2014年云南魯?shù)镸S6.5地震前水管傾斜特征分析*

陳俊磊，楊潤(rùn)海

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

2014年云南魯?shù)镸S6.5地震前水管傾斜特征分析*

陳俊磊，楊潤(rùn)海

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：選取2008年1月1日～2014年9月14日云南省前兆臺(tái)網(wǎng)昭通、楚雄等6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比同一臺(tái)站、不同年份的水管傾斜年變曲線，對(duì)這6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜年變特征進(jìn)行研究。對(duì)比分析了昭通、昆明等6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜在魯?shù)镸S6.5地震前的響應(yīng)特征，結(jié)果表明：魯?shù)镸S6.5地震前昭通臺(tái)水管傾斜EW向和楚雄臺(tái)水管傾斜NS、EW向均表現(xiàn)出了一定的異常特征。

關(guān)鍵詞：水管傾斜；魯?shù)镸S6.5地震；年變特征

0前言

地震是地殼內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變不斷積累的結(jié)果，地殼內(nèi)局部區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變的積累在前兆數(shù)據(jù)中將有所反應(yīng)。因此加強(qiáng)對(duì)前兆數(shù)據(jù)的研究可以在一定程度上為地震預(yù)報(bào)創(chuàng)造有利條件。水管傾斜作為地震前兆觀測(cè)手段之一，具有明確的幾何物理意義。位錯(cuò)理論研究表明，孕震區(qū)在地震前后伴隨有重力與形變場(chǎng)的改變(吳翼麟等，1993)。高精度的水管傾斜觀測(cè)是一種以地殼傾斜變形觀測(cè)為基礎(chǔ)，研究地震物理過(guò)程和地球動(dòng)力學(xué)的基本手段，它在大地測(cè)量和地球物理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用(謝富仁，2006)。對(duì)不同臺(tái)站的傾斜固體潮分析，可了解震源及其附近地區(qū)應(yīng)力應(yīng)變積累的情況(段華琛，1991)。

在云南省前兆臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)手段中，水管傾斜儀的安裝比較普遍，DSQ型水管傾斜儀工作穩(wěn)定，采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。許多學(xué)者利用云南地區(qū)的地傾斜數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)很多研究，如唐伯雄等(1988)研究楚雄水管傾斜儀觀測(cè)的傾斜變化特征，周摯等(1993)對(duì)易門地傾斜前兆資料進(jìn)行過(guò)綜合分析，劉仲全(2001)研究了姚安6.5級(jí)地震前云南傾斜場(chǎng)變化特征，王永安等(2003)研究了云南地區(qū)大震前地傾斜趨勢(shì)性異常的典型特征，楊玲英等(2012)對(duì)云龍地震臺(tái)水管傾斜儀與水平擺傾斜儀進(jìn)行同震響應(yīng)對(duì)比分析。但對(duì)云南水管傾斜的年變曲線特征進(jìn)行過(guò)全面分析的研究較少。傾斜年變曲線更能反映區(qū)域應(yīng)力傾斜分量的緩慢積累與變化，研究其特征有助于判斷在地震前是否出現(xiàn)了異常。

2014年8月3日昭通魯?shù)榘l(fā)生MS6.5地震，造成了巨大的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。本文選取2008年1月1日～2014年9月14日云南地區(qū)昭通、昆明、楚雄等6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)比這些地傾斜數(shù)據(jù)年變趨勢(shì)，歸納其規(guī)律特征，以此了解與局部應(yīng)力應(yīng)變有關(guān)的地傾斜特征，以期對(duì)魯?shù)镸S6.5地震的孕育過(guò)程有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

1地震概況

根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2014年8月3日16時(shí)30分10.2秒，在云南省昭通市魯?shù)榭h龍頭山鎮(zhèn)發(fā)生MS6.5地震，震中位置(27.1°N，103.3°E)，震源深度12 km，震中最高烈度達(dá)Ⅸ，龍頭山強(qiáng)震儀記錄到最大加速度達(dá)948 gal。根據(jù)中國(guó)地震局地球物理研究所(2014)給出的矩張量反演結(jié)果，此次地震為走滑型，地震斷層節(jié)面Ⅰ，走向74°，傾角84°，滑動(dòng)角177°；節(jié)面Ⅱ，走向165°，傾角87°，滑動(dòng)角6°。

根據(jù)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所(2014)聯(lián)合有關(guān)研究機(jī)構(gòu)利用最新觀測(cè)資料，對(duì)魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了綜合分析，此次地震的發(fā)震斷層為北西向包谷垴—小河斷裂，此斷裂是北東向昭—魯斷裂系的北西向次級(jí)走滑斷層。因此，此次地震為一次左旋走滑型地震。

2數(shù)據(jù)分析

水管傾斜在云南前兆臺(tái)網(wǎng)中作為較普遍的形變觀測(cè)手段之一，其數(shù)據(jù)記錄穩(wěn)定、質(zhì)量較高，并且與地震孕育過(guò)程的關(guān)系相對(duì)較為密切。本文選取2008年1月1日至2014年9月14日水管傾斜數(shù)據(jù)，由于原始數(shù)據(jù)一般會(huì)有缺數(shù)，記為99 999，本文采用簡(jiǎn)單的線性插值對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，缺數(shù)太多的年份剔除不用。圖1給出云南前兆臺(tái)網(wǎng)部署有水管傾斜儀的臺(tái)站分布圖。

圖1云南前兆臺(tái)網(wǎng)水管傾斜儀的臺(tái)站分布

Fig.1Distribution of stations of water tube tilt in Yunnan Precourcy Network

通過(guò)分析實(shí)測(cè)水管傾斜數(shù)據(jù)，可以總結(jié)出其數(shù)據(jù)具有以下基本規(guī)律：(1)水管傾斜儀容易受溫度、濕度(降水)的影響，因此水管傾斜年變的形態(tài)與溫度和降水有一定的相關(guān)性(劉其壽等，2010)，不同年份即同一臺(tái)站相同測(cè)向的水管傾斜曲線隨季節(jié)的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性；(2)每套儀器系統(tǒng)的特性不同(楊軍，1998)，因此不同臺(tái)站相同測(cè)向的記錄曲線形態(tài)各異，即不同臺(tái)站相同測(cè)向的水管傾斜曲線不具規(guī)律性；(3)由于區(qū)域應(yīng)力積累而形成的大地形變是一種長(zhǎng)期的積累，因此此種形變積累應(yīng)該包含在年變里；(4)水管傾斜原始記錄每到一年便自動(dòng)調(diào)零，數(shù)據(jù)的比對(duì)長(zhǎng)度最長(zhǎng)以年為單位，因此本文把同一臺(tái)站同一測(cè)項(xiàng)數(shù)據(jù)按照不同年份進(jìn)行比對(duì)。通過(guò)總結(jié)以上特點(diǎn)，使對(duì)數(shù)據(jù)的分析更合理、更科學(xué)，也可以更加清晰地表現(xiàn)出曲線的異常形態(tài)，其顯示的異常也更有說(shuō)服力。

2.1水管傾斜NS向

圖2為2008～2014年昭通、昆明、楚雄、永勝、洱源、云縣6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜NS向曲線對(duì)比。從圖中可以看到，昭通臺(tái)NS向水管傾斜自2011年開(kāi)始呈逐漸下降的趨勢(shì)，而2012和2013年則比較平穩(wěn)，一直保持到2014年6月中旬以前，到6月12日即魯?shù)镸S6.5地震前一個(gè)半月左右，傾斜量突然增大，其異常是由UPS電源故障導(dǎo)致，如圖2a中的紅圈所示。由于受到這一干擾，昭通臺(tái)水管傾斜NS向自2014年6月以后受到一定影響。

受云南前兆臺(tái)網(wǎng)密度的限制，加上昭通地處云南東北角，與昭通臺(tái)距離最近且架設(shè)水管傾斜儀的分別為昆明臺(tái)、楚雄臺(tái)、永勝臺(tái)、洱源臺(tái)和云縣臺(tái)。這些臺(tái)站分布在昭通臺(tái)的西南和西向，距昭通臺(tái)約300～400 km。西南方向距離昭通臺(tái)最近的是昆明臺(tái)，直線距離約270 km。2014年昆明臺(tái)水管傾斜NS向的形態(tài)與2011和2012年的形態(tài)基本相似，均比較平緩，沒(méi)有表現(xiàn)出特別的上升或下降趨勢(shì)。楚雄臺(tái)距昭通臺(tái)300 km，2014年水管傾斜NS向在形態(tài)上與往年相似，而在6月以前表現(xiàn)出比往年偏高的上升幅度，6月后迅速下降到正常水平。云縣臺(tái)距昭通臺(tái)480 km，2014年水管傾斜NS向形態(tài)與2013年基本相似，形態(tài)比較平緩。而永勝和洱源臺(tái)與昭通臺(tái)的距離分別為300 km和400 km，這兩個(gè)臺(tái)2014年的水管傾斜NS向曲線形態(tài)基本與往年相似，形態(tài)相對(duì)較平緩。綜上所述，魯?shù)镸S6.5地震前，昭通臺(tái)受到停電干擾，楚雄臺(tái)水管傾斜NS向在2014年表現(xiàn)出了一定的年變畸變，其余臺(tái)站均表現(xiàn)正常。

2.2水管傾斜EW向

圖3給出昭通、昆明、楚雄、永勝、洱源和云縣臺(tái)的EW向水管傾斜年變曲線。如圖所示，2011～2014年昭通臺(tái)水管傾斜EW向的年變曲線表現(xiàn)為：2011至2013年7月傾斜量均為下降，下降幅度逐年減??；2013年8月至2014年變?yōu)樯仙?009～2011年昆明臺(tái)水管傾斜EW向曲線均表現(xiàn)得相對(duì)平緩，2012～2014年均表現(xiàn)為明顯的上升趨勢(shì)，上升幅度逐年增高。2009～2012年楚雄臺(tái)水管傾斜EW向變化均比較平緩，2013年8、9月有明顯下降，10月后有一定回升，但2014年5、6月卻顯示出明顯上升，7、8月后迅速下降的趨勢(shì)。2014年永勝臺(tái)水管傾斜EW向的形態(tài)與往年的形態(tài)基本相似。洱源臺(tái)水管傾斜EW向自2008年以來(lái)，均表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢(shì)，形態(tài)基本相似。自2010年以來(lái)，云縣臺(tái)水管傾斜EW向每年的年變曲線形態(tài)基本相似，只是起伏的幅度有差別，2014年的年變形態(tài)沒(méi)有明顯畸變。

綜上所述，魯?shù)镸S6.5地震前各臺(tái)站水管傾斜EW分量年變曲線特征總體表現(xiàn)為：(1)2013年8月楚雄臺(tái)開(kāi)始出現(xiàn)明顯年變畸變，2009～2012年年變幅度不超過(guò)±200×10-3″，但自2013年8月開(kāi)始傾斜量下降幅達(dá)-600×10-3″，為過(guò)去幾年的3倍以上，2014年表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，上升值達(dá)+600×10-3″；(2)昭通臺(tái)自2013年8月至2014年9月14日，年變曲線趨勢(shì)均上升，與2011和2012年方向相反；(3)除昭通臺(tái)和楚雄臺(tái)有同步變化外，其余臺(tái)站均無(wú)明顯畸變。

通過(guò)聯(lián)合分析同一臺(tái)站傾斜的EW向和NS向，可以研究臺(tái)站傾斜的真實(shí)方向。楚雄臺(tái)2013年EW、NS兩個(gè)分量的傾斜均為下降趨勢(shì)，尤其自8月開(kāi)始快速下降。2014年1～6月傾斜的兩個(gè)分量均為上升趨勢(shì)，6月以后至魯?shù)榈卣鸢l(fā)生前又快速下降。NS分量下降表明為南傾，EW分量下降表明為西傾(蔣靖祥等，2005)，所以楚雄臺(tái)2013年的傾斜方向是西南，尤其在8月為快速西南向傾斜。2014年1～6月傾斜分量均表現(xiàn)為上升，即為東北向傾斜，6月以后至魯?shù)榈卣鸢l(fā)生前又快速變?yōu)槲髂舷騼A斜。地形傾斜變化的過(guò)程與介質(zhì)所受應(yīng)力變化的過(guò)程有緊密聯(lián)系，這種地形傾斜的快速變化是由應(yīng)力的變化引起。但是造成此地形傾斜變化的應(yīng)力作用是非常復(fù)雜的?？傮w上應(yīng)力積累區(qū)與相鄰地震的應(yīng)力環(huán)境相同(程建武等，2013；沈旭章，2013)。

前文分析表明，在所選臺(tái)站中楚雄臺(tái)水管傾斜年變?cè)隰數(shù)榈卣鹎氨憩F(xiàn)出一定的畸變特征。為了甄別這種年變畸變與氣象三要素的關(guān)系，筆者作進(jìn)一步分析。如圖3所示，2013和2014年楚雄臺(tái)最低氣溫約5 ℃，最高氣溫約37 ℃，可見(jiàn)氣溫對(duì)測(cè)洞內(nèi)的溫度影響不大。2013年10～12月氣壓有一個(gè)擾動(dòng)，類似的擾動(dòng)于2014年1、4和5月均有出現(xiàn)，其變化與2013和2014年水管傾斜變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯相關(guān)性。2013年5月出現(xiàn)最大降雨，最大降雨量200 mm，2014年基本無(wú)降水，2013和2014年楚雄臺(tái)地表降水均偏少，測(cè)洞內(nèi)的濕度變化不會(huì)太大，即2013和2014年楚雄臺(tái)水管傾斜儀受降水的影響較小。唐伯雄等(1988)對(duì)楚雄臺(tái)水管傾斜的傾斜變化特征作了詳細(xì)研究，并給出了氣象三要素對(duì)楚雄臺(tái)水管傾斜的影響。由圖4中可知：氣象三要素的變化很難引起2013年8月至2014年9月14日楚雄臺(tái)如此明顯的水管傾斜年變畸變。

圖5為楚雄臺(tái)2009年1月1日至2014年9月14日水管傾斜去掉趨勢(shì)后的年變曲線。由圖可知，2009年至2013年8月楚雄臺(tái)水管傾斜NS和EW向年變曲線均比較規(guī)律，2013年8月至2014年9月14日年變曲線則變得不規(guī)律，變化幅度以及形態(tài)與常年均有較大差別?；兊臅r(shí)間與昭通臺(tái)水管傾斜EW向出現(xiàn)反向的時(shí)間吻合，說(shuō)明二者具有時(shí)間同步的關(guān)系。但可惜的是昭通臺(tái)水管傾斜NS向受斷電干擾，年變趨勢(shì)受到影響，已不能用于驗(yàn)證這一結(jié)論。

圖5楚雄臺(tái)水管傾斜NS(a)和EW(b)向去趨勢(shì)的年變曲線對(duì)比

Fig.5Comparison of annual variation of water tube tilt in NS(a)and EW(b)after

removing the trend at Chuxiong Station

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)魯?shù)镸S6.5地震前，云南前兆臺(tái)網(wǎng)昭通、楚雄等6個(gè)臺(tái)站的水管傾斜年度曲線特征分析，我們可以得到以下結(jié)論：

(1)魯?shù)镸S6.5地震前楚雄臺(tái)水管傾斜NS和EW向都分別表現(xiàn)出與昭通臺(tái)同步的年變畸變，距離更近的昆明臺(tái)和其它方向上的臺(tái)站卻表現(xiàn)正常。說(shuō)明同步變化與距離和方位的關(guān)系并不直接。而且這種表現(xiàn)是否偶然，或是具有某種構(gòu)造上的聯(lián)系，就目前的儀器布設(shè)密度還難以斷言。

(2)昭通臺(tái)地傾斜NS與EW向趨勢(shì)，自2013年8月起均出現(xiàn)明顯反向，表明在魯?shù)镸S6.5地震前，該地區(qū)存在顯著的局部應(yīng)力調(diào)整及變化。

感謝云南省監(jiān)測(cè)中心前兆臺(tái)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)支持，感謝昭通臺(tái)提供的觀測(cè)說(shuō)明。

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Basing on the water tube tilt data recorded by Zhaotong Station，Chuxiong Station etc.in Yunnan Precursor Network from Jan.1，2008 to Sep.14，2014，we compared the annual variation of water tube tilt at the same station in different years，and found the annual feature of water tube tilt at six stations.Then we analyzed the response of water tube tilt recorded by Zhaotong Station，Chuxiong Station etc.before LudianMS6.5 earthquake.The result shows that there appeared some abnormal feature on water tube tilt at Zhaotong Station and Chuxiong Station before the earthquake.

Key words：water tube title；LudianMS6.5 earthquake；annual variation characteristic

*收稿日期：2014-10-21. 基金項(xiàng)目：云南省地震局青年基金(201310)資助.

中圖分類號(hào)：P315.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-0666(2015)03-0401-07

Analysis of Water Tube Tilt Feature before LudianMS6.5 Earthquake in 2014

CHEN Jun-lei，YANG Run-hai

(Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China)

Abstract