2012年寧蒗—鹽源5.7級地震前的重力變化*

鄭　兵，王青華，羅海元，馬伶俐，蒲曉霞，李菲菲，蘇　琴

(1.四川省地震局 測繪工程院，四川 雅安 625000；2.云南省地震局，云南 昆明 650300)

2012年寧蒗—鹽源5.7級地震前的重力變化*

鄭兵1，王青華2，羅海元1，馬伶俐1，蒲曉霞1，李菲菲1，蘇琴1

(1.四川省地震局 測繪工程院，四川 雅安 625000；2.云南省地震局，云南 昆明 650300)

摘要：利用2010年7月～2012年3月四川省和云南省的流動重力觀測數(shù)據(jù)，對2012年6月24日寧蒗—鹽源5.7級地震孕育和發(fā)生過程中的重力場動態(tài)演化情況進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：地震孕育階段震中區(qū)域重力場出現(xiàn)大面積的重力正值變化高值異常區(qū)域，并形成密集的正值變化梯度帶；震前震中區(qū)域呈重力正變化低值狀態(tài)，處于重力變化0值線附近且等值線稀疏；震前與發(fā)震有關(guān)的斷裂帶的跨斷層重力測段段差值變化明顯。

關(guān)鍵詞：流動重力測量；重力場；川滇地區(qū)；寧蒗—鹽源5.7級地震

0引言

流動重力測量反映的是區(qū)域重力場的非潮汐變化信息，地殼內(nèi)部的物質(zhì)遷移、地殼構(gòu)造和地震的形成過程等都可以在流動重力復(fù)測結(jié)果中反映出來。重力變化與構(gòu)造應(yīng)力之間有著密切的聯(lián)系(向文，李輝，1999；蘇有錦，泰嘉政，2001)，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生強(qiáng)弱的變化，重力場圖像也會相應(yīng)地顯示出時(shí)空變化，而重力場動態(tài)變化圖像一直是地震監(jiān)測預(yù)報(bào)研究的基本信息源(陳運(yùn)泰等，1980；賈民育等，1995；李瑞浩等，1997；李輝等，2009)。通過對重力場動態(tài)變化的深入分析，有可能捕獲某些地震前兆的有效信息，為地震的預(yù)測預(yù)報(bào)進(jìn)行有效的探索。

2012年6月24日在云南省麗江市寧蒗彝族自治縣、四川省涼山彝族自治州鹽源縣交界地區(qū)(27.7°N，100.7°E)發(fā)生了5.7級地震，震源深度約11 km，屬主—余震型地震，造成了一定的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。四川和云南的流動重力資料顯示重力場在該地震前有異常變化，本文利用兩省的流動重力資料研究震前區(qū)域重力場時(shí)空動態(tài)演化特征，探討重力場的異常變化與地震活動的規(guī)律，對地震孕育過程中捕捉地震前兆進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)具有一定的實(shí)際意義。

1測區(qū)概況及資料處理

筆者采用2010年7月～2012年3月的流動重力觀測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)資料的處理利用中國地震局實(shí)用化攻關(guān)推廣的應(yīng)用軟件LGADJ，統(tǒng)一起算基準(zhǔn)點(diǎn)，采用絕對重力控制下的相對重力聯(lián)測的弱基準(zhǔn)平差，絕對重力點(diǎn)采用四川郫縣、云南下關(guān)和昆明3個(gè)絕對重力點(diǎn)(圖1)作為起算基準(zhǔn)點(diǎn)(3個(gè)絕對重力點(diǎn)相對于2011年的重力變化分別為-6.1×10 nm·s-2、-1.8×10 nm·s-2、5.8×10 nm·s-2，重力變化較小，2012年沒有測量，采用的是2011年的測量結(jié)果)，對川滇流動重力聯(lián)測資料進(jìn)行整體平差，得到統(tǒng)一起算基準(zhǔn)的絕對重力變化(李輝等，2000；申重陽等，2011)。在了解測量儀器的后驗(yàn)中誤差后，依據(jù)后驗(yàn)中誤差在平差計(jì)算時(shí)合理調(diào)整各臺儀器的先驗(yàn)方差以得到最佳解算結(jié)果。川滇的數(shù)據(jù)是分測區(qū)觀測的，2011年上半年在四川省攀枝花市以渡口、河門口和格平8G共3個(gè)公共接點(diǎn)將兩個(gè)測區(qū)的數(shù)據(jù)聯(lián)為一個(gè)整體。由于云南和四川兩個(gè)測網(wǎng)單獨(dú)計(jì)算得出的公共點(diǎn)重力值差別較大，2011～2012年上半年3期云南和四川公共點(diǎn)點(diǎn)值數(shù)值差值渡口：-402 nm·s-2、623 nm·s-2、1 524 nm·s-2；格平8G：-581 nm·s-2、647 nm·s-2、1 186 nm·s-2；河門口：67 nm·s-2、648 nm·s-2、1 335 nm·s-2，所以從2011年起以公共點(diǎn)將云南、四川兩個(gè)測區(qū)數(shù)據(jù)連接進(jìn)行整體平差，減少誤差，得到較好的處理結(jié)果。解算出4期數(shù)據(jù)的點(diǎn)值精度分別是151 nm·s-2、110 nm·s-2、96nm·s-2、73 nm·s-2，數(shù)據(jù)的可信度較高，系統(tǒng)誤差較小，成果質(zhì)量較好，能夠用于分析研究。

2區(qū)域重力場的演化特征

2.1重力場動態(tài)變化

實(shí)踐表明，分析重力場的動態(tài)變化圖像能夠捕獲地震前后重力場變化特征。將處理后的2010年7月～2012年3月的重力資料做出差分動態(tài)變化等值線圖進(jìn)行分析研究，如圖2所示。雖然寧蒗—鹽源5.7級地震的震中區(qū)域沒有流動重力實(shí)測點(diǎn)位通過，但川滇測區(qū)的流動重力點(diǎn)位鄰近該區(qū)域，重力變化等值線圖仍然能夠較為真實(shí)的反映出震前的重力場時(shí)空動態(tài)演化特征。

(1)2010年7月～2011年2月

該時(shí)段川滇測區(qū)雖然沒有公共點(diǎn)，有一定的誤差，但是以絕對重力點(diǎn)為起算基準(zhǔn)，算出的結(jié)果能夠反映出重力場變化情況。四川和滇東測區(qū)出現(xiàn)了較大面積的重力負(fù)值異常區(qū)域，且變化數(shù)值較大，最大值約-1 200 nm·s-2，異常區(qū)域主要分布在安寧河—則木河斷裂帶區(qū)域，等值線較為密集，這與該時(shí)段該區(qū)域發(fā)生較多的地震*四川省地震局—震情速遞.http：//www.scdzj.gov.cn/xwzx/zqsb.是相對應(yīng)的。四川的寶興—石棉區(qū)域和德陽—成都區(qū)域呈重力正值變化，形成了面積較小、變化數(shù)值較小的重力正值閉合等值線區(qū)域；麗江—攀枝花—昆明區(qū)域西南部的滇西測區(qū)呈重力正值變化，變化數(shù)值不大，等值線較為稀疏。寧蒗—鹽源區(qū)域和寧蒗—鹽源5.7級地震震中位于川滇菱形塊體中部南側(cè)，是重力負(fù)值變化區(qū)域，西邊鄰近重力變化0等值線，等值線相對密集，等值線負(fù)值變化數(shù)值向鹽源方向逐步增大，在鹽源縣城附近重力變化值約-600 nm·s-2，屬于重力負(fù)值異常區(qū)域(圖2a)。

構(gòu)成過腔的不同音樂材料，無意間為過腔構(gòu)筑起了多種不同的結(jié)構(gòu)樣式，使得過腔充滿了無窮的活力，更重要的是，將過腔的結(jié)構(gòu)與字腔本身固有的頭、腹、尾腔的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來形成的字腔+（或 0）過腔①所謂“（或0）過腔”是說，不一定每個(gè)字腔都要帶過腔，過腔的出現(xiàn)也根據(jù)藝術(shù)的需要。即使是0過腔，對每一個(gè)字腔來說，這個(gè)位置卻是不可替代的。就像劇場中的座位，即使沒人坐，但這個(gè)位置照樣存在一樣。這種結(jié)構(gòu)，不僅是對傳統(tǒng)曲牌音樂結(jié)構(gòu)的重大突破，更是世所未見的、嶄新的昆曲曲牌唱調(diào)的基本結(jié)構(gòu)。

(2)2011年2月～2011年8月

川滇測區(qū)的重力變化情況與上一個(gè)時(shí)段相比，發(fā)生了一個(gè)較大的逆轉(zhuǎn)。四川和滇東測區(qū)在攀枝花—鹽源區(qū)域之間有一小塊區(qū)域繼續(xù)保持?jǐn)?shù)值較小的重力變化負(fù)值，其它區(qū)域幾乎全部是重力變化正值區(qū)域，出現(xiàn)了多處重力正值變化異常：在石棉—康定區(qū)域是重力正值閉合等值線，出現(xiàn)數(shù)值較小的重力變化正值異常區(qū)域，等值線分布稀疏；汶川地震余震區(qū)出現(xiàn)重力正值變化異常區(qū)域，等值線分布較為密集，在都江堰—北川—青川方向形成重力等值線變化梯度帶，青川沒有實(shí)測的流動重力點(diǎn)通過，但從等值線在北川地區(qū)變密的趨勢來看，青川地區(qū)的重力變化應(yīng)該是較大的，該梯度帶及其附近發(fā)生了多個(gè)地震，震級較大的是2011年11月1日青川文縣5.4級地震和2011年12月26日彭州4.8級地震；滇東測區(qū)重力正值變化較小，沒有出現(xiàn)重力正值變化異常區(qū)域。滇西測區(qū)則由上一個(gè)時(shí)段的重力正值變化轉(zhuǎn)為重力負(fù)值變化，變化數(shù)值不大，等值線分布稀疏。寧蒗—鹽源區(qū)域的重力變化值由上一個(gè)時(shí)段的負(fù)值變化轉(zhuǎn)為正值變化，變化幅度較大，在鹽源縣城西南區(qū)域正值變化數(shù)值最大，達(dá)800 nm·s-2，出現(xiàn)了等值線較為密集的高值異常梯度帶，該梯度帶延伸到了西昌、普格、寧南和雷波地區(qū)，其中寧南—雷波梯度帶鄰近2012年9月7日彝良5.7、5.6級地震震中區(qū)域，可能是該地震的活動對此梯度帶的形成施加了影響。寧蒗—鹽源—西昌—普格—寧南梯度帶緊靠重力變化0值線，0值線在鹽源地區(qū)呈圓弧形的轉(zhuǎn)折，該梯度帶及其附近地區(qū)寧蒗—鹽源5.7、5.6級地震的震中在此時(shí)段等值線數(shù)值相對較小，密度相對稀疏(由于震中位置沒有實(shí)測點(diǎn)位通過)，但是處于高值異常梯度帶上，說明這個(gè)時(shí)段內(nèi)寧蒗—鹽源區(qū)域的構(gòu)造斷裂帶活動較大，使該地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)狀態(tài)和密度發(fā)生變化，直接表現(xiàn)在該地區(qū)的重力變化在短期之內(nèi)較大，同時(shí)也說明該地區(qū)的重力正值變化始于2011年下半年(圖2b)。

(3)2011年8月～2012年3月

這個(gè)時(shí)段四川測區(qū)的康定—瀘定小塊區(qū)域繼續(xù)重力正值變化并形成閉合等值線區(qū)域，康定地區(qū)的等值線分布較為密集；理縣—汶川—都江堰區(qū)域小塊區(qū)域是閉合的，是數(shù)值較小的重力正值變化等值線區(qū)域；川滇測區(qū)交界的中甸—木里—普格—米易—東川—武定—永仁—云龍所包圍的區(qū)域呈數(shù)值較小的重力正值變化且等值線較為稀疏，曲靖以南、路南以東區(qū)域也是低值重力正值變化區(qū)域。整個(gè)川滇測區(qū)重力正值變化區(qū)域面積較小且分散，主要分布在川滇交界地區(qū)和滇東地區(qū)，重力負(fù)值變化區(qū)域占主要面積，圖形變化情況與圖2b大致相反，類似于圖2a，只是重力負(fù)值變化數(shù)值較小。寧蒗—鹽源地區(qū)繼續(xù)上一個(gè)時(shí)段的重力正值變化，變化的數(shù)值變小，約200 nm·s-2，處于重力正負(fù)變化值交界區(qū)域附近，分布著稀疏的重力正值變化等值線，寧蒗—鹽源5.7級地震的震中區(qū)域鄰近重力變化0值線，其重力變化數(shù)值約100 nm·s-2，這說明在臨震前約3個(gè)月寧蒗—鹽源地區(qū)的重力變化雖然持續(xù)增加，但是增加量已經(jīng)變小(圖2c)。

(4)2011年2月～2012年3月

由于川滇測區(qū)重力正值變化是從2011年2月開始的，所以從1 a的尺度來分析震前的重力變化情況。從圖2d可以看出，從2011年初到2012年初，川滇測區(qū)的重力主要以正值變化為主，在馬爾康—寶興—康定北部—道孚區(qū)域、北川—都江堰—成都東側(cè)和滇西區(qū)域是重力負(fù)值變化區(qū)域，且數(shù)值不大。在重力正值變化區(qū)域出現(xiàn)異常的是康定地區(qū)和西昌—鹽源區(qū)域：康定地區(qū)重力正值變化等值線密集，形成閉合區(qū)域，靠近0值線；西昌—鹽源區(qū)域重力變化正值等值線密集，形成閉合區(qū)域，等值線密集方向向?qū)庉醴较蜓由欤瑢庉酢}源5.7級地震的震中區(qū)域位于西昌—鹽源區(qū)域附近，鄰近重力等值線0值線，等值線分布稀疏，重力變化數(shù)值較小，約100 nm·s-2，但這是由其附近川滇重力實(shí)測點(diǎn)重力變化輻射過去的，從重力變化等值線的分布趨勢來看，如果該處有實(shí)測點(diǎn)位，等值線的分布也會比較密集。這說明在2012年上半年川滇測區(qū)雖然以重力負(fù)值變化為主，但是長時(shí)間尺度來看還是重力變化增加；寧蒗—鹽源地區(qū)在震前重力正值變化增加速度變慢，形成了重力變化等值線梯度帶，聚集了較多的能量。

2.2重力段差時(shí)序變化

重力段差時(shí)序變化能較好的反映跨斷裂地段的重力動態(tài)變化。雖然寧蒗—鹽源5.7級地震震中區(qū)域沒有重力實(shí)測點(diǎn)位通過，但在震中西北約9 km有一條小活動斷裂延伸到滇西測區(qū)，太安—白漢場新測段跨過該斷裂。震中附近的斷裂帶還有：東北方向約30 km的博科—木里斷裂，東南方向約33 km的小金河斷裂及一些小活動斷裂，西南約45 km和58 km的洪門口斷裂和大具斷裂，由于這些斷裂帶沒有布設(shè)流動重力點(diǎn)，不能直接研究震前各斷裂帶的活動變化，但是相鄰斷裂帶的活動是互相影響的，所以在川滇測區(qū)各選取與震中附近斷裂帶相鄰的活動斷裂帶兩側(cè)的重力點(diǎn)位，通過研究這些點(diǎn)位的段差變化來研究震中附近斷裂帶的重力動態(tài)變化。鹽源弧形斷裂西南段與博科—木里斷裂和小金河斷裂接壤，其跨斷層測段是鹽源—黃草；洱源—鶴慶斷裂與小金河斷裂接壤，其跨斷層測段是龍山—麗江新。選取上述點(diǎn)位測段和與這些點(diǎn)位相鄰而又不跨斷裂帶的流動重力點(diǎn)位測段(黃草—格薩拉、麗江新—太安、飛崖—龍山、麗江臺—麗江新)的段差求出以起始變化值為0的相對變化量，以下盤相對上盤的變化為基準(zhǔn)作出重力段差變化圖(圖3)進(jìn)行分析研究。

從圖3可以看出，2010-07～2011-08時(shí)段跨斷裂段差變化曲線的變化方向不一致，其變化值沒有明顯變化，但在震前2011-08～2012-03時(shí)段，段差值變化的方向卻一致增大，太安—白漢場新測段的變化值有明顯變化，約660 nm·s-2，其它段差變化值則較小。從圖3b可以看出，在2010-07～2011-02時(shí)段，非跨斷層變化段差變化值方向雖不同，但是變化數(shù)值都較小；2011-02～2011-08段差變化值朝減小方向發(fā)展，飛崖—龍山段差變化值相對較大，但不超過300 nm·s-2；在2011-08～2012-03時(shí)段，各段差變化繼續(xù)向減小方向發(fā)展，麗江新—太安測段變化較為顯著，約500 nm·s-2，而其余測段的段差值變化量相對較小。由于地震發(fā)生之前，橫跨發(fā)震構(gòu)造的測段，重力段差值可能發(fā)生明顯的變化，與發(fā)震構(gòu)造無關(guān)的測段，重力變化值不大(吳兵，馬麗，1982)。寧蒗—鹽源5.7級地震震中西北小活動斷裂帶的太安—白漢場新測段在震前重力段差值變化明顯，其相鄰測段麗江新—太安測段段差雖然沒有跨過斷層，但受太安點(diǎn)影響，段差變化也較為顯著，而同處斷裂帶一側(cè)的非跨斷層測段麗江臺—麗江新測段段差值變化數(shù)值則變化相對較小，不超過300 nm·s-2，這說明該斷裂是與發(fā)震有關(guān)的構(gòu)造，該斷裂帶和震中附近斷裂帶的活動對地震的孕育、形成和發(fā)生起到了很大的作用；其余鹽源弧形斷裂和洱源—鶴慶斷裂由于跨斷層和非跨斷層段差變化都不是特別顯著，所以其構(gòu)造運(yùn)動與該地震無關(guān)，反而該地震的孕震活動通過小金河等斷裂帶的活動對其構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生了影響，引起了它們的重力場的變化，使這些跨斷裂測段段差值在震前一致增加，非跨斷裂測段段差值則在震前一致減小。

3討論與結(jié)論

重力變化與構(gòu)造應(yīng)力之間有著密切的聯(lián)系(向文，李輝，1999)，重力場變化能反映出區(qū)域應(yīng)力場的微動態(tài)活動。雖然2012年6月24日寧蒗—鹽源5.7級地震震中位置沒有實(shí)測的流動重力點(diǎn)位，但是由于斷層活動是相互影響的，本文所采用的重力變化資料就是該地震對鄰近區(qū)域的流動重力產(chǎn)生的影響而反映出地震的孕育過程。從重力場動態(tài)變化圖像和段差時(shí)序變化可以看出，寧蒗—鹽源5.7級地震是震中附近斷裂帶活動的結(jié)果，而斷裂帶的構(gòu)造活動又影響了鄰近的鹽源弧形斷裂、寧蒗斷裂、洱源—鶴慶斷裂和玉龍雪山東麓斷裂等的活動，具體表現(xiàn)就是這些斷裂帶附近的流動重力點(diǎn)位的重力場變化。距離震中較近的四川鹽源測區(qū)的鹽源弧形斷裂帶等活動受到的影響較大，使該地區(qū)地殼物質(zhì)密度發(fā)生變化，從而反映出了震中重力的變化。2011年下半年在寧蒗—鹽源地區(qū)及其附近較大面積的區(qū)域形成了重力正值變化高值異常區(qū)域，重力變化等值線形成了密集的高梯度帶，構(gòu)造活動聚集了大量的能量，滿足了地震孕育發(fā)生的應(yīng)力積累條件(申重陽等，2011)，2012年上半年重力場正值變化區(qū)域大面積減少，重力正值高值異常區(qū)域消失，該地區(qū)的重力場正值變化雖然仍在增加，但是增加速度減小了許多，重力變化等值線稀疏，重力變化值減小到約200 nm·s-2，寧蒗—鹽源5.7級地震的震中區(qū)域重力變化數(shù)值約100 nm·s-2，鄰近重力變化0值線的轉(zhuǎn)折部位，這樣地震破裂部位的條件也具備了(申重陽等，2010)，如果在震中區(qū)域有實(shí)測重力點(diǎn)位通過，圖形效果會更明顯；寧蒗—鹽源5.7級地震前，鄰近震中區(qū)域流動重力測段段差值變化相對明顯，這也是地震孕育的跡象(吳兵，馬麗，1982)。重力正值變化顯著的梯度帶及其附近地區(qū)，往往在未來1～2年內(nèi)有中強(qiáng)震發(fā)生(祝意青等，1999，2003；朱治國等，2012；梁偉鋒等，2012)，但是寧蒗—鹽源5.7級地震從能量積累到發(fā)震，經(jīng)歷的時(shí)間約1 a，時(shí)間相對較短，該地震發(fā)生在非主流活動小斷裂附近，斷裂活動力度較大，使重力變化相對較大，在較短的時(shí)間積累了發(fā)震的能量并找到了能量爆發(fā)的突破口(震中)，這是一個(gè)由非主流活動小斷裂的構(gòu)造活動引發(fā)的中強(qiáng)震。

從上面的討論分析可以看出，寧蒗—鹽源5.7級地震前的重力變化具有如下特點(diǎn)：

(1)寧蒗—鹽源5.7級地震是震區(qū)斷裂帶構(gòu)造活動的結(jié)果，震前與發(fā)震有關(guān)的斷裂帶跨斷層重力測段段差值變化明顯。

(2)雖然寧蒗—鹽源5.7級地震的震中區(qū)域沒有實(shí)測流動重力點(diǎn)位，但是仍然較好地反映了地震從孕育到發(fā)生的過程中重力場變化情況：地震孕育階段震中區(qū)域重力場出現(xiàn)大面積的重力正值變化高值異常區(qū)域，形成密集的正值變化梯度帶；震前震中區(qū)域呈重力正變化低值狀態(tài)，處于重力變化0值線附近，且等值線稀疏。

(3)從重力場開始正值變化到發(fā)震經(jīng)歷的時(shí)間約1 a。

通過對寧蒗—鹽源5.7級地震的重力場變化的分析和討論，可以看出重力場動態(tài)變化對研究地震活動與地質(zhì)構(gòu)造活動的關(guān)系具有重要的意義。川滇測區(qū)2012年上半年的流動重力觀測是在6月5日結(jié)束的，所以該期數(shù)據(jù)可視為寧蒗—鹽源5.7級地震震前數(shù)據(jù)，對其重力場變化的研究與總結(jié)為對中強(qiáng)震乃至更高震級的地震預(yù)測預(yù)報(bào)能夠提供的參考震例和經(jīng)驗(yàn)。

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Using the flow gravity observation data in Sichuan and Yunnan provinces from Jul.，2010 to Mar.，2012，we analyzed the gravity field dynamic evolution in the process of preparation and occurrence of Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake on Jun.24，2012.The results showed that in the process of earthquake preparation，a large area of high value anomaly of gravity positive changes appeared and formed to the intensive gradient belt of gravity positive in the area of epicenter.Before the earthquake，the epicenter region appeared the low value anomaly of gravity positive changes，where was near to the 0 contour line of the gravity field and the sparse contour line，and the variation in segment differences of the gravity across the fault zone which induced the earthquake was obvious.

Key words：flow gravity measuring；gravity field；Sichuan-Yunnan area；Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake

*收稿日期：2014-08-14. 基金項(xiàng)目：四川省重點(diǎn)“項(xiàng)目高精度智能測量機(jī)器人跨斷層位移測量實(shí)驗(yàn)”(LY1406)、“基于GPS、重力測量對龍門山斷裂帶蘆山剖面跟蹤分析”(LY1506)和地震科技星火計(jì)劃攻關(guān)項(xiàng)目“川滇地殼形變特征及在強(qiáng)震中短期預(yù)測中的應(yīng)用研究(XH15037SX)共同資助.

中圖分類號：P315.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)02-0370-07

Gravity Variation before Ninglang-YanyuanMS5.7 Earthquake in 2012

ZHENG Bing1，WANG Qing-hua2，LUO Hai-yuan1，MA Ling-li1，PU Xiao-xia1，LI Fei-fei1，SU Qin1

(1.Surveying Engineering Institute，Earthquake Administration of Sichuan Province，Yaan 625000，Sichuan，China) (2.Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 620300，Yunnan，China)

Abstract