2013年吉林前郭5級(jí)震群的前兆異常分析

張洪艷，盧燕紅，康建紅，張晨俠

(吉林省地震局，吉林長(zhǎng)春 130117)

2013年吉林前郭5級(jí)震群的前兆異常分析

張洪艷，盧燕紅，康建紅，張晨俠

(吉林省地震局，吉林長(zhǎng)春 130117)

2013年吉林前郭發(fā)生一次5級(jí)震群活動(dòng)，震群發(fā)生前，周邊地區(qū)前兆出現(xiàn)了若干測(cè)項(xiàng)不同時(shí)間、不同形態(tài)的異常。整理了前郭震群發(fā)生前流體、形變、地電學(xué)科出現(xiàn)的典型異常，其中豐滿水氡、豐滿臺(tái)垂直擺傾斜儀、榆樹地電出現(xiàn)破年變、低值下降，異常最早開始于2010年3月；而前郭水溫、白城水溫、乾安水溫出現(xiàn)轉(zhuǎn)折下降，異常多發(fā)生在震前一周內(nèi)，可見此次震群發(fā)生前前兆中期異常和臨震異常較為突出，中期異常出現(xiàn)時(shí)間早，且距震中較遠(yuǎn)，而臨震異常突出且時(shí)間較為集中，距震中較近，中期和臨震異常的空間演化范圍呈現(xiàn)由外圍向近場(chǎng)區(qū)遷移的現(xiàn)象。

前郭震群；前兆異常；異常分析

0 引言

地震是由于地殼中的應(yīng)力經(jīng)過長(zhǎng)期積累達(dá)到其破裂強(qiáng)度，引發(fā)地殼的突然破裂，從而引起地面強(qiáng)烈振蕩，伴生出地殼物理場(chǎng)與化學(xué)場(chǎng)的相應(yīng)變化[1]，具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，同時(shí)其頻度較高，原生災(zāi)害和次生災(zāi)害對(duì)人民的生產(chǎn)生活安全產(chǎn)生了較大的影響。目前，地震預(yù)報(bào)尚處于探索階段，是未取得突破的難題，如何捕捉地震前的各種震兆信息，基于地震地質(zhì)、地震活動(dòng)圖像和地震前兆等某些規(guī)律，做出一定精度的中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，還是很有意義的。

地震是能量的積累與釋放的過程，各種震兆信息隨之伴生，許多學(xué)者利用震前出現(xiàn)的前兆測(cè)項(xiàng)異常[2-5]、震前能量場(chǎng)的變化[6]、地震活動(dòng)空間異常等捕捉未來地震的發(fā)展趨勢(shì)。目前通過儀器直接觀測(cè)到的地震前兆現(xiàn)象往往包含了許多非震兆異常，必須對(duì)其形成機(jī)制開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論探討，排除干擾，從而獲取較可靠的地震前兆信息。

吉林目前的前兆觀測(cè)涉及地殼形變、地下流體、地震電磁三大學(xué)科共19個(gè)前兆觀測(cè)臺(tái)站，觀測(cè)手段逐步完善，主要測(cè)項(xiàng)有水管、水氡、氣汞、重力、地磁、地電、水化學(xué)等，積累了較為豐富的背景資料。2013年10月31日－12月31日吉林前郭發(fā)生了一次震群活動(dòng)，地震期間多個(gè)前兆觀測(cè)手段出現(xiàn)顯著異常，其中中期和臨震異常較為突出。本文基于此次震群發(fā)生前的前兆觀測(cè)資料，對(duì)震前出現(xiàn)的異常現(xiàn)象及時(shí)空演化特征進(jìn)行了歸納、總結(jié)。

1 地震基本參數(shù)

2013年10月31日、2013年11月22日和23日吉林前郭地區(qū)陸續(xù)發(fā)生了5.5、5.0、5.3、5.8、5.0級(jí)地震(表1)，這5次地震均發(fā)生在NE向扶余－肇東與NNW向查干泡－道字井?dāng)嗔呀粎R部位，本次地震序列中強(qiáng)震均有成對(duì)發(fā)生的特點(diǎn)，與2006年3月31日發(fā)生的5.1級(jí)地震相距最近距離僅8 km。

截至2014年5月31日，45個(gè)數(shù)字化臺(tái)和9個(gè)流動(dòng)臺(tái)共監(jiān)測(cè)到多臺(tái)和單臺(tái)事件1109次，震級(jí)大小M－0.7～5.8級(jí)。地震序列密集分布在北東向早第四紀(jì)扶余－肇東斷裂和北西向早第四紀(jì)查干泡－道字井?dāng)嗔训慕粎R部位，主要向查干泡－道字井?dāng)嗔褍蓚?cè)擴(kuò)展，密集區(qū)長(zhǎng)軸約28 km，短軸約26 km，呈橢圓形展布(圖1)。

表1 5.0級(jí)以上地震信息表Tab.1 The inform ation table of earthquakes of M 5.0 or over

圖1 前郭震群震中分布圖(F1扶余－肇東斷裂F2克山－大安斷裂F3查干泡－道字井?dāng)嗔?Fig.1 The epianter Distribution of Qianguo earthquake swarm(F1is the Fuyu-Zhaodong Fau lt；F2is the Chaganpao-Daozijing Fau lt；F3is the Keshan-Da’an Fault)

韓立波給出了10月31日5.5和5.0以及11月22日5.3和5.0的矩張量反演結(jié)果(www.ceaigp.ac.cn)，表明4次5級(jí)地震均為帶走滑分量的逆沖型斷層；Global CMT給出了11月23日5.8級(jí)地震的震源機(jī)制，結(jié)果也表明5.8級(jí)地震為走滑分量的逆沖型斷層。此次前郭震群發(fā)生在東北斷塊區(qū)松遼斷(坳)陷帶南部斷陷的東側(cè)，處于松遼盆地中央凹陷帶與東南隆起帶相交接的部位，震中區(qū)地殼厚度約35 km，深部地質(zhì)構(gòu)造單元位于松遼平原上地幔隆起區(qū)北北東向中央隆起帶的東部斜坡帶上，這種不同地質(zhì)單元交接的位置易發(fā)生地震[7]。

2 前兆異常

圖2給出吉林省前兆觀測(cè)臺(tái)站及相關(guān)測(cè)井分布情況，涉及地下流體、地殼形變、地震電磁三大學(xué)科，共有19個(gè)前兆臺(tái)站，其中有國(guó)家及省級(jí)形變臺(tái)站7個(gè)、電磁臺(tái)站8個(gè)、流體臺(tái)站12個(gè)，市、縣級(jí)流體臺(tái)站7個(gè)。包括水位、水化學(xué)、水質(zhì)、重力、水溫、水管、氣氡、水氡、伸縮等69套前兆觀測(cè)儀器，臺(tái)站空間分布較均勻，前兆手段齊全，能較好地監(jiān)控吉林省內(nèi)出現(xiàn)的長(zhǎng)、中、短期前兆異常。此次震群發(fā)生前，豐滿形變、榆樹地電、前郭水溫、白城水溫、乾安水溫、豐滿水

氡出現(xiàn)了不同程度的中期、臨震異常。

此次震前發(fā)生的各項(xiàng)前兆異常，不僅包含與地震活動(dòng)有關(guān)的震兆異常信息，也包含了許多其他信息如:干擾、噪音，諸如此類的非震信息直接影響了震兆信息的識(shí)別與判斷，因此異常發(fā)生后，如何積極有效地落實(shí)異常，從而提煉出有用的異常是至關(guān)重要的。上述各項(xiàng)異常發(fā)生后，相關(guān)人員從天氣變化、環(huán)境干擾、儀器等方面一一落實(shí)，從而確保了異常的可信度，落實(shí)后共有4個(gè)臺(tái)6個(gè)測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)了不同幅度、不同形態(tài)、不同周期的異常，基本認(rèn)為相關(guān)測(cè)項(xiàng)的異常變化是此次前郭震群活動(dòng)過程中地殼應(yīng)力變化的較真實(shí)反映。

圖2 林前兆臺(tái)站及相關(guān)測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.2 Distribution of precu rsor station and the relevant observation stations

2.1 豐滿水氡年變畸變異常

豐滿臺(tái)水氡觀測(cè)始于1976年，觀測(cè)井(靜水觀測(cè)井)位于海西期花崗巖山洞內(nèi)，斷層及節(jié)理較為發(fā)育，地下水類型為孔隙裂隙水。豐滿水氡資料連續(xù)性較好，觀測(cè)環(huán)境穩(wěn)定，干擾因素較少，可信度較高。2008年至2011年豐滿水氡年動(dòng)態(tài)表現(xiàn)出較好的夏低冬高型，其值在均值線上下波動(dòng)。2012年1—6月氡值變化形態(tài)與年變形態(tài)穩(wěn)合，但7月開始無明顯年變，2013年和2014年氡值變化無任何規(guī)律，總體在均值線以上波動(dòng)，年畸變變化特征更明顯，年變規(guī)律消失，年變形態(tài)被打破(圖3)。

2.2 榆樹地電異常

榆樹地電阻率NE向及NW向均呈現(xiàn)一定程度的趨勢(shì)異常(圖4)。自2010年4月開始，NE和NW向地電阻率觀測(cè)值出現(xiàn)小幅下降，之后兩測(cè)向整體處于趨勢(shì)下降狀態(tài)，且兩測(cè)項(xiàng)呈正相關(guān)變化，表現(xiàn)出明顯的破年變變化。降雨量變化對(duì)地電阻率觀測(cè)值有一定影響，但不至于造成長(zhǎng)期趨勢(shì)下降影響，排除降雨對(duì)榆樹地電異常的影響。NE向和NW向地電阻率的最大降幅達(dá)0.44%和0.32%，出現(xiàn)超二倍均方差異常。

2.3 豐滿垂直擺傾斜儀趨勢(shì)異常

圖3 豐滿水氡5日均值曲線Fig.3 The five-day mean value of the radon content in groundwater at Dunhua Seism ic Station

圖4 榆樹臺(tái)地電阻率日值曲線(NW向(a)、NE向(b)、降雨量月均值(c))Fig.4 Themean day value curve of apparent resistivity at Yushu Seism ic Station(NE(a)，NW(b)，monyhly m ean value of rainfall(c))

豐滿臺(tái)垂直擺傾斜儀觀測(cè)資料連續(xù)，儀器記錄比較穩(wěn)定，能較好地記錄到固體潮日變。圖5顯示垂直擺傾斜儀北南向和東西向均出現(xiàn)了破年變、趨勢(shì)下降的異常變化特征，但南北向和東西向的異常變化稍有差異，主要表現(xiàn)為:東西分量2008—2012年5月均表現(xiàn)為東傾(曲線上升)趨勢(shì)，但2013年1—5月份則表現(xiàn)為西傾(曲線下降)趨勢(shì)，并于4月份開始曲線持續(xù)下降。南北分量年變形態(tài)較好，2012年9月至2013年6月曲線雖保持著正常年變形態(tài)，但其值較往年低，并于7月初曲線突降，南北向和東西向均在10月降至最低點(diǎn)，隨后發(fā)震，發(fā)震后，其值并未完全恢復(fù)。

2.4 乾安觀測(cè)井水溫異常

乾安水溫正常日動(dòng)態(tài)屬于平穩(wěn)型，水溫日變幅約在0.005～0.001℃之間，自2013年10月18日開始下降，截至10月26日下降逐漸變緩，到11月6日基本停止下降(圖6)，此次下降變幅為0.0413℃，約為正常日變幅的4～8倍。對(duì)比水位數(shù)據(jù)分析表明，這次水溫短臨異常變化非常明顯，

經(jīng)相關(guān)工作人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)結(jié)果，此次地震前無人為和環(huán)境干擾存在。前郭5.5級(jí)、5.8級(jí)地震發(fā)生后，水溫測(cè)項(xiàng)觀測(cè)值在低值背景下變化較平穩(wěn)，震后于2014年5月中下旬有進(jìn)一步走低的趨勢(shì)，需密切關(guān)注。

圖5 豐滿臺(tái)垂直擺傾斜儀東西向(a)和南北向(b)2008－2013年日值曲線Fig.5 The day mean value curve ofWE(a)and NS(b)of vertical pendulum tiltmeter at Fengm an Seism ic Station from 2008 to 2013

2.5 白城井水溫異常

白城井位于嫩江斷裂帶西側(cè)，該井水溫自2007年觀測(cè)以來觀測(cè)日、月動(dòng)態(tài)均為趨勢(shì)上升型，水溫正常日變幅為0.0005℃，2013年的年變形態(tài)與觀測(cè)背景符合，呈上升趨勢(shì)(圖7)，但2013年11月15日開始突然出現(xiàn)轉(zhuǎn)折下降，改變以往趨勢(shì)上升形態(tài)，截止23日降幅達(dá)0.0042℃，為正常日變幅的8倍，震后其值在低值處震蕩，未恢復(fù)至正常值。經(jīng)相關(guān)工作人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)認(rèn)為不

存在環(huán)境和人為干擾因素，水溫下降確認(rèn)為短臨異常。

圖6 乾安井水溫日均值曲線(a)和小時(shí)值曲線(b)Fig.6 The day mean value(a)and hou r value(b)of water tem perature at Qian’an Seism ic Station

圖7 2013年的白城井水溫日均值曲線(a)和2013年10月至11月的日均值曲線(b)Fig.7 The day mean value of 2013(a)and from Oct.to Nov.in 2013(b)of water tem perature at Baicheng Seism ic Station

2.6 前郭觀測(cè)井水溫異常

前郭水溫自觀測(cè)以來呈上升趨勢(shì)，正常日、月動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為起伏型，正常日變幅約為0.005℃。2013年11月20日水溫開始急劇下降，截至21日下降0.02℃，為正常日變幅的4倍。隨后兩天，11月23日發(fā)生此次前郭震群M5.8級(jí)最大震。震后水溫值緩慢上升，目前在均值線上方震蕩。經(jīng)工作人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)認(rèn)為近期沒有環(huán)境和人為干擾，認(rèn)為是此次前郭M5.8級(jí)地震前短臨異常(見圖8)。

3 認(rèn)識(shí)與討論

此次前郭震群，在強(qiáng)震發(fā)生前一段時(shí)間，周圍及鄰近區(qū)域分別出現(xiàn)形變、地電、水溫前兆異常，各異常在時(shí)間、幅度、形態(tài)、速率等方面(表2)存在一定差異。

《中國(guó)震例》[8]中闡述:震前0.5～5年出現(xiàn)的異常為中期異常，震前1—6個(gè)月出現(xiàn)的異常為短期異常，臨震異常為震前1個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)。此次震群發(fā)生前各測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)的異常主要集中在數(shù)天至一年左右，其中豐滿水氡、榆樹地電、豐滿垂直擺異常出現(xiàn)較早，表現(xiàn)為破年變、趨勢(shì)下降等特征，異常持續(xù)時(shí)間一年左右，表現(xiàn)為中期異常特征。乾安水溫小時(shí)值顯示震前10月18日開始突然下降，隨后在低值處平穩(wěn)變化，并于低值平緩處發(fā)生10月31日二次地震，表現(xiàn)為臨震異常特征。前郭和白城水溫異常出現(xiàn)的時(shí)間較晚分別于11月20日和11月15日突降，降幅較大，隨后發(fā)生11月22日和23日三次地震，表現(xiàn)為臨震異常特征。

乾安、前郭和白城水溫均在震前發(fā)生突降，隨后其值變化平穩(wěn)，并在低值平緩處發(fā)震，三井水溫均呈現(xiàn)相似的異常變化特征。其中前郭井、乾安井和白城井距震中較近，主要表現(xiàn)為臨震異常，且異常出現(xiàn)的時(shí)間較集中。豐滿和榆樹臺(tái)異常形態(tài)呈趨勢(shì)性變化特征，其中豐滿臺(tái)距離震中約226 km，榆樹臺(tái)距離震中約200 km，二個(gè)臺(tái)距離震中較遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)為中期異常，異常出現(xiàn)的時(shí)間較早。從異常的時(shí)空演化進(jìn)程看出，在孕震早期，前兆異常主要以流體、形變和地電測(cè)項(xiàng)為主，主要分

布在震源的外圍區(qū)域；在臨震階段，前兆異常中的水溫異常表現(xiàn)較為敏感，主要分布在震源區(qū)附近，表現(xiàn)為“準(zhǔn)同步”的異常特征[9]，此次震群活動(dòng)的“準(zhǔn)同步”現(xiàn)象較2006年震群活動(dòng)豐富[10]。

圖8 2013年10月至2014年5月前郭井水溫的日均值曲線Fig.8 The day m ean value water tem perature at Q ianguo Seism ic Station from Oct.2013 to M ay 2014

表2 前兆異常表Tab.2 The table of Precursory anomaly

此次震前出現(xiàn)的中期和臨震異常，大體上呈現(xiàn)了某種區(qū)域特性，豐滿和榆樹臺(tái)處于伊舒斷裂帶附近，離震中較遠(yuǎn)，前郭和乾安井位于扶余－肇東斷裂帶附近，與白城井同處松遼盆地內(nèi)部，離孕震區(qū)較近，異常表現(xiàn)的較同步。此現(xiàn)象進(jìn)一步驗(yàn)證斷層破裂初期斷層緩慢蠕動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致震源區(qū)的局部破裂，從而加速了張裂縫的出現(xiàn)和進(jìn)一步擴(kuò)張，反過來又加速了斷層的局部破裂和蠕動(dòng)，應(yīng)力場(chǎng)在此過程中發(fā)生急劇變化，并導(dǎo)致多種前兆異常出現(xiàn)[11]，在中強(qiáng)以上地震發(fā)生前前兆異常是普遍存在的，只是不同地區(qū)在異常數(shù)量、特性、時(shí)間、空間上的差異性較大，主要與區(qū)域介質(zhì)特性和孕震模式關(guān)系較大。

4 2006年與2013年前郭震群前兆異常特征對(duì)比分析

2006年3月31日吉林前郭發(fā)生M5.0級(jí)地震，此次地震序列判定為主－余型地震，地震前地下流體異常較多，四平地溫、白城水汞、四平水位、敦化水氡、前郭水質(zhì)均出現(xiàn)了明顯的前兆異常特征，表現(xiàn)出中、短期異常特征，普遍表現(xiàn)為震前下降，并在上升的過程中發(fā)震。上述異常主要集中在伊舒斷裂帶、松花江斷裂帶附近，空間上主要是距震中約300 km左右的敦化臺(tái)最早出現(xiàn)異常，離震中較近的臺(tái)站異常出現(xiàn)較晚[10]。

二次地震序列的前兆異常對(duì)比發(fā)現(xiàn)，流體異

常表現(xiàn)的較為敏感，短期異常表現(xiàn)的更為突出，其中下降型異常占主導(dǎo)，多數(shù)異常主要沿?cái)嗔褞д归_。地震發(fā)生前，應(yīng)力逐漸增加，達(dá)到一定程度產(chǎn)生應(yīng)變，引起震源及附近物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，產(chǎn)生諸如地磁、地電、地下水位等的異常變化，相關(guān)變化的產(chǎn)生均與地震的孕育過程、地質(zhì)構(gòu)造條件密切相關(guān)，異常的空間范圍、持續(xù)時(shí)間與震級(jí)的大小關(guān)系密切。

5 小結(jié)

此次震群活動(dòng)前吉林地區(qū)出現(xiàn)了一些顯著、可靠的前兆異常，其中以中期和臨震異常最為突出。前郭、乾安和白城水溫表現(xiàn)為“準(zhǔn)同步”異常，豐滿水氡、垂直擺和榆樹地電表現(xiàn)為中期異常特征。遠(yuǎn)場(chǎng)異常出現(xiàn)較早，近場(chǎng)異常出現(xiàn)較晚，在空間演化上表現(xiàn)為由外向內(nèi)的發(fā)展過程。

隨著前兆臺(tái)網(wǎng)建設(shè)密度的加大、測(cè)項(xiàng)的豐富，吉林地區(qū)具有一定的前兆監(jiān)測(cè)能力，此次震群活動(dòng)異常的展布范圍不大，但異常形態(tài)較好，可靠性較高，較真實(shí)地反映了前郭震群前出現(xiàn)的前兆異常。但由于異常的復(fù)雜性，加之吉林省中強(qiáng)震的震例較少，我們需要不斷的積累前兆異常，尋找地震前異常的特征，才能更深入地認(rèn)識(shí)大地震的孕育和發(fā)生過程，從而不斷提高利用地震前兆異常預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)的水平。

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Analysis of Precursory Anomaly of Qianguo Earthquake Swarm in 2013

Zhang Hongyan，Lu Yanhong，Kang Jianhong，Zhang Chenxia
(Jilin Earthquake Administration，Changchun，Jilin 130117，China)

An M＞5 earthquake swarm happened in Qianguo of Jilin province in 2013.The precursory anomaly around the epicenter appeared at different time and with different forms.We organized the typical precursory anomaly of fluid，deformation and geo-electric subject before Qianguo earthquake swarm.The water radon and vertical pendulum anomaly in Fengman and geo-electric anomaly in Yushu started in March 2010；anomalies in thewater temperature of Qianguo，Baicheng and Qian’an started one week before the earthquake.Themid-term and impending anomalies are themost outstanding；themid-term anomaly appeared earlier and far from the epicenter，but the impending anomaly highlight concentrated in a week before the earthquake and close to the epicenter.

Qianguo earthquake swarm；precursory anomaly；anomaly analysis

P

:B

:1673－8047(2015)01－0032－08

2014－07－09

測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)(20140307)

張洪艷(1979—)，女，碩士，工程師，主要從事地震編目和地震研究相關(guān)工作。