麗江地震臺形變觀測典型前兆短臨異常特征識別分析

王赟輝，吳艷芳，李麗紅

(1.云南省地震局，云南 昆明　650024；2.云南省麗江市地震局，云南 麗江　674100)

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麗江地震臺形變觀測典型前兆短臨異常特征識別分析

王赟輝1，吳艷芳2，李麗紅1

(1.云南省地震局，云南 昆明650024；2.云南省麗江市地震局，云南 麗江674100)

摘要：以2012年6月24日寧蒗5.7級地震為例，通過研究該地震前后的數(shù)字化形變觀測資料，用多種分析方法，對寧蒗5.7級地震前的形變觀測資料的短臨前兆異常特征進行了識別與分析，并總結了前兆異常識別的方法。

關鍵詞：寧蒗地震；形變觀測；短臨異常

0前言

寧蒗縣地處滇西北高原橫斷山脈中段，轄屬麗江市，西部與四川省涼山彝族自治州鹽源縣接壤，地勢西北高而東南低，境內山峰林立，溝壑交錯，98.9%是山地，總人口26.4萬，少數(shù)民族人口占82%，屬于典型的少數(shù)民族貧困地區(qū)。寧蒗—鹽源地區(qū)是5～6級中強地震高發(fā)地區(qū)，1950年以來發(fā)生5級以上地震多達18次，最大地震為1976年11月、12月鹽源6.7級、6.4級雙震，這些地震主要集中發(fā)生于沿北東方向橫穿寧蒗—鹽源地區(qū)的麗江—小金河斷裂周圍30 km內的較小區(qū)域，而2012年寧蒗—鹽源5.7級地震發(fā)生于寧蒗—鹽源地區(qū)西北部瀘沽湖以西地震相對較少地區(qū)。對該次地震前的異常進行總結和研究，對短臨異常特征識別分析，對地震預測預報研究具有較大的現(xiàn)實意義。

隨著地震觀測技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化形變資料由于采樣率的大幅度提高，大量短臨前兆異常信息通過各種觀測手段被記錄到，豐富了形變觀測的震前變化信息，如地震前短周期的脈動、突跳、轉折等短臨信息及全球大地震的同震變形等，使研究震前短臨的異常信息成為可能[1]。利用固體潮觀測資料獲得了震前地殼形變的中短期異常信息特征[2-5]，已取得了一些重要研究成果。但是，短臨的異常信息常常伴隨多種干擾噪聲，如何排除干擾、識別出前兆異常成為短臨前兆異常研究的關鍵。前兆數(shù)據中各種干擾與前兆異常來源不同，可以利用這種差異對記錄數(shù)據中非正常變化信號的屬性進行跟蹤識別[6]，本文以寧蒗5.7級地震前形變觀測資料記錄到的非正常變化信息為研究對象，通過多種分析方法，對云南麗江、永勝、云龍等地震臺形變觀測數(shù)據對比分析，最終判定該變化信息可能為短臨前兆異常。

1寧蒗5.7級地震基本特征

2012年6月24日寧蒗5.7級地震的基本參數(shù)如表1所示，根據云南省地震臺網資料，本次地震前，震中周圍200 km范圍內有12個數(shù)字測震臺，其中100 km范圍內有2個，101 km～200 km內有10個。

震區(qū)地處揚子準地臺的麗江臺緣褶皺帶、永寧—永勝臺褶束與松潘—甘孜褶皺系的中甸褶皺帶、三壩褶皺束的交界地區(qū)[7]。此次地震發(fā)生在川滇菱形塊體內部，地質構造復雜，震中區(qū)域由多組北東、西北向斷裂構造控制。本次地震震中附近的永寧斷裂走向290°～340°，傾向北東，傾角72°～85°，屬晚更新世—全新世右旋走滑活動斷裂，永寧斷裂西南緣為永寧第四紀盆地，盆地邊緣明顯受永寧斷裂控制，主要發(fā)育第四紀沖積、湖積礫石、砂礫及粘土[8]。

寧蒗—鹽源地區(qū)是云南破壞性地震發(fā)生頻度較高的地區(qū)之一，有史以來發(fā)生5級以上地震21次，其中6.0～6.9級地震5次，最大地震為1976年11月、12月鹽源6.7級、6.4級地震。地震主要發(fā)生于北東向的麗江—小金河斷裂周邊30 km范圍，據云南省地震目錄資料，歷史上永寧斷裂附近僅發(fā)生過2001年5月24日寧蒗5.8級地震。

表1

寧蒗5.7級地震基本參數(shù)

2前兆形變異常的群體性特征識別與分析

2.1單臺多測項觀測數(shù)據對比分析

2012年6月24日寧蒗5.7級地震前約15天，離震中約100 km的麗江地震臺SSY型洞體應變儀觀測資料記錄到潮汐波的突然轉折波動信息(圖1a)。前兆異常往往在同測點、同類觀測的多套儀器記錄中同步或延遲出現(xiàn)，而電子干擾在不同的獨立觀測系統(tǒng)中一般沒有相關性，這是前兆異常與儀器干擾的差異，可據此有效識別儀器干擾[6]。

筆者對上述時段的觀測日志記錄進行核查，發(fā)現(xiàn)該上述時段內SSY型洞體應變儀觀測系統(tǒng)運行正常。進一步對麗江地震臺DSQ型水管儀觀測數(shù)據進行分析發(fā)現(xiàn)，上述變化信息同步出現(xiàn)于DSQ型水管儀記錄中(圖1b)。由于麗江洞體應變和水管儀是2個分離的觀測系統(tǒng)，且運行正常，證明該信息并非來源于觀測儀器，而是源于地形變。

圖1　寧蒗5.7級地震前麗江地震臺洞體應變、水管傾斜記錄的異常變化信息

2.2多臺多測項觀測數(shù)據對比分析

我國大陸中強以上地震，地震前中期、短期或短臨等不同階段，震區(qū)及其周圍一定范圍內或多或少會出現(xiàn)一些異常變化[9]。因此，一定范圍的多個測點往往記錄到同步、準同步的前兆異常變化信息，可以利用一定區(qū)域內同時段多點觀測資料的對比，有效排除環(huán)境、人為等干擾因素，識別前兆異常信息。

云龍地震臺距麗江地震臺約120 km，筆者對云龍地震臺形變觀測數(shù)據分析發(fā)現(xiàn)，該臺SSQ-2I型水平擺、SSY型洞體應變儀的記錄數(shù)據與麗江地震臺出現(xiàn)了準同步的變化特征(如圖2)。對比圖1、圖2可以看出，2個臺站的SSY洞體應變、SSQ-2I型水平擺、DSQ型水管儀3種儀器的記錄數(shù)據均出現(xiàn)了準同步的變化，此外，寧蒗5.7級地震前約20天云龍地震臺出現(xiàn)異常，震前約10天麗江地震臺出現(xiàn)異常，這種空間演變過程也體現(xiàn)出震前震源區(qū)外圍地震活動增強，以及斷裂產生蠕變應力不斷向震源區(qū)集中的孕震發(fā)展過程?？梢耘卸ㄔ撟兓畔⒉粚儆谌藶楦蓴_或環(huán)境干擾，而是震前非正常變化信息。

圖2　云龍地震臺洞體應變儀、水平擺傾斜儀記錄到的準同步異常變化信息

2.3大遠震尾波引起的振蕩波分析

部分形變或應變觀測資料在地震時和震后的變化表現(xiàn)為振蕩型波動變化，或者出現(xiàn)幅度較大的階躍變化，前者多出現(xiàn)在遠震，而后者主要出現(xiàn)在近震。若是巨大遠震引起的變化則往往是階變或振蕩型波動現(xiàn)象的疊加。這種地震時和震后的形變或應變觀測出現(xiàn)的階變或振蕩型波動現(xiàn)象，有時稱為應變階或應變波[10-12]。地震能夠同時對多個地震臺站的觀測數(shù)據產生影響，大遠震面波及巨震后引發(fā)的調整常常導致形變記錄中出現(xiàn)持續(xù)時間較長的轉折和波動[6]，如2013年8月12日川滇交界處的左貢芒康6.1級地震后，昆明、楚雄、永勝等地震臺形變資料中也準同步地出現(xiàn)了持續(xù)1天以上的調整(圖3)。

為了識別是否遠震引起的形變觀測振蕩波動，須核查地震記錄數(shù)據，核實形變數(shù)據中的變化信息，以排除大遠震尾波引起的振蕩波動影響。寧蒗5.7級地震前的異常變化信息時段為2012年6月8日～16日，從該時段內全球5級以上大震活動(表2)可以看出，地震事件與異常變化信息在時間上沒有相關性。進一步查閱相應時段的地震記錄數(shù)據，也沒有發(fā)現(xiàn)與上述變化信息同步且時間節(jié)點相對應的遠震面波及地球自由振蕩記錄。因此，可以排除大遠震尾波引起的振蕩波及干擾。

圖3　芒康6.1級地震后昆明臺洞體應變、楚雄臺洞體應變、永勝臺分量式鉆孔應變觀測時序

表2

寧蒗5.7級地震前全球5級以上地震活動

3環(huán)境、氣象干擾因素識別分析

研究表明，降雨、氣壓變化等氣象因素可能在某些臺站的形變觀測資料中引起非正常變化，但受影響的情況因覆蓋層厚度、洞室的密封條件而各不相同[13-15]。麗江地震臺所有形變觀測儀器都放置于山洞坑道內，儀器墩為天然原巖，巖性為灰?guī)r，洞內溫差幾乎為零，恒溫在16.5℃，坑道覆蓋106 m，覆蓋面為天然灌木植被[16]。從2013年某時間段內麗江地震臺氣象三要素與該臺洞體應變北南分量觀測數(shù)據的對比情況(見圖4)，可以看出，麗江地震臺的觀測資料基本不受氣象的影響。將寧蒗地震前的麗江地震臺和云龍地震臺非正常變化信號所在時段的記錄數(shù)據與降水量、氣壓、溫度觀測數(shù)據進行對比，可以排除氣象因素影響。其中圖5麗江地震臺形變資料與氣象三要素資料對比曲線。

經過上述步驟逐步排除儀器干擾、環(huán)境干擾、地震干擾、氣象因素干擾后，可以基本判定寧蒗5.7級地震前的非正常變化信息可能屬于短臨前兆異常。

圖4　2013年麗江地震臺降水量與洞體應變數(shù)據的對比

圖5　麗江地震臺洞體應變、氣象三要素對比觀測曲線

4結論與討論

形變觀測資料中的短臨前兆異常信息往往混雜在各干擾之中難以識別判斷。長期形變臺站觀測工作經驗及震前短臨異常特征的研究表明，前兆異常與各種干擾信號的機理不同，可以根據這種差異對形變短臨異常進行追蹤并最終判定其是否是震前異常。利用同測點不同測項觀測數(shù)據對比分析可有效排除儀器干擾；利用不同測點不同測項觀測數(shù)據對比分析可排除一定范圍內的環(huán)境干擾和人為干擾；分析測震資料研究地震活動，可識別大遠震尾波引起的振蕩波干擾；利用形變觀測數(shù)據與氣象觀測數(shù)據對比分析，可以排除氣象因素的干擾。通過上述步驟，可對麗江地震臺形變觀測資料典型前兆短臨異常特征進行識別分析，對前兆異常變化信息的性質得出初步判斷，為臺站進行未來監(jiān)測工作的規(guī)劃、短臨異常跟蹤工作提供幫助。

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ANALYSIS ON THE CHARACTERISTICS OF SHORT IMPENDING ANOMALIES OF DEFORMATION OBSERVATION IN LIJIANG SEISMIC STATION

WANG Yunhui1, WU Yanfang2, LI Lihong1

(1.EarthquakeAdministrationOfYunnanProvince,Kuming650024,China;2.EarthquakeAdministrationOfLijiangCity,YunnanProvince,Lijiang674100,China)

Abstract：Take Ninglang Ms5.7 earthquake on Jun. 24th, 2012 as an example, the digital deformation data before and after the event are analyzed by various analytical methods. The short-impending anomalies and the recognition methods are summarized and discussed in the paper.

Key words：Ninglang earthquake; Deformation data; Short-impending anomaly

中圖分類號：P315.72+5

文獻標識碼：A

文章編號：1005-586X(2016)01-0031-06

作者簡介：王赟輝(1986—)，男，云南永勝人，助理工程師，工學學士，現(xiàn)從事地震監(jiān)測預報，短臨前兆異常跟蹤方面的工作。E-mail:blessyoyo@qq.com。

收稿日期：2015-10-10