張 燕 趙 瑩 施賀青 吳 凱 余晨暉

1 中國地震局地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

近年來，諸多學(xué)者利用定點(diǎn)形變資料，采用多種數(shù)據(jù)處理方法研究地震前的異常變化，得到很多有意義的結(jié)論[1-3]，為地震預(yù)測(cè)研究提供了有價(jià)值的參考。就地震前兆研究而言，首要問題是如何判斷地震前兆，丁國瑜等[4]提出只能通過與正常觀測(cè)值進(jìn)行比較來判斷異常，因此觀測(cè)資料必須有正常的觀測(cè)背景。定點(diǎn)形變資料存在季節(jié)變化，因此資料的積累時(shí)間至少應(yīng)該在2 a以上；確定異常后還需排除與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無關(guān)的干擾，然后通過同一觀測(cè)點(diǎn)不同儀器或不同觀測(cè)點(diǎn)的一致性結(jié)果來提高異常的可靠性。

2021-05-21云南漾濞發(fā)生M6.4地震，震源深度為8 km，全國定點(diǎn)形變臺(tái)網(wǎng)270多個(gè)臺(tái)站中有近600套儀器記錄到了同震響應(yīng)。本文對(duì)此次地震震中附近定點(diǎn)形變臺(tái)站的水管儀和伸縮儀觀測(cè)資料進(jìn)行分析和討論，其中水管儀主要觀測(cè)地殼垂直方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和傾斜固體潮汐的動(dòng)態(tài)變化，伸縮儀主要監(jiān)測(cè)地殼水平方向的應(yīng)變變化和地應(yīng)變固體潮汐的動(dòng)態(tài)變化，其最小格值分別為10-3″和10-10。

1 觀測(cè)資料

本次地震震中距200 km范圍內(nèi)有洱源、云龍、彌渡、保山、云縣、麗江、永勝和楚雄8個(gè)定點(diǎn)形變觀測(cè)站，除彌渡臺(tái)僅有水管傾斜觀測(cè)儀器外，其他7個(gè)臺(tái)站均同時(shí)布設(shè)水管傾斜儀器和洞體應(yīng)變觀測(cè)儀器。由于保山臺(tái)的正常觀測(cè)背景不明顯，本文不作分析。數(shù)據(jù)分析時(shí)段為2015-01-01～2021-05-20，采樣頻率為h，圖1為臺(tái)站及震中分布情況。

圖1 震中和觀測(cè)臺(tái)站分布Fig.1 Epicenter and observation stations distribution

目前所用的數(shù)據(jù)分析方法主要是對(duì)同一觀測(cè)點(diǎn)不同儀器的資料或不同觀測(cè)點(diǎn)的資料進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)證明，通過對(duì)幾套獨(dú)立觀測(cè)系統(tǒng)的同點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以排除儀器的干擾；通過對(duì)幾個(gè)臺(tái)站的同類觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以排除小范圍的環(huán)境干擾和人為干擾，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性[2]。對(duì)于同一地震，當(dāng)2個(gè)以上觀測(cè)點(diǎn)記錄到同一種前兆異常時(shí)，表明這種現(xiàn)象在空間上具有某種程度的普遍性，能增大該異常在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用價(jià)值[3]。

2 資料分析和處理

本文所使用的各臺(tái)站觀測(cè)資料均已經(jīng)過干擾排查，并且均有2套或2套以上儀器進(jìn)行對(duì)比分析，觀測(cè)資料可靠。

2.1 各觀測(cè)站資料對(duì)比分析

洱源地震臺(tái)位于紅河深大斷裂帶北部，觀測(cè)山洞由防空洞改造而成，全長(zhǎng)79 m，儀器洞室進(jìn)深42 m，覆蓋層厚度約30 m，全年洞室溫度保持在25±0.5 ℃，相對(duì)濕度在90%以上，干擾較少。洱源臺(tái)距離震中僅49 km，自2007年開始布設(shè)有水管儀和伸縮儀。由圖2可見，水管儀和伸縮儀均有較好的年變規(guī)律，2015～2018年4 a的年變清晰，可作為正常的觀測(cè)背景；2條曲線同時(shí)在2019年發(fā)生轉(zhuǎn)折，水管儀轉(zhuǎn)向S傾，應(yīng)變儀轉(zhuǎn)為拉張，且年變形態(tài)消失、年變幅度減小，2套儀器出現(xiàn)異常變化的時(shí)間同步，異常特征相同。對(duì)于年變幅的比較，采用去除長(zhǎng)期線性趨勢(shì)的辦法，保留年尺度內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化信息，具體見圖3。

圖2 洱源臺(tái)水管儀和伸縮儀觀測(cè)曲線Fig.2 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Eryuan station

圖3 洱源臺(tái)伸縮儀原始觀測(cè)曲線和去線性后的曲線Fig.3 Original observation curve and de linearization curve of extensometer at Eryuan station

云龍臺(tái)距離震中55 km，地處橫斷山脈南段清水郎山西側(cè)，在金沙江與瀾滄江之間，靠近瀾滄江支流河谷。臺(tái)址基巖為侏羅系細(xì)砂巖，完整且比較堅(jiān)硬。水管儀和伸縮儀2套儀器的觀測(cè)資料質(zhì)量?jī)?yōu)秀，年變規(guī)律明顯，有正常的觀測(cè)背景。洞體應(yīng)變儀在2019年前一直保持壓縮狀態(tài)，從2019年上半年開始?jí)嚎s趨勢(shì)變緩，年變幅度減??；水管儀觀測(cè)曲線也從2019年開始出現(xiàn)同步轉(zhuǎn)折向W傾，年變幅度減小明顯，具體見圖4。

圖4 云龍臺(tái)水管儀和伸縮儀觀測(cè)曲線Fig.4 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Yunlong station

彌渡臺(tái)位于紅河斷裂與程海斷裂及楚雄-建水?dāng)嗔训慕粫?huì)點(diǎn)，距震中90 km，僅有水管傾斜觀測(cè)儀器。由圖5可見，NS向2020年前變化較為平穩(wěn)，2020年后觀測(cè)曲線開始上升，N傾趨勢(shì)比較明顯，2020年后EW向W傾加速。2套儀器觀測(cè)曲線都在2020年初發(fā)生同步轉(zhuǎn)折，整體傾向NW。

圖5 彌渡臺(tái)水管儀觀測(cè)曲線Fig.5 Observation curve of water pipe instrument at Midu station

麗江臺(tái)距離震中141 km，位于川滇“夕”字形與云南“山”字形西翼構(gòu)造帶復(fù)合部位。由圖6可知，水管儀和伸縮儀曲線長(zhǎng)趨勢(shì)沒有發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，從2019年下半年開始年變幅度減小。

圖6 麗江臺(tái)水管儀和伸縮儀觀測(cè)曲線Fig.6 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Lijiang station

永勝臺(tái)地處多條斷裂帶交會(huì)處，程海斷裂帶貫穿其中，距震中145 km。由圖7可見，水管儀和伸縮儀從2019年下半年開始出現(xiàn)小幅度的趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折，水管儀轉(zhuǎn)向S傾，伸縮儀轉(zhuǎn)為拉張，與麗江臺(tái)的異常出現(xiàn)時(shí)間基本同步。

圖7 永勝臺(tái)水管儀和伸縮儀觀測(cè)曲線Fig.7 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Yongsheng Station

楚雄臺(tái)距離震中180 km，由圖8可見，水管儀和伸縮儀從2020年年中開始出現(xiàn)同步的大幅度變化，之后年變幅度減小。

圖8 楚雄臺(tái)水管儀和伸縮儀觀測(cè)曲線Fig.8 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Chuxiong station

震中200 km范圍內(nèi)除上述臺(tái)站外，還有云縣臺(tái)布設(shè)有水管儀和伸縮儀，但沒有出現(xiàn)類似異常。另外震中200 km范圍以外的臺(tái)站觀測(cè)資料中沒有出現(xiàn)明顯的同步趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折或年變幅度減小的現(xiàn)象，因此本文不作分析和討論。

2.2 多個(gè)觀測(cè)站時(shí)空特征

從上述分析可以看出，單個(gè)觀測(cè)站的水管儀和伸縮儀幾乎都是同時(shí)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，且均表現(xiàn)為趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折，如洱源臺(tái)、云龍臺(tái)、彌渡臺(tái)及永勝臺(tái)，應(yīng)變觀測(cè)曲線轉(zhuǎn)折后都表現(xiàn)為拉張，傾斜觀測(cè)曲線轉(zhuǎn)折后傾向大都指向震中方向；麗江臺(tái)和楚雄臺(tái)水管儀和伸縮儀年變幅度同步減小，說明該區(qū)域活動(dòng)性減弱。

從時(shí)間上看，總體上距離震中較近的臺(tái)站出現(xiàn)異常的時(shí)間早，距離震中較遠(yuǎn)的臺(tái)站異常出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)較晚。彌渡臺(tái)雖然比麗江臺(tái)和永勝臺(tái)距離震中更近，但異常出現(xiàn)的時(shí)間較晚，這可能與臺(tái)站所處區(qū)域的斷層有關(guān)。從空間分布上看，震中200 km范圍內(nèi)，除云縣臺(tái)異常特征不明顯外，其他6個(gè)臺(tái)站的異常特征較為一致，均表現(xiàn)為觀測(cè)曲線發(fā)生趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折或年變幅度減小，傾斜觀測(cè)曲線轉(zhuǎn)折后傾向大都指向震中方向，應(yīng)變觀測(cè)曲線都表現(xiàn)為拉張等。

圖9為觀測(cè)資料去除趨勢(shì)項(xiàng)后的結(jié)果，由圖可見，年變形態(tài)更加清晰，均有4 a左右的正常觀測(cè)背景。洱源臺(tái)和云龍臺(tái)年變幅度開始減小的時(shí)間為2019年，麗江臺(tái)為2019年下半年，楚雄臺(tái)為2020年下半年，各臺(tái)站年變幅度減小近2/3，說明該區(qū)域整體活動(dòng)減弱。

圖9 各觀測(cè)站去除趨勢(shì)項(xiàng)后的曲線Fig.9 Curve of each observation station after removing trend term

3 結(jié) 語

本文利用云南漾濞M6.4地震震中距200 km范圍內(nèi)7個(gè)觀測(cè)臺(tái)站的水管儀和伸縮儀2015-01-01～2021-05-20整時(shí)觀測(cè)資料研究震前的異?，F(xiàn)象。結(jié)果表明，從2019年開始有4個(gè)臺(tái)站的2套儀器觀測(cè)曲線出現(xiàn)同步趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折，傾斜觀測(cè)曲線轉(zhuǎn)折后傾向大都指向震中方向，應(yīng)變觀測(cè)曲線都轉(zhuǎn)為拉張；有4個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)觀測(cè)資料年變幅度減小的現(xiàn)象，說明區(qū)域整體活動(dòng)性減弱。異常出現(xiàn)的時(shí)間與震中距有一定的關(guān)系，距震中較近的臺(tái)站異常出現(xiàn)的時(shí)間較早，距震中較遠(yuǎn)的臺(tái)站異常出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)較晚，這對(duì)于地震危險(xiǎn)區(qū)判定具有一定的參考價(jià)值。

筆者曾對(duì)云南地區(qū)多個(gè)6級(jí)及以上地震進(jìn)行震例分析和總結(jié)[5-6]，結(jié)果表明，距震中200 km范圍內(nèi)的形變臺(tái)站震前大多記錄到異常信號(hào)，但異常出現(xiàn)時(shí)尚未總結(jié)出規(guī)律。在地震孕育初期，孕震系統(tǒng)各部分之間的相互作用主要發(fā)生在相鄰單元，應(yīng)力場(chǎng)的相關(guān)長(zhǎng)度較小。隨著孕震過程的不斷進(jìn)行，應(yīng)力相關(guān)長(zhǎng)度逐漸擴(kuò)大到整個(gè)區(qū)域，孕震系統(tǒng)中震級(jí)較大地震發(fā)生的頻率逐漸增加，系統(tǒng)不斷接近并最終進(jìn)入臨界狀態(tài)，直至大地震發(fā)生。此外，對(duì)孕震區(qū)尺度進(jìn)行最優(yōu)擬合，估計(jì)6.4級(jí)地震的孕震區(qū)尺度半徑為200 km左右[7]，這一結(jié)論可以解釋異常首先出現(xiàn)在距震中最近的臺(tái)站，然后出現(xiàn)在距震中較遠(yuǎn)的臺(tái)站這一現(xiàn)象。從震源開始應(yīng)力場(chǎng)逐漸增大，孕震區(qū)尺度逐漸變大，距離震源不同遠(yuǎn)近的傾斜儀和應(yīng)變儀依次監(jiān)測(cè)到異常變化。

震前異常監(jiān)測(cè)是地震預(yù)測(cè)不可或缺的基礎(chǔ)，具有復(fù)雜性和不確定性，如何將各類異常與地震進(jìn)行逐一匹配還有待進(jìn)一步深入研究。