水庫區(qū)地震前兆在地震預(yù)報中的意義①

焦 姣，郭安寧，高思如，李 鑫

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州 73000）

水庫區(qū)地震前兆在地震預(yù)報中的意義①

焦 姣，郭安寧，高思如，李 鑫

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州 73000）

通過對龍羊峽和劉家峽兩水庫區(qū)附近的前兆臺站記錄到的近幾年已發(fā)生大地震的明顯前兆異?，F(xiàn)象進行分析研究，發(fā)現(xiàn)當?shù)卣鹩^測點附近存在水庫或天然湖泊時其前兆現(xiàn)象更加突出。本文分析了這種現(xiàn)象的可能機理，指出利用這一特點進行壩區(qū)附近及大區(qū)域的地震短臨預(yù)測的可能性。

水庫區(qū)；短臨異常；地震預(yù)報；前兆觀測

Abstract：The observation data from stations near the Liujiaxia and Longyangxia reservoirs before some earthquakes are analyzed．It is shown that if earthquake observation points near the reservoir or natural lake，the precursory phenomena are more prominent．In this paper，the possible mechanism of this phenomena is discussed．It is indicated that we can use the stations near reservoir and natural lake to predict earthquake near the lake or in a large area for short－imminent term．

Key words：Reservoir area；Short－imminent anomaly；Earthquake prediction；Precursor observation

0 前言

黃河上游最大的兩個水庫是龍羊峽水庫和劉家峽水庫。當?shù)卣鹩^測點附近存在水庫或天然湖泊時，由于水體對地殼介質(zhì)的消弱作用以至其對區(qū)域應(yīng)力加強時反應(yīng)敏感，從而地震觀測點的前兆表現(xiàn)更加突出，這可作為預(yù)測壩區(qū)附近大震的一個有利條件。

據(jù)道導(dǎo)［1］美國米德水庫誘發(fā)地震的空間范圍約在水庫中心周圍40km半徑的范圍。這說明庫水滲入地殼的范圍是不小的，因而對地殼巖石強度的削弱的范圍也是不小的。這樣在大區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力加強時其變形的敏感性就會表現(xiàn)出來。根據(jù)中國地球物理學(xué)會天災(zāi)預(yù)測專業(yè)委員會刊印的“1994年天災(zāi)預(yù)測意見匯編”和“1995年天災(zāi)預(yù)測意見匯編”，郭增建和秦保燕利用廣西大化水庫的弱震群實際預(yù)測了1994年12月31日和1995年1月10日北部灣6．1級和6．2級地震，并用浙江鄞縣水庫的弱震群預(yù)測了1996年11月9日上海東邊海中6．1級地震。又如1971年3月24日青海托索湖西邊30～40km處發(fā)生6．3級地震（35．5°N，98．1°E），在這次地震前半個月托索湖水位下降了37cm，震前12小時水位有突然上升了21cm，這是湖水對附近地震的反映，與水庫有類似之處。本文根據(jù)龍羊峽和劉家峽水庫區(qū)附近臺站的前兆資料，分析其對前兆異常反應(yīng)的敏感度，探索利用庫區(qū)前兆資料，對庫區(qū)及其附近大地震進行監(jiān)測的途徑。

1 由水庫區(qū)前兆異常預(yù)測地震的思路

“穴位論”是我國古人觀察山川的蜿蜒以及地下水通路（古人稱地脈）而產(chǎn)生的思想。后來將該思想用于人體和獸體的診病和治療，于是發(fā)展成為“穴位論”或“經(jīng)絡(luò)學(xué)說”。對于地震預(yù)測來說，穴位論的思路可以移用于地球，并進而進行地震預(yù)測。文獻［2］發(fā)現(xiàn)地球表面有七種穴位，其中一個就是蓄水后的弱化區(qū)，簡稱為庫滲穴。利用庫滲穴上的前兆預(yù)測地震的情況可分為兩種：第一種是庫滲穴和震源的位置可以找到兩者之間的通道關(guān)聯(lián)，這個通道聯(lián)系的理論基礎(chǔ)是立交模式［2］。具體來說，當下巖石圈蠕滑斷層從水庫弱化區(qū)下方緩慢傳播時，可使庫區(qū)發(fā)生形變或小震。隨后該蠕滑斷層又傳播至大震孕育區(qū)下方觸發(fā)大震發(fā)生。這就將庫滲穴上的前兆與發(fā)震震源關(guān)聯(lián)起來，從而有可能有庫滲穴上的變動（前兆）定向和定距地預(yù)測地震。根據(jù)立交模式，下巖石圈的剪切蠕滑斷層有兩類，一類與區(qū)域構(gòu)造壓力夾45°的角，一類是因地球自轉(zhuǎn)和在日月引潮力作用下形成的具有特殊意義的幾個緯向帶。第二種是水庫弱化區(qū)不在深部剪切蠕滑線通過的地方，即庫滲穴與發(fā)震震源之間不存在“經(jīng)絡(luò)”，但庫滲穴作為一個介質(zhì)弱化區(qū)，同樣對大區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力加強時反應(yīng)敏感，它反映著大區(qū)域應(yīng)力在加強，因此也可利用庫滲穴的明顯前兆提取一定的預(yù)測信息，以用于最后綜合分析作預(yù)測。下面將結(jié)合上述兩種預(yù)測思路，對龍羊峽庫區(qū)和劉家峽庫區(qū)反應(yīng)前兆的情況做一分析。

2 龍羊峽水庫臺站在2001年昆侖山口西8．1級地震前的前兆反應(yīng)

電磁波異常是地震進入短臨階段的一種前兆指標。龍羊峽電廠電磁輻射臺位于龍羊峽庫區(qū)，臺站觀察環(huán)境較好，周圍無輸電高壓線通過。2001年青海昆侖山口西8．1級地震前龍羊峽電磁輻射前兆異?，F(xiàn)象是十分明顯的［3］，越臨近地震異常的組數(shù)越多，見表1。

龍羊峽水庫就相當于“庫滲穴位”，而其與昆侖山口西大地震震源之間的“經(jīng)絡(luò)”可利用三層模式中的緯向蠕滑帶來闡明。三層模式是立交模式的另一種形式［4］，按次序是指以脆性為主的上巖石圈，近于塑性的下巖石圈和巖石圈以下的軟流圈。對于軟流圈，由于地球自轉(zhuǎn)速度在不同緯度上不同，所以在不同緯向條帶之間存在旋轉(zhuǎn)差異（較差），從而形成緯向滑移線。這個緯向滑移線在漫長的時間中可傳過第二層而影響第一層發(fā)震并形成地震沿緯向遷移的現(xiàn)象。在這些緯向帶中，北回歸線帶、北緯30°帶、北緯35°帶是地球上的一些重要緯向帶（經(jīng)絡(luò)），如圖1所示。這三個緯向帶還與日月引潮力有關(guān)。北回歸線是太陽直下點引潮力的最北邊界。30°緯帶是月亮直下點引潮力最北邊界28．5°的近似（因直下點垂直向引潮力向北衰減極慢，故可作近似考慮）；35°緯帶是月亮引潮力使地球變形的長期項中低緯隆起和高緯下沉的交界帶，也是地球自轉(zhuǎn)離心力使低緯鼓起和高緯下沉的交界帶。由于以上諸情況長期作用于地球內(nèi)部，所以在這些緯帶地球內(nèi)會形成一定變?nèi)鹾圹E。再加地球較差自轉(zhuǎn)（地球在自轉(zhuǎn)時不同部位的角速度互不相同的現(xiàn)象）會疊加在上述弱痕上，形成沿北回歸線、30°緯帶和35°緯帶的緯向滑移線。2001年昆侖山口西大地震的震源與龍羊峽水庫的位置就位于北緯35°緯向帶上（圖1）。這是符合穴位論和經(jīng)絡(luò)觀點的預(yù)期的。即緯向滑移線的滑動因某種原因沿緯向傳播，先從龍羊峽水庫下方傳過，在龍羊峽庫區(qū)形成某種前兆，后傳播到昆侖山口西震源地方觸發(fā)該大地震發(fā)生。因此龍羊峽水庫顯著異常前兆現(xiàn)象在短臨預(yù)報上對昆侖山口西8．1級地震的發(fā)生有一定的反映。

圖1 昆侖山口地震震源與龍羊峽水庫的位置圖Fig．1 Location of Longyangxia reservoir and the source of the KMP earthquake．

3 劉家峽水庫區(qū)地應(yīng)力臺在2008年汶川8級大震前的前兆反應(yīng)

地應(yīng)力異常與地震的發(fā)生存在一定的對應(yīng)關(guān)系。劉家峽地應(yīng)力觀測站位于蘭州西南部庫區(qū)附近，汶川大地震前劉家峽臺地應(yīng)力的逐日變化和逐時變化有明顯的前兆異常［5］，如圖2所示。

表1 昆侖山口西8．1級地震前龍羊峽電磁輻射異常統(tǒng)計

圖2 汶川地震前劉家峽臺記錄的地應(yīng)力前兆異常Fig．2 The stress anomaly precursor curves recorded by Liujiaxia station before the Wenchuan great earthquake in 2008．

從圖2中我們可以看到，汶川地震是在地應(yīng)力上升的過程中發(fā)生的，前兆異常相當明顯。根據(jù)劉家峽與汶川地震震中的位置關(guān)系，其相互聯(lián)系的通道尚不明確。它可能屬于前述的與震源無通道聯(lián)系的第二種情況。一般來說，水庫蓄水后庫水滲入地下造成庫區(qū)下方十幾公里以及周圍幾十公里范圍內(nèi)介質(zhì)大大弱化。劉家峽水庫作為一個介質(zhì)弱化區(qū)，會在大區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力加強時有敏感反應(yīng)。這種反應(yīng)可考慮在水庫弱化區(qū)周圍較大范圍內(nèi)可能有大震即將發(fā)生。

以上龍羊峽和劉家峽前兆所反映的大震距這兩個水庫皆較遠，龍羊峽距昆侖山口西8．1級地震約600～900km，劉家峽距汶川地震約500km。這種情況說明水庫對遠處大震的反映是有其價值的。

4 水庫區(qū)臺站對其附近大地震的監(jiān)測情況

上述討論的都是水庫庫區(qū)附近的地震臺站記錄的地震前兆異常對與之間隔較遠的大地震的監(jiān)測情況，但是這些地震前兆異常是否同樣能夠監(jiān)測其附近的大地震呢？以下我們將做一探討。

在龍羊峽水庫附近1990年4月26日發(fā)生了共和7．0級地震。當時庫區(qū)還無電磁波前兆觀測站。之后一個月內(nèi)又發(fā)生了兩次5級以上地震（1990年5月7日5．5級和16日5．2級）；在7．0級地震后4年的1994年震中周圍又發(fā)生了多次5～6級地震，且有震中逐漸靠近水庫的趨勢［6］。對于這些強余震，龍羊峽臺電磁波記錄到顯著的超低頻電磁輻射異常（表2）［7］。表2中震中距說明龍羊峽水庫區(qū)對很近的中強震亦有明顯前兆反應(yīng)。因之我們有理由推斷未來庫區(qū)附近有大震時亦會有前兆反應(yīng)。

同樣，對于劉家峽水庫來說，1995年7月22日在其附近的永登發(fā)生5．8級地震，劉家峽地應(yīng)力也反應(yīng)敏感。1994年10月電感應(yīng)力出現(xiàn)了大幅度異常，1～4號元件異常幅度分別為－7 000μH（EW），－1 700μH（NE），8 400μH（NS），－5 600μH（NW）（圖3）［8］。

表2 龍羊峽電磁輻射異常對應(yīng)震例的統(tǒng)計表

圖3 永登5．8級地震劉家峽臺應(yīng)力前兆Fig．3 The stress precursor at Liujiaxia station before the Yongdeng MS5．8earthquake in 1995．

由圖3我們可以看出劉家峽應(yīng)力異常幅度非常大。劉家峽臺離永登5．8級地震震中僅70km，且測點位于水庫庫區(qū)，這種特殊環(huán)境下的介質(zhì)對應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)靈敏，并可能放大該地區(qū)的前兆反應(yīng)。

基于以上分析，水庫弱化區(qū)前兆不僅能監(jiān)測與其距離較大的大地震，由中強震例推測對庫區(qū)附近將來的大地震也會在震前反應(yīng)敏感。

前已述及，1971年3月24日托索湖西30～40 km處發(fā)生的6．3級地震，震前湖區(qū)水位前兆反應(yīng)敏感。如圖4、5所示［9］。這也支持劉家峽和龍羊峽這兩個水庫對未來庫區(qū)附近大震的前兆監(jiān)測作用。

5 結(jié)論

通過對已發(fā)生地震震前水庫地區(qū)的前兆異?，F(xiàn)象的研究分析，可以看出水庫區(qū)既可作為前兆穴位（與震源有通道聯(lián)系），又可作為敏感點（與震源無通道聯(lián)系），其對大區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)靈敏，并可能放大該地區(qū)的前兆反應(yīng)。所以可以利用水庫區(qū)附近的前兆臺站記錄到的明顯前兆異?，F(xiàn)象的特點來進行地震預(yù)測，對于黃河上游來說，它可用于預(yù)測壩區(qū)附近的大地震，以便防災(zāi)減災(zāi)。

圖4 托索湖及震中位置圖Fig．4 Location of Toso Lake and the epicenter．

圖5 1971年地震前托索湖西端水閘處水位前兆異常Fig．5 The precursor anomoly of water level at west gate of Toso Lake before the earthquake in 1971．

［1］ 丁原章．水庫誘發(fā)地震［M］．北京：地震出版社，1989．

［2］ 郭增建，秦保燕．災(zāi)害物理學(xué)［M］．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1989．

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Significance of the Earthquake Precursor in Reservoir Area for Earthquake Prediction

JIAO Jiao，GUO An－ning，GAO Si－ru，LI Xin

（Lanzhou Institutue of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，China）

P315．7

A

1000－0844（2012）03－0294－05

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0294

2011－03－02

國家科技部公益專項“黃河上游水庫群強震災(zāi)害鏈預(yù)測研究”（8－44）；中國地震局蘭州地震研究所論著編號：LC2012017

焦 姣（1985－），女（漢族），陜西西安人，碩士研究生，主要從事地震震害預(yù)測研究．