)明Ca2＋的地下水徑流途徑比較長(zhǎng)（劉耀煒，施錦，2000；官致君，2001）.

結(jié)合所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)舒卡分類法，西寧臺(tái)逸出氣氡、平安臺(tái)靜水位采樣點(diǎn)水樣的水化學(xué)類型為Na-SO4，門源臺(tái)靜水位采樣點(diǎn)水樣的水化學(xué)類型為Na-HCO3，佐署臺(tái)靜水位、水溫采樣點(diǎn)水樣水化學(xué)類型由背景值的Na-HCO3型轉(zhuǎn)變?yōu)楫惓３霈F(xiàn)后的Na-SO4型.從Na-K-Mg三角形圖解可以看出：大部分采樣點(diǎn)測(cè)值結(jié)果集中分布于部分平衡水與未成熟水的交界區(qū)域，并且位于Mg2+端元，表明水樣與周圍環(huán)境的水巖作用加劇，顯示有深、淺兩部分水的混合（高小其等，2002；劉耀煒等，2004）；西寧臺(tái)逸出氣氡的背景值與異常值均位于部分平衡水區(qū)域，說(shuō)明水巖反應(yīng)程度較強(qiáng)，循環(huán)深度較深.另外，佐署臺(tái)動(dòng)水位、水溫采樣點(diǎn)由背景值位于未成熟水區(qū)域轉(zhuǎn)變至異常出現(xiàn)后的部分平衡水區(qū)域，顯示有其它深部水體的混入，水巖反應(yīng)程度增強(qiáng)，此現(xiàn)象與離子濃度分析結(jié)果一致.

綜上所述，震前青海地區(qū)出現(xiàn)罕見群體性流體異常，且大部分出現(xiàn)在震中200 km范圍內(nèi)，較為集中，并且呈現(xiàn)出由外圍異常區(qū)向震中區(qū)域發(fā)散—聚攏—發(fā)散的特點(diǎn).2021年瑪多MS7.4地震后部分流體異常并未完全恢復(fù)至正常觀測(cè)狀態(tài)，表明區(qū)域應(yīng)力調(diào)整還在繼續(xù)，隨后新增多項(xiàng)流體同步異常，致使異常數(shù)量整體不減反增，為后續(xù)震情判定提供了科學(xué)的參考依據(jù).此次門源MS6.9地震的發(fā)生表明震前對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間的判斷正確，但優(yōu)勢(shì)發(fā)震地區(qū)與門源MS6.9地震震中相差240 km；最終預(yù)測(cè)震級(jí)為M6.0—6.4，與實(shí)際發(fā)生地震存在0.5的偏差.這表明地下流體異常對(duì)于優(yōu)勢(shì)發(fā)震時(shí)間具有較好指示意義，但對(duì)震級(jí)及發(fā)震地區(qū)判斷不夠準(zhǔn)確，需要結(jié)合測(cè)震學(xué)及其它地球物理異常進(jìn)一步梳理預(yù)測(cè)指標(biāo).

震前的區(qū)域應(yīng)力加載導(dǎo)致周圍巖石產(chǎn)生裂隙孔隙，使承壓井水位、井水溫發(fā)生持續(xù)變化，同一時(shí)段的水巖反應(yīng)加劇，使得水化學(xué)離子組分的濃度亦發(fā)生相應(yīng)變化，需特別關(guān)注的是最早出現(xiàn)的佐署臺(tái)動(dòng)水位、水溫異常，其水化學(xué)類型及水化學(xué)組分也發(fā)生很大改變，由此推斷該觀測(cè)點(diǎn)是構(gòu)造靈敏點(diǎn)，對(duì)后續(xù)該區(qū)震情判定具有地點(diǎn)指示意義.綜合所有異常形態(tài)、時(shí)空演化特征分析認(rèn)為，基于現(xiàn)場(chǎng)異常核實(shí)和異常信度分類認(rèn)識(shí)，排除干擾，對(duì)提高震情跟蹤工作效能具有重要作用.盡管本次群體性異常特征與觀測(cè)點(diǎn)密度存在一定關(guān)系，但對(duì)于震例總結(jié)仍具有重要參考意義，同時(shí)也有助于提升該區(qū)的震情研判能力.